Exercícios: As deformações das rochas

Distingue entre deformação elástica, plástica e frágil, e indica qual das três é reversível quando a tensão cessa.

O que é uma dobra anticlinal e o que é uma sinclinal? Indica onde se encontram os materiais mais antigos em cada uma: no núcleo ou nos flancos?

Explica a diferença entre uma falha e uma diáclase. Em qual das duas ocorre deslocamento relativo dos blocos?

O que é a tensão em geologia? Refere os três tipos (compressiva, distensiva e de corte) e uma estrutura típica gerada por cada um.

Define os elementos de uma dobra: charneira, flancos e plano axial. O que indica a orientação do plano axial quanto à simetria da dobra?

O que é uma falha normal e sob que tipo de tensão se origina? Dá um exemplo de estrutura associada à distensão crustal.

Numa falha distinguem-se o bloco levantado (teto ou muro, consoante o tipo) e o bloco abatido. Explica como se reconhecem no campo a partir da deslocação dos estratos.

Que diferença existe entre uma dobra simétrica e uma assimétrica? O que indica a vergência de uma dobra sobre o sentido da compressão?

Num corte do terreno observam-se duas estruturas tetónicas numeradas: a estrutura 1 apresenta uma curvatura com convexidade para cima e a estrutura 2 apresenta uma curvatura com concavidade para cima. Indica que número corresponde a uma dobra anticlinal e qual a uma sinclinal, e explica o critério que utilizaste para as distinguir.

Na mesma imagem do corte, localiza as duas falhas numeradas e justifica qual é normal e qual é inversa de acordo com a deslocação relativa dos seus blocos. Que tipo de tensão, distensiva ou compressiva, originou cada uma?

Sujeitas à mesma tensão compressiva, determinados xistos dobram-se enquanto um quartzito se fratura em diaclases. Explica que propriedades de cada rocha e que condições externas (temperatura, pressão confinante, velocidade da deformação) favorecem cada comportamento.

Distingue entre falha inversa e cavalgamento, e explica por que razão ambas as estruturas implicam um encurtamento da crosta. Que inclinação costuma ter o plano de um cavalgamento?

Num corte, o teto de uma camada de calcário surge deslocado $120\ \text{m}$ na vertical por uma falha. Explica o que é o rejeito de uma falha e que informação adicional seria necessária para conhecer a deslocação total se a falha tivesse também uma componente de desligamento.

As diaclases facilitam a extração de blocos nas pedreiras, mas reduzem a qualidade da rocha ornamental. Explica ambas as afirmações e justifica por que razão uma rocha muito diaclasada não serve para a obtenção de peças de grandes dimensões.

Um bloco abatido entre duas falhas normais forma uma fossa tectónica (graben), e o bloco elevado entre elas, um pilar tectónico (horst). Explica que regime de tensões os origina e refere um exemplo de cada estrutura.

Nos Apalaches, os núcleos dos anticlinais formam vales e os sinclinais coroam os cumes. Explica esta inversão do relevo com base na erosão diferencial sobre as rochas fraturadas da charneira do anticlinal.

No relatório preliminar de uma obra civil sobre o perfil geológico da imagem afirma-se que: «As falhas originaram-se primeiro em regime distensivo e, posteriormente, um episódio compressivo dobrou tanto os estratos como as falhas preexistentes».

1. a) Rebate de forma fundamentada a hipótese do relatório: analisa a geometria das estruturas observáveis na imagem e indica que princípios de cronologia relativa essa interpretação contradiz.
2. b) Reconstrói de forma fundamentada a sequência temporal dos processos que modelaram este setor (sedimentação, deformações tectónicas e erosão).
3. c) Deduz e justifica como mudou o regime de tensões tectónicas (ou as condições físicas de deformação) entre o momento em que se geraram as dobras e o momento em que atuaram as falhas que as cortam.

Numa prospeção geológica para o traçado de um túnel, a cartografia revela que ao longo de um vale linear os estratos inclinam $40^\circ$ em direções opostas, afastando-se do eixo do vale; os fósseis encontrados no fundo do vale pertencem ao Triásico, enquanto nas cimeiras circundantes pertencem ao Jurássico.

1. a) Determina a estrutura tectónica subjacente ao vale e justifica por que razão a topografia atual representa um caso de relevo invertido (inversão do relevo).
2. b) Explica o mecanismo de erosão diferencial que permitiu que o núcleo da estrutura, sendo originalmente a zona estruturalmente mais elevada, se tenha transformado numa depressão (combe anticlinal), indicando o papel da fraturação na charneira.
3. c) Se se projetar perfurar o túnel perpendicularmente ao eixo do vale a $100\ \text{m}$ de profundidade sob o seu fundo, prevê duas dificuldades geomecânicas ou hidrogeológicas que a equipa técnica encontrará ao atravessar a zona da charneira.

Estudos geodésicos mediante GPS e interferometria radar (InSAR) num troço de $30\ \text{km}$ da falha de Alhama de Murcia indicam que os blocos de ambos os lados se deslocam a uma velocidade relativa de $1,5\ \text{mm/ano}$. No entanto, os sensores situados exatamente sobre o traço em superfície registam velocidade nula há mais de 400 anos e quase não há microssismicidade.

1. a) Aplica a teoria do ressalto elástico para explicar o estado mecânico desse setor da falha e justifica por que razão a ausência prolongada de sismos não implica segurança, mas sim um aumento da perigosidade.
2. b) Calcula o deslocamento acumulado que permanece elasticamente bloqueado após 400 anos e compara o efeito mecânico da sua libertação instantânea face ao de um setor que se mova por reptação assísmica contínua (creep).
3. c) Se noutro segmento da mesma falha forem medidos $1,5\ \text{mm/ano}$ de deslizamento superficial contínuo acompanhado de microssismos quase imperceptíveis, deduz fundamentadamente qual dos dois segmentos apresenta maior risco de originar um terramoto destruidor a curto ou médio prazo.

Na frente de uma pedreira aflora um plano de falha inclinado $60^\circ$ para oeste que põe em contacto dois blocos (bloco ocidental e bloco oriental). Registam-se as seguintes observações:

1. O bloco oriental contém uma camada-guia de calcário a $10\ \text{m}$ de profundidade, enquanto no bloco ocidental a mesma camada surge a $35\ \text{m}$.

2. No plano de atrito observam-se estrias segundo a linha de maior declive e degraus de falha cujo ressalto áspero ao tacto se nota ao deslizar a mão para baixo pelo bloco oriental.

3. Os estratos do bloco ocidental curvam-se para cima à medida que se aproximam da fratura.

1. a) Determina de forma justificada qual dos dois blocos é o teto e qual é o muro da falha a partir da inclinação do plano.
2. b) Interpreta os indicadores cinemáticos (degraus e curvatura dos estratos) e deduz o movimento relativo dos blocos.
3. c) Um técnico afirma que a falha é normal «porque a camada de calcário está mais baixa no bloco ocidental». Refuta ou matiza a sua conclusão analisando a coerência entre o deslocamento líquido observável e os indicadores cinemáticos dinâmicos (arrastamentos e estrias).

Num laboratório de geodinâmica submetem-se provetes cilíndricos idênticos de calcário a três ensaios de deformação triaxial:

• Ensaio A: a $400\ ^\circ\text{C}$ e $400\ \text{MPa}$ (equivalentes a cerca de $15\ \text{km}$ de profundidade), deformada a uma velocidade muito lenta de $10^{-14}\ \text{s}^{-1}$ (velocidade tectónica típica).

• Ensaio B: a idêntica temperatura e pressão de confinamento que o ensaio A, mas deformada bruscamente a $10^{-3}\ \text{s}^{-1}$.

• Ensaio C: a velocidade lenta ($10^{-14}\ \text{s}^{-1}$), mas a $40\ ^\circ\text{C}$ e $25\ \text{MPa}$ (condições de $1\ \text{km}$ de profundidade).

1. a) Prevê fundamentadamente o tipo de deformação (frágil ou dúctil) que o provete experimentará em cada ensaio e desenha esquematicamente a curva tensão-deformação esperada para os ensaios A e C.
2. b) Justifica a nível mecânico por que razão um aumento drástico na velocidade de deformação (ensaio B) modifica a resposta da rocha mesmo que se mantenha em condições profundas de alta temperatura e pressão.
3. c) Nas zonas de subducção registam-se sismos frágeis a profundidades superiores a $60\ \text{km}$, onde a pressão e a temperatura deveriam impedir a fratura. Formula uma hipótese fundamentada baseada no papel dos fluidos intersticiais (pressão de poros) para explicar esta anomalia.

Ao levantar uma coluna geológica observa-se uma repetição estratigráfica: Margas (Cretácico) $\rightarrow$ Arenitos (Paleoceno) $\rightarrow$ Calcários (Eoceno) $\rightarrow$ Margas (Cretácico) $\rightarrow$ Arenitos (Paleoceno) $\rightarrow$ Calcários (Eoceno). O contacto intermédio entre os calcários inferiores e as margas superiores é uma superfície nítida inclinada $30^\circ$ que corta obliquamente as camadas.

1. a) Propõe duas hipóteses geológicas diferentes para justificar a referida repetição: uma estrutural baseada num acidente tectónico e outra estratigráfica baseada numa dobra deitada erodida.
2. b) Concebe três verificações de campo (critérios de polaridade sedimentar, microestruturas no plano de contacto e datação relativa do contacto em relação às camadas) que permitam decidir qual das duas hipóteses é a correta.
3. c) Se a polaridade sedimentar em ambas as sequências estiver orientada para o teto (para cima) e na superfície de contacto se encontrar uma brecha tectónica com estrias que mostram inclinação para a base, conclui que tipo concreto de estrutura geológica atuou e deduz o regime tectónico responsável.

O sismo de Lorca de 2011 teve uma magnitude de momento moderada ($M_w\ 5,1$), mas causou 9 vítimas mortais e danos graves (intensidade VIII), enquanto o sismo de 2010 na costa de Granada, de magnitude muito maior ($M_w\ 6,3$), causou apenas danos materiais ligeiros.

1. a) Justifica fisicamente a disparidade de danos entre ambos os eventos a partir da relação entre magnitude, profundidade focal (distância hipocentral) e aceleração máxima do solo.
2. b) Em Lorca, os edifícios situados sobre sedimentos aluviais quaternários sofreram danos notavelmente maiores do que os assentes sobre substrato rochoso coeso a curta distância. Explica este fenómeno analisando a velocidade de propagação, a amplitude e a atenuação das ondas sísmicas (efeito de sítio).
3. c) A partir destes dados, argumenta por que razão um plano de ordenamento do território que classifique o risco sísmico baseando-se exclusivamente na distância às falhas ativas é insuficiente, e indica que fatores geológicos complementares devem ser incluídos nos mapas de microzonamento sísmico.

Numa faixa de deformação cortical de $300\ \text{m}$ de largura que atravessa um maciço granítico observa-se a seguinte transição:

• Para o núcleo da faixa, o granito original passa a uma rocha de grão finíssimo com bandamento contínuo, grãos de quartzo estirados dinamicamente e feldspatos rodados (milonito).

• Cortando e triturando esse milonito, surgem planos de fratura limpos com brechas angulosas e pó de rocha sem coesão nem orientação cristalina (cataclasitos).

1. a) Analisa os mecanismos de deformação mineral dominantes no milonito face ao cataclasito e deduz em que regime cortical (dúctil ou frágil) se formou cada um.
2. b) Justifica que informação fornece a sobreposição no mesmo afloramento de cataclasitos sobre milonitos acerca da história de levantamento (exumação) e da evolução térmica desse bloco orogénico.
3. c) Se a análise cinemática dos porfiroclastos do milonito indicar movimento inverso (compressivo), mas as estrias nos planos cataclásticos indicarem movimento normal (distensivo), elabora uma reconstrução geodinâmica fundamentada da evolução tectónica dessa zona de falha.