Exercicis: Les deformacions de les roques

Distingeix entre deformació elàstica, plàstica i fràgil, i indica quina de les tres és reversible quan cessa l'esforç.

Què és un plec anticlinal i què és un sinclinal? Indica on es troben els materials més antics en cadascun: al nucli o als flancs?

Explica la diferència entre una falla i una diàclasi. En quina de les dues hi ha desplaçament relatiu dels blocs?

Què és l'esforç en geologia? Anomena els tres tipus (compressiu, distensiu i de cisallament) i una estructura típica que genera cadascun.

Defineix els elements d'un plec: xarnera, flancs i pla axial. Què indica l'orientació del pla axial sobre la simetria del plec?

Què és una falla normal i sota quin tipus d'esforç es produeix? Posa un exemple d'estructura associada a la distensió cortical.

En una falla es distingeixen el bloc aixecat i el bloc enfonsat. Explica com es reconeixen al camp a partir del desplaçament dels estrats.

Quina diferència hi ha entre un plec simètric i un d'asimètric? Què indica la vergència d'un plec sobre el sentit de la compressió?

En un tall del terreny s'observen dues estructures tectòniques numerades: l'estructura 1 presenta una curvatura amb convexitat cap amunt i l'estructura 2 presenta una curvatura amb concavitat cap amunt. Indica quin número correspon a un plec anticlinal i quin a un sinclinal, i explica el criteri que has utilitzat per distingir-los.

En la mateixa imatge del tall, localitza les dues falles numerades i raona quina és normal i quina inversa segons el desplaçament relatiu dels seus blocs. Quin tipus d'esforç, distensiu o compressiu, va produir cadascuna?

Sotmeses al mateix esforç compressiu, unes pissarres es pleguen mentre que una quarsita es trenca en diàclasis. Explica quines propietats de cada roca i quines condicions externes (temperatura, pressió, rapidesa de la deformació) afavoreixen cada comportament.

Distingeix entre falla inversa i encavalcament, i explica per què ambdues estructures impliquen escurçament de l'escorça. Quina inclinació sol tenir el pla d'un encavalcament?

En un tall, el sostre d'una capa de calcària apareix desplaçat $120\ \text{m}$ en vertical per una falla. Explica què és el salt d'una falla i quina informació addicional necessitaries per conèixer el desplaçament total si la falla tingués també component de direcció.

Les diàclasis faciliten l'extracció de blocs a les pedreres, però redueixen la qualitat de la roca ornamental. Explica ambdues afirmacions i raona per què una roca molt diaclasada no serveix per obtenir peces grans.

Un bloc enfonsat entre dues falles normals forma una fossa tectònica (graben), i el bloc elevat entre elles, un pilar tectònic (horst). Explica quin règim d'esforços els genera i posa un exemple de cada estructura.

Als Apalatxes, els nuclis dels anticlinals formen valls i els sinclinals coronen els cims. Explica aquesta inversió del relleu a partir de l'erosió diferencial sobre les roques fracturades de la xarnera de l'anticlinal.

En l'informe preliminar d'una obra civil sobre el tall geològic de la imatge s'afirma que: «Les falles es van originar primer en règim distensiu i, posteriorment, un episodi compressiu va plegar tant els estrats com les falles preexistents».

1. a) Rebat de manera fonamentada la hipòtesi de l'informe: analitza la geometria de les estructures observables a la imatge i indica quins principis de cronologia relativa contradiu aquesta interpretació.
2. b) Reconstrueix raonadament la seqüència temporal dels processos que han modelat aquest sector (sedimentació, deformacions tectòniques i erosió).
3. c) Dedueix i justifica com va canviar el règim d'esforços tectònics (o les condicions físiques de deformació) entre el moment en què es van generar els plecs i el moment en què van actuar les falles que els tallen.

En una prospecció geològica per al traçat d'un túnel, la cartografia revela que al llarg d'una vall lineal els estrats cabussen $40^\circ$ en direccions oposades allunyant-se de l'eix de la vall; els fòssils trobats al fons de la vall pertanyen al Triàsic, mentre que als cims circumdants pertanyen al Juràssic.

1. a) Determina l'estructura tectònica que jeu sota la vall i justifica per què la topografia actual representa un cas de relleu invertit (inversió del relleu).
2. b) Explica el mecanisme d'erosió diferencial que ha permès que el nucli de l'estructura, sent originalment la zona estructuralment més elevada, s'hagi transformat en una depressió (combe anticlinal), indicant el paper de la fracturació a la xarnera.
3. c) Si es projecta perforar el túnel perpendicularment a l'eix de la vall a $100\ \text{m}$ de profunditat sota el seu fons, prediu dues dificultats geomecàniques o hidrogeològiques que l'equip tècnic trobarà en travessar la zona de xarnera.

Estudis geodèsics mitjançant GPS i interferometria radar (InSAR) en un tram de $30\ \text{km}$ de la falla d'Alhama de Múrcia indiquen que els blocs a banda i banda es desplacen a una velocitat relativa d'$1,5\ \text{mm/any}$. No obstant això, els sensors situats exactament sobre la traça en superfície registren velocitat nul·la des de fa més de 400 anys i amb prou feines hi ha microsismicitat.

1. a) Aplica la teoria del rebot elàstic per explicar l'estat mecànic d'aquest sector de la falla i justifica per què l'absència prolongada de sismes no implica seguretat, sinó un increment de la perillositat.
2. b) Calcula el desplaçament acumulat que roman elàsticament bloquejat després de 400 anys i compara l'efecte mecànic del seu alliberament instantani enfront del d'un sector que es mogui per reptació assísmica contínua (creep).
3. c) Si en un altre segment de la mateixa falla es mesuren $1,5\ \text{mm/any}$ de lliscament superficial continu acompanyat de microsismes gairebé imperceptibles, dedueix raonadament quin dels dos segments presenta un risc més gran d'originar un terratrèmol destructor a curt o mitjà termini.

Al front d'una pedrera aflora un pla de falla inclinat $60^\circ$ cap a l'oest que posa en contacte dos blocs (bloc occidental i bloc oriental). Es registren les observacions següents:

1. El bloc oriental conté una capa guia de calcària a $10\ \text{m}$ de profunditat, mentre que al bloc occidental la mateixa capa apareix a $35\ \text{m}$.

2. Al pla de fricció s'observen estries segons la línia de màxima pendent i graons de falla el ressalt aspre al tacte dels quals es nota en lliscar la mà cap avall pel bloc oriental.

3. Els estrats del bloc occidental es corben cap amunt a mesura que s'aproximen a la fractura.

1. a) Determina de manera justificada quin dels dos blocs és el sostre i quin és el mur de la falla a partir de la inclinació del pla.
2. b) Interpreta els indicadors cinemàtics (graons i curvatura dels estrats) i dedueix el moviment relatiu dels blocs.
3. c) Un tècnic afirma que la falla és normal «perquè la capa de calcària està més baixa al bloc occidental». Rebat o matisa la seva conclusió analitzant la coherència entre el desplaçament net observable i els indicadors cinemàtics dinàmics (arrossegaments i estries).

En un laboratori de geodinàmica se sotmeten provetes cilíndriques idèntiques de calcària a tres assajos de deformació triaxial:

• Assaig A: a $400\ ^\circ\text{C}$ i $400\ \text{MPa}$ (equivalents a uns $15\ \text{km}$ de profunditat), deformada a una velocitat molt lenta de $10^{-14}\ \text{s}^{-1}$ (velocitat tectònica típica).

• Assaig B: a idèntica temperatura i pressió de confinament que l'assaig A, però deformada bruscament a $10^{-3}\ \text{s}^{-1}$.

• Assaig C: a velocitat lenta ($10^{-14}\ \text{s}^{-1}$), però a $40\ ^\circ\text{C}$ i $25\ \text{MPa}$ (condicions d'$1\ \text{km}$ de profunditat).

1. a) Prediu raonadament el tipus de deformació (fràgil o dúctil) que experimentarà la proveta en cada assaig i dibuixa esquemàticament la corba tensió-deformació esperada per als assajos A i C.
2. b) Justifica a escala mecànica per què un increment dràstic en la velocitat de deformació (assaig B) modifica la resposta de la roca encara que es mantingui en condicions profundes d'alta temperatura i pressió.
3. c) A les zones de subducció es registren terratrèmols fràgils a profunditats superiors a $60\ \text{km}$, on la pressió i la temperatura haurien d'impedir la fractura. Formula una hipòtesi justificada basada en el paper dels fluids intersticials (pressió de porus) per explicar aquesta anomalia.

En aixecar una columna geològica s'observa una repetició estratigràfica: Margues (Cretaci) $\rightarrow$ Gres (Paleocè) $\rightarrow$ Calcàries (Eocè) $\rightarrow$ Margues (Cretaci) $\rightarrow$ Gres (Paleocè) $\rightarrow$ Calcàries (Eocè). El contacte intermedi entre les calcàries inferiors i les margues superiors és una superfície neta inclinada $30^\circ$ que talla obliquament les capes.

1. a) Planteja dues hipòtesis geològiques diferents per justificar aquesta repetició: una d'estructural basada en un accident tectònic i una altra d'estratigràfica basada en un plec ajagut erosionat.
2. b) Dissenya tres comprovacions de camp (criteris de polaritat sedimentària, microestructures en el pla de contacte i datació relativa del contacte respecte a les capes) que permetin decantar quina de les dues hipòtesis és la correcta.
3. c) Si la polaritat sedimentària en ambdues seqüències està orientada cap al sostre (cap amunt) i en la superfície de contacte es troba una bretxa tectònica amb estries que mostren cabussament cap a la base, conclou quin tipus concret d'estructura geològica ha actuat i dedueix el règim tectònic responsable.

El terratrèmol de Lorca de 2011 va tenir una magnitud de moment moderada ($M_w\ 5,1$) però va causar 9 morts i danys greus (intensitat VIII), mentre que el terratrèmol de 2010 a la costa de Granada, de magnitud molt més gran ($M_w\ 6,3$), amb prou feines va provocar danys materials lleus.

1. a) Justifica físicament la disparitat de danys entre ambdós esdeveniments a partir de la relació entre magnitud, profunditat focal (distància hipocentral) i acceleració màxima del terra.
2. b) A Lorca, els edificis situats sobre指向 sediments al·luvials quaternaris van patir danys notablement més grans que els fonamentats sobre substrat rocós cohesiu a poca distància. Explica aquest fenomen analitzant la velocitat de propagació, l'amplitud i l'atenuació de les ones sísmiques (efecte de lloc).
3. c) A partir d'aquestes dades, argumenta per què un pla d'ordenació territorial que classifiqui el risc sísmic basant-se exclusivament en la distància a les falles actives és insuficient, i indica quins factors geològics complementaris s'han d'incloure en els mapes de microzonificació sísmica.

En una banda de deformació cortical de $300\ \text{m}$ d'amplada que travessa un massís granític s'observa la transició següent:

• Cap al nucli de la banda, el granit original passa a una roca de gra finíssim amb bandat continu, grans de quars estirats dinàmicament i feldespats rotats (milonita).

• Tallant i triturant aquesta milonita, apareixen plans de fractura nets amb bretxes anguloses i pols de roca sense cohesió ni orientació cristal·lina (cataclasites).

1. a) Analitza els mecanismes de deformació mineral dominants a la milonita enfront de la cataclasita i dedueix en quin règim cortical (dúctil o fràgil) es va formar cadascuna.
2. b) Justifica quina informació aporta la superposició en el mateix aflorament de cataclasites sobre milonites sobre la història d'aixecament (exhumació) i l'evolució tèrmica d'aquest bloc orogènic.
3. c) Si l'anàlisi cinemàtica dels porfiroclasts de la milonita indica cisallament invers (compressiu), però les estries en els plans cataclàstics indiquen moviment normal (distensiu), elabora una reconstrucció geodinàmica raonada de l'evolució tectònica d'aquesta zona de falla.