Presentación 1

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ASOCIADA A MOVIMIENTOS DE SAL Y ARCILLA Y A DESPLAZAMIENTO LATERAL

11-13 DE ABRIL DE 2005

ASOCIACIÓN DE INGENIEROS PETROLEROS DE MÉXICO

INSTRUCTOR: ING. JAVIER ARELLANO GILPROFESOR DE GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

ObjetivoObjetivo Identificar, describir, interpretar y proponer modelos de las estructuras asociadas a sal o arcilla y a desplazamiento lateral con mayor potencial almacenador y/o generador de hidrocarburos.

TEMARIO

1. Introducción (conceptos fundamentales).

2. Modelos para estructuras producto de movimiento de sal o arcilla.

3. Modelos para estructuras asociadas a desplazamiento lateral.

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Algunas propiedades físicas de la sal1.1.1 Salmueras, evaporitas y

halita.1.1.2 Cuencas de evaporitas.1.1.3 Aspectos básicos de la

deformación de la halita.1.1.4 Modelos físicos de deformación de la

sal.

TEMARIO

2. MODELOS PARA ESTRUCTURAS PRODUCTO DE MOVIMIENTOS DE SAL O ARCILLA.

2.1 Asociación falla-sal o falla-arcilla.2.1.1 Fallas que afectan todo el intervalo de sal o arcilla.2.1.2 Fallas que afectan la cima del intervalo de sal o arcilla.2.1.3 Fallas que afectan la base del intervalo de sal o arcilla.2.1.4 Formación de grabens.2.1.5 Formación de cuencas periféricas a la sal o arcilla.2.1.6 Fallas de crecimiento asociadas al movimiento de la sal o arcilla.

2.2 Evacuación de sal o arcilla y estructuras de colapso.

2.2.1 procesos involucrados en la evacuación, la disolución y el colapso.2.2.2 Fallas y fracturas relacionadas a la evacuación, la disolución y el

colapso.2.2.3 Mini-cuencas.2.2.4 Identificación de soldaduras.

2.3 Diapirismo.2.3.1 Morfología y evolución de los diapiros.2.3.2 Sinclinales de borde (“Rim synclines”).2.3.3 Determinación de la edad del movimiento de la sal o arcilla.2.3.4 Inicio del movimiento de la sal o arcilla en general y por diapirismo.

TEMARIO

3. MODELOS PARA ESTRUCTURAS ASOCIADAS A DESPLAZAMIENTO LATERAL (“WRENCH TECTONICS”)3.1 Estructuras formadas por cizalla simple.3.2 Pliegues “en echelón” y fallas de transcurrencia.3.3 Bloques dominó.3.4 Estructuras en flor positivas y negativas.3.5 Desplazamiento lateral convergente y divergente.3.6 Estructuras contraccionales con estratos de

crecimiento.3.7 Estructuras extensionales con estratos de crecimiento.3.8 Fallamiento asociado a desplazamiento lateral

convergente y divergente.3.9 Duplex asociadas a fallas de transcurrencia.

TEMARIO

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¿Por Qué Estudiar Las Estructuras ¿Por Qué Estudiar Las Estructuras Geológicas como Domos y Fallas de Geológicas como Domos y Fallas de Desplazamiento Lateral?Desplazamiento Lateral?

@ En primer lugar, porque nos ayudan a En primer lugar, porque nos ayudan a descifrar los acontecimientos de la descifrar los acontecimientos de la historia geológica de un sitio o una historia geológica de un sitio o una región.región.

@ Porque describen las características Porque describen las características geológicas actuales.geológicas actuales.

@ Por su importancia económica en la Por su importancia económica en la exploración y explotación de exploración y explotación de hidrocarburos.hidrocarburos.

IntroducciónIntroducción@ En esta parte del curso hablaremos En esta parte del curso hablaremos

de los conceptos fundamentales de de los conceptos fundamentales de las estructuras geológicas, en las estructuras geológicas, en particular sobre domos, fallas de particular sobre domos, fallas de desplazamiento lateral y sobre los desplazamiento lateral y sobre los conceptos geológicos asociados. conceptos geológicos asociados.

@ Se describirán las partes que Se describirán las partes que componen y caracterizan a las componen y caracterizan a las discontinuidades estructurales antes discontinuidades estructurales antes citadas.citadas.

CONCEPTOS CLAVECONCEPTOS CLAVEFUERZA

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

ESTRUCTURA GEOLÓGICA

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

TECTÓNICA

SAL

DOMOS DE SAL O ARCILLA

FALLAS

FUERZASFUERZASLa Tierra es un planeta activo con diversos procesos que están siendo activados por el calor interno, en particular por el movimiento de las placas litosféricas.

La mayor parte de la actividad sísmica de la tierra y la deformación de las rocas tiene lugar en los límites de placas divergentes, convergentes y de transformación.

FUERZASINTRODUCCIÓN

Las fuerzas necesarias para formar majestuosas Montañas son difíciles de comprender, sobre todo las que originaron las prominencias más altas del globo terrestre:Montaña McKinley, alaska 6193 m50 picos andinos exceden 6000 mMonte Everest en los Himalayas 8848 mMonte Godwin-Austen (K2) 8613 m(FRONTERA INDO-PAQUISTANI)

Las rocas que forman estas montañas y las estructuras que se encuentran en las principales Cuencas Petroleras del Planeta muestran los efectos de la deformación, lo cual significa que las fuerzas dinámicas del interior de la Tierra causaron el fracturamiento, el Fallamiento, el plegamiento o la formación de domos.

LA ZONA ECONÓMICA EXCLUSIVA DE MÉXICO

Golfo de MéxicoGolfo de México

BANCO DE CAMPECHE

ABANICO DEL MISSISSIPI

CUENCA DE MEXICO

CUENCAS PETROLERAS CON POTENCIAL EN EL GOLFO DE MÉXICO

FUERZAFUERZALas fuerzas son fenómenos de atracción y repulsión entre los cuerpos que se pueden representar cuantitativamente por medio de vectores.

Son el producto de una aceleración por una masa:

F = m a

FuerzaFuerza@ Existen dos tipos de fuerzas: de cuerpo y Existen dos tipos de fuerzas: de cuerpo y

de superficie.de superficie.@ Se pueden representar cuantitativamente Se pueden representar cuantitativamente

por medio de vectores.por medio de vectores.

UNIDADES DE FUERZAUNIDADES DE FUERZA [masa] [longitud] [tiempo-2] NEWTON (N): Equivalente a la fuerza que comunica a un cuerpo de 1 kilogramo de masa una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado:

N = kg . m/s2

DINA (D): Unidad de medida de fuerza que equivale a 10-5 N (0.00001 N) = 1.0197 x 10-3 grf

D = gr cm/s2

KILOGRAMO FUERZA O KILOPONDIO (Kgf): Unidadde fuerza que equivale a la fuerza con que una masade 1 kilogramo es atraída por la Tierra.

SISTEMA DE REFERENCIASISTEMA DE REFERENCIA

•SISTEMA DE COORDENADASCARTESIANAS:

(x,y,z)

.SISTEMA DE COORDENADASGEOGRÁFICAS: (latitud, longitud y altitud)

FUERZASFUERZAS

Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser de dos tipos, dependiendo de su origen:

Si surgen del interior de la materia se denominan Fuerzas de Cuerpo, en caso contrario se denominan Fuerzas de Superficie.

FUERZAS DE CUERPOFUERZAS DE CUERPOLas fuerzas de cuerpo o de masa son fuerzas que pueden trabajar sobre un objeto a distancia.

La magnitud de la fuerza Depende de la cantidad de materia afectada, está distribuida de manera contínua en todo el medio.

Son ejemplos de este tipo de fuerzas la gravedad, el magnetismo y la fuerza centrífuga (actúa cuando el material se somete a rotación).

FUERZAS DE SUPERFICIEFUERZAS DE SUPERFICIELas fuerzas de superficie se denominan así, porque operan a través de una superficie de contacto; ocurre entre partes adyacentes de un sistema de roca.

Situación gobernada por la Tercera Ley de Newton :

Para un cuerpo en reposo o en movimiento uniforme, a toda acción existe una reacción igual y opuesta.

La magnitud de una fuerza de superficie depende del área sobre la que actúa.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZAS@ Cuando se aplican fuerzas en Cuando se aplican fuerzas en

direcciones diferentes se denominan direcciones diferentes se denominan fuerzas diferencialesfuerzas diferenciales..

@ Si aplicamos una fuerza através de un Si aplicamos una fuerza através de un plano, de tal manera que las plano, de tal manera que las partículas a cada lado del plano sean partículas a cada lado del plano sean “empujadas”, una hacia otra, la fuerza “empujadas”, una hacia otra, la fuerza es es compresiva.compresiva.

@ En Ciencias de la Tierra, las fuerzas En Ciencias de la Tierra, las fuerzas compresivas se consideran compresivas se consideran positivas.positivas.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZAS@Cuando los fuerzas diferenciales tienden a Cuando los fuerzas diferenciales tienden a alargar un cuerpo se conocen como alargar un cuerpo se conocen como fuerzas fuerzas tensionalestensionales..

@Las partículas a cada lado del plano tienden Las partículas a cada lado del plano tienden a separarse.a separarse.

@En Ciencias de la Tierra, las fuerzas En Ciencias de la Tierra, las fuerzas tensionales se consideran negativas. tensionales se consideran negativas.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZAS@Una fuerza a través de un plano puede tener Una fuerza a través de un plano puede tener cualquier dirección relativa al plano.cualquier dirección relativa al plano.

@Si la fuerza tiene una dirección paralela a la Si la fuerza tiene una dirección paralela a la normal del plano se le llama normal del plano se le llama fuerza normal.fuerza normal.

@Cuando las fuerzas no tiene un eje de Cuando las fuerzas no tiene un eje de aplicación, es decir, no son coaxiales, se aplicación, es decir, no son coaxiales, se denomina denomina fuerza de cizalla, cortante o tangencial.fuerza de cizalla, cortante o tangencial.

@Las fuerzas de cizalla tienen una dirección Las fuerzas de cizalla tienen una dirección perpendicular a la normal al plano.perpendicular a la normal al plano.

TIPOS DE FUERZASTIPOS DE FUERZASLa componente normal de una fuerza siempre puede ser clasificada como compresiva o de tensión (es positiva o negativa).

La componente de cizalla no es ni compresiva ni de tensión.

Una fuerza de cizalla es positiva cuando produce un giro relativo en contra de las manecillas del reloj y es negativa cuando ocurre lo contrario.

EsfuerzoEsfuerzo@ Definición: Es un par igual y opuesto de fuerzas Definición: Es un par igual y opuesto de fuerzas

que actúan en un cuerpo, por unidad de área.que actúan en un cuerpo, por unidad de área.@ La magnitud del esfuerzo depende de la La magnitud del esfuerzo depende de la

magnitud de la fuerza y el tamaño de la magnitud de la fuerza y el tamaño de la superficie sobre la que actúa.superficie sobre la que actúa.

Esfuerzo (Esfuerzo () = Fuerza / Área) = Fuerza / Área@ Unidades de medida para el SI:Unidades de medida para el SI:

Fuerza: newton (N) = 1 kg m / sFuerza: newton (N) = 1 kg m / s22

Esfuerzo: pascal (Pa) = 1 N / mEsfuerzo: pascal (Pa) = 1 N / m22 (presión)(presión)1 bar = 101 bar = 1055 pascales = 0.1 M Pa pascales = 0.1 M Pa

@ Unidades de esfuerzo:Unidades de esfuerzo: [masa] [longitud[masa] [longitud-1-1] ] [tiempo[tiempo-2-2]]

ESTADOS DE ESFUERZOESTADOS DE ESFUERZO

ESTADOS DE ESFUERZOESTADOS DE ESFUERZO

Tipos De EsfuerzosTipos De Esfuerzos@ Cuando se aplican esfuerzos en direcciones Cuando se aplican esfuerzos en direcciones

diferentes se denominan diferentes se denominan esfuerzos esfuerzos diferencialesdiferenciales..

@ Cuando los esfuerzos diferenciales acortan un Cuando los esfuerzos diferenciales acortan un cuerpo se conocen como cuerpo se conocen como esfuerzos esfuerzos compresivoscompresivos..

@ Cuando los esfuerzos diferenciales tienden a Cuando los esfuerzos diferenciales tienden a alargar un cuerpo se conocen como alargar un cuerpo se conocen como esfuerzos esfuerzos tensionalestensionales..

@ Para la Geología los esfuerzos compresivos son Para la Geología los esfuerzos compresivos son positivos y los tensionales negativos. En otras positivos y los tensionales negativos. En otras áreas el sentido es inverso.áreas el sentido es inverso.

@ Un esfuerzo que no tiene un eje de aplicación, Un esfuerzo que no tiene un eje de aplicación, es decir, las fuerzas no son coaxiales, se es decir, las fuerzas no son coaxiales, se denomina denomina esfuerzo de cizallaesfuerzo de cizalla..

ESTADOS DE ESFUERZOESTADOS DE ESFUERZO

UNIAXIAL

BIAXIAL

TRIAXIAL

ESTADOS DE ESFUERZOESTADOS DE ESFUERZOLos vectores de esfuerzo alrededor de un punto en tres dimensiones se designan por 1, 2 y 3 , cuyas magnitudes siempre son 1 2 3, siendo también normales entre sí.

ESFUERZO TRIAXIALESFUERZO TRIAXIALCaso de compresión triaxial, caso muy común en la Tierra en el que los tres esfuerzos principales son compresivos.

ESFUERZO TRIAXIALESFUERZO TRIAXIAL

Caso de extensión axial donde dos de los esfuerzos son compresivos y uno es de tensión.

Este caso es posible que ocurra en la Corteza Terrestre.

ESFUERZOS QUE ORIGINAN FALLAS

ESFUERZOS QUE ORIGINAN FALLAS

EFECTO DE LOS ESFUERZOS: EFECTO DE LOS ESFUERZOS: DEFORMACIÓNDEFORMACIÓN

Por efecto del esfuerzo se pueden crear diferentes tipos Por efecto del esfuerzo se pueden crear diferentes tipos de pliegues y de fallas (de pliegues y de fallas (DeformaciónDeformación))

EFECTO DE LOS ESFUERZOS: EFECTO DE LOS ESFUERZOS: DEFORMACIÓNDEFORMACIÓN

Por efecto del esfuerzo se pueden crear fracturas y Por efecto del esfuerzo se pueden crear fracturas y fallas normales (fallas normales (DeformaciónDeformación))

ESFUERZO - DEFORMACIÓNESFUERZO - DEFORMACIÓN

ESFUERZO - DEFORMACIÒNESFUERZO - DEFORMACIÒN

DEFORMACIÓNDEFORMACIÓNLa deformación se puede definir como la expresión geométrica de la cantidad de cambios causada por la acción de un sistema o campo de esfuerzos sobre un cuerpo.

La deformación consiste tanto en el cambio recobrable (elástico), como en el permanente (plástico), ya sea en la forma, en el volumen y/o la posición de un cuerpo de roca respecto a un estado inicial de este.

DEFORMACIÓNDEFORMACIÓNLas rocas son cuerpos sólidos constituidos por un conjunto de partículas unidas entre sí y que cuando a éstos se les aplica una carga o un esfuerzo se ocasiona un cambio recobrable o permanente, este cambio se puede expresar como:a) Translación: Transporte relativo de un cuerpo con respecto a un sistema de ejes coordenados.b) Rotación: Un giro relativo de un cuerpo con respecto a un sistema de ejes coordenados.c) Distorsión: Cambio de la forma del cuerpo.d) Dilatación: Cambio del volumen del cuerpo.

@ Es el cambio de forma, de volumen, o de Es el cambio de forma, de volumen, o de ambas cosas, en un cuerpo, resultado de ambas cosas, en un cuerpo, resultado de la aplicación de un campo de esfuerzos.la aplicación de un campo de esfuerzos.

@ La deformación puede expresarse como La deformación puede expresarse como una una dilatacióndilatación (cambio de volumen), una (cambio de volumen), una distorsióndistorsión (cambio de forma), una (cambio de forma), una rotaciónrotación, o como una combinación de , o como una combinación de estos.estos.

DEFORMACIÓNDEFORMACIÓN

DEFORMACIÓNDEFORMACIÓNUna distorsión pequeña sobre un cuerpo puede ser reversible, es decir; que el material puede recobrar su forma original cuando se retiren los esfuerzos aplicados; tal deformación es característica de los cuerpos sólidos deformados en el rango elástico. Cuando se rebasa el límite elástico, la roca pierde su cohesión interna y presenta una deformación frágil. Las rocas, sin embargo, pueden presentar deformaciones muy grandes aún mayores que las que presentan los cuerpos elásticos. Las rocas que presentan estas deformaciones muy grandes, con cambios permanentes y que no presentan superficies de ruptura, han experimentado una deformación dúctil.

Las manifestaciones que ocasionan cambios en los cuerpos rocosos, pueden ser agrupadas en dos clases:Deformación de Cuerpos Rígidos: Ocurre en materiales muy competentes mecánicamente, caracterizándose porque los esfuerzos que actúan sobre ellos ejercen una acción externa, donde se produce una modificación en su estado de reposo o de movimiento con el consecuente cambio de posición de todas las partículas de la masa sin presentar cambio interno alguno con relación a un sistema de ejes coordenados. Deformación de Cuerpos Plásticos: Ocurre cuando se aplican esfuerzos a cuerpos rocosos causando un cambio de posición de unas partículas con relación a otras dentro del cuerpo.

DEFORMACIÓNDEFORMACIÓN

AMBIENTES DE DEFORMACIÓNAMBIENTES DE DEFORMACIÓN Cuando las rocas se encuentran Cuando las rocas se encuentran

cercanas a la superficie, donde las cercanas a la superficie, donde las presiones de confinamiento y las presiones de confinamiento y las temperaturas son bajas, las rocas temperaturas son bajas, las rocas se describen como frágiles, porque se describen como frágiles, porque se fracturan cuando se se fracturan cuando se deformandeforman..

A grandes profundidades, donde las A grandes profundidades, donde las presiones confinantes y la presiones confinantes y la temperatura son elevadas, las temperatura son elevadas, las rocas se vuelven rocas se vuelven dúctilesdúctiles y fluyen y fluyen en vez de fracturarse.en vez de fracturarse.

ELIPSE DE DEFORMACIÓNELIPSE DE DEFORMACIÓN

DEFORMACIÓN FINITADEFORMACIÓN FINITALa deformación finita es aquella en la que ha ocurrido una elongación de más del 1%.

ESTRUCTURA GEOLÓGICAESTRUCTURA GEOLÓGICAEs el particular arreglo espacial y temporal que guardan los componentes rocosos o un conjunto rocoso. Las estructuras geológicas presentan características geométricas distintivas y otros rasgos característicos de los que sobresalen: la forma, el tamaño, sus límites, sus relaciones, su orientación, el tipo de material, su distribución geográfica, etc. Las estructuras geológicas de acuerdo con su origen, y características se dividen en primarias y secundarias. Todas tienen importancia para entender distintos procesos geológicos y algunas, son de interés económico por las sustancias que contienen; por ejemplo los domos y las fallas.

ESTRUCTURAS SECUNDARIASESTRUCTURAS SECUNDARIAS

GEOLOGÍA ESTRUCTURALGEOLOGÍA ESTRUCTURALEs la rama de la Geología que se encarga del estudio de las características estructurales de las masas rocosas que forman la corteza terrestre, de la distribución geográfica de tales características, del tiempo geológico y de las causas que las originaron; también es importante su identificación, descripción y representación gráfica en mapas y secciones geológicas. La Geología Estructural se encarga de estudiar únicamente a las estructuras geológicas producto de la deformación.

TECTÓNICATECTÓNICA

.Es la rama de la Geología que se encarga del estudio de los rasgos estructurales mayores de la Tierra, de su distribución geográfica y de las causas que los originaron.

Los rasgos estructurales mayores de la Tierra pueden ser estudiados utilizando imágenes de satélite, cadenas o cinturones montañosos deformados y analizando zonas sísmicas.

LAS PLACAS TECTÓNICAS Y SUS LÍMITES

HALOCINESIS (TECTÓNICA SALINA)

Son todas las manifestaciones tectónicas particulares ligadas a las substancias salinas (evaporitas) y a las estructuras que las originan.

SAL

Compuesto soluble, desmenuzable, formado por la sustitución del Hidrógeno de un ácido por un metal.

ARCILLA

Sedimento de composición diversa con tamaño de grano menor a 1/256 mm (0.00390625 mm).

Su origen se puede asociarse a descomposición química de algunos minerales o por desgaste físico máximo.

Estructura geológica secundaria, en forma de cúpula (hemiesférica), con relieve semiesférico producto de la deformación de rocas sedimentarias por el movimiento de sales o de arcillas con comportamiento plástico.

En los domos las capas buzan de manera divergente a la estructura, En los domos las capas buzan de manera divergente a la estructura, encontrando en su núcleo las rocas antiguas. Propiamente hablando, tanto los encontrando en su núcleo las rocas antiguas. Propiamente hablando, tanto los domos como las cuencas no tienen eje ni superficie axial.domos como las cuencas no tienen eje ni superficie axial.

DomosDomos

Sal o arcilla

lutita

Ejercicio:

Dibuje en planta:

Un domo donde la sal aflore, utilizando rumbos, echados y las unidades geológicas que usted considere apropiadas.

Un domo donde la sal no aflore, utilizando rumbos, echados y las unidades geológicas que usted considere apropiadas.

Dibuje para ambos casos una sección esquemática representativa y para el segundo caso un mapa de contornos estructurales.

Cuencas (sinclinal)Cuencas (sinclinal)

En este pliegue las capas buzan concéntricamente. Un ejemplo En este pliegue las capas buzan concéntricamente. Un ejemplo claro es la Cuenca de Michigan, donde las rocas más jóvenes claro es la Cuenca de Michigan, donde las rocas más jóvenes se encuentran al centro y las más antiguas en los flancos.se encuentran al centro y las más antiguas en los flancos.

Ejercicio:

Dibuje en planta:

Una cuenca (sinclinal) asociada a un domo en las proximidades, utilizando rumbos, echados y las unidades geológicas que usted considere apropiadas.

Dibuje una sección esquemática representativa.

DIAPIRO

Estructura geológica secundaria, en forma de intrusivo, producto de la deformación de rocas sedimentarias por el movimiento de sales o de arcillas en ascenso, con comportamiento plástico que cruzan una secuencia sedimentaria.

Ejercicio:

Dibuje en planta:

Un diapiro donde la sal aflore, utilizando rumbos, echados y las unidades geológicas que usted considere apropiadas.

Un diapiro donde la sal no aflore, utilizando rumbos, echados y las unidades geológicas que usted considere apropiadas.

Dibuje para ambos casos una sección esquemática representativa y para el segundo caso un mapa de contornos estructurales.

FALLAFALLA@ Es una estructura planar Es una estructura planar

a través de la cual existe a través de la cual existe un desplazamiento en un un desplazamiento en un dirección que es dirección que es generalmente paralela al generalmente paralela al plano de fractura.plano de fractura.

@ Las fallasLas fallas son son superficies de superficies de discontinuidad que discontinuidad que separan bloques de roca separan bloques de roca donde ha ocurrido donde ha ocurrido desplazamiento de desplazamiento de bloques con movimiento bloques con movimiento paralelo al plano de paralelo al plano de discontinuidad.discontinuidad.

Bloque del alto (de techo)

FC

E

Bloque del bajo (de piso)

Traza plano de falla

Superficie de falla B

D

A