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Prof. Dr. Luiz Sergio Amarante Simões Unesp - Campus de Rio Claro

Instituto de Geociências e Ciência Exatas Curso de Geologia

Rio Claro - 2011

Disciplina:

GEOLOGIA ESTRUTURAL E GEOTECTÔNICA 2011 Este texto é um resumo do capítulo 4 do livro de Hobbs et al (1976), com informações complementares extraídas dos livros: Davis 1984, cap. 11; Park, 1983 e Ramsay e Huber, 1987; Loczy e Ladeira, 1976. As figuras citadas no texto referem-se aos livros mencionados acima, sendo identificadas pela inicial do primeiro autor (H, D, P, R, L).

DOBRAS 1. INTRODUÇÃO Dobra é uma estrutura freqüentemente observada em rochas, e que evidencia a presença de deformação dúctil. São observadas como estruturas primárias ou secundárias em sedimentos, rochas sedimentares e rochas ígneas; em geleiras e, principalmente, em toda a gama de rochas metamórficas. Embora a presença de dobras indique a existência de deformação dúctil, sua ausência não implica na inexistência de deformação. DOBRA (“FOLD”) é um termo que pode ser usado para descrever qualquer superfície não planar resultante de deformação. 2. DESCRIÇÃO DE UMA DOBRA Morfologicamente as dobras são muito variadas. Em decorrência disto originou-se um extenso vocabulário para a descrição de dobras. Aqui serão abordados os termos mais usados atualmente. Uma superfície dobrada (Fig. H-4.1) apresenta uma região onde o raio de curvatura é mínimo, que é denominada de CHARNEIRA (“HINGE”) ou FECHAMENTO DA DOBRA. A charneira é ladeada por áreas com raio de curvatura maior, conhecidas como FLANCOS (“LIMBS”). As dobras podem ser desenvolvidas sobre uma única superfície (ex. uma falha, uma discordância), mas em geral desenvolvem-se afetando um conjunto de superfícies, como por exemplo um pacote de rochas acamadas. LINHA DE CHARNEIRA (HINGE LINE) – Linha que une as charneiras de uma dobra de uma mesma superfície (Fig. H-4.1).

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SUPERFÍCIE AXIAL – é a superfície que une as linhas de charneira de camadas sucessivas em uma dobra. Se essa superfície for plana, podemos chamá-la de PLANO AXIAL. (ver fig. H-4.2). DOBRA CILÍNDRICA – é uma dobra que possui linha de charneira reta e que apresenta o mesmo perfil ao longo da linha de charneira. A forma de tais dobras pode ser geradas por translação de uma linha reta que é denominada de EIXO (“AXIS”) da dobra. (fig. H-4.2). Dobras que não se encaixam nesse caso são chamadas de ACILÍNDRICAS. PERFIL DA DOBRA – é o formato da dobra observado em seção perpendicular à linha de charneira. SEÇÃO GEOLÓGICA – correspondente ao formato das estruturas observado em um plano vertical. SINFORMA – é uma dobra cujos flancos convergem para baixo ANTIFORMA – é uma dobra cujos flancos convergem para cima. NEUTRA – dobra cujos flancos não convergem nem para cima e nem para baixo, convergem então para o “lado”. Quando a ordem estratigráfica é conhecida, usa-se o termo SINCLINAL para as dobras que apresentam os estratos mais novos no núcleo da estrutura e ANTICLINAL para as dobras que apresentam as rochas mais antigas no núcleo. Com base nessas definições em certas situações geológicas podem ocorrer SINCLINAL ANTIFORMAL e ANTICLINAL SINFORMAL. (ver fig. H-4,6). 3. SISTEMAS DE DOBRAS Um grupo de dobras espacial e geneticamente relacionadas, é denominado de SISTEMA DE DOBRAS. Podemos definir, para uma camada que apresente sinformas e antiformas alternados, dois parâmetros: COMPRIMENTO DE ONDA ( ! ) e AMPLITUDE DA DOBRA ("). São análogos à definição física dos termos (fig. H – 4.7). DEFINIÇÕES: DOBRAS PARASÍTICAS – dobras que ocorrem nos flancos e nas charneiras de uma dobra maior (Fig. H-4.8). Também podem ser referidas como dobras de 2ª ordem. SUPERFÍCIE ENVOLTÓRIA – é a superfície que tangencia as charneiras das dobras de uma camada dobrada (fig. H-4.8). O conceito de superfície envoltória é importante na prática, pois permite definir a direção geral de uma superfície dobrada, o que é fundamental para a reconstituição da estrutura em escala maior do que a de observação. DOBRAS SIMÉTRICAS – são aquelas cujo plano axial é perpendicular à superfície envoltória. Os flancos são de tamanhos iguais. DOBRAS ASSIMÉTRICAS – são aquelas cujo plano axial faz um ângulo, com a superfície envoltória, diferente de 90º. Por exemplo, na fig. H-4.8, as dobras de 1ª ordem são simétricas, enquanto as de 2ª ordem são assimétricas. Note que a assimetria é distinta em cada flanco, no flanco I as dobras desenham um Z, são chamadas de DESTRAIS (ou horária) No flanco II as

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dobras desenham um S, e são ditas SINISTRAIS (ou anti-horárias), analogamente à nomenclatura de falhas. Esta feição de assimetria é denominada de vergência, e neste caso é um termo essencialmente descritivo. Alguns autores utilizam o termo vergência com uma conotação mais genética indicando então o sentido de transporte tectônico, seja por dobras ou por falhas. Nas zonas de charneira as dobras são simétricas e podem ser chamadas de dobras em M. Toda dobra assimétrica é caracterizada por apresentar um flanco longo e outro curto. Portanto, quando observamos uma única dobra só podemos caracterizá-la quanto à simetria se a continuidade de seus flancos é visível. CRISTA (“CREST”) – é o ponto mais alto de uma camada dobrada em uma antiforma (Fig. H-4.11). QUILHA (“TROUGH”) – é o ponto mais baixo alcançado por uma camada dobrada em um sinforme (fig. H-4.11). MONOCLINAL – é uma flexura assimétrica que afeta estratos horizontais ou com baixo ângulo de mergulho, gerando um par antiformal-sinformal, onde os flancos mergulham para o mesmo sentido (Fig. D-11.67). Por vezes encontram-se associados a falhas de alto ângulo no embasamento, que promovem deformação na cobertura sedimentar. Exemplos típicos de monoclinais são encontrados no Platô do Colorado (E.U.A.), os quais em geral apresentam um desnível estrutural de 1 Km, chegando a alcançar, em alguns monoclinais, a 3 Km. ANTICLINÓRIO – Estrutura anticlinal caracterizada pela sucessão de anticlinais e sinclinais de 2ª ordem. Quando se trata de uma estrutura sinclinal, usa-se o termo SINCLINÓRIO (fig. –D-11.11). Esta denominação em geral é aplicada a estruturas de caráter regional. 4. DESCRIÇÃO DAS DOBRAS VISTAS EM PERFIL A descrição do perfil de dobras é interessante pois permite caracterizar morfologicamente as dobras presentes em terrenos deformados. Para a descrição de dobras, frequentemente é observado o ângulo interflancos (fig. H-4.13). Sendo utilizados os termos: ISOCLINAL – 0º, APERTADA (“TIGHT”) )-30º, ABERTA (“OPEN”) 30 A 120º E SUAVE (GENTLE) maior do que 120º . (Segundo classificação de Hobbs et al, 1976). Park (1983) utiliza a classificação de Fleuty (1964): ISOCLINAL = 0º, APERTADA (até 30º) FECHADA (30º a 70º) ABERTA (70-120º ) e SUAVE (maior do que 120º). Quanto ao fechamento uma dobra pode apresentar charneira ARREDONDADA ou ANGULAR (Fig. H-4.14). KINK – é um tipo de dobra com flancos retos e charneira angular. Quando simétricas são denominadas de CHEVRON (ou SANFONADA). Os flancos curtos de um KINK definem um KINK BAND (fig. H-4.14 E h-4.15). Em algumas áreas são observados KINKS com planos axiais em duas direções que se cruzam fazendo um ângulo alto entre si. São chamados de KINKS CONJUGADOS. Da mesma forma podem ser observadas dobras geneticamente relacionadas, cujas superfícies axiais sejam inclinadas, uma em relação a outra. São chamadas de DOBRAS CONJUGADAS (fig. H-4.16). DOBRA EM CAIXA (“BOX FOLD”) – é um tipo de dobra conjugada, caracterizada por seus flancos definirem três lados de um retângulo (fig. H-4.17).

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DOBRA POLICLINAL – é uma dobra que apresenta superfície axial com várias orientações (Fig. H-4.17 b). DOBRA PARALELA (ou ISÓPACA) – é uma dobra que apresenta a espessura da camada (medida normal ao acamamento) constante (fig. H-4.18). Quando a espessura varia ao longo da dobra, esta é denominada de ANISÓPACA (ex. fig.H 4.14b e H 4.20a). DOBRA SIMILAR – apresenta constante a espessura medida paralela ao plano axial (fig. H-4.19). As dobras similares tendem a repetir o seu perfil ao longo da superfície axial. Dobras que apresentam essa propriedade, sendo ou não, similar, são denominadas de D. HARMÔNICAS. Àquelas cujo perfil não é persistente na escala do afloramento, são denominadas de DESARMÔNICAS (Fig. H-4. 20). D. INTRAFOLIAIS – são fechamentos de dobras isoladas, compreendidos em estratos que não se apresentam obviamente dobrados. (Fig. L-5.41-A) D.SEM RAIZ (“ROOTLESS FOLDS”) – são dobras intrafoliais, em que a camada dobrada não evidencia continuidade com as camadas adjacentes (fig. H-4-21). DOBRAS CONVOLUTAS – são dobras que apresentam superfície axial curva e em geral são desarmônicas. São comuns em rochas de alto grau (Fig. H-4.22.a), ou como estruturas primárias em rochas sedimentares. DOBRAS PTIGMÁTICAS – geralmente ocorrem em uma única camada e são comuns em veios de pegmatitos em migmatitos, contidos em matriz gnáissica ou xistosa. Tendem a ser policlinais e paralelas. (Fig. H-4. 22b). DOBRAS EM CÚSPIDE – sistema de dobras que vistas em perfil exibem sinformas arredondadas, seguidas de antiformas pontiagudas (ou vice e versa). Tais dobras formam-se na interface de camadas espessas que apresentam viscosidades contrastantes (Fig. D-10.10-E). CRENULAÇÃO – qualquer sistema de dobras de pequena escala (< 2 cm). FOLIAÇÃO PLANO AXIAL – é comum que o esforço tectônico causador do dobramento, gere também foliação (clivagem, xistosidade, etc.), que apresenta-se, geralmente, paralela ao plano axial das dobras. Por isso, ao se descrever uma dobra é importante observar a presença ou ausência de foliação plano axial. DOBRA REVIRADA OU REVERSA (“overturned”) – dobras que apresenta um flanco com polaridade invertida em relação ao outro. BRAQUISSINCLINAL – sinclinal cuja linha de charneira apresenta duplo caimento, dando origem a uma estrutura do tipo canoa. Quando a estrutura com duplo caimento é um anticlinal, dá-se o nome de BRAQUIANTICLINAL (Fig. L-5.27). DOBRAS EM BAINHA Por vezes são encontradas na natureza dobras que apresentam um caráter acilíndrico marcado pela curvatura da linha de charneira. Quando esta curvatura é maior do que 90º , tais dobras acilíndricas passam a ser denominadas de DOBRAS EM BAINHA (“SHEATH FOLD”). Geralmente apresentam-se, em perfil, apertadas ou isoclinais exibindo foliação plano axial e uma forte lineação de estiramento (Fig. S-1-a).

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Para descrever as dobras em bainha utiliza-se um sistema de 3 eixos ortogonais entre si, considerando-se que X corresponde ao eixo longo da bainha, e na seção perpendicular a X, o eixo maior é Y e o menor é Z (Fig. S-1-a, corresponde à figura 1 de SKJERNAA, 1989), tornando-se as medidas ao longo destes eixos diretamente no afloramento ou na amostra estudada (Henderson, 1988). SKJERNAA (1989) observou que a morfologia das dobras em bainha variava muito em função da proporção dos valores de X:Y, por isso propôs uma classificação mais detalhada na qual introduz a medição da curvatura da linha de charneira (W). Desta forma, se W < 20o e X:Y > 1 as dobras são denominadas de TUBULAR, e se W apresentar valores entre 20o e 90o e X:Y > 0,25, permanece o nome de DOBRAS EM BAINHA. Para valores de W>90o e/ou X:Y< 0,25, denomina-se simplesmente de dobra acilíndrica (fig. 5-1). Quanto à origem as dobras em bainha podem formar-se nas seguintes condições: 1) Sobreposição de dobras de fases distintas (domos e bacias). 2) Em zonas de alta taxa de deformação. a) dobras iniciais com charneiras curvas, submetidas a cisalhamento intenso, homogêneo (fig. 49) b) dobra inicial com linha de charneira reta seguida por cisalhamento heterogêneo (fig. 50). As dobras em bainha parecem ter sua origem predominantemente relacionada ao processo 2, e freqüentemente encontram-se associadas a zonas de cisalhamento dúctil. 5. ORIENTAÇÃO DAS DOBRAS A orientação de uma dobra é definida pela atitude de seu plano axial (ou superfície axial) e de sua linha de charneira. A orientação do plano axial pode ser dada pela direção (strike) do plano (ou rumo de mergulho do plano) acompanhado do valor e sentido de mergulho (dip). Por exemplo: N30E/50SE (= 120/50). A orientação da linha de charneira (hinge line) é dada pela direção e valor (+ sentido) de seu caimento (plunge). 6. CLASSIFICAÇÃO DAS DOBRAS Uma classificação de dobras muito usada na literatura geológica é baseada na orientação espacial da dobra, conforme indica a tabela abaixo (ver também fig. 4.25)

Orientação da Linha de Charneira Horizontal Com caimento Vertical Vertical Normal horizontal Normal com cai-

mento vertical

Com mergulho

Inclinada horizon-tal

Inclinada c/caimen-to ou reclinada*

Orie

ntaç

ão

da

supe

rfíc

ie A

xial

Horizontal Recumbente

* quando o caimento é paralelo ao mergulho da Superfície Axial

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Outra forma de classificação praticamente idêntica, porém com mais detalhe, foi apresentada por Fleuty (1964) e pode ser representada como um diagrama triangular (figura abaixo).

Outro tipo de classificação utilizado é baseado no padrão de isógonas que a dobra apresenta. Isógona é a linha que une pontos de igual inclinação de duas superfícies de uma dobra (por exemplo, o topo e a base de uma camada). Assim podemos traçar isógonas referentes a intervalos de inclinação de 10o e, considerando que são traçadas da parte externa para a parte interna da dobra, poderão ser definidas 3 classes (ver fig. 4.26). Classe I – Isógonas convergentes Classe II – Isógonas paralelas Classe III – Isógonas divergentes A classe I pode ser subdividida em I-A, I-B e I-C, conforme o grau de convergência das isógonas. A classe IB corresponde às dobras paralelas (fig. 4.26).

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7. MODELOS CLÁSSICOS DE FORMAÇÃO DE DOBRAS Três modelos bastante simplificados tem sido discutidos por muito tempo na literatura geológica. 1. Flambagem com superfície neutra (“Buckling-Neutral Surface”). Fig. H-4.29-b. É o tipo de deformação que ocorre quando uma barra é comprimida através das extremidades. Esse mecanismo geralmente produz dobras paralelas. Dentro da camada dobrada pode-se definir uma superfície em que a deformação é nula e que a partir dela para o núcleo da dobra ocorre compressão paralela ao acamamento e em sentido contrário ocorre tração. A quantidade de compressão e de tração diminui progressivamente em direção à superfície neutra. 2. Deslizamento Flexural (“Flexural Slip”) Fig. H-4.29-c. Esse mecanismo de deformação envolve cisalhamento sobre as superfícies paralelas à foliação que está sendo dobrada. Isto é, as camadas deslizam umas sobre as outras durante o dobramento. O deslizamento (“Slip”) é praticamente nulo nas charneiras e mais acentuado nos flancos. Produz dobras paralelas. Quando o cisalhamento ocorre em escala microscópica o processo é denominado de Fluxo Flexural (“Flexural Flow”). 3. Dobramento por deslizamento paralelo ao Plano Axial ou por Cisalhamento (“Slip ou Shear

Folding”) Fig. H-4.29-d. Envolve cisalhamento oblíquo à superfície dobrada, sendo o plano axial da dobra sempre paralelo ao plano de cisalhamento. O eixo da dobra é definido pela intersecção do plano de cisalhamento com a superfície dobrada. Usando a classificação de Ramsay (1967), temos que os modelos clássicos de deformação 1 e 2 geram dobras da classe IB (dobra paralela) e o 3 produz dobras da classe II (dobra similar). Essas duas classes não são muito comuns na natureza, pois os tipos de dobras mais frequentes pertencem às classes I-C e III. A despeito disso, os três modelos clássicos são importantes pois representam versões simplificadas de algo mais complexo que ocorre na natureza. Vejamos agora as principais características dos 3 modelos de deformação. I. FLAMBAGEM COM SUPERFÍCIE NEUTRA a) Como envolve apenas curvamento em torno do eixo da dobra, não existe extensão paralela ao

eixo, sendo a deformação plana (“plane strain”). O eixo da dobra é paralelo ao eixo Y (ou ! 2) do elipsóide de deformação.

b) Existe uma superfície próxima ao meio da camada, que mantém sua área inicial, na qual não há deformação (mudanças de forma).

c) A camada mantém sua espessura inicial (dobras paralelas). Para fora da superfície neutra ocorre extensão e na parte interna ocorre compressão paralela à superfície dobrada, passando gradativamente de uma para a outra através da superfície neutra. A deformação em geral é mais intensa na charneira do que nos flancos.

d) Uma linha reta que antes do dobramento faz um ângulo com a direção do eixo, muda o seu ângulo:

- aumenta na parte em que há extensão - diminui na parte em que há compressão (fig.4.32 a,b).

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II. DESLIZAMENTO FLEXURAL (“Flexural Slip”) a) Como envolve curvamento em torno do eixo e cisalhamento paralelo às superfícies dobradas.

A deformação é plana ao longo de toda a dobra e o eixo da dobra é paralelo ao eixo Y ( ! 2) do elipsóide de deformação (Fig. 4.29-c).

b) A dobra é isópaca (dobras paralelas). c) As superfícies dobradas contêm uma seção circular do elipsóide de deformação. Os planos XY

(= !1, !2) do elipsóide de deformação definem um leque divergente. A deformação é mais intensa nos flancos da dobra do que na charneira (Fig. 4.29-c).

d) Como não existe distorção sobre as superfícies dobradas, uma lineação que fizesse um ângulo com a direção do eixo da dobra, manteria esse ângulo após o dobramento (Fig. 4.32-c).

II. DOBRAS DE CISALHAMENTO a) A deformação é plana e os planos de cisalhamento apresentam seções circulares do elipsóide

de deformação e contêm o eixo Y (= 1), o qual é normal à direção do cisalhamento. b) A direção de cisalhamento não é obrigatoriamente normal ao eixo da dobra (Fig. 4.30). c) A espessura aparente da camada, medida paralela ao plano axial é constante (dobra similar). d) Para uma camada inicialmente perpendicular à direção do cisalhamento, o cisalhamento

apresenta direção oposta nos flancos da dobra. O plano principal de deformação forma um leque divergente.

e) As lineações pré-existentes tornam-se distorcidas e caem em um plano definido pela orientação inicial da lineação e a direção de cisalhamento (Fig. 4.32-d).

8. MODELOS MAIS REALÍSTICOS Como visto acima os modelos clássicos de formação de dobras não geram dobras das classes I-c e III, que são as mais comuns na natureza. Alguns estudos teóricos e experimentais, indicam que dois fatores contribuem para isso: a) encurtamento da camada antes do dobramento e encurtamento homogêneo durante o

dobramento. Então, durante a deformação de uma camada, o encurtamento total pode ser dividido em duas partes, uma devida à curvatura da camada (o que é previsto no modelo de deslizamento flexural) e outra devida a uma deformação adicional em cada ponto da camada, que provoca um encurtamento aproximadamente perpendicular ao plano axial da dobra. O efeito geral dessa deformação adicional é diminuir o ângulo entre o plano do elipsóide de deformação e o plano axial da dobra. Assim, dobras nucleadas como da classe I-B, transformam-se, geralmente, em dobras da classe IC. Dobras nucleadas como classe II, permanecem como classe II (Fig. 4.33 e 4.34). b) Modificações introduzidas pela intercalação de camada de diferentes competências. Quando um pacote com camadas de diferentes competências é dobrado, as camadas mais competentes controlam o dobramento das camadas menos competentes, podendo levar a formação de dobras da classe III.