Tipos de Cisalhamento na Geologia Estrutural

GEOLOGIA ESTRUTURAL Nelize Lima dos Santos Tipos de cisalhamento Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto você deve apresentar os seguintes aprendizados Classificar as zonas de cisalhamento Definir zonas de cisalhamento dúctil e rúptil Identificar as zonas de cisalhamento puro coaxial e simples não coaxial Introdução As estruturas internas presentes nas zonas de cisalhamento são im portantes ferramentas para a compreensão do desenvolvimento tectônico de uma área já que o desenvolvimento dessas feições depende das propriedades das rochas da presença de fluidos e dos mecanismos de deformação Essas zonas também são importantes hospedeiras de mineralizações em razão da forte influência exercida pelos fluidos Neste capítulo você vai estudar sobre a classificação das zonas de cisalhamento com relação ao comportamento das rochas relacionado ao nível de ductibilidade continuidade de marcadores e de plasticidade proporção entre mecanismos de deformação Além disso você vai identificar as zonas de cisalhamento puro e simples ambos relacionados ao movimento de rotação durante as deformações 1 Zonas de cisalhamento As deformações são mudanças nos corpos rochosos provocadas pela atu ação de forças representadas por vetores que possuem magnitude direção e sentido As zonas de cisalhamento podem ser definidas como faixas es treitas e planares onde as deformações ocorrem a partir do deslocamento de dois planos paralelos entre si com taxas variáveis Essas feições repre sentam zonas de fraqueza e apresentam adelgaçamento por deformação localizada As zonas de cisalhamento podem ser diferenciadas de acordo com escalas que variam desde amostra de mão até vários quilômetros de espessura da seguinte forma Figura 1 Cinturão de cisalhamento com frequência estão relacionados aos cinturões orogênicos aos limites de placas transcorrentes e às zonas de subducção por possuírem dimensões quilométricas Zona de cisalhamento apresentam espessura que varia de centimétrica à métrica porém esse termo costuma ser utilizado para todas as escalas Banda de cisalhamento a escala varia entre milimétrica e centi métrica ambas caracterizam zonas onde as deformações são mais acentuadas do que em suas adjacências Figura 1 Escalas de cisalhamento a Cinturão b zona c bandas Fonte Adaptada de a National Aeronautics and Space Administration 2017 b GrossiSad et al 1996 e c Cabral e Neumann 2015 2 Zonas de cisalhamento rúptil e dúctil As zonas de cisalhamento podem ser classifi cadas como dúcteis ocorrem em regiões mais profundas da crosta ou rúpteis comuns em regiões mais rasas Entre essas zonas existe uma transição rúptildúctil que varia entre 10 a 20 km de profundidade Tipos de cisalhamento 2 O nível crustal em que ocorrem as deformações define o tipo de zona de cisalhamento em razão da variabilidade dos mecanismos de deformação que dependem segundo Fossen 2018 da temperatura da pressão das reações metamórficas da cimentação da taxa de deformação e da quantidade de fluidos disponíveis além da distribuição dos minerais e de suas propriedades ao longo da zona Zona de cisalhamento rúptil A zona de cisalhamento rúptil é representada por longas e estreitas faixas onde se concentra a deformação e é encontrada no nível crustal superior e intermediário ou seja até cerca de 15 km de profundidade da crosta No regime rúptil da crosta superior a deformação é caracterizada por fluxo cataclástico ou por fraturas individualizadas falhas ou diacláses formando rochas por meio do metamorfismo que apresentam grãos finos com tendências equidimensionais mais quebradiças FOSSEN 2018 Figura 2 É comum que as deformações aproveitem as imperfeições internas dos blocos e dos maciços rochosos As deformações em ambientes rúpteis podem ocorrer das seguintes maneiras por microfaturamento coalescente por faturamento generalizado por rotação e esmagamento dos minerais Zona de cisalhamento dúctil A zona de cisalhamento dúctil é representada por feições indicadoras de fl uxo plástico típicas do processo de recristalização que não apresentam descontinuidade interna e formam uma deformação contínua FOSSEN 2018 São geradas rochas metamórfi cas com comportamento mais dúctil que podem apresentar foliação denominadas milonitos ou protomiloníticas com estiramento generalizado Figura 2 3 Tipos de cisalhamento Figura 2 Comparação entre as séries miloníticas e cataclasíticas a Protomilonito b milonito c ultramilonito d protocataclasito e cataclasito f ultracataclasito Fonte Sibson 1977 p 195 Em ambientes dúcteis ou seja em locais cujos níveis crustais apresentam mais de 15 km de profundidade e temperaturas de 300C ocorre a orienta ção preferencial de minerais que formam estruturas planares foliações e estruturas lineares lineações e que podem se deformar por dobramentos comuns nessas zonas Tipos de cisalhamento 4 Sibson 1977 adaptou um sistema de referência simples para classificar as rochas miloníticas e cataclasíticas relacionado à coesão à textura das rochas sem orientação ou foliada e à porcentagem de matriz quebradatriturada da rocha conforme o quadro a seguir Textura Sem orientação Foliada Sem coesão Brecha de falha Farinha de rochas gouge Coesiva Vidro Pseudotaquilito Redução tectô nica dos grãos predomina sobre recristalização Brecha tectônica de matriz 010 Protocataclasito Protomilonito de matriz 1050 Cataclasito Milonito de matriz 5090 Ultracataclasito Ultramilonito de matriz 90100 Recristalização pronunciada Blastomilonito O conceito de ductilidade está relacionado à capacidade que o corpo rochoso tem de sofrer deformações permanentes sem se fraturar o que confere a esses corpos uma continuidade de elementos marcadores originalmente contínuos nas zonas de cisalhamento FOSSEN 2018 Já a plasticidade referese ao mecanismo de deformação que causa uma mudança gradual na forma e na estrutura interna dos corpos rochosos em virtude de reajustes químicos e faturamento 5 Tipos de cisalhamento A zona de cisalhamento dúctil pode ocorrer tanto em regimes rúpteis quanto em regimes plásticos mas com variação na taxa de ductilidade Assim apesar da maioria das zonas de cisalhamento dúcteis serem plásticas não é recomendável o uso desses termos como sinônimos As descontinui dades internas abruptas são mais comuns às zonas de cisalhamento rúptil porém podem ser vistas em zonas de cisalhamento com comportamento mais plástico neste caso são denominadas de semidúcteis FOSSEN 2018 Figura 3 Figura 3 Classificação das zonas de cisalhamento com base no mecanismo de deformação eixo horizontal e na ductilidade mesoscópica continuidade de marcadores Fonte Fossen 2018 p 368 Tipos de cisalhamento 6 Algumas estruturas formadas em zonas de cisalhamento funcionam como marcadores da direção do movimento tectônico Figura 4 As mais comuns são as seguintes Estruturas do tipo augen desenvolvemse em grãos isolados relictos em planos de foliação que apresentam forma retorcida com caudas de composição idêntica ao do grão A simetria do grão é fundamental para definição do sentido do cisalhamento dessa maneira os grãos monoclínicos três eixos cristalográficos com comprimentos diferentes são ideais para esse diagnóstico Sombras de pressão são estruturas que em geral bordejam mega cristais que indicam o contraste entre a ductilidade do grão e da matriz e que seguem a direção de estiramento Essas estruturas portanto podem fornecer indícios da direção e eventualmente do sentido do movimento Deslocamentos dos grãos fraturados também funcionam como in dicadores cinemáticos Essas feições são formadas pela presença de minerais rígidos imersos em uma matriz dúctil que com a continuidade da deformação tendem a rotacionar no mesmo sentido do cisalhamento por meio de fraturas de baixo ângulo sintéticas ao sentido de cisalha mento e fraturas de alto ângulo antitéticas ao sentido de cisalhamento mas que podem tornarse sintéticas na medida em que a rotação evolui Bandas de cisalhamento podem ser caracterizadas como zonas de cisalhamento em pequena escala onde podem ocorrer duas superfícies planas uma ortogonal e outra paralela à zona principal de cisalhamento As superfícies perpendiculares têm aspecto sigmoidal e formam um ângulo de 45 com as superfícies planares aspecto que serve para indicar o sentido do deslocamento Minerais micáceos quando apresentam uma máxima reflexidade formam uma linha paralela ao vetor de deslocamento da zona de cisa lhamento Assim como os bandamentos miloníticos dobrados gerados por perturbações locais no fluxo que têm sua vergência coincidente com o sentido de cisalhamento Além disso a recristalização dinâmica produz novos grãos minerais alongados na direção do estiramento 7 Tipos de cisalhamento Figura 4 Estruturas formadas em zonas de cisalhamento que funcionam como marcadores da direção do movimento tectônico Fonte Adaptada de a Vinagre et al 2016 b Campos 2015 c Costa Silva e Costa 2015 e d Purificação 2017 3 Zonas de cisalhamento puro e simples Um aspecto importante que deve ser considerado na classifi cação da deforma ção é a sua abrangência no corpo rochoso analisado Caso a deformação tenha ocorrido em todo o volume da rocha com a mesma intensidade ela é conside rada homogênea caso contrário a deformação é considerada heterogênea Embora ocorram de forma diferenciada entre si tanto nas deformações homogêneas quanto nas heterogêneas os corpos rochosos estão sujeitos a sofrer movimentos não rotacionais coaxiais ou rotacionais não coaxiais SALAMUNI 2016 Os movimentos não rotacionais ocorrem em zonas de cisalhamento puro enquanto os rotacionais estão relacionados às zonas de cisalhamento simples Ambos implicam na existência de um sistema trigonal de tensão aplicada ao corpo rochoso SALAMUNI 2016 Segundo Salamuni 2016 o cisalhamento puro pode deformar blocos em geral com movimentos compressionais ou extensionais enquanto o cisalha mento simples envolve movimentos opostos dos blocos entre si Figura 5 Tipos de cisalhamento 8 Figura 5 Classificação cinemática de zonas de cisalhamento deformação plana Fonte Fossen 2018 p 367 As deformações planas que representam uma mistura de cisalhamento puro e simples recebem o nome de cisalhamento subsimples onde a rotação interna envolvida é menor do que no cisalhamento simples FOSSEN 2018 Nessas zonas ocorrem estiramento e encurtamento perpendicular ao plano de cisalhamento com eixos de deformação orientados de forma oblíqua com relação ao plano de cisalhamento a menos de 45 em zonas de cisalhamento por encurtamento e mais de 45 em zonas de cisalhamento por estiramento O três tipos de cisalhamento podem ocorrer de forma progressiva caso haja incremento da deformação do mesmo tipo que a deformação inicial em todos os seus intervalos Nas deformações progressivas rotacionais as linhas paralelas aos eixos de deformação são continuamente rotacionadas já durante as deformações progressivas não rotacionais as linhas paralelas aos eixos de deformação não rotacionam mantém a orientação do elipsoide de deformação 9 Tipos de cisalhamento constante O cisalhamento subsimples progressivo é a combinação das defor mações simples e puras progressivas e envolve estiramento encurtamento e rotação Figura 6 Figura 6 Deformação resultante de cisalhamento a sim ples b subsimples e c puro Fonte Fossen 2018 p 377 Cisalhamento puro coaxial No cisalhamento puro mais comum em rochas com comportamento rúptil as deformações geram encurtamento em uma direção compensado por extensão em outra dessa forma um marcador paralelo a um dos eixos principais da deformação não sofre rotação a partir de sua posição original FOSSEN 2018 Tipos de cisalhamento 10 Esse tipo de deformação coaxial forma uma série de estruturas simétricas em razão das características específicas dessas zonas que conferem uma deformação plana com os eixos de deformação paralelos e perpendiculares ao plano de cisalhamento e eixos maiores do elipsoide de deformação paralelo ao plano de cisalhamento durante todo período da deformação Cisalhamento simples não coaxial No cisalhamento simples mais comum em rochas com comportamento dúctil não ocorre encurtamento ou estiramento no entanto os marcadores paralelos aos eixos principais de deformação são rotacionados a partir das suas posições iniciais devido ao componente de rotação interna que depende da quantidade da deformação FOSSEN 2018 Esse tipo de deformação não coaxial forma uma série de estruturas assimé tricas que refletem as características dessas zonas que por sua vez apresentam deformação plana eixos de deformação orientados a 45 em relação ao plano de cisalhamento e eixos maiores do elipsoide de deformação que se paralelizam de forma progressiva ao plano de cisalhamento CABRAL F A A NEUMANN V H Geologia da área sudoeste da Folha Airi Bacia Jatobá NE do Brasil Estudos Geológicos v 25 n 1 p 77102 2015 CAMPOS R S Análise cinemática e dinâmica da deformação rúptil na porção sul da Bacia do Jaibaras região de Pacujá NW do Ceará Província Borborema 2015 Trabalho de Con clusão de Curso Bacharelado em Geologia Instituto de Geociências Universidade Estadual de Campinas Campinas 2015 COSTA B S SILVA C H COSTA A C D Caracterização estrutural do domínio interno do Cinturão do Paraguai na região de Cangas porção central sul de Mato Grosso Brasil Brazilian Journal of Geology v 45 n 1 p 3549 2015 FOSSEN H Geologia estrutural 2 ed São Paulo Oficina de Textos 2018 GROSSISAD J H et al Geologia da Folha Carbonita Minas Gerais In GROSSISAD J H et al Projeto Espinhaço em CDROM textos mapas e anexos Belo Horizonte COMIG 1996 p 12511371 1 CDROM NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION 1906 San Francisco earthquake 2017 Disponível em httpswwwnasagovmultimediaimagegalleryimagefea ture551html Acesso em 7 maio 2020 11 Tipos de cisalhamento Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados e seu fun cionamento foi comprovado no momento da publicação do material No entanto a rede é extremamente dinâmica suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo Assim os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade precisão ou integralidade das informações referidas em tais links PURIFICAÇÃO M T Aspectos estruturais em tectonitos na zona de falha da Lancinha por ção SW Trabalho de Conclusão de Curso Bacharelado em Geologia Universidade Federal do Paraná Curitiba 2017 Disponível em httpwwwgeologiaufprbrportal wpcontentuploads201811MatheusToniotiTCCpdf Acesso em 14 maio 2020 SALAMUNI E Mapeamento e reconhecimento de estruturas tectônicas In NADALIN R J Ed Técnicas especiais de cartografia geológica 2 ed Curitiba UFPR 2016 cap 8 p 255302 SIBSON R H Fault rocks and fault mechanisms Journal of Geological Society of London v 133 n 3 p 191213 1977 VINAGRE R et al Superposition of structures in the interference zone between the southern Brasília belt and the central Ribeira belt in the region SW of Itajubá MG SE Brazil Brazilian Journal of Geology v 46 n 4 p 547566 2016 Leituras recomendadas SANTOS R A COUTINHO M G N Geologia estrutural In COUTINHO M G N Ed Província Mineral do Tapajós geologia metalogenia e mapa previsional para ouro em SIG Rio de Janeiro CPRM 2008 v 1 cap 5 p 97134 YAMAGUTI H S VILLAS R N Estudo microtermométrico dos fluidos hidrotermais relacionados com a mineralização aurífera de Montes Áureos NW do Maranhão Revista Brasileira de Geociências v 33 n 1 p 2132 2003 Tipos de cisalhamento 12