Interpretación cinemática de microestructuras mediante los diedros rectos

 

Por: Luis Ayala / l.ayala@explorock.com

www.explorock.com

La interpretación cinemática de microestructuras es el proceso por el cual se analizan los diferentes movimientos tectónicos que ocurrieron sobre una o más zonas de cizalla (P. Ej. Fallas y vetas). Su utilidad varía dependiendo de los objetivos que se deseen estudiar. En un enfoque académico la interpretación cinemática es necesaria como un primer aproximamiento para conocer las orientaciones (trend/plunge) de paleoesfuerzos σ1-σ2-σ3. Mientras que en un enfoque aplicado, como sería el de la exploración y/o producción minera, ayuda a determinar zonas de apertura y/o de cierre tectónico vinculadas al almacenamiento de flujos mineralizantes. Para ambos casos, junto con el mapeo estructural de campo es posible conocer la evolución tectónica de una región o localidad, y en otros más puntuales es posible por ejemplo conocer la tendencia del estrangulamiento y ensanchamiento de vetas en sistemas orogénicos polifracturados. Estos entendimientos son relativamente sencillos de obtener a partir del trabajo de campo mediante la medición de poblaciones de microestructuras en zonas de cizalla cuyas orientaciones son ploteadas en estereofalsillas para la aplicación del “método de los diedros rectos”. Y si bien la interpretación cinemática de microestructuras mediante los diedros rectos no es infalible, ayuda a revelar el régimen tectónico de zonas de cizalla desde el primer momento del estudio estructural.

En términos generales, el método de los diedros rectos (Bott, 1959; Angelier y Mechler, 1977; Angelier, 1984) es el proceso por el que se determinan las zonas en extensión/compresión y los paleoesfuerzos vinculados con la generación de un mismo plano de falla. La intersección del plano de falla y uno auxiliar conjugado dan lugar a cuatro zonas (diedros) donde cada par está sometido directamente a una deformación extensional y compresional, respectivamente. La posición y orientación de los diedros en extensión/compresión depende del tipo de falla, especialmente de su cinemática que se ve evidenciada por el vector de movimiento dado por uno o más microlineamientos (P.Ej. Estrías, fibras de recristalización, tool marks, etc.) así como por los indicadores cinemáticos o tectoglifos (P. Ej. Fracturas tipo riedel, foliaciones tectónicas, esquistosidades, planos de recristalización, etc) (Fig. 1). De esta manera, un diedro dominado por una deformación extensional alberga en alguna parte de su espacio 3D un trend y plunge del σ3, igualmente que un diedro compresional resulta en la localización espacial de un σ1. De hecho, con esto se puede entender que la forma en la que se proyecten los diedros rectos sobre una estereofalsilla es una representación que puede asemejarse al modelo dinámico de fallas de Anderson (1905 y 1951).

Figura 1. Interpretacion cinematica de microestructuras EXPLOROCK

Figura 1. Microlineamientos e indicadores cinemáticos que conforman la evidencia inicial para una adecuada interpretación cinemática de microestructuras en geología. Tomado de Allmendinger (1987), Doblas (1998) y Van Der Pluijm y Marshak (2004).

Cabe resaltar que este método no puede considerarse definitivo ni tampoco infalible, ya que sus resultados no siempre llegan a ser completamente representativos de la realidad (Casas Sainz et al., 1990). La causa más importante de ello es que dentro de un set de diedros sólo es posible trabajar con número de microestructuras “compatibles”, es decir que la interpretación cinemática se lleva a cabo según grupos de microestructuras que se formaron para un mismo tiempo y/o estado de esfuerzos. Sin embargo, sobre un mismo plano de falla discriminar la compatibilidad entre un conjunto de microestructuras y otras puede ser una tarea imposible a menos que exista la suficiente evidencia para demostrarlo. Por lo que en muchos casos cuando la evidencia estructural no lo permite la toma de datos se ejecuta con la asunción de que un conjunto de microestructuras son compatibles si es que al menos comparten similitudes en sus orientaciones geométricas y cinemáticas entre sí. Una condición a tomar en cuenta es la cantidad datos medidos, ya que una o dos mediciones para un mismo plano de falla, así como dos o tres estaciones microestructurales en otras fallas no son suficientes en lo absoluto. De manera que es indispensable trabajar de forma poblacional (Hippolyte et al., 2012). Con poblaciones de entre menos 100 y 300 datos (de entre 15 a 30 estaciones) cuyos azimuts de las estructuras tiendan a ser conjugados con el fin de que los diedros y las orientaciones resultantes de los σ1-σ2-σ3 tengan la menor incertidumbre angular posible. Otro problema en la fiabilidad de los resultados tiene que ver con la calidad de la microestructuras sobre el plano de falla, sobretodo en superficies reactivadas o muy intemperizadas. En las primeras, un ejemplo clásico es el caso de superficies de falla que fueron sometidas a múltiples eventos tectónicos. Donde las evidencias de fallamiento suelen estar sobreimpuestas lo cual genera confusión en la identificación cinemática, pero más significativamente aún brindan muy pocas nociones sobre la correspondencia temporal de cada evento. Mientras que en superficies intemperizadas la disponibilidad de todas las evidencias estructurales en afloramientos no siempre ocurren de forma marcada. En ocasiones únicamente se tiene o bien a los microlineamientos o a los indicadores cinemáticos, o en otros sólo se cuenta con la evidencia de fallamiento (P. E. brechas, gouge-fault, o intensa foliación) más no a tales microestructuras. De hecho, la ausencia de los microlineamientos o indicadores imposibilita el empleo estadístico del método de los diedros rectos.

Los datos estructurales que son medidos sobre fallas y/o vetas corresponden al “datum de falla” (Fig. 2). Los parámetros a considerar para dicho datum son el rumbo, buzamiento, cabeceo (pitch o rake) y cinemática las cuales se miden sobre distintos puntos de la superficie cizallada. El conjunto de datums de falla para un mismo punto representan la información de una estación microestructural que normalmente es georeferenciada mediante coordenadas este (X) y norte (Y). Posteriormente, los datums de falla se plotean sobre una estereofalsilla física y se les procesa las veces que sean necesarias según el método de los diedros rectos. De forma alternativa, este proceso puede realizarse en el software Faultkin ® (Marrett y Allmendinger, 1990; Allmendinger et al. 2012) el cual emplea el mismo criterio de procesamiento para un mayor volumen de datos en un tiempo mucho más reducido.

Figura 2. Interpretacion cinematica de microestructuras EXPLOROCK

Figura 2. “Datums de falla” conformados individualmente por el rumbo, cabeceo (pitch o rake) y cinemática de los microlineamientos medidos en distintas partes de un mismo plano de falla y/o estación microestructural de coordenadas este (X) y norte (Y).

Una vez que se tengan ploteados y validados los datums de falla sobre la estereofalsilla (Fig. 3) la interpretación cinemática se realiza en función de dos criterios principales:

(1) Comprobación analógica con los modelos de fallamiento de Anderson (1905 y 1951). Por supuesto, no es necesario que los resultados sean 100% similares a los modelos dinámicos preestablecidos, aunque cabe mencionar que en la realidad el régimen tectónico de fallas y vetas tiende a tener un comportamiento andersoniano. Para el caso de zonas de cizalla extensionales o fallas normales el σ1 puede tener un plunge cercanamente vertical (~90º) o subhorizontal con un trend cercanamente paralelo al azimut promedio de las estructuras; en fallas inversas el σ1 cuenta con un plunge bajo a subhorizontal con un trend perpendicular respecto al azimut promedio de las estructuras; mientras que para las fallas de desgarre el plunge puede mantenerse con un trend que es oblicuo respecto al azimut promedio de las estructuras.

(2) Comparación geométrica con los modelos de cizalla de Ramsay (1967) y Waldron (2005) para los datos medidos en fallas y vetas. Para el caso de sistemas transcurrentes es imprescindible contar con los modelos de Sanderson y Marchini (1984) y Cunningham y Mann (2007). Nuevamente, las geometrías estructurales mapeadas en campo o los esquemas construidos a partir del análisis estereográfico no tienen que ser completamente similares a los modelos mencionados. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los modelos brindan nociones muy prácticas sobre cómo detectar la tendencia principal del σ1 para cualquier zona de cizalla que se esté estudiando.

Figura 3. Interpretacion cinematica de microestructuras EXPLOROCK

Figura 3. Representación estereográfica y geométrica-cinemática de los datos medidos en campo para una zona de cizalla (ZC: P. Ej. falla o veta). El contorneo de datos desde colores azules, verdes y rojizos indica el grado de concentración (contorneo al 1% del área) de los σ1 de distintos datos compatibles. Nótese que la dirección de compresión es paralela a un diedro compresional NE-SO que alberga al σ1. El σ1 predominante tiene un trend NE-SO (219.1º) y un plunge de ángulo moderado a bajo (19.1º).

 

Por estos motivos, la interpretación de microestructuras mediante los diedros rectos sirve para:

-Determinación del trend/plunge del σ1, de lo que se desprende la localización de franjas de dirección paralela que correspondan a zonas de apertura y/o de cierre tectónico de manera que sirva como guía de exploración para la búsqueda de anomalías geoquímicas de un metal en particular.

-Conocimiento del régimen tectónico que funcionó para una zona de cizalla en particular. Para el caso especial de vetas su régimen de formación es importante para la discriminación entre un sistema dominado por extensión pura u otro dominado por transtensión. Y de hecho, existen notables diferencias: en sistemas de extensión pura los espesores de las vetas tienden a ser más uniformes con desplazamientos estratigráficos normales más notorios. Mientras que en sistemas transcurrentes asociadas a zonas muy locales en transtensión las vetas frecuentemente cambian sus espesores hasta el punto de que sus proyecciones se “estrangulan” o “desaparecen” debido a que lateralmente también puede estar dominadas por una zona de transpresión (cierre tectónico).

-Establecimiento del trend/plunge de posibles clavos mineralizados en sistemas polifracturados y vetiformes. Los valores de anomalías geoquímicas tanto en superficie como en subsuelo pueden ser modelados en 2D/3D en función de la orientación resultante del σ1 con el objetivo de establecer un propio diseño de sondajes exploratorios.

 

De esta manera, en la interpretación cinemática de microestructuras mediante los diedros rectos se debe entender que:

-Para obtener resultados coherentes las microestructuras a medirse deben ser de origen tectónico. Es decir, que desde los trabajos de campo es importante diferenciarlas de las generadas por procesos netamente tectónicos de los magmáticos, de deslizamientos u hasta antrópicos.

-Si se opta por la estereografía digital de los datos microestructurales cada usuario tiene la obligación de corroborar que los planos y líneas pertenecientes a los datums de falla respeten sus direcciones e inclinaciones tal como si hubiesen sido graficadas a mano.

-El método de por sí, es una forma de inferir y aproximar los paleoesfuerzos que ocurrieron para la formación fallas y/o vetas. Las orientaciones de los paleoesfuerzos (trend/plunge) deben ser comparados con los resultantes de otros microlineamientos del mismo plano de la superficie cizalla u otros que se tengan a partir de otras estaciones microestructurales.

-La calidad de las microestructuras e indicadores cinemáticos es un factor importante para el cálculo de los paleoesfuerzos. Tal como se mencionó anteriormente, la cantidad de ellos dentro de una misma estación microestructural debe ser relevante con un número mayor de cinco (5) datos en la medida de lo posible. Esto es así porque dichos datos son procesados de forma estadística y poblacional en las estereofalsillas. Además de que los paleoesfuerzos inferidos ya sea por estereografía manual o digital son sólo resultados relativos que de forma individual no siempre representan el estado de esfuerzos local o regional de un área de estudio (Hippolyte et al., 2012).

-Las microestructuras son expresiones muy pequeñas de movimientos tectónicos locales y/o regionales. Por ello es que su estudio debe también trabajarse a la par de un trabajo multiescala no sólo a partir de afloramientos puntuales, sino también a nivel regional. Este estudio debe estar sustentado con un adecuado mapeo geológico que revele las relaciones geométricas, espaciales y temporales con respecto a las unidades estratigráficas de orden mayor.

-Dentro de una misma estereofalsilla, sólo es posible acumular un conjunto de microestructuras “compatibles”, es decir, que se hayan formado para un mismo tiempo. Si bien manual o digitalmente se pueden incrustar dentro de una estereofalsilla todos los datos que se puedan, esto sería incorrecto a menos que primero se haya determinado su coherencia geométrica, cinemática y temporal para un mismo estado de deformación.

 

En conclusión, la interpretación cinemática de microestructuras mediante los diedros rectos es una forma de procesamiento de datos estructurales que es bastante aceptable, pero no definitiva. Muy útil para una primera fase de cualquier estudio de geología estructural pura. Si bien brinda varios alcances sobre cómo las distintas zonas de cizalla (fallas y vetas) se forman, es únicamente con una población importante de microestructuras que es posible obtener resultados más cercanos a la realidad. Teniendo en cuenta las consideraciones de su uso y las utilidades que se le puede dar, representa una herramienta adicional que se puede utilizar en programas de mapeo geológico. Y que si fuera el caso, es mucho más útil para entender qué partes de una zona de cizalla resultan más favorables para la mineralización en sistemas polifracturados y vetiformes.

 

Referencias:

-ALLMENDINGER, R.W., CARDOZO, N.C., FISHER, D. (2012). Structural Geology Algorithms: Vectors & Tensors: Cambridge, England, Cambridge University Press, 289 pp. -ALLMENDINGER, R.W. (1987). Técnicas Modernas de Análisis Estructural. Asociación Geológica Argentina. Serie B: Didáctica y Complementaria Nº16. 90p.

-ANDERSON, E.M. (1951). The dynamics of faulting and dike formation with application to Britain. Oliver and Boyd, 2nd Edition, Edinburgh, 241p. -ANDERSON, E.M. (1905). The dynamics of faulting. Transactions of the Edinburgh Geological Society, 8, 387-402p.

-ANGELIER, J. (1984). Tectonic analysis of fault slip data sets. Journal of Geophysical Research 89 (B7), 5835-5848.

-ANGELIER, J. y MECHLER, P. (1977). Sur un méthode graphique de recherche des contraintes principales également utilizable en tectonique et en séismologie: la méthod des dièdres droits. Bull. Soc. Géol. France, 7: 1309-1318.

-BOTT, M.H.P. (1959). The mechanics of oblique slip faulting. Geol. Mag., 96, 109-117.

-CASAS SAINZ, A.M., GIL PEÑA, I., SIMÓN GÓMEZ, J.L. (1990). Los métodos de análisis de paleoesfuerzos a partir de poblaciones de fallas: Sistemática y técnicas de aplicación. Estudios geol., 46: 385-398.

-CUNNIGHAM, W.D. y MANN, P. (2007). Tectonics of strike-slip restraining and releasing bends. Geological Society, London, Special Publications, 290, 1-12.

-DOBLAS, M. (1998). Slickenside kinematic indicators. Tectonophysics 295, 187-197.

-HIPPOLYTE, J-C., BERGERAT, F., GORDON, M.B., BELLIER, O., ESPURT, N. (2012). Keys and pitfalls in mesoscale fault analysis and paleostress reconstructions, the use of Angelier’s methods. Tectonophysics, v. 581, 144-162.

-MARRETT, R. A. y ALLMENDINGER, R. W. (1990). Kinematic analysis of fault-slip data: Journal of Structural Geology, v. 12, p. 973-986. -RAMSAY, J.G. (1967). Folding and Fracturing of Rocks. New York, McGraw-Hill, 567p.

-SANDERSON, D. y MARCHINI, R.D. (1984). Transpression. J. Struct. Geol. 6, 449-458.

-VAN DER PLUIJM, B. y MARSHAK, S. (2004). Earth Structure, An Introduction to Structural Geology and Tectonics. Second Edition. W.W. Norton & Company. 656p.

-WALDRON, J. W. F. (2005). Extensional fault arrays in strike-slip and transtension. Journal of Structural Geology 27, 23-34.

Geohubby®

Explorock SAC Soluciones Geológicas © 2019
Oficina: (+51)16320427 / (+51)936874977
Jr. Arica 353, Dpto. 402, San Miguel, Lima-Perú

error: