ISSN: 0016-7975
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Geología estructural/Structural geology/Geologia estrutural
Control geoestructural de las diaclasas en afloramientos para estimar la dirección e inclinación de los esfuerzos principales
Control geoestructural de las diaclasas en afloramientos para estimar la dirección e inclinación de los esfuerzos principales
Geostructural control of joints in outcrops to estimate the direction and inclination of principal stresses
Geostructural control of joints in outcrops to estimate the direction and inclination of principal stresses
Controle geoestrutural das diaclases em afloramentos para estimar a direção e inclinação dos esforços principais
Controle geoestrutural das diaclases em afloramentos para estimar a direção e inclinação dos esforços principais
Francisco Bongiorno
IngºGeoº, Dr., Profesor, Universidad de Los Andes (ULA), Grupo de Investigación en Geología Applicada (GIGA), e-mail: frabon@ula.ve
Iván Segovia
IngºGeoº, ULA, e-mail: josetkd1980@hotmail.com
Oscar Di Giusto
IngºGeoº, ULA, e-mail: oz_dig@hotmail.com
Norly Belandria
IngºGeoº, Dra., GIGA, Profesora, ULA, e-mail: nbelandria@ula.ve
Recibido: 26-6-17; Aprobado: 11-10-17
Resumen
Se propone un modelo geológico estructural del sector Los Araques-San Juan, donde se estima las direcciones de los esfuerzos principales en la zona estudiada. La metodología utilizada se fundamenta en la recolección de datos de rumbos y buzamientos de las familias de diaclasas, medidas en los afloramientos, teniendo en cuenta que las diaclasas se encuentren cerradas y que no sean paralelas a la foliación o estratificación cual fuere el caso; con el fin de agruparlas para generar las posibles superficies de falla. Se emplean para ello, programas computacionales de proyecciones estereográficas basados en el método de los Diedros Rectos. Estos resultados son corroborados por el método vectorial basado en un análisis numérico. Posteriormente, se estima la dirección de los esfuerzos principales actuantes a través de la combinación de pares de superficies de fallas conjugadas en el área de estudio. Finalmente, se determina que la vergencia en la zona de estudio tiene una dirección N 89° O, que corresponde con el régimen compresivo andino, que puede corresponder a una rotación de ejes y junto con las estructuras plasmadas en los afloramientos, se sugiere un régimen transtensivo.
Abstract
It is proposing a structural geological model for the Sucre municipality sector of the Araque-San Juan, where the tensional addresses at studied zone is estimated. The methodology used is based in collection of strikes and dips data of joints family, in the outcroppings measurements, taking into the account that joints are founded completely closed with a presentation of its technical origin to presenting a repetitive long exposure but none of a stratification parallel foliation from, in any case, the possible aggrupation inset will be generating some of fault surface. Computers software's stereographic projections are used based in the Upright Dihedral method. This results are supported the vectorial method as well based in the numerical analysis. Finally, to determine that the Vergence zone has a direction N89W to concern the Andean comprehensive regime but also the structuring reflecting stones with suggesting a transtensional regime.
Resumo
Propõe-se um modelo geológico estrutural do setor Os Araques-San Juan, onde se estima as direções dos esforços principais na zona estudada. A metodologia utilizada fundamenta-se na coleta de dados de rumos e mergulhas das famílias de diaclases, medidas nos afloramentos, tendo em conta que as diaclases se encontrem fechadas e que não sejam paralelas à foliação ou estratificação qual for o caso; com o fim de agrupá-las para gerar as possíveis superfícies de falha. Empregam-se para isso, programas computacionais de projeções estereográficas baseados no método dos Diedros Retos. Estes resultados são corroborados pelo método vetorial baseado em uma análise numérica. Posteriormente, estima-se a direção dos esforços principais atuantes através da combinação de pares de superfícies de falhas conjugadas na área de estudo. Finalmente, determina-se que a vergencia na zona de estudo tem uma direção N 89° Ou, que corresponde com o regime compressivo andino, que pode corresponder a uma rotação de eixos e junto com as estruturas plasmadas nos afloramentos, se sugere um regime transtensivo.
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Diaclasas, diaclases, Diedros Retos, Diedros Rectos, esforços principais, esfuerzos principales, joints, principal stresses, projeções estereográficas, proyecciones estereográficas, stereographic projections, Upright Dihedral.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Bongiorno et al. (2017) o (Bongiorno et al., 2017).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Bongiorno, F., Segovia, I., Di Giusto, O., Belandria, N. (2017, diciembre). Control geoestructural de las diaclasas en afloramientos para estimar la dirección e inclinación de los esfuerzos principales. Geominas 45(74). 135-144.
Introducción
En el municipio Sucre del estado Mérida, específicamente entre los sectores Los Araques - San Juan, es una zona representativa e influenciada por la actividad tectónica característica de Los Andes. Se presume que los últimos eventos sísmicos allí ocurridos en noviembre del año 2015, han modificado los rasgos topográficos y geomorfológicos afectados por los campos de esfuerzos existentes, lo que representa un área de gran interés dada su complejidad tectónica. Por lo anteriormente expuesto, se propone estimar la dirección e inclinación de los esfuerzos principales, con el propósito de diagnosticar los parámetros que contribuyen en la generación del modelo estructural asociado al régimen tectónico presente en la zona de estudio.
Así mismo, es necesario tomar en cuenta la inestabilidad que presentan los taludes al momento de la sismicidad generada por la influencia y activación de los esfuerzos principales y así poder determinar un mecanismo de protección para mitigar los efectos de los mismos. (Angelier y Mechler, 1977) describen y basan el método de los Diedros Rectos en función de 2 fallas geológicas, una principal y otra conjugada de acuerdo a la teoría de (Anderson, 1951), donde formula los diagramas de disposición de los esfuerzos en las distintas fallas geológicas, que para este estudio, se trabajaron con fallas destrales con una componente normal y que de acuerdo a los estudios recientes responden al régimen transtensivo, al cual está sometido actualmente la Falla de Boconó, siendo esta falla, uno de los rasgos geotectónicos más importantes y activos, caracterizado morfológicamente por una alineación de valles y depresiones lineales orientados en dirección N45°E y característico de Los Andes merideños.
Metodología y materiales
La presente investigación se considera de tipo descriptivo porque establece el comportamiento de los esfuerzos tensionales en el área, además de clasificarse como explicativa dado que se establece las causas y efectos de los esfuerzos principales. Para cumplir con la consecución de los objetivos planteados, este estudio se llevó a cabo en 3 fases, las cuales, a su vez, se subdividieron en diferentes etapas para un mejor desempeño, permitiendo de esta manera cumplir con los objetivos planteados. La metodología planteada para el desarrollo de la investigación se encuentra plasmada de manera esquemática en la figura 1, con la finalidad de una mejor comprensión sistematización de los procesos característicos aplicados.
Figura 1. Esquema metodológico.
Fase de documentación:
Esta primera fase de documentación comprende la recopilación de información, en la cual se revisan los trabajos previos, los mapas geológicos y topográficos donde se ubica la zona de estudio, al igual que las fotografías aéreas e imágenes satelitales, y con ello se construye una interpretación fotogeológica dando como resultado la generación de un fotomapa.
Se realiza la búsqueda de los mapas topográficos, geológicos y fotografías aéreas del área de estudio, estas herramientas son facilitadas por el Laboratorio de Sensores Remotos de la Escuela de Ingeniería Geológica de la Universidad de Los Andes. Entre los mapas y fotografías aéreas a utilizar destacan:
Mapa geológico de la región de Mérida, a escala 1:50.000, del Ministerio de Energía y Minas.
Mapas topográficos de San Juan y Lagunillas, a escala 1:25.000, del Ministerio de Obras Públicas. Dirección de Cartografía Nacional (1977).
Fotografías aéreas de la zona San Juan-Los Araques del estado Mérida a escala 1:5.000 bajo la misión 010413, fotos 007-009-01.
Se realiza un análisis de fotointerpretación, el cual permite resaltar y reconocer los rasgos antrópicos como poblados, carreteras, entre otros, e identificar las estructuras geológicas más relevantes en la zona, como fallas, pliegues, deslizamientos, contactos y demás rasgos geológicos que permitan un mejor análisis geológico-estructural, todo esto utilizando como base el mapa geológico estructural mencionado anteriormente. Luego de la observación de cada una de las fotografías aéreas se procede a solapar dichas fotografías con la finalidad de obtener una visión más clara y precisa de la geología estructural predominante en la zona de estudio, permitiendo así un mejor desarrollo de la investigación. Toda la interpretación, datos recolectados e información geológica y de trabajos previos, son cotejados y verificados en la fase de investigación, en la etapa de campo.
Fase de Investigación:
Esta segunda fase se orienta al desarrollo directo del trabajo de campo con el fin de ratificar, corroborar la información bibliográfica recopilada y localizar los afloramientos de macizos rocosos con el propósito de medir los rumbos y buzamientos de las diferentes diaclasas, con el fin de agruparlas. Estas diaclasas se muestran en la figura 2.
Figura 2. Medición de las diaclasas en los afloramientos de macizos rocosos.
Figura 3. Diagramas de frecuencia de rumbos de las familias de las diaclasas.
Con las frecuencias de las 2 familias de diaclasas calculadas, se procede a agruparlas con el propósito de establecer las 2 posibles superficies de fallas conjugadas y que son empleadas para aplicarlos en el método de los Diedros Rectos. En la figura 5 (A) se muestran las 2 familias de diaclasas representadas en el programa Dips y seguidamente, con el mismo programa, se procede a calcular las 2 posibles superficies de fallas (figura 5 (B)).
Al conocer los rumbos y buzamientos de las 2 superficies de fallas, se procede a emplear el software Stereo32, apoyado por el método de los Diedros Rectos, para calcular la dirección e inclinación de los esfuerzos principales causantes de la deformación de las rocas y por ende, de las diaclasas.
Las mediciones de las diaclasas son introducidas en el programa DIPS con el propósito de identificar las familias de diaclasas usando como base, las mediciones de sus rumbos.
En la figura 3 se muestra las frecuencias de las diaclasas y además se puede apreciar que en el área de estudio se presentan 2 familias de diaclasas principales y en consecuencia, 2 direcciones preferenciales que son las barras de frecuencia que se alejan del centro del diagrama, pero en general, las direcciones de las familias son hacia el noroeste y la otra hacia el noreste.
Seguidamente, y basados en los diagramas de Anderson (1951), que expresan la posición de la dirección de los esfuerzos principales en las distintas fallas geológicas (Figura 4). Como norma general, según estos diagramas, las fallas aparecen según dos familias conjugadas, que se cortan formando un diedro agudo y otro obtuso y dependiendo de este tipo de falla. Estos ángulos se ubican el esfuerzo principal mayor (σ₁) y el esfuerzo principal menor (σ₃) (Bongiorno Ponzo, Belandria, Quintero, González y Torres, 2014). Seguidamente se procede a preparar los datos obtenidos en los diagramas de frecuencia, con el propósito de emplear el método de los Diedros Rectos propuesto por Angelier y Mechler (1977) que consiste en emplear los diagramas de Anderson e identificar si las 2 familias mostradas en los diagramas de frecuencia, son fallas conjugadas, que analizando las direcciones de las frecuencias de las diaclasas, se ajustan a la teoría de las fallas conjugadas.
Figura 4. Diagramas de Anderson indicando la posición de los esfuerzos principales. Tomado de Badin y Gómez (2010).
Figura 5. (A) Proyección estereográfica de las diaclasas. (B) Proyección estereográfica de las 2 superficies de fallas.
La figura 6, basados en los diagramas de Anderson (1951), muestra la proyección estereográfica arrojada por el programa computacional, donde indica las distintas posiciones de los esfuerzos principales en las 2 fallas empleadas.
Figura 6. Proyección estereográfica indicando la posición de los esfuerzos principales.
Estos resultados son verificados por el método numérico propuesto por Bongiorno, Ucar y Belandria (2011), para calcular la dirección e inclinación de los esfuerzos principales es fundamentado en un análisis vectorial, tomado en consideración, las posiciones ortogonales de los esfuerzos principales y tomando como principio, las 2 fallas conjugadas de los diagramas de Anderson para fallas con comportamiento destral. A continuación se indican las ecuaciones empleadas por el método:
Cálculo para determinar el esfuerzo principal medio σ₂ (Bongiorno, Ucar y Belandria, 2011)
(Ec 1)
(Ec 2)
donde:
αs = ángulo de inmersión de σ2
ψs = dirección de aplicación del esfuerzo σ2
(Ec 3)
Cabe destacar que es,
donde n₁ y n₂ corresponde a los vectores normales a cada uno de los planos de falla estudiados.
Cálculo del esfuerzo principal menor σ₃ (Bongiorno, Ucar y Belandria, 2011)
(Ec 4)
(Ec 5)
donde:
αn = ángulo de inmersión de σ3
ψn = dirección de aplicación del esfuerzo σ3
nx, ny y nz, son producto de la resolución de tres ecuaciones que forman el vector n, la cual es perpendicular a la dirección de σ₂ e indica la dirección de σ3.
Cálculo del esfuerzo principal mayor σ₁ (Bongiorno, Ucar y Belandria, 2011)
(Ec 6)
(Ec 7)
donde:
αm = ángulo de inmersión de σ1
ψm = dirección de aplicación del esfuerzo σ1
, el vector m indica la dirección del esfuerzo principal mayor σ₁, el vector n indica la dirección del esfuerzo principal menor σ₃ y el vector Vs indica la dirección del esfuerzo principal medio σ₂.
Resultados
La figura 7 muestra la fotointerpretación realizada y calibrada geográficamente, se pueden notar relieves suaves con pendientes medias debido al tipo de roca poco competente en la zona de estudio, además de indicios de control estructural debido a la presencia de fallas locales y en zonas este control es debido a la litología. Los patrones de drenaje ayudan para la interpretación de los caracteres geomorfológicos, siendo de tipo dendrítico.
Figura 7. Interpretación de las fotografías áreas de la zona de estudio.
Figura 8. Estrías de la falla localizada en el área de estudio.
Figura 9. Rasgos geomorfológicos, estructurales. A, ensilladura de falla, B y C, alineamientos y control estructural de los drenajes.
Figura 10. Mapa geológico de la zona de estudio indicando la vergencia general, indicando la descomposición vectorial.
El patrón es una modificación del patrón del tipo detrítico, debido a las corrientes o tributarios del río principal se unen a él según ángulos agudos. Se evidencia control estructural y el efecto de laderas excepcionalmente empinadas, sobre las que se desarrollan los tributarios por ser escarpados con pendientes entre 30% у 60 %; el primero, al margen derecho del rio Chama aguas arriba y las mayores pendientes hacia el margen izquierdo, en el cual se ubica la Asociación Sierra Nevada. Esta observación general del área de estudio Los Araques-San Juan, se caracteriza por una serie de depósitos Cuaternarios tipo terrazas aluviales, conos de deyección y abanicos aluviales donde se localizan los mayores aportes depositacionales de sedimentos transportados por los diferentes cursos de agua. Estos abanicos son de mayor pendiente que las terrazas, acercándose por lo general a 10° y los cercanos al margen derecho del río Chama aguas arriba, las acumulaciones aluviales son las que constituyen verdaderas superficies planas en el área de estudio, siendo estas características topográficas las que imprimen un rasgo significativo; más, cuando se trata de un sector montañoso donde las altas cimas constituyen un carácter dominante hacia el margen derecho.
Desde el punto de vista de geología estructural, la principal falla se logra identificar en campo a partir de tectoglifos como estrías de fallas, donde la superficie de esta tiene dirección de rumbo N42°E y buzamiento 74° SE, con un pitch de 35° SE (figura 8). Seguidamente se corroboran algunos rasgos geormorfológico estructurales, como se muestran en la figura 9. Allí se observa las alineaciones topográficas, con un control marcado de los drenajes, además de las ensilladuras de la falla.
Los datos de rumbos y buzamientos de las diaclasas, son clasificados y ordenados en familias, con el propósito de emplear el programa computacional Dips con la finalidad de determinar las posibles superficies de fallas que las agrupe y represente, y así poder aplicar la metodología y herramientas que permitan calcular la orientación e inclinación de los esfuerzos principales en el área estudiada. Se obtienen 2 familias de diaclasas preferenciales principales, aunque existen 2 adicionales con la misma dirección de rumbo, pero con direcciones de buzamientos distintos; las principales tiene rumbos en dirección NO, con buzamientos hacia el NE y la otra familia tiene rumbos hacia el NE con buzamientos en dirección hacia el SE, cumpliendo la teoría de Anderson (1951) sobre sistema de fallas conjugadas.
Con los datos de la tabla I, se procede a aplicar los métodos computacionales y numérico vectorial, combinando las 4 superficies de fallas, denominadas 1m, 2m, 3m y 4m entre sí con los resultados mostrados en la tabla II.
En general, se logra determinar que la orientación de la vergencia es N88°O. Cuando se lleva este valor de forma gráfica sobre las superficies de las fallas conseguidas en campo, también se logra observar que el esfuerzo principal mayor actúa de forma oblicua, por lo que se descompone en dos esfuerzos: uno normal (σ) y otro tangencial (τ). De acuerdo a la orientación de este esfuerzo, esfuerzo tangencial tiene una magnitud mayor vectorialmente que la del esfuerzo normal vectorialmente, demostrando así que la componente del esfuerzo aplicado sobre la falla transcurrente, domina sobre la componente normal, teoría que se confirma debido a que el ángulo de incidencia de aplicación del esfuerzo sobre la falla, es menor de 45°
La vergencia indicada en el mapa de la figura 10, corresponde con la que origina el levantamiento de Los Andes, indicada en trabajos previos y teorías que se han generado sobre el origen de la misma y con ello, se distingue y caracteriza que la zona estudiada en el presente artículo, está influenciada por la tectónica Andina de los Andes merideños.
Tabla I. Datos de las posibles direcciones de las fallas que agrupa las diaclasas obtenidas con el programa Dips.
Tabla II. Comparación de resultados de los esfuerzos principales obtenidos con los distintos métodos, en base a los valores de la tabla I.
Conclusiones
Con relación a la fotointerpretación se pudo apreciar que en la cuenca media del río Chama, hacia el sector de Lagunillas, se observaron mecanismos tectónicos y geomorfológicos causantes de las geoformas más expresivas de la zona de Lagunillas y sus alrededores que controlan las mismas. Así como a indagar sobre los mecanismos de desplazamiento del sistema de fallas del Boconó.
En el análisis fotogeológico se identificaron las estructuras geológicas y evidencias de fallas, como ensilladuras, control de cauces de ríos y quebradas que fueron posteriormente identificadas en campo, donde se logró definir dos trazas de falla y su conjugada en la traza norte de la falla de Boconó.
El modelo geológico estructural obtenido con las fallas de campo representa un sistema de fallas subparalelas con comportamiento transcurrente destral y vertical normal, que buzan en dirección SE, encontrándose bajo un régimen tectónico transtensivo; además, coinciden con los estilos tectónicos propuestos en las zonas de pie de monte de Los Andes venezolanos.
Es importante resaltar la relación existente entre las discontinuidades y las direcciones de los esfuerzos, en el caso de las diaclasas como herramienta fundamental para conocer el comportamiento estructural de la zona de estudio, así se logra determinar la estimación de las direcciones de los esfuerzos tensionales para una mejor compresión de cómo estos actúan sobre los taludes del área a estudiar.
Se representan los grupos de diaclasas recolectadas en campo por medio del programa Dips en dos superficies de fallas, las cuales se emplearon como herramienta fundamental para la estimación de las direcciones de los esfuerzos tensionales de la zona de estudio.
Los resultados obtenidos mediante la aplicación del método analítico (análisis vectorial), el método gráfico (proyecciones estereográficas) siendo corroborados con el método de los Diedros Rectos (software Stereo32) y el diagrama de Anderson; demostraron que son muy similares y arrojaron diferencias despreciables, lo que indicó buen manejo de cada uno de los métodos y su veracidad de las deducciones, por lo que se puede emplear cualquiera de los métodos en el análisis de la estimación de la dirección de los esfuerzos tensionales.
Para determinar la dirección general de los esfuerzos principales en la zona de estudio, se realizó un análisis estadístico de cada sistema de esfuerzo determinando que este correspondía a N 88° W, coincidiendo con la dirección de los esfuerzos de cierre de Los Andes, es decir, los últimos esfuerzos. Esta dirección fue obtenida mediante la aplicación del método analítico (análisis vectorial), el método gráfico (proyecciones estereográficas), los cuales fueron corroborados con el método de los Diedros Rectos (software Stereo32), y el diagrama de Anderson y que además corresponden con la teoría del sistema de esfuerzo de cierre que generó el origen de Los Andes venezolanos.
Agradecimiento
Agradecemos el apoyo económico otorgado por el Consejo Desarrollo Científico Humanístico Tecnológico y de las Artes de la Universidad de Los Andes (CDCHTA) para la ejecución y desarrollo de este trabajo de investigación, trabajo que es identificado con el código del proyecto I-1444-15-02-B.
Bibliografía
Angelier, J., & Mechler, P. (1977). Sur Le Méthode graphique de recherche des contraintes principales également utilisable en tectonique et en séismologie: la méthode des diédres droits. Bull, Soc. Geol. France, 1309-1318.
Anderson, E. (1951). The Dinamics of Faulting.. (2nd, Ed.) pp 206.
Badin, R. y Gomez, R. (2010). Problemas de Geología Estructural. REDUCA, pp 40-45.
Bongiorno Ponzo, F., Belandria, N., Quintero, M., González, Y. y Torres, R. (2014). Estudio de la orientación de los esfuerzos principales que actuan en la Falla de Valera, estdao Trujillo, Venezuela. Geominas, 42(65), 175-186.
Bongiorno, F., Ucar, R. y Belandria, N. (2011). Determinación de la dirección de los esfuerzos principales a través de análisis numérico y proyecciones estereográficas de la falla de Boconó en el sector Yacambú, estado Lara. Ciencia e Ingeniería, 32(2), pp 57-66.
The author(s) declare(s) that she/he/they has/have no conflict of interest related to hers/his/their publication(s), furthermore, the research reported in the article was carried out following ethical standards, likewise, the data used in the studies can be requested from the author(s), in the same way, all authors have contributed equally to this work, finally, we have read and understood the Declaration of Ethics and Malpractices.
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