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Conceptos básicos, definiciones, nomenclatura

Fracturas menores

Las fracturas menores son estructuras importantes para hidrogeólogos, ingenieros, geólogos del petróleo y geólogos de minas. Los procesos geológicos que dan origen a fracturas, de varios tipos y tamaños, son extremadamente complejos. Sin embargo, en general, el desarrollo de fracturas está relacionado con tres procesos geológicos:

  1. Deformación resultante de procesos orogénicos
  2. Deformación de procesos epirogénicos
  3. Encogimiento causado por enfriamiento o resecamiento

Fracturas
son superficies a lo largo de las cuales una roca o mineral se ha roto. (Superficies a lo largo de las cuales el material ha perdido cohesión). Las fracturas se distinguen por el movimiento relativo que ha ocurrido a lo largo de ellas durante su formación.

  1. Fracturas de extensión o de modo I. Presentan movimiento relativo perpendicular a las paredes de la fractura.

  2. Fracturas de cizalle. El movimiento relativo es paralelo a la superficie de fractura.

Figura 2.1: Fracturas modo I, II y III.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{.95\linewidth}{\rule[-0cm]{0mm}{8cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Una fractura que tiene componente de desplazamiento tanto perpendicular como paralela a la superficie de fractura es una fractura de extensión oblicua o fractura mixta.

Clasificación de diaclasas y fracturas de extensión

Diaclasas:
fracturas que muestran un muy pequeño desplazamiento normal a su superficie y nada o muy pequeño desplazamiento paralelo a las superficies de fractura. Si no hay desplazamiento de cizalle, esta diaclasa es una fractura de extensión. Una diaclasa con un pequeño desplazamiento de cizalle puede ser una fractura de extensión en la cual ocurrió posteriormente un cizalle. En general si no hay evidencia de deslizamiento paralelo al plano: diaclasa.
Set de diaclasas:
muchas diaclasas vecinas que tienen geometría común comforman colectivamente un set de diaclasas.
Diaclasas sistemáticas:
caracterizadas por una geometría más o menos plana, orientación regular y paralela y espaciamiento regular.
Diaclasas no sistemáticas:
son curvadas y de geometría irregular. Pueden ocurrir en un set a escala regional. En general, terminan contra diaclasas más antiguas que comúnmente pertenecen a un set sistemático.

Sistema de diaclasas:
dos o más sets que afectan a un mismo volumen de roca. En algunos casos es útil referirse a diaclasas en términos de su relación con otras estructuras:
Diaclasas columnares:
fracturas de extensión características de intrusiones ígneas tabulares superficiales, diques o filones manto. Las fracturas separan la roca en columnas más o menos hexagonales o pentagonales orientadas perpendicularmente a la superficie de contacto entre el cuerpo ígneo y la roca circundante (de caja).

Figura 2.2: Diaclasas columnares.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{5cm}{\rule[-0cm]{0mm}{3cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Venas o vetillas:
fracturas de extensión rellenas por depósitos minerales.
Fracturas plumosas o pinadas:
son fracturas de extensión que forman arreglos ``en echelon" (en escalera) a lo largo de fracturas de cizalle frágil. El ángulo agudo entre la fractura de extensión y el plano de falla es indicador del sentido de cizalle a lo largo de la falla y apunta en dirección del movimiento relativo del bloque que la contiene.

Figura 2.3: Diaclasas columnares.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{10cm}{\rule[-0cm]{0mm}{3cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Tensión Gash:
fracturas de extensión, usualmente rellenas por minerales, que se pueden formar a lo largo de zonas de cizalle dúctil en la misma orientación que las fracturas plumosas.

Figura 2.4: Tensión Gash.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{10cm}{\rule[-0cm]{0mm}{3cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Geometría de sistemas de fracturas en 3-D

En cualquier estudio del origen de las fracturas en rocas necesitamos recolectar datos (orientación, persistencia o largo de su traza, espaciamiento, relación con la litología y espesor de las capas y el patrón espacial).

La orientación de las fracturas sirve para identificar sets de fracturas e inferir la orientación de las fuerzas tectónicas que las han producido.

CUIDADO CON LA INTERPRETACIÓN: puede haber distorsiones locales.

Escala y forma de las fracturas

Planos individuales de fracturas no tienen extensión indefinida (ilimitada). Observaciones de terreno indican que una diaclasa puede:

Figura 2.5: Casos A, B, C, D, E, F, G.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{.95\linewidth}{\rule[-0cm]{0mm}{8cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

La cantidad de desplazamiento a través de la diaclasa decrece hacia sus extremos. La escala a la que existen las diaclasas es variada, desde microscópica (microfacturas) hasta regional (diaclasa maestra). La forma de una diaclasa depende de manera importante del tipo de roca y de la estructura. En rocas uniformes, homogéneas e isótropas (tales como granito, arenisca o estratos delgados de composición homogénea) los planos tienden a ser circulares a elípticos. En secuencias sedimentarias que envuelven rocas con propiedades mecánicas muy diferentes, como por ejemplo intercalaciones de areniscas y lutitas, una dimensión de la diaclasa es comúnmente limitada por los contactos superior e inferior y la diaclasa tiende a tener una mayor extensión paralela a la estratificación que perpendicular a ella. Diaclasas en capas individuales suelen terminar contra otra litología.

Espaciamiento de las fracturas

El espaciamiento de las fracturas en un set sistemático puede ser medido en términos, o bien del promedio de las distancias medidas perpendicularmente a las fracturas, o bien del número promedio de fracturas encontradas en una distancia dada (normal a la fractura). En el primer caso, el espaciamiento queda representado por una distancia (20 cm); en el segundo caso está representado por la frecuencia de fracturas ((número de fracturas)/m). El espaciamiento promedio es generalmente muy consistente y depende en parte del tipo de roca y del espesor de la capa en la cual se desarrollan las diaclasas.

Figura 2.6: Medida del espaciamiento entre fracturas.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{.95\linewidth}{\rule[-0cm]{0mm}{5cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Un estudio realizado en estratos arenosos de una secuencia de wackas de diferentes localidades muestra dos rasgos importantes:

  1. El espaciamiento entre diaclasas adyacentes aumenta con el espesor de las capas.
  2. El máximo espaciamiento es considerablemente mayor para las calizas que para las grauwackas, lo cual indica el efecto de la litología independiente del espesor de las capas.

Figura 2.7: Espaciamiento entre fracturas v/s Espesor de las capas, para caliza y grauwaca.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{.95\linewidth}{\rule[-0cm]{0mm}{8cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Patrón espacial y distribución de sistemas de fracturas

El método más útil para estudiar el patrón y la distribución de sets de fracturas es hacer mapas de la ubicación y orientación de las fracturas. En áreas de muy buena exposición, puede ser posible mapear diaclasas individualmente y trazar las relaciones de diaclasas entre una y otra litología. Los mapas incluyen datos tales como rumbo ($ \rho$) y manteo ($ \mu$) de las discontinuidades, su relación con otras estructuras locales y dirección de cizalle (si hay).

En general no hay ni tiempo ni afloramientos suficientes para permitir ese detalle. Usualmente datos en distintos puntos de una gran área son ploteados en un mapa.

Figura 2.8: Mapa que muestra la consistencia de orientación de las diaclasas sobre grandes áreas. Notar que se registran las condiciones tectónicas regionales.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{.95\linewidth}{\rule[-0cm]{0mm}{10cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Rasgos en la superficie de fractura

Los rasgos en una superficie de fractura pueden proveer información crítica para la interpretación del origen de las fracturas. Muchas diaclasas muestran un patrón regular de estrías y elevaciones que diverge desde un punto o eje central. Este patrón es conocido como estructura plumosa. Se presenta en diferentes tipos de roca, pero es más común en rocas de textura uniforme y grano fino. La estructura plumosa es un rasgo único de fracturas de extensión frágiles y las distingue de las fracturas de cizalle. La dirección de divergencia indica la dirección de propagación de la fractura.

Figura 2.9: Dirección de propagación de la fractura.
\begin{figure}\noindent\centering\fbox{\parbox{5cm}{\rule[-0cm]{0mm}{3cm}{\bf\hfill(Figura)}}}\end{figure}

Temporalidad de la formación de fracturas

En la interpretación de sets de fracturas también es importante la determinación del momento de su formación relativo a otros sets de fracturas. A pesar que esas relaciones son generalmente para fracturas de extensión, se puede hacer unas pocas generalizaciones. Cuando se desarrolla más de un set de fracturas, las diaclasas más jóvenes terminan contra las más antiguas debido a que una fractura de extensión no puede propagarse a través de una superficie libre como lo es otra fractura de extensión. Algunas terminaciones son en ángulo recto, otras paralelas, etc.

En la mayoría de los casos, las diaclasas forman un enrejado intercruzado naturalmente, de manera que la determinación de la edad relativa es ambigua. Si un sistema está cementado no corresponde a una superficie libre, por consiguiente, una diaclasa nueva la puede cortar. Si hay disolución del cemento aparecerá un enrejado entrecruzado de diaclasas.


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Eduardo Moreno 2001-06-04