5.1.3 – P ADRÕES DE F RATURAMENTO E SUA R ELAÇÃO COM OS C AMPOS DE T ENSÕES L OCAIS

O desenvolvimento de estruturas tectônicas na crosta terrestre obedece principalmente à orientação do campo de esforços ao qual ela está submetida, sejam originadas em regime frágil ou dúctil. Particularmente para o caso de fraturas, existe uma relação geométrica bem definida entre os três eixos de esforços principais (V1 • V2 • V3), e as estruturas resultantes, o que permite, em várias situações,

conhecer a orientação do sistema de tensões em uma região por meio do padrão de fraturamento (figura 5-3).

As tensões aplicadas sobre um ponto em uma rocha podem ser classificadas de acordo com a forma do elipsóide de tensões naquele ponto (Means 1976), de modo tal que são reconhecidas três situações: (i) uniaxial, no qual duas das três direções principais de tensões são iguais a zero: neste caso podem ser desenvolvidas juntas de distensão (com tendência dilatacional/“aberta”) ou estilolíticas (com tendência contracional/“fechada”); (ii) biaxial, quando apenas uma das tensões principais apresenta valor nulo, neste caso seriam originadas juntas de distensão, juntas estilolíticas e/ou fraturas de cisalhamento; e

(iii) triaxial, que é o caso geral da tensão aplicada a um ponto, quando as três tensões principais diferem de zero e apresentam magnitudes distintas: nesta situação são desenvolvidos sistemas complexos com múltiplas famílias de fraturas, de diversos tipos, destacando-se fraturas de cisalhamento com estrias oblíquas. Nos dois primeiros casos, os eixos de tensões (V1 • V2 • V3) guardam uma relação angular

simples com respeito às fraturas; nos sistemas triaxiais essa relação é mais complexa. Nas três situações, todas as três tensões principais podem ser trativas, compressivas ou uma combinação de ambas (um eixo trativo e os demais compressivos, e assim por diante). Em uma primeira abordagem, as famílias de fraturas costumam ser tratadas, simplificadamente, como desenvolvidas em sistemas biaxiais.

Ainda em função das tensões atuantes, podem ser distinguidos regimes de cisalhamento puro, simples ou geral. Em cada um desses casos e a depender do tipo de rocha e das tensões atuantes (magnitude e orientação), podem ser desenvolvidas as juntas de distensão, fraturas de cisalhamento ou falhas, juntas estilolíticas (em rochas passíveis de dissolução) e juntas/fraturas híbridas (cisalhamento + dilatação ou contração). O cisalhamento puro caracteristicamente produz sistemas de fraturas simétricos, cujo exemplo típico são os pares conjugados de fraturas de cisalhamento. Regimes de cisalhamento simples ou geral (cisalhamento simples + componente de dilatação ou contração) são condicionados pela movimentação de falhas e resultam em sistemas de fraturas assimétricos.

Cada tipo de fratura (falhas, juntas distensionais e estilolíticas) desenvolve-se de acordo com uma orientação particular em função dos eixos de esforços (figura 5-3), de tal forma que, no caso uniaxial, as juntas distensionais sempre se formam perpendicularmente a V3 e as juntas estilolíticas são

perpendiculares a V1.

No caso das fraturas de cisalhamento ou falhas individuais (desenvolvidas sob a aplicação de esforços biaxiais), por outro lado, além da atitude de seu plano, é necessário que sejam conhecidas, também, a orientação de estrias (que denotam a direção de movimento) e a cinemática (indicativa do sentido de deslocamento da falha). Assim sendo, nos sistemas biaxiais, os eixos V1eV3 terão a mesma

direção das estrias, sendo que, idealmente, V1 fará um ângulo de 45º com o plano de falhamento,

enquanto que V3 estará disposto a 135º (ou – 45º) do plano de falha (figura 5-3).

As relações descritas no parágrafo anterior retratam situações em que apenas um plano de fraturamento é conhecido, desenvolvidos sob tensões uni e biaxiais. Nestes exemplos, a definição da orientação dos eixos de tensões pode ser pouco precisa (falhas) ou mesmo incompleta (juntas distensionais e estilolíticas). Entretanto, quando se dispõe de, pelo menos, dois dos conjuntos de fraturas com orientações distintas (situação biaxial), porém geneticamente relacionadas, é possível determinar, com razoável precisão, a orientação do campo de tensões. O caso clássico é aquele que emprega pares conjugados de fraturas de cisalhamento (figura 5-3). Nesta condição, as premissas básicas necessárias são o conhecimento da atitude e da cinemática das falhas, e a orientação de estrias. A interseção entre os

planos de fraturas define a orientação de V2, ao passo que V1 e V3 bissectam, respectivamente, os

ângulos agudo e obtuso entre os planos de falha (figura 5-3). É possível também precisar a orientação dos eixos tendo em mão pares de fraturas do tipo falha/junta distensional, falha/junta estilolítica e junta distensional/junta estilolítica (figura 5-3). Por outro lado, em sistemas triaxiais, podem ser formados um ou dois conjuntos de juntas de distensão ou estilolíticas, aproximadamente ortogonais, e até 4 conjuntos de fraturas de cisalhamento, com estrias oblíquas. Nesta situação, V1 e V3 não coincidem com a direção das

estrias, e V2 não coincide com a interseção das fraturas de cisalhamento.

FIGURA5-3: A relação espacial entre o campo de tensões e os conjuntos de fraturamento principais (a). Em (b) são mostradas

situações biaxiais em que é possível determinar os principais eixos de tensões (V1, V2, V3 – assumindo um regime de

cisalhamento puro) por meio da relação geométrica entre dois tipos de fraturas, como pares conjugados de fraturas de cisalhamento (porção superior esquerda), uma fratura de cisalhamento e uma junta distensional (porção superior direita), uma fratura de cisalhamento e uma junta estilolítica (porção inferior esquerda) e uma junta distensional e uma estilolítica (porção inferior direita). Em (c) é exemplificada uma situação de cisalhamento simples envolvendo uma falha transcorrente sinistral e juntas distensionais associadas.

Embora as fraturas sejam classicamente referidas a eixos de tensões (a partir de experimentos, por exemplo), a análise dos sistemas naturais permite recompor uma situação de deformação finita. Neste caso, o correto é referir cada sistema aos eixos de strain finito, X, Y e Z. Em regimes de cisalhamento puro, existe correspondência entre os eixos X/V3, Y/V2 e Z/V1(figura 5-4a). No entanto, em regimes de

cisalhamento simples ou geral, tal correspondência não é verificada (ou é apenas aproximada), dado à componente rotacional da deformação (figura 5-4b), o que limita o valor (ainda que não anule) do procedimento clássico de interpretação. Nestes tipos de regime, os sistemas de fraturas (em especial, as de 2a _{ordem) podem exibir um certo grau de rotação (a depender da “ductili dade” e descontinuidades}

herdadas das rochas). Em regimes de deformação progressiva, diferentes conjuntos podem se superpor, sendo que os mais antigos exibiriam maior grau de rotação.

5.1.4 – MÉTODOSGRÁFICOS UTILIZADOS NA DETERMINAÇÃO DA ORIENTAÇÃO DOS CAMPOS DE TENSÕES A