ESTILOS ESTRUTURAIS EM BACIAS SEDIMENTARES
- REVISÃO CONCEITUAL
Edison
José MILANI
Geólogo pela UFRGS (1977)
Mestre em Geologia pela UFOP (1985)
DEPEX/NEXPARISEINT
- Curitiba/PR
ABSTRACT
This article is an overview of applicable concepts concerning to the geometric characterization
of
structural assemblages commonly observed in sedimentary basins, also considering their genetic aspects
in relation to plate tectonics.
The structural style of a specific geologic province is defined by the association of existing elements and their spatial arrangement. Its characterization
affects the predictability of locating preferred
areas for the occurrence of structures, which is highly desirable in expIoratory activity.
Based on key diagnostic characteristics, one can describe the predominant structural style of an
area during a particular tectonic phase. As a criterion for classification in this case, use has been made
of the spatial orientation of the stress field responsiblefordeforrnation,
thereby recognizing:
a) compressional structural style, typical of the convergent boundaries of lithospheric plates; it
is characteristic of foId beIts dominated by thrust faults;
b) transcurrent structuraI style, originating at conservative plate boundaries and characterized by
a rich association of elements containing lateral displacement faults, thrust faults and normal faults,
as well as folds, in a well-defined geometric arrangement;
c) extensional structural style, characteristic of divergent plate boundaries, the domain of normal
faults that appear along grabens in areas where the continental crust is submited to rifting.
I -
INTRODUÇÃO
Os elementos estruturais de uma determinada região organizam-se segundo normas ditadas pelos
campos de tensões atuantes quando de sua formação, estejam eles arranjados segundo um padrão
geométrico bem definido ou em uma distribuição espacial aparentemente caótica.
Estes campos tensoriais são originados, numa visão ampla, pela interação das placas litosféricas
deslocando-se na superfície do planeta.
Desta forma, os estilos estruturais básicos estão fortemente condicionados à cinemática das placas, cada tipo de limite entre elas estando caracterizado por uma determinada assembléia de elementos
geneticamente relacionados (Figura 1).
Os movimentos das placas litosféricas conduzem a três tipos básicos de limites entre elas: ao
romperem- e e se afastar, originam os limites divergentes; ao aproximarem-se e colidir, geram os limites
convergentes; deslocando-se
lado a lado, as placas deslizam ao longo dos limites conservativos
(transformantes).
De RAlA
GABAGLlA,
G.P. e MlLANl,
-
E.l. (Coords.).
.'
1990. Origem e Evolução de Bacias Sedimentares.
PETROBRÁS.
.
75
ZONA DE FRATURA
---..:-==
~ALHA
TRANSFORMANTE
CONTINENTE
Fig. 1 - Limites entre as placas litosféricas: A - convergente
(compressional); B - divergente (distensional); C - transformante
(conservativo) (Anderson, 1971).
Boundaries between lithospheric plstes: A - convergent
(compressionaJ); B - divergent (extensionsl); C - transform (consetvstive) (Anderson, 1971).
Cada estilo estrutural tem seu hábitat preferencial: as falhas normais caracterizam os limites divergentes (ambiente distensivo), enquanto as falhas de empurrão e as dobras originam-se nas zonas de
colisão (ambiente compressivo). Falhas transcorrentes ocorrem, de preferência, nos limites transformantes
de placas.
Pode-se dizer, então, que o estilo estrutural" de uma determinada província geológica é definido
pela assembléia de elementos presentes (geneticamente relacionados numa mesma fase tectônica) e pelo
seu arranjo espacial característico; um determinado estilo repete-se em regiões de história tectônica semelhante. Numa última análise, o estilo de uma região descreve sua geometria estrutural predominante
(Lowell, 1985).
A caracterização do estilo estrutural de um~ área tem implicação quanto à previsibilidade de localização de estruturas; trendes de armadilhas petrolíferas são mais facilmente identificados e mapeados
ao se conhecer a gênese das estruturas que os constituem e, conseqüentemente, seu arranjo espacial,
que é resposta dos esforços responsáveis por seu aparecimento.
Embora os estilos básicos possam ser modificados em suas características por contingências locais, inerentes a uma determinada área, os parâmetros fundamentais de cada um deles são, em geral,
identificáveis. Tais modificações locais são freqüentemente promovidas por heterogeneidades litológicas (contrastes de ductilidade) e zonas de fraqueza preexistentes, bem como pelas características do
evento tectônico considerado, tanto em intensidade quanto em duração e orientação espacial.
A moderna Geologia Estrutural tem na Mecânica das Rochas uma aliada muito importante; a reprodução de um determinado. arranjo de elementos estruturais em escala de laboratório conduz a uma
compreensão dos processos atuantes, deixando claras as condições sob as quais tais estruturas foram
originadas.
Com todas as limitações envolvidas nos exercícios de modelagem, tais como as características físicas dos materiais utilizados, velocidade de deformação e condições de contorno dos experimentos, a
essência da formação de estruturas está presente: para um determinado campo de tensões, origina-se
um determinado estilo de deformação. Neste sentido, torna-se clara, no desenrolar dos experimentos,
a relação de causa-e-efeito nas estruturas modeladas.
76
De modo bastante simplificado, pode-se atribuir os elementos estruturais ocorrentes numa determinada associação a um triedro de esforços compressivos principais (SIGMA 1, SIGMA 2, SIGMA 3),
que mantém relações angulares bem definidas com respeito às estruturas por ele originadas.
Na Figura 2, nota-se a relação entre o campo de esforços aplicado a uma amostra de rocha, levada
à ruptura num ensaio triaxial, e o padrão de fraturamento resultante. O que se observa é uma regra
básica para o falhamento: os planos de cisalhamento aparecem a cerca de 30° do eixo de máximo esforço compressivo (SIGMA 1) e contém o eixo do esforço compressivo intermediário (SIGMA 2); o eixo
do mínimo esforço compressivo (SIGMA 3) completa o triedro de confinamento do corpo de prova,
constituindo o campo de tensões, cuja posição espacial definirá o aparecimento de falhas normais, de
empurrão/reversas
ou transcorrentes.
II -
ESTILOS ESTRUTURAIS
1. IDENTIFICAÇÃO
DOS ESTILOS
Caracterizar
o estilo estrutural de uma determinada
regiao consiste na definição de certas
características-chave,
diagnósticas, tomadas como referências a partir de áreas bem conhecidas, onde
as mesmas estão seguramente descritas e interpretadas. Estes elementos serão os guias na identificação
do estilo estrutural, num exercício de tectônica comparativa.
A identificação do estilo estrutural predominante numa região, altamente desejável na atividade
exploratória, é uma tarefa freqüentemente dificultada devido à não-exclusividade de um determinado
elemento a uma única assembléia estrutural. Assim, por exemplo, falhas normais ocorrem, praticamente,
em todos os ambientes geotectônicos, sua simples presença não se constituindo em critério definitivo
para a caracterização
do estilo regional.
Então, uma única característica não é suficiente para o diagnóstico do estilo estrutural com que
se está trabalhando. A-identifüõação depende fundamentalmente
de: 1) reconhecimento dos elementoschave; 2) caracterização de peculiaridades locais; e 3) definição do padrão regional das estruturas (LoweU, 1985).
Fig. 2 - Fraturas de cisalhamento
desenvolvidas sob ensaio
de compressão uniaxial, e relacionamento
entre os planos de
fratura e o campo de tensões responsável por seu desenvolvimento (modificado
de Loczy e Ladeira, 1976).
Shear fractures resulting irotn unisxisl
und
ttie
ponsible
relation
compression
testing,
between Irecture planes and the stress tield res-
for ptoducing
[hem (modified
fram Loczy & Ladeira,
1976).
77
Dentre os elementos-chave para o diagnóstico do estilo estrutural, o arranjo espacial das estruturas é de particular importância. Assim, uma distribuição en échelon consiste numa organização de elementos paralelos uns aos outros, mas posicionados obliquamente em relação à zona de deformação
em que ocorrem, existindo, também, uma superposição lateral consistente entre as estruturas da zona
(Figura 3); no padrão relay, os elementos estão paralelos entre si e ao trende regional de deformação,
sendo a superposição lateral entre as estruturas eventual (Figura 3).
2. CLASSIFICAÇÃO
DOS ESTILOS
Existem classificações de estilos estruturais bastante abrangentes e bem elaboradas, tais como a
de Harding e Lowell (1979), cujo critério principal de organização é o envolvimento ou não do embasamento na estrutura observada.
Neste trabalho, os elementos estruturais foram agrupados em função da orientação do campo de
tensões responsável por seu aparecimento.
Com base no triedro de esforços compressivos principais (Mecânica das Rochas), visualizam-se
três situações distintas:
a) SIGMA 1 em posição vertical, SIGMA 2 e SIGMA 3 no plano horizontal - condição de formação de falhas normais (Figura 4A), caracterizando
o estilo distensional;
A
B
Fig. 3 -
Características distintivas entre os padrões estruturais:
A - en échelon; B - reJay.
Distinctive characteristics between structural arrangements:
A - en échelon; B - relay.
78
Ú3
(C)
S(MINl
62
snNTl
---
(8 )
-c
(Íl
Ú,
62
s(MAXl
-;>
,.
;-
--- ,
,.?
FALHA
S(MAXl
sUNTl
--
,.1
;-
,-
,/.,~
DE EMPURRÃO
_-I - - -
,-
,. I
I
,
Ú3
S(MINl
(A)
VI
S(MAXl
..
FALHA
TRANSCORRENTE
ESFORÇOS COMPRESSIVOS
FALHA
PRINCIPAIS:
S(MAXl
e
MAXIMO
S(INT)
::
INTERMEDIÁRIO
S(MINl
:: MINIMO
NORMAL
Fig. 4 - Relacionamento geométrico entre os planos conjugados de cisalhamento e os eixos de tensões compressivas principais (Anderson, 1951).
Geometric relation between conjugate shear planesand
main compressive stress axes (Anderson, 1951).
b) SIGMA 2 em posição vertical, SIGMA 1 e SIGMA 3 no plano horizontaloriginam-se falhas
de rejeito direcional sob este campo de tensões (Figura 4B) (estilo transcorrente);
c) SIGMA 3 em posição vertical, SIGMA 1 e SIGMA 2 no plano horizontal - arranjo tensorial
que gera falhas de empurrão/reversas (Figura 4C), num estilo compressional.
Estas três situações coincidem com a classificação de falhas de Anderson (1951).A ocorrência predominante de um destes elementos-chave (falhas normais, empurrão/reversa ou transcorrente) numa
certa área definirá o estilo desta.
IH -
TECTÔNICA COMPRESSIONAL
1. AMBIÊNCIA GEOTECTôNICA
o estilo compressional é característico dos limites convergentes de placas; no passado geológico,
encontra-se registrado nos orógenos.
79
,
.Secundariamente,
o estilo compressivo é encontrado
res, em escorregamentos de larga escala e em condições
2. MECÂNICA
associado a instrusões ígneas ou sedimentade transpressão (Suppe, 1985).
DO ESTILO COMPRESSIONAL
Os elementos estruturais característicos destes ambientes são os empurrões e as dobras, estruturas
estas geradas coaxialmente pelo campo de tensões mostrado na Figura 5. Estando o máximo esforço
compressivo no plano horizontal, o material a ele submetido tende a "fugir" segundo uma direção
de alívio, e esta coincide com a vertical, na qual se posiciona o mínimo esforço compressivo; daí
originarem-se os empurrões e as dobras nestes ambientes.
Duas características deforrnacionais dentro deste estilo são o encurtamento e o soerguimento (uplift)
crustais em função da compressão no plano horizontal dissipada segundo o eixo vertical (Figura 6).
No contexto de bacias sedimentares, inversões estratigráficas são bastante comuns sob condições
compressionais, podendo ocorrer inclusive cavalgamentos do embasamento sobre a seção sedimentar,
em condições bastante peculiares (Figura 7).
Falhas transcorrentes são comuns em faixas dobradas, em resposta ao mesmo esforço compressivo
que origina os empurrões e dobras; aparecem devido a uma permutação entre os esforços intermediário
I~
FALHA
QE ;MPUR.RÃO
CAMPO
DE
TENSÕES
BACIA
COMPRESSIONAl
Fig. 5 - Relação entre o ambiente geotectônico, a estrutura característica e o campo de tensões de regiões com pressionais (Hefu, 1986).
Relation among geotectonic environment, cherecteristic
structure, and the stress field of compressiona/ regions (Hetu,
/986).
CINTURÃO
DE DOBRAS
/ FALHASREVERSAS
rCAMADA SEDIMENTAR-jl
I------SEDIMENTOS
ANTE- PAís
+ EMBASAMENTO-----j
LO---------------l
Fig. 6 - Encurtamento
e uplitt em zonas de empurrão (Lowell,
1983). Lo = comprimento
original da seção considerada;
LI = comprimento
pós-deformação;
21070 = encurtamento
crustal.
Shortening and up/ift in thrust zones (Lowell, 1983).
Lo =. original /enght of section; L1 = post-deformation
/enght;21% = crusta/ shortening.
80
(CONVERGENTE)
Fig. 7 - Seção sísmica da Bacia de Green River, Wyoming,
EUA, mostrando um cavalgamento do embasamento cristalino
sobre a seção sedimentar fanerozóica (Lowell, 1985).
Seismic section of Green River bssin, Wyoming (USA), showing thrusting of the crystalline basement above the Phanerozoic sedimentary section (Lowell, 1985).
-
-
e mínimo, quando o SIGMA 3 assume a posição horizontal. Estabelecem-se, dessa forma, condições
de cisalhamento puro (irrotacional) (Figura 8).
Outros elementos que podem aparecer são as falhas transferentes (Dahlstrom, 1969); estas, também conhecidas como tearfaults, conectam segmentos deslocados da frente de empurrão. Caracterizam-se
por rejeito direcional, mas sua mecânica é substancialmente distinta daquela apresentada pelas falhas
transcorrentes descritas no parágrafo anterior. Por serem planos que contêm dois dos eixos de esforços
compressivos principais do triedro, as falhas transferentes são superfícies de cisalhamento nulo, servindo de elementos de acomodação de movimentações diferenciais ao longo do strike da zona de colisão
(Figura 9).
IV -
TECTÔNICA TRANSCORRENTE
1. AMBIÊNCIA GEOTECTÔNICA
Os limites conservativos de placas, tais como Santo André (Califórnia) e o lineamento do Mar
Morto (Oriente Médio) (Figura 10), são a própria expressão da tectônica do tipo transcorrente. Nessas
áreas, as placas litosféricas, deslocando-se lado a lado, originam uma assembléia de elementos estruturais intimamente relacionados entre si e distribuídos num padrão geométrico bem definido.
2. MECÂNICA DO ESTILO TRANSCORRENTE
Em termos de campos de tensões, a tectônica transcorrente é produto de um arranjo em que os
componentes máximo e mínimo (SIGMA 1 e SIGMA 3) do triedro principal estão no plano horizontal,
81
Fig. 8 - Características
. (irrotacional) ..
geométricas do cisalhamento puro
Geometrical cherectetistice of pure shesr (irrotational).
Falha
transcorrente.
Falha
de
empurrão.
Falha normal, gróben, fratura
dlstensiva, dique.
Eixo
Fig. 9 - Diagrama esquemático
mostrando
o interrelacionamento entre as falhas transferentes e a frente de empurrão descontínua. Neste exemplo, o movimento ao longo da
falha transferente é responsável pela implantação da Bacia de
Viena (Royden, 1985).
de dobra
Schematic diagram showing interrelationship between trensfaults and the discontinuous thrust front. In this example,
movement along the trsnsier fault is responsible for creating lhe
Vienna basin (Royden, 1985).
ter
PLATAFORMA
EUROPÉIA
-------,.-,"
I
--
;"
"FIXO"
I
----.'1
I
------:,
I
I
,
-----1
!
I
82
..•
•I
1
EMPURRÃO
INATIVO
EMPURRÃO
ATIVO
B
A
principal
---
..
:.:.:
o
.
300km
Placa norte-americana
MAR
MEDITERRÂNEO
-,
,
~, ,
"'
,"
'" "
-,
li1l-'--
Placa pncrf ico
N
t
PLACA
ARÁBICA
IOOkm
,
O
I
Fig. 10 - A - a falha de Santo André, EUA (Suppe, 1985); B
- o lineamento do Mar Morto, Oriente Médio (modificado de
Garfunkel, 1981).
/
t;I = Movimenlo
relativo
•
regional
= ois lensõo
= Falhas
;<' = Dobras
00
W
A - The San Andreas fau/t (USA) (Suppe, 1985); B - Lincement ofthe Dead sea, MiddJe East (modified from GarfunkeJ,
. 1981).
o=
Vu Icõnicas
enquanto o SIGMA 2, o componente
vertical (Figura 11). - - -
intermediário,
está contido
-
no plano da falha, que é, portanto,
- - --
Em termos de movimentação relativa entre os blocos, a falha transcorrente é dita direita, dextrogira, dextral, right slip ou right lateral quando o observador, posicionado num dos blocos, caracterizar o deslocamento do bloco oposto para a direita; caso contrário, a falha será esquerda, levogira, sinistral, left lateral ou left slip (Figura 12).
A mecânica do falhamento transcorrente baseia-se na atuação de um binário cisalhante (shear couple)
numa determinada região (Figura 13). O binário representa, em última essência, o movimento entre
os dois blocos adjacentes ao longo da falha transcorrente fundamental. Este deslocamento, profunda-
FALHA
TRANSCORRENTE
GRÁBEN
CAMPO
RÔMBICO
DE TENSÕES
Fig. 11 - Relação entre o ambiente geotectônico, a estrutura
característica e o campo da tensões em áreas de wrench (Hefu,
1986).
Relation between the geotectonic environment, cherecteristic structure and stress field in wrench erees (Hetu, 1986).
Fig. 12 - Caracterização do movimento ao longo de falhas
transcorrentes: A - dextrogira; B - sinistrogira.
Characterization oi' movement along transcurrent faults:
A - dextral; B - sinistral.
B
A
~
8'"6r10
s
d.
cl.olho"'.nto
fOlho
tr
_-----:::=--_A=.
Fo lho
tro ".corr.
---''-----'----'-_
Folha
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~
Falho
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(-,h.or
toupl.-).
e n s c c r r e n t e sint.tica.
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*--------------,
\
V'Óbe", froturo di'te".iYo,
dique.
\
I
,
J
.mpurr~o,
eixo
d.
dobro.
I
*-----....;....--------
__
:--
-
...•. Sentido d. rotaçao do. elemento. no ~fonl'toç.c1o
progr.s,ivo.
*
Fig. 13 - Características geométricas do cisalhamento simples(rotacional).
Geometric characteristics oi simple shear (rotational).
84
mente enraizado no embasamento, origina uma deformação com características peculiares nos níveis
próximos à superfície, à qual se associa uma série de elementos num padrão geométrico bem definido
(Figura 13).
A deformação produzida por este binário caracteriza condições de cisalhamento simples (rotacional), uma vez que, com o movimento progressivo, os elementos previamente formados vão sendo rotacionados e têm sua posição original alterada (Figura 14).
A deformação produzida pelo binário pode ser visualizada, geometricamente, como a transformação de um círculo (estado não deformado) numa elipse por um mecanismo de cisalhamento; a esta
relacionam-se todos os elementos estruturais envolvidos no estilo (Figura 15). A fratura "P" é o último
elemento a aparecer no sistema, representando a emergência do movimento profundo e caracterizando
estágios avançados do processo de formativo.
Embora esse padrão geométrico seja bastante característico de deformação por transcorrência, alguns aspectos exercem influência decisiva no produto final: 1) a magnitude do deslocamento; 2) as propriedades intrínsecas dos materiais submetidos à deformação; e 3) a configuração estrutural preexistente na região.
-
Deformação
progressivamente
maior.
-
Fig. 14 - Rotação de elementos no cisalhamento simples. C
- compressão; D - distensão; T - empurrões; F - eixos de dobras; V - fraturas distensivas; N - falhas normais; R - transcorrentes sintéticas; R' - transcorrentes antitéticas.
Rotations of elements in simple shear. C - compression; D extension; T - thrusts; F - fold axes; V - extensive trsctures; N normal faults; R - synthetic transcurrent faults; R' - antithetic
trsnscurrent faults.
85
A
•••••••
~~---"
.<"'0.
1\1 <.~
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I
I
1
I
I
•
1
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0,1
-
Fratura "pu
:JRI
c - Vetor
de compressão
0- Vetor de distensão
RI- Rotação interna
~
.....-'
RI
c
o)
Fig. 15 - A - relação entre a elipse de deformação e os elementos estruturais originados por um binário de cisalhamento dextrogiro (Harding, 1974); B - a elipse representa o estado deformado de uma figura originalmente circular submetida ao binário cisalhante.
A - Relationship between deformation ellipsoid and strucrural elements resulting irom a dextrsl shear couple (Harding,
1974); B -;the ellipse represents the deformed stste of an original/y circular figure submitted to the shesr couple.
3. TRANSPRESSÃO, TRANSTENSÃO E MOVIMENTO PARALELO
Ao longo do plano de uma falha transcorrente, a movimentação relativa entre os blocos pode se
dar de três maneiras: paralela, convergente ou divergente. Movimento paralelo, ou puramente transcorrente, é o menos comum, necessitando, neste caso, ser o traço da falha rigorosamente reto, e o deslocamento absoluto, de ambos os blocos, ocorrer segundo uma direção também paralela ao traço da falha
(Figura 16A).
Situações mais comuns são as que envolvem tendências convergentes ou divergentes entre os dois
blocos adjacentes, caracterizando condições de, respectivamente, transpressão e transtensão (Harland,
1971). Estes fenômenos geram efeitos secundários associados ao movimento transcorrente, mesmo
considerando-se o deslocamento ao longo de uma falha de traço relativamente retilíneo (Figura 16B-C).
Sob condições de transpressão, originam-se estruturas compressionais tais como pop-ups, falhas
reversas, empurrões, dobras e blocos soerguidos (Figura 17), enquanto a transtensão promove a subsidência de blocos por meio de falhas normais, num ambiente localmente distensiona1.
Ocorrem efeitos semelhantes sempre que o traço da falha transcorrente mostrar deflexões, sejam
elas favoráveis ao movimento (transtensional, releasing bend) ou contrárias a ele (transpressional, restraining bend) (Figuras 16D e 17).
Dobramentos en échelon ao longo da zona de deformação são bastante característicos da tectônica cisalhante; a Figura 18 mostra exemplos desta estrutura.
86
[A]
[B]
[c]
[D]
P
c
-, \
Paralelo
Placa
Convergente
norte-americana
Divergente
P
C
D
=
=
Paralelo
Convergente
Divergente
Fig. 16 - Características dos movimentos ao longo de falhas
transcorrentes de traço reto: A - paralelo; B - convergente; C
- divergente, e de traço sinuoso (D).
Characteristics of movements along rectilinear transcurrent
faults; A - paralle1;B - convergent; C - divergent; and D - along
a sinuous fault.
,
Fig. 17 - Soerguimento de blocos crus tais em função de sinuosidades no traço da falha de Santo André (Anderson, 1971).
Uplift of crust blocks based in deflections of the San Andreas fault plane (Anderson, 1971).
Placa
pacífica
Fig. 18 - Dobras en échelon, produtos de binários de cisalhamento: A - experimento em argila, binário dextrogiro (Wilcox
et al., 1973);B - Darien Basin, Panamá, binário sinistrogiro (Wilcox et sl., 1973).
En échelon tolâs, lhe result of shear couple: A - experiment with-clay, dextral couple (Wilcox et sl., 1973); B - Darien
basin (Panama), sinistral couple (Wilcox et a1., 1973).
87
4. SEDIMENTAÇÃO
ASSOCIADA
A FALHAS TRANSCORRENTES
Ao longo de falhas transcorrentes, as condições transtensionais geram bacias sedimentares de características bastante peculiares. Conhecidas como bacias transtensionais, pu/l-apart basins, strike-slip
basins ou rhomb-grabens, estas áreas deprimidas têm geometria alongada ou aproximadamente losanguIar, mostrando uma migração bem definida de seu depocentro, que acompanha o deslocamento de
seu substrato, constituído por um dos blocos da falha (Figura 19A). Este fato está bem caracterizado
no Mar Morto (Figura 19B).
Blick e Biddle (1985) apontam alguns aspectos distintivos das bacias transtensionais com respeito
ao registro estratigráfico que as preenche: 1) evidências de episódios de rápida subsidência, registrados
por seções estratigráficas espessas; em algumas seções marinhas, caracterização de aprofundamento
muito rápido; 2) mudanças laterais de fácies muito abruptas e abundantes discordâncias locais; 3) diferenças marcantes na espessura sedimentar, geometria de fácies e na ocorrência de discordâncias de uma
bacia para outra na mesma região.
A
B
Mar Morto
=:..:.,.:..:::::SQ~1~.~~~,
.~2~
••~.~-~.~~
~':'
••7>:;, :;> :;s--s- §~_~p~e:2~_1s~=
10kJ =.=. :;::.
~';:;..::;.::::::
..:::::.;:.:::.
'=-::::;::" ':;::.:
carbonatos
ES3 Fm.Amora [ elásticos
.3
Poçós
~
~
halita .
Fm. Sedom llipsita
[
Falha transcorrente
..
O Fm. Hazeva
........-- Folha norma
Fig. 19 - Migração de depocentros na fossa do Mar Morto,
em função do deslocamento ao longo da falha transcorrente em
que a bacia está alojada. A· esquema de formação da bacia
(Manspeizer, 1985);B . mapa e seção longitudinal do Mar Morto
(Garfunkel, 1981).
Depocenter migration in the Dead sea graben, based on displacement along lhe transcurrent teult where lhe basin is toested. A . Diagram of basin Iormetion (Manspeizer, 1985); B .
map and longitudinal section of Dead sea (Gsrtunkel, 1981).
88
[tire<! beds"
carbonatos
5. EXPRESSÃO SÍSMICA DE FALHAS TRANSCORRENTES
Por ser uma observação efetuada num plano vertical, o perfil sísmico se presta otimamente para
caracterizar deslocamentos também verticais ao longo de falhas; decorre daí a dificuldade em se diagnosticar a presença de falhas transcorrentes por meio desta ferramenta. Um estudo abrangente deste
tema foi apresentado por Zalán (1986).
Nos últimos anos, tem sido identificada uma feição estrutural que pode ser considerada a "assinatura" sísmica das falhas de rejeito direcional: trata-se da "estrutura em flor"; sua geometria mostra,
em profundidade, a presença de uma falha única que tende a ser vertical, representando o limite fundamental entre os dois blocos. Para cima, esta falha principal ramifica-se, alargando a zona de deformação (Figura 20).
Dependendo da característica do movimento - convergente ou divergente - ao longo da falha,
a estrutura em flor pode ser positiva ou negativa. A estrutura em flor positiva assemelha-se a um dobramento ou arqueamento positivo, podendo associar falhas reversas/empurrões em seu bojo (Figura
21). Esta feição positiva é conhecida como pop-up, sendo constituída pelo material injetado para cima
devido à transpressão (Figuras 22 e 23).
-~.--.-- -
-
---
_~o
.=-=:----
o---~-.-.
~
00-0
E
o
-
l/J
I
::
T
Fig. 20 - Corte de um experimento de falha transcorrente, mostrando a ramificação para cima da estrutura principal. O rejeito normal associado é devido ao caráter divergente do movimento (Emmons, 1969).
Section oi' a transcurrent-fault experiment showing upward
branching ot main structure. The associated normal slip is due
to the divergent nature of the movement (Emmons, 1969).
Fig. 21 -
Estrutura em flor positiva (Lowell, 1985).Positive tlower structure (Lowell, 1985).
89
1
Fig. 22 - Diagrama conceitual mostrando o efeito de pop-up
ao longo de uma falha transcorrente dextrogira convergente. A
cunha central é "injetada" para cima, definindo uma zona soerguida associada ao movimento horizontal (Lowell, 1985).
Conceptual diagram showing pop-up effect along a convetgent dextral transcurrent fault. The central wedge is injected
upward, defining an uplifted zone associated with horizontal
movement (Lowel/, 1985).
Fig. 23 - Experimento em argila, mostrando um pronunciado relevo (pop-up) desenvolvido ao longo de uma falha transcorrente dextrogira convergente (Lowell, 1985).
Clay experiment showing pronounced relief (pop-up) produced aJong a convergent dextra/ transcurrent fault (LowelJ,
/985).
90
A estrutura em flor negativa possui a geometria de um gráben (Figura 24). O aspecto distintivo
em relação a um gráben distensional típico é a tendência de se juntarem em profundidade as falhas
que constituem os limites da feição. Caso o perfil sísmico não permita esta observação, ficará muito
difícil caracterizar o movimento transcorrente aí existente.
Como critérios adicionais, de caráter geral, úteis no reconhecimento das falhas transcorrentes, podem ser relacionados: 1) contraste dos tipos litológicos justapostos pela falha; 2) variação abrupta de
fácies (litológica/sísmica) e de espessura dentro de um mesmo intervalo estratigráfico; 3) deslocamentos normais e reversos no mesmo perfil; 4) rejeito variável em magnitude e em sentido para diferentes
horizontes separados pela mesma falha; 5) mudança na relação bloco alto-bloco baixo ao longo do
traço da falha (Figura 25).
v -
TECTÔNICA
DISTENSIONAL
1. OCORRÊNCIA, AMBIÊNCIA GEOTECTÔNICA
E MECÂNICA DO ESTILO DISTENSIONAL
As regiões de falhas normais e blocos distensionais são, provavelmente, o estilo estrutural mais
comum (LoweIl, 1985); ocorrem nos estágios precoces de evolução de margens divergentes, nos centros
de espraiamento da crosta oceânica e em algumas regiões intraplaca.
As falhas normais caracterizam o estilo distensivo; sua gênese está ligada a um mecanismo de estiramento crustal em que o triedro de esforços mostra o componente SIGMA 1 na posição vertical. Nessas
condições, assume importante papel o componente SIGMA 3, que define a "distensão regional", perpendicularmente à qual se desenvolverá o trende principal de falhas normais (Figura 26).
Embora ocorram, subordinadamente, em todos os estilos estruturais, é nas áreas de rifte que as
falhas normais encontram as condições ideais para seu pleno desenvolvimento. Lá, elas assumem um
-caráter Tegional, condicionando a própria evolução do- gráben em que estão implantadas.
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Fig. 24 -
Estrutura
em flor negativa
(Bally, 1983).
Negative Ilower structure (Bal/y,1983).
91
PRINCIPAIS CARACTERISTICAS
· Embasamento envolvido.
· ZPD (Zona principal de Deformação)
profundidade.
· Folhas subsidiárias
de tipos
em
divergem para cima.
ROCHAS JUSTAPOSTAS
ZONA DE FALHA
· Contraste
vertical
PELA
litológicos.
Variação abrupta de fácies e de espessura numa
determinada unidade estratigráfica.
REJEITOS
REJEITO
N - NORMAL
R - REVERSO
R
· Normais e reversos
no mesmo corte.
· Magnitude e sentido de deslocamento vanaveis
para diferentes
horizontes deslocados pela
mesma folha.
PERFIS
ZPD
EM PERFIL
SUCESSIVOS
· Mergulho variável, tanto em direção
valor angular, para uma determinada
quanto em
falha.
· Magnitude e sentido de deslocamento
para um mesmo horizonte separado
variável
por uma
falha
l..l~;,/,~I
EMBASAMENTO
CRISTALINO
Fig. 25 - Características e critérios de reconhecimento de zonas transcorrentes em perfis (corte idealizado, Blick e Biddle,
1985).
Characteristics and criteria for tbe reconnaissance oftranscurrent zones in profiles (ideaJizedsection, Blick & Biddle, 1985).
/1- /~
I
___L-_--
b~f_V
FALHA NORMAL
CAMPO DE TENSÕES
BACIA DISTENSIONAL
Fig. 26 - Relação entre o ambiente geotectônico, a estrutura
característica e o campo de tensões em áreas distensionais (Hefu, 1986).
Re1ation between geotectonic environment, characteristic
structure and stress field in extensiona1 areas (Hetu, 1986).
92
2. ASPECTOS GEOMÉTRICOS
DAS FALHAS NORMAIS
As falhas normais, num sistema distensional, podem assumir a geometria planar ou lístrica. Este
tema tem sido muito discutido, porém a tendência atual é admitir-se que a geometria lístrica é a mais
adequada no balanço geométrico da distensão crustal que acompanha o mecanismo de rifteamento.
As falhas planares, definindo blocos isolados entre cada dois planos adjacentes, criam problemas
de acomodação ao se prolongarem em profundidade,
uma vez que, ao rotacionarem, os blocos criam
o "efeito dominó", deixando "vazios" em sua porção basal (Figura 27), que são preenchidos por brechação, cataclase ou fluxo de material. Pode-se admitir que este arranjo geométrico sobreviva apenas
localmente dentro dos grabens, associado a falhas normais de pequena expressão.
A geometria listrica acomoda progressivamente a distensão crescente com a profundidade, deitando-se
paulatinamente
até alcançar a posição horizontal; esta posição pode ser atingida em qualquer nível
crustal, seja no pacote sedimentar QU no embasamento, dependendo da importância da falha dentro
do contexto do rifte (Figura 28).
Uma característica marcante das falhas normais lístricas é a rotação que produzem nos estratos
do teto ("bloco baixo"), principalmente
na região próxima ao plano do falhamento, criando a feição
conhecida como rollover (arrasto reverso).
As grandes falhas normais de geometria lístrica acabam em profundidade numa zona de cisalhamento horizontal, que separa as porções frágil/dúctil/da
crosta. Na região de Basin and Range, este
nível encontra-se em torno de lOkm de profundidade,
e constitui o basa! detachment surface (Eaton,
1980) (Figura 29).
Quanto à posição espacial, as falhas normais podem ser sintéticas ou antitéticas, com respeito a
terem seu plano mergulhando no sentido do mergulho regional da bacia ou contra ele, respectivamente
(Figura 30). Para alguns autores, porém, a classificação em sintética ou antitética é feita em função
da falha principal (borda) do gráben, sendo sintéticas as falhas de plano com mergulho no mesmo sentido do mergulho daquela.
Fig. 27 - O "efeito dominó" causado por falhas normais planares (Wernicke e Burchfiel, 1982).
"Domino effect" caused by normal planar faults (Wemicke
& Burchtiel, 1982).
"gap"
Fig. 28 - Aspectos geométricos das falhas normais lístricas
(Gibbs, 1983).
Geometrical aspects af normal listric faults (Gibbs, 1983).
t---------------Il-----
_
----------:-d-----1o-----------
C
ÁREAS
A=B=C
o = profundidade
d
= distensão
O
"'- Superflcie de
descolamento
do descolomento
no superfrcie (11-lol
93
Fig. 29 - Modelo interpretativo
da estrutura crustal sob um
rifte, mostrando o papel das falhas lístricas na acomodação
da
distensão próximo à superfície (Eaton, 1980).
Interpretative model of crustaJ structure underneath a ritt,
showing the role of listric faults in accomodating extension dose
to lhe surface (Eaton, 1980).
Fig. 30 - Seção geológica esquemática dos grabens do Recôncavo e Tucano Sul, mostrando a interveniência de falhas normais sintéticas e antitéticas (Milani, 1987).
Schematic geoJogical section of grabens in the Recôncavo
and Tucano SuJ areas, showing presence of normal synthetic and
entitlietic fauJts (Milsni, 1987).
o
-4
-8
-12
km
o,
10
I
20
I
km
3. FALHAS TRANSCORRENTES
EM AMBIENTE DISTENSIONAL
É muito difícil que a distensão crustal assuma magnitude igual ao longo de todo o strike de um
rifte, ou que as características lito-estruturais preexistentes na região não influam no evento ruptura!.
Por estes e outros motivos, a presença de falhas transcorrentes é fator de balanceamento mecânico durante o rifteamento; uma vez que partes da fossa estejam sofrendo diferentes graus de extensão, as falhas transcorrentes acomodarão estas áreas de características distintas. Sob a influência de descontinuidades preexistentes, o rifte pode sofrer deflexões ao longo de sua direção de propagação, surgindo, assim, os elementos de deslocamento horizontal (Figura 31).
Estes elementos transversais aos grabens em que se inserem correspondem, em escala regional, a
planos de cisalhamento nulo no conceito de Anderson (1951)de formação e desenvolvimento de falhamentos, uma vez que contém dois dos eixos do triedro principal de esforços. Por apresentarem movimento transcorrente, co.m deslocamento de blocos essencialmente ao longo de planos verticais, as falhas transferentes marcam a direção de abertura das bacias distensionais. As irregularidades de seu plano, manifestas por encurvamentos do traço da falha em planta, podem nuclear campos tensoriais secundários em função do movimento transcorrente, com efeitos locais de características transpressionais
ou transtensionais (Figura 32).
Em termos quantitativos, o deslocamento direcional ao longo das falhas transferentes é igual ao
rejeito horizontal de mergulho das falhas normais a que se associam (Milani, 1989) (Figura 33), uma
vez que, geneticamente, há forte relacionamento entre elas.
Deve-se dar especial atenção quando da interpretação de falhas transferentes em bacias distensionais, uma vez que ao longo delas podem originar-se todas as estruturas características da tectônica
transcorrente.
94
(fi - Tensõc
compressive
secundória
Fig. 32 - Relacionamento das falhas transferentes com o campo
de tensões principal que dá origem à bacia distensional.
B
ReJation between transfer faults and main sttess field producing extensionaJ basin.
e
rh
rt . cos
rd
rh. sen O<
e
= (r •. sen
l.
cos
e
Fig. 31 - Falhas transferentes associadas aos riftes: A - acomodando regiões de taxas de distensão crustal diferentes (Hefu, 1986); B - conectando porções deslocadas do eixo de um rifte
(Bally e Snelson, 1980).
Ttsnster faults associated with rifts: A - accomodating regions with differing rales of crustal extension (Hefu, 1986); B connecting displaced parts of a riit axis (Bally & Snelson, 1980).
0.75
0.5
.""' -,
-:
025
-:
./
ISO
0°
30°
45°
,,
75°
60°
90"
(9,0()
Rejeitos
h = horizontal
Fig. 33 - Magnitude de deslocamento ao longo de uma falha
transferente perpendicular
a uma falha normal.
Amount of displacement along a trenster fault perpendicular to a normal fau/t ..
de mergulho
t = tolal
m= de mergulho
v = vertical
e = ãngulo
de mergulho do pia no
de falha.
cc;: = ângulo entre
rente
a falha
transf!!
e a normal.
d = direcional
95
I
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