TEMA 10. DEFORMACIN, PLIEGUES, DIACLASAS, FALLAS Y TERREMOTOSCONCEPTOS

Deformacin. Cambios de tamao, forma, orientacin o posicin de una masa rocosa. La mayor deformacin la encontramos en los mrgenes de placas. Fuerza. Tiende a poner en movimiento los objetos estacionarios o a modificar los movimientos de los cuerpos que se mueven. Esfuerzo. Fuerza que deforma las rocas.

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Presin de confinamiento: esfuerzo aplicado de manera uniforme en todas direcciones. Esfuerzo diferencial: esfuerzo aplicado de manera no uniforme. Esfuerzo compresivo: acorta un cuerpo rocoso. Colisiones de las placas: acortan y engrosan la corteza terrestre plegndose, fluyendo o fracturndose. Esfuerzo tensional: alarga o separa una unidad rocosa (lmites de placa divergentes). Esfuerzo cizalla: en superficies de debilidad paralelas y estrechamente espaciadas: planos de estratificacin, foliacin y microfallas (bordes de falla transformantes).

CMO SE DEFORMAN LAS ROCAS? Se aplica gradualmente un esfuerzo a una roca: deformacin elstica. Recuperable a su estado original. Sobrepasado el lmite elstico (resistencia) de una roca sta fluye: deformacin dctil o se fractura: deformacin frgil. - Factores que influyen: - Temperatura y Presin de confinamiento: o o Deformacin frgil: rocas prximas a la superficie (desciende la presin de confinamiento) las rocas son frgiles y se fracturan. Deformacin dctil: rocas profundas (aumenta la temperatura y la presin de confinamiento), comportamiento dctil.

- Tipo de roca: composicin mineral y textura Rocas cristalinas con minerales con enlaces moleculares fuertes tienden a fracturarse. Rocas sedimentarias dbilmente cementadas o rocas metamrficas que contienen zonas de debilidad (foliacin): deformacin dctil. Halita, yeso y lutitas: deformacin dctil Caliza, esquisto y mrmol: resistencia intermedia - Tiempo: fuerzas pequeas aplicadas durante largos perodos de tiempo desempean un papel importante en la deformacin de la roca. - Fluidos

CARTOGRAFA DE LAS ESTRUCTURAS GEOLGICAS- Estructuras tectnicas: desde los pliegues ms grandes de los Alpes hasta las fracturas ms pequeas de una lmina de roca. - Afloramientos: lugares donde el sustrato de roca aflora en la superficie. Ambos proporcionan datos sobre la composicin y estructura de las rocas que se encuentran en profundidad: fotografa area

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obtencin de imgenes va satlite GPS Perfiles de reflexin ssmica Perforaciones DIRECCIN Y BUZAMIENTO (RUMBO E INCLINACIN)

o oPLIEGUES

Direccin: ngulo entre el norte magntico y una lnea obtenida mediante la interseccin de un estrato inclinado o falla con un plano horizontal. Se expresa como el valor de un ngulo en relacin con el norte (N10E). Buzamiento: ngulo de inclinacin de un plano geolgico (falla).

Los pliegues se producen durante la formacin de las montaas, cuando las rocas sedimentarias y volcnicas se doblan en una serie de ondulaciones semejantes a ondas. Se producen como consecuencia de esfuerzos compresivos que provocan el acortamiento y el engrosamiento de la corteza. La Charnela o lnea de charnela, es una lnea trazada a lo largo de los puntos de mxima curvatura de cada estrato. Puede ser horizontal a la superficie o tener un ngulo llamado de inmersin. El plano axial divide el pliegue en dos de la manera mas simtrica posible. Tipos Pliegue anticlinal: se forma por plegamiento convexo (fig. 10.7). Pliegue sinclinal: asociado al anterior, cncavos o surcos (fig. 10.9). Simtricos: los flancos son imgenes especulares el uno del otro. Asimtricos: los flancos no son imgenes especulares. Tumbados: pliegue volcado que descansa sobre su flanco. Inmersin: cuando el eje del pliegue penetra en el terreno (figs. 10.10 y 10.11) Monoclinales: grandes pliegues en forma de escaln situados en estratos sedimentarios horizontales (fig. 10.12).

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Los pliegues estn ntimamente ligados a las fallas (Can del Colorado). Conforme los grandes bloques de roca del basamento ascendan a lo largo de antiguas fallas, los estratos sedimentarios (dctiles) se plegaban. El desplazamiento a lo largo de estas fallas reactivadas es entre 1 y 3 km. DOMOS Y CUBETAS

Grandes elevaciones de las rocas del basamento pueden deformar la cubierta de estratos sedimentarios superiores y generar grandes pliegues: - Domo: cuando produce una estructura circular o alargada (fig 10.13A). Tambin se pueden formar por intrusin de los magmas (alcoholitos) o por la migracin ascendente de formaciones salinas (domos de sal). rocas ms antiguas en el ncleo y ms jvenes en flancos. - Cubeta: estructura descendente con forma similar (fig. 10.13B). Se piensa que es consecuencia de grandes acumulaciones de sedimentos, cuyo peso hizo que la corteza se hundiera. Rocas ms antiguas en flancos y ms jvenes en ncleo. La erosin ha eliminado las porciones ms elevadas de los estratos sedimentarios, dejando expuestas en el centro las rocas metamrficas e gneas ms antiguas. - Hogbacks: prominentes crestas. Estratos ms resistentes que la erosin diferencial ha hecho aflorar.

FALLAS

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Fracturas en la corteza a lo largo de las cuales ha tenido lugar un desplazamiento apreciable. Grandes fallas (San Andrs en California), que tienen desplazamientos de centenares de kilmetros, consisten en muchas superficies falladas interconectadas. Estas zonas de falla pueden tener una anchura de varios kilmetros. Los terremotos son Movimientos sbitos a lo largo de fallas. La mayora de las fallas estn inactivas, son restos de una deformacin antigua. - Salbanda de falla: material arcilloso dbilmente coherente que resulta del rozamiento de los bloques situados en los lados opuestos de una falla. - Espejos de falla: superficies pulidas y estriadas, a medida que los bloques de corteza se deslizan unos con respecto a otros. Fallas con desplazamiento vertical: Movimiento paralelo al buzamiento (inclinacin) de la superficie de la falla. Puede producir resaltes: escarpes de falla (scarpe: pendiente) (fig. 10.16), producidos por desplazamientos que generan terremotos. - Techo: superficie rocosa inmediatamente por encima de la falla. - Muro: superficie de roca inferior.

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Fallas normales: Cuando el bloque del techo se desplaza hacia abajo con respecto al bloque de muro (fig. 10.18). La mayora tiene un buzamiento aproximado de 60 que disminuyen con la profundidad. Acomodan el alargamiento de la corteza. Suelen ser pequeas: desplazamientos de 1 m. a decenas de km, dibujando el lmite de un frente montaoso (oeste de EEUU). Montaas limitadas por fallas (Cordillera Teton en Wyoming, Sierra Nevada en California). Las fallas normales indican a los gelogos la existencia de esfuerzos tensionales que separan la corteza. Horst: bloques de falla elevados alternos (cordilleras) Graven: bloques hundidos (cuencas) Fosas tectnicas asimtricas: bloques de falla inclinados, tambin contribuyen a la alternancia de altos y bajos topogrficos. Falla de despegue: pendientes de fallas normales que disminuyen con la profundidad y finalmente se juntan para formar una falla casi horizontal. Fallas inversas y cabalgamientos. Fallas con desplazamiento vertical en las cuales el bloque de techo se mueve hacia arriba con respecto al bloque de muro (fig. 10.20). Los dos producen acortamiento de la corteza.

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- Buzamientos superiores a 45: fallas inversas - Buzamientos inferiores a 45: cabalgamientos. fuertes esfuerzos compresivos. Los bloques de la corteza se desplazan uno hacia el otro. En zonas de subduccin y otros bordes convergentes, la formacin de cabalgamientos es ms pronunciada, donde las placas estn colisionando. Regiones montaosas, Alpes, Himalaya, Apalaches, los cabalgamientos han desplazado los estratos hasta 50 km sobre las unidades de roca adyacentes. - Klippe: bloque aislado. Fallas con desplazamiento horizontal: El desplazamiento dominante es horizontal y paralelo a la direccin de la superficie de la falla (tambin se llama desgarre). Debido a su gran tamao y desplazamiento lineal tienen una traza visible a lo largo de grandes distancias. Consisten en una zona de fracturas paralelas, cuya anchura puede ser superior a varios kilmetros. El movimiento ms reciente puede cortar estructuras como los cauces de los ros (fig. 10.22). Las rocas trituradas durante la formacin de la falla son erosionadas con ms facilidad, produciendo valles lineales o depresiones. Primeros registros: seguimientos de roturas producidas por terremotos. Ej.: Terremoto de San Francisco (1906). Se desplazaron hasta 4,7 m las estructuras construidas a travs de la falla de San Andrs (las vallas). Muchas grandes fallas de desplazamiento horizontal atraviesan la litosfera y acomodan el movimiento entre dos grandes placas de corteza: falla transformante (falla de San Andrs en California).

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DIACLASASFracturas a lo largo de las cuales no se ha producido desplazamiento apreciable. La mayora se produce en grupos paralelos. - Diaclasas columnares: se forman cuando las rocas gneas se enfran y se desarrollan fracturas de retraccin que producen columnas alargadas en forma de pilares. - Diaclasas suavemente curvadas: por el lajeamiento, consecuencia de la expansin gradual que se produce cuando la erosin elimina la carga suprayacente. La mayora se forman cuando se deforman las rocas de la corteza ms externa. Los esfuerzos tensionales y de cizalla, asociados con los movimientos de la corteza hacen que las rocas se rompan frgilmente. La meteorizacin qumica se concentra a lo largo de diaclasas. Un sistema de diaclasas puede influir en la direccin que siguen los cursos de las corrientes de agua. Tienen Importancia econmica: algunos de los depsitos minerales mayores del mundo se encuentran a lo largo de sistemas de diaclasas. Soluciones hidrotermales migran a travs de las rocas fracturadas y precipitan cantidades importantes de cobre, plata, oro, zinc, plomo y uranio. Presentan un riesgo para grandes construcciones de ingeniera (autopistas, presas).

TERREMOTOSVibracin de tierra producida por una rpida liberacin de energa. Lo ms frecuente es que se produzcan por el deslizamiento de la corteza terrestre a lo largo de una falla. La energa liberada irradia en todas direcciones desde su origen: foco o hipocentro en forma de ondas. Genera ondas ssmicas que irradian a travs de la Tierra. Terremotos y fallas

Normalmente los terremotos se producen a lo largo de fallas preexistentes que se formaron en el pasado lejano a lo largo de zonas de fragilidad de la corteza terrestre. Algunas son muy grandes y generan grandes terremotos Las fallas pequeas generan terremotos pequeos. Tambin existen fallas inactivas. El movimiento de fallas est relacionado con la Tectnica de placas (movimiento permanente). Rebote elstico

Estudios, despus del terremoto de San Francisco en 1906, demostraron que: - hubo desplazamientos horizontales superficiales de varios metros a lo largo de la parte norte de la falla de San Andrs. - La placa del Pacfico se desplaz hacia el norte deslizndose hasta 4,7 m con respecto a la placa norteamericana. Fig. 11.4: las vibraciones que conocemos como terremoto se producen cuando la roca vuelve elsticamente a su forma original (C y D). Este salto atrs de las rocas de denomin: rebote elstico (Reid). Los terremotos se producen por la liberacin rpida de energa almacenada, elstica, en la roca que ha sido sometida a grandes esfuerzos. Una vez superada la resistencia de la roca, se rompe, provocando las vibraciones de un terremoto. Sismos, precursores y rplicas

Los ajustes que siguen al terremoto principal generan terremotos ms pequeos: rplicas. Son mucho ms dbiles. Terremotos pequeos, sismos precursores, suelen preceder al terremoto principal, en das o en aos. El control de estos sismos se ha utilizado para predecir la proximidad de terremotos importantes.

RUPTURA Y PROPAGACIN DE UN TERREMOTO

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El motivo por el que la mayor parte de las fallas estn bloqueadas es que la presin de confinamiento ejercida por la corteza suprayacente es enorme. Por esta razn las fracturas en la corteza estn fuertemente comprimidas. Al final, los esfuerzos que provocan la ruptura de la falla superan la resistencia friccional al deslizamiento. Recordemos: un terremoto empieza en un punto (en profundidad) a lo largo de un plano de falla, foco. Implica el deslizamiento a lo largo de una superficie extensa de la falla. El deslizamiento se produce de forma instantnea. En cualquier momento el deslizamiento se limita a una zona estrecha a lo largo de la falla que se desplaza hacia delante de manera continua. A medida que esta zona de ruptura avanza puede: reducir su velocidad acelerar saltar a un segmento cercano de falla.

Las fuertes vibraciones producidas por un terremoto grande no slo seran ms fuertes, sino que tambin duraran ms que las producidas por un terremoto pequeo. El deslizamiento (terremoto) suele detenerse cuando la ruptura alcanza una:

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seccin de la falla en la que las rocas no han sido suficientemente deformadas como para superar la resistencia friccional (terremoto reciente). tambin se detiene si encuentra una doblez suficientemente grande o una discontinuidad a lo largo del plano de la falla.

LA FALLA DE SAN ANDRS: UNA ZONA SSMICA ACTIVA. (recuadro 10.2)Se producen desplazamientos a lo largo de segmentos de 100 a 200 km. Cada segmento se comporta de una manera algo diferente de los otros: Algunas secciones muestran un desplazamiento lento y gradual: reptacin de falla. Poca actividad ssmica apreciable. Otros segmentos se deslizan de manera regular: terremotos de magnitud pequea. Otros segmentos permanecen bloqueados y almacenan energa elstica, durante centenares de aos antes de romperse: grandes terremotos. - Stick slip: la falla exhibe perodos alternos de comportamientos bloqueados seguidos de deslizamiento sbito y liberacin de energa elstica. Se producen grandes terremotos cada 50-200 aos. Fuerzas tectnicas a lo largo de la zona de la falla de San Andrs son las responsables del terremoto de San Francisco en 1906, que an siguen activas. La falla de San Andrs tiene movimiento con desplazamiento horizontal. Son terremotos someros: profundidades focales < 20 km. Esto es porque el terremoto se produce slo donde las rocas son rgidas y exhiben comportamiento elstico. En profundidad la temperatura y presin de confinamiento son altas, las rocas exhiben deformacin dctil, no almacenan energa elstica: tienen un deslizamiento gradual lento. Las rocas del interior no generan terremotos. Excepcin: lmites de placa convergentes, la litosfera fra est en subduccin.

SISMOLOGALos terremotos causan movimiento vertical y horizontal del terreno, se necesita ms de un tipo de sismgrafo: normalmente se usan dos sismgrafos horizontales, uno orientado norte-sur y otro este-oeste (11.6 y 11.7). - Ondas ssmicas: son energa elstica que irradia en todas las direcciones desde el foco. Son tiles para determinar la localizacin y la magnitud de los terremotos y proporcionan una herramienta para estudiar el interior de la Tierra. El deslizamiento de una masa de roca genera dos grupos principales de ondas ssmicas:

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ondas superficiales: ondas que viajan por la parte externa de la Tierra. ondas de cuerpo: viajan a travs del interior de la Tierra, P y S.

- Ondas de cuerpo:

Ondas P: ondas que empujan (comprimen) y tiran (expanden) de las rocas en la direccin de propagacin de la onda (fig 11.8A). Los slidos, lquidos y gases se oponen a un cambio de volumen cuando son comprimidos y recuperarn elsticamente su forma cuando cesa la fuerza. Las ondas P (compresivas) pueden atravesar esos materiales. Ondas S: sacuden las partculas en ngulo recto con respecto a la direccin en la que viajan (11.8B). Las ondas S cambian transitoriamente la forma del material que las transmite. Dado que los fluidos no responden elsticamente a cambios de forma, no transmitirn ondas S.

- Ondas superficiales. A medida que viajan a lo largo del suelo, hacen que ste se mueva y todo lo que descansa sobre l. Adems del movimiento ascendente y descendente, tienen movimiento lateral (similar a onda S) orientada en un plano horizontal. Movimiento peligroso para los cimientos de las estructuras. Las ondas superficiales estn confinadas a una regin estrecha prxima a la superficie, conservan su mxima amplitud durante ms tiempo. Tienen tambin perodos ms largos (intervalo de tiempo entre crestas): ondas largas o ondas L.

LOCALIZACIN DE UN TERREMOTOLa diferencia de velocidad de las ondas P y S proporciona un mtodo para localizar el epicentro. Cuanto mayor sea el intervalo medido en un sismograma entre la llegada de la onda P y la primera onda S, mayor ser la distancia al origen del terremoto. Sistema de localizacin de los epicentros ssmicos utilizando sismogramas de terremotos cuyos epicentros podan ser identificados por evidencias fsicas: Se han representado la distancia al epicentro frente al tiempo de llegada de la seal (fig. 11.10). Estos grficos se perfeccionaron con las explosiones nucleares. Se conoce la localizacin y el momento preciso de la explosin. Utilizando el sismograma (11.9) y las curvas distancia-tiempo (11.10), podemos determinar la distancia que separa la estacin de registro del terremoto mediante dos operaciones:

1) determinacin con el sismograma del intervalo temporal de la llegada de la onda P y la primera onda S. 2) con la grfica distancia-tiempo, determinacin del intervalo P-S en el eje vertical y uso de esainformacin para determinar la distancia al epicentro en el eje horizontal. Se puede conocer la localizacin precisa cuando se conoce la distancia para tres o ms estaciones ssmicas (11.11). Sobre un globo terrestre, trazamos un crculo alrededor de cada estacin ssmica. Cada crculo representa la distancia al epicentro para cada estacin. Donde los tres crculos se cruzan es el epicentro del terremoto: triangulacin. Cinturones ssmicos. El 95 % de la energa liberada por los terremotos se origina en unos pocos cinturones estrechos alrededor de todo el mundo (11.12). La mayor energa se libera: a lo largo de un cinturn que recorre el borde externo del ocano Pacfico: cinturn circum-Pacfico: - Gran actividad ssmica: Japn, Filipinas, Chile y cadenas de islas volcnicas (Aleutianas). . Fuerte actividad ssmica: regiones montaosas que flanquean el mar Mediterrneo, a travs de Irn, hasta el Himalaya. Hay otro cinturn continuo que se extiende a travs de miles de kilmetros por todos los ocanos del mundo: coincide con los sistemas de dorsales ocenicas, rea de actividad ssmica de baja intensidad. Profundidad de los focos

Los registros ssmicos revelan que los terremotos se originan a profundidades entre 5-700 km. Se han clasificado: - Superficiales 5-70 km - Intermedios: 70-300 km - Profundos: >300 km

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La mayora es inferior a los 100 km. Los ms dainos son los focos a poca profundidad. (San Francisco 1906, 15 km) - Escala Richter: magnitud 8,6 - superficiales magnitud< 7,5 - intermedios magnitud