Deformación de la corteza terrestre

Geología Estructural - Geología Histórica

• Deformación de la corteza como respuesta a los esfuerzos.
• Se analizan curvas de esfuerzo-deformación y sustancias frágiles y dúctiles.
• También se analiza la posición de los estratos, incluyendo rumbo y buzamiento usando la brújula geológica.
• Se clasifican y definen pliegues y sus elementos.
• Se definen y clasifican fallas, incluyendo criterios para su reconocimiento en el terreno y fallas activas.
• Se definen y clasifican diaclasas.
• Se exploran conceptos de concordancia y discordancia, símbolos estructurales y representaciones gráficas de discontinuidades, así como la geología histórica y estratigrafía.

Introducción a la Geología Estructural

• Es la rama de la geología que estudia la corteza terrestre, sus estructuras y la relación de las rocas que la componen.
• Incluye el estudio de la geometría de las rocas y su posición en la superficie.
• Se enfoca en la deformación de los materiales en la corteza terrestre, principalmente en la formación de pliegues y fallas.

Deformación de la Corteza

• Se refiere a los cambios en la forma o volumen de las rocas debido a la aplicación de un esfuerzo.
• Una roca puede fracturarse o deformarse (arrugarse) si el esfuerzo supera su resistencia interna.
• Las condiciones de deformación varían desde niveles superficiales hasta grandes profundidades.

Curva Esfuerzo - Deformación

• La deformación de una roca puede ser elástica (recupera su forma original) o plástica (deformación permanente).
• La deformación elástica es proporcional al esfuerzo aplicado
• El límite de elasticidad es la magnitud de esfuerzo superada la deformación es permanente.
• La respuesta a los esfuerzos es intrínseca al material, siendo rocas frágiles las que rompen sin deformación plástica, y rocas dúctiles las que se deforman antes de romper. Estos comportamientos se estudian en laboratorio.

Tipos de Fuerzas

• Los esfuerzos se refieren a la fuerza aplicada a un área determinada en la roca. En geología, se clasifican en fuerzas dirigidas y no dirigidas.
• No dirigidas: La presión litostática, es ejercida por una columna de roca, actuando por igual en todas direcciones y dependiendo de la densidad y espesor.
• La presión litostática puede alcanzar hasta 20 kilobares en la corteza continental y es menor en la oceánica, excepto en zonas de subducción donde es muy alta.
• La presión hidrostática (presión del agua), contribuye a la presión de fluidos en los poros de las rocas.
• La combinación de la presión litostática y la presión de fluidos resulta en la presión de confinamiento.
• Dirigidas: Reconocibles por su dirección de aplicación, incluyendo la compresión, tensión y cizalla.
  • Compresión: Las rocas se acortan por fuerzas dirigidas en la misma línea, formando pliegues o fallas dependiendo de su ductilidad.
  • Tensión: Las fuerzas actúan en direcciones opuestas a lo largo de la misma línea, alargando o separando las rocas.
  • Cizalla: Las fuerzas actúan en paralelo pero en direcciones opuestas, resultando en deformación por desplazamiento a lo largo de planos poco espaciados.

Sustancias Frágiles y Dúctiles

• Las sustancias se clasifican por su comportamiento ante esfuerzos.
  • Frágiles: Sufren rupturas antes de cualquier deformación plástica, o soportan solo una deformación plástica mínima antes de romperse.
  • Dúctiles: Tienen un intervalo largo entre el límite de elasticidad y la ruptura, por lo que experimentan una deformación plástica significativa.

Niveles Estructurales

• Se identifican en la corteza donde los mecanismos de deformación dominantes son consistentes. Estos niveles, que generalmente se superponen, se definen considerando la superficie de la Tierra como el límite superior.
• Superior: Se caracteriza por baja presión y temperatura, lo que resulta en un comportamiento frágil de las rocas, predominando la formación de fallas.
• Medio: Ubicado a profundidades intermedias, entre la superficie y 4.000 m; la flexión es el mecanismo más importante, con la formación de pliegues.
• Inferior: Este nivel, entre los 4.000 y 10.000 m de profundidad, está influenciado por el metamorfismo, con predominio de aplanamiento y estructuras de flujo, así como pliegues acompañados de esquistosidad y foliación. El inicio de la fusión marca su límite inferior.

Posición de los Estratos

• Los estratos, al momento de su deposición, son horizontales y paralelos a la superficie de depósito (horizontalidad original.)
• Si los estratos sedimentarios siguen horizontales, el área no ha experimentado modificaciones estructurales.
• Estratos inclinados, plegados o rotos indican deformación posterior.
• Para medir la orientación se usa la brújula tipo Brunton, que mide la dirección del plano en la horizontal y el buzamiento en el plano vertical.
  • Azimut o Rumbo: Es el ángulo horizontal entre la línea de intersección del plano geológico con un plano horizontal y el norte magnético, variando de 0 a 360°.
  • Buzamiento: Es el ángulo de inclinación de un plano geológico medido desde un plano horizontal, variando de 0° a 90°.

Brújula Geológica

• El modelo Brunton es un instrumento usado para determinar ángulos azimutales o de rumbo, medir ángulos verticales, hallar planos horizontales y comprobar la inclinación de objetos.
• Es útil para determinar el rumbo y buzamiento de estratos, fallas y diaclasas, así como la inclinación de estructuras geológicas y galerías en minas.

Deformación Plástica: Los Pliegues

• Una roca se pliega cuando una superficie de referencia plana se transforma en una superficie curva.
• Los pliegues son más fáciles de observar en rocas sedimentarias debido a sus planos de estratificación.
• Partes de un pliegue:
  • Línea de cresta o charnela: Une los puntos más altos de la superficie curvada.
  • Flanco del pliegue: Cada lado del pliegue.
  • Eje de pliegue: Es la línea formada por los puntos de máxima curvatura.
  • Superficie o plano axial: Contiene los ejes de los pliegues de varios estratos.

Clasificación de Pliegues

• Según su forma:
  • Anticlinales: Convexos hacia arriba, con flancos que divergen del plano axial, las capas más jóvenes están en la parte superior y las antiguas en el núcleo.
  • Sinclinales: Cóncavos hacia arriba, con flancos que convergen hacia el plano axial, las capas más jóvenes están en el núcleo y las antiguas en la parte inferior.
• Según el buzamiento del plano axial:
  • Simétricos: El plano axial forma ángulos iguales con ambos flancos y es vertical.
  • Inclinados: El plano axial está inclinado, formando ángulos diferentes con los flancos, uno de los flancos tiene un ángulo de buzamiento mayor.
  • Invertidos: Similares a los inclinados, la diferencia radica en que el ángulo de buzamiento de uno de los flancos se invierte.
  • Tumbados: El plano axial es horizontal, el ángulo de buzamiento es 0°.
• Según la inmersión del eje del pliegue:
  • Cilíndricos: Eje horizontal, inclinación igual a 0°.
  • Cónicos: Eje inclinado, forma un ángulo con respecto a la horizontal.
• Según el ángulo entre los flancos:
  • Muy abierto o suave: Mayor o igual a 120°, plegamiento débil.
  • Abierto: Entre 70° y 120°.
  • Cerrado: Entre 30° y 70°.
  • Estrecho o apretado: Entre 0° y 30°.
  • Isoclinal: Igual a 0°, los flancos están prácticamente unidos.

Deformación Frágil: Fallas

• Se definen como superficies o planos de discontinuidad en una roca donde se pierde la cohesión del material.
• Resultan importantes porque afectan la resistencia de las rocas y condicionan la distribución de fracturas.
• Se denomina falla cuando hay un desplazamiento medible a lo largo del plano de fractura; de lo contrario, si no hay desplazamiento o es muy pequeño, se denomina diaclasa.
• Vetas: Fracturas rellenas con minerales secundarios.
• Una falla es una fractura planar con desplazamiento de la roca paralelo al plano de ruptura, consecuencia de la aplicación de un esfuerzo.
• Es frecuente observar una zona de falla en lugar de un plano definido.
• Las fallas se visualizan como planos que dividen y desplazan el terreno vertical, horizontal o en ambos sentidos.
• Elementos que definen una falla:
  • Plano de falla: Superficie de rotura donde ocurre el movimiento.
  • Labio levantado: Porción del terreno que asciende.
  • Labio hundido: Porción del terreno que desciende.
  • Dirección de la falla: Ángulo con el norte geográfico de la intersección del plano horizontal y el plano de falla.
  • Buzamiento de la falla: Ángulo del plano de falla con un plano horizontal imaginario.
  • Espejo de falla: Superficie pulida por fricción entre bloques.
  • Estrías de falla: Estrías o hendiduras por presión y fricción.
  • Brecha de falla: Material caótico en el plano de falla.
  • Techo de falla: Superficie rocosa inmediatamente encima de la falla.
  • Piso de falla: Superficie rocosa inmediatamente debajo de la falla.
  • Salto de falla: Desplazamiento de un bloque respecto al otro, medido en componentes vertical y horizontal.

Clasificación de Fallas

• Se clasifican según el tipo de desplazamiento de los bloques:
  • Fallas normales: Desplazamiento vertical por esfuerzos traccionales; el bloque del techo se desplaza hacia abajo.
  • Fallas inversas: Desplazamiento vertical por esfuerzos compresivos; el bloque del muro se desplaza hacia arriba.
  • Fallas en dirección: Desplazamiento horizontal paralelo a la dirección de la falla, presentes en todas las escalas.
• Las fallas suelen aparecer asociadas formando estructuras complejas:
  • Horst o macizo tectónico: Zona central levantada con respecto a los laterales.
  • Graben o fosa tectónica: Zona central hundida con respecto a los laterales.

Criterios para el Reconocimiento de Fallas en el Terreno

• Incluyen indicadores directos e indirectos.
• Directos: Definen una falla al 100%. Lo que indica que deben localizarse cerca.
  • Discontinuidad o desplazamiento de estratos o estructuras: Si un grupo de estratos termina contra estratos diferentes, puede haber una falla.
  • Espejos de fricción: Superficies pulidas y estriadas por la fricción a lo largo del plano de falla.
  • Arrastre: rocas se deforman plásticamente cerca de una falla, formando un leve monoclinal hacia el plano de falla.
  • Jaboncillo de falla: Algunas rocas a lo largo de una falla se pulverizan formando un material de grano fino.
  • Brecha de falla: Rocas en la zona de falla se rompen y trituran, formando fragmentos angulares con una matriz más fina.
• Indirectos: Útiles en áreas con pocos afloramientos o mucha vegetación, aunque menos confiables que los directos.
  • Morfología:
    • Escarpa de falla: Ladera recta y empinada producto del ascenso de un bloque.
    • Alineamiento de quebradas o valles: Las zonas de falla son cubiertas por rocas blandas cuaternarias, rellenando un valle o quebrada.
  • Vegetación: Mayor vegetación en áreas con mayor permeabilidad asociada a zonas falladas.
  • Manantiales y cursos de agua: Cambios en la porosidad provocan el nacimiento de un río. Los manantiales alineados también sugieren la presencia de fallas.
  • Ríos desplazados: Indican la presencia de una falla si varían bruscamente su curso.

Fallas Activas

• Se definen por la forma en que se acumula el desplazamiento en el tiempo geológico, caracterizadas por acumular desplazamiento en un pasado reciente (menos de 10,000 años para algunos autores) o afectar terrenos modernos.

Diaclasas

• Son estructuras tectónicas comunes en rocas (excepto en el cuaternario), son rupturas sin desplazamiento significativo.
• Se asocian con fuerzas tectónicas, enfriamiento en rocas ígneas y desecación en rocas sedimentarias, y se distinguen de las fallas por la ausencia de deslizamiento.
• La orientación de la falla se indica por rumbo o azimut y buzamiento. Pueden ser en forma plana o irregular.
• Las diaclasas suelen aparecer asociadas a pliegues y fallas, formando sistemas:
  • Sistema de diaclasas paralelas: Todas tienen la misma dirección y buzamiento.
  • Sistema de diaclasas que se cortan: Tienen distintas direcciones y buzamientos.
• Se clasifican según su origen:
  • Tectónico: Fracturas sin desplazamiento transversal detectable, predominando la extensión.
  • No tectónico:
    • De enfriamiento: En rocas magmáticas durante el enfriamiento.
    • Grietas de desecación: En barros o lodos al disminuir el espacio ocupado bajo condiciones atmosféricas.
    • Fisuras de tensión gravitacional: Deslizamiento de masas rocosas sobre estratos inclinados.
• El análisis de diaclasas puede requerir métodos estadísticos debido a su tendencia a formar familias y sistemas.

Concordancia y Discordancias

• La discordancia es una relación geométrica entre capas de sedimentos que representa un cambio en las condiciones de deposición.
• Los sedimentos se depositan en capas paralelas (Principio de Horizontalidad). Una discordancia representa una discontinuidad estratigráfica sin paralelismo entre los materiales infra y suprayacentes.
• Tipos:
  • Discordancia Angular: Diferencia angular marcada entre rocas antiguas y jóvenes, con inclinación o deformación en las antiguas.
  • Discordancia Paralela-Erosiva: Formaciones paralelas con elevación y exposición a la erosión seguidas de hundimiento y nueva deposición.
  • Discordancia Paralela-No Erosiva: Se produce cuando la roca más antigua es de origen plutónico.

Geología Histórica y Estratigrafía

• La Geología Histórica es una rama de la geología que estudia la disposición, características y edad relativa de las rocas estratificadas, así como los eventos geológicos pasados, utiliza conocimientos de la estratigrafía, química, física, la petrología y la paleontología.
• La estratigrafía estudia el origen, descripción, secuencia y relaciones entre rocas sedimentarias, ígneas y metamórficas.
• Los estratígrafos estudian los estratos que afloran en superficie o en perforaciones. Un estrato es una capa horizontal, la unidad de sedimentación.
• Principios estratigráficos:
  • Uniformitarismo / actualismo: El presente es la clave del pasado.
  • Superposición.
  • Horizontalidad Original.
  • Intersección.
  • Contenido Faunístico.
• Las estructuras geológicas proporcionan información de las estructuras para marcar edades relativas: una estructura tectónica es más joven que la roca que la contiene.

Este cuestionario explora los niveles estructurales de la corteza terrestre, incluyendo el comportamiento de los materiales y mecanismos de deformación a diferentes profundidades. Evalúa el conocimiento sobre las características geológicas de los niveles superior, medio e inferior. Incluye preguntas sobre estructuras y mecanismos de deformación.