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Experimentos en Geología Estructural


1)Modelos experimentales aplicados a deformación continua.(Gil et al, 1997).


Algunos dispositivos simples permiten reconstruir, analizar y comprender mecanismos de deformación continua de la cizalla simple y plegamiento flexural. 

Estos modelos reproducen una deformación continua, vale decir aquella deformación que no da lugar a planos discretos de rotura a lo largo del volumen de la roca deformada (Gil et al., 1997).

1.a) Modelización de cizalla simple: 


La cizalla simple es un strain a volumen constante. El modelo para este tipo de deformación, es el modelo del mazo de cartas, en que éstas se deslizan lateralmente. Se comienza con un mazo de cartas en el cual se dibuja un marcador vertical. Al sufrir una cizalla hacia la derecha con un ángulo determinado. El conjunto de planos materializados por las cartas permanece sin deformar y paralelo al conjunto de planos inicial, en tanto que el marcador adopta una posición oblicua, formando el mismo ángulo de la cizalla con la vertical (Niemeyer, 2008). Así, se muestra en la figura 1:

Fig1. Imagen extraída de Niemeyer, 2008.




1.b) Reconstrucción experimental de un plegamiento flexural: 




Según se indica en la publicación de Gil et al. (1997), los pliegues de flexión se caracterizan en que tanto en el flanco como en la charnela, se mantiene constante el espesor de las capas y las zonas de flanco son deformadas por cizalla simple y la charnela presenta estiramiento en la parte externa y acortamiento en la interna. 



En un plegamiento flexural, se puede apreciar una deformación dominante en los flancos o en la charnela, lo cual se explicará mediante dos experimentos: 





Deformación flexural en la zona de charnela (Gil et al, 1997): 

Se emplea una tortilla de arcilla de 25*10*2 cm y se le dibujan circunferencias de referencia que permitirán hacer un seguimiento al proceso de plegamiento. 

Se aplican esfuerzos de estiramiento y acortamiento perpendicular a las capas, lo cual produce una deformación longitudinal en la charnela, cosa que se manifiesta en el cambio de las circunferencias de referencia en elipses, como lo indica claramente la figura 2.

Fig. 2 Extraída de Gil et al, 1997. 





Deformación flexural de flancos (Gil et al, 1997): 

Esto se modela mediante un paquete de cuartillas de papel en el que a un borde se dibujan circunferencias, las cuales permiten observar las características geométricas de la deformación. 

Una vez que se tiene preparado el modelo, se aplica un esfuerzo de cizalla simple paralelo a las capas, produciendo una deformación dominante en los flancos, que se aprecia claramente en las circunferencias deformadas, como lo indica la figura 3.


Fig. 3. Extraída de Gil et al, 1997.



2) Modelos análogos aplicados a la deformación discontinua (Liesa et al, 1997).



2.a) Deformación superficial asociada a una falla de desgarre en profundidad: Experimento de Riedel (Liesa et al, 1997)


El modelo consiste en dos tablas que tienen un movimiento paralelo la una de la otra (simulando un comportamiento frágil) sobre las cuales se dispone una cobertura de arcilla, u otro material que simule un comportamiento dúctil (Figura 4).

Fig. 4. Imagen extraída de Smith et al, 2008.




Una vez que se mueven las tablas, la cizalla inducida por el movimiento de las tablas se puede manifestar en la torta de arcilla por la aparición de fracturas de cizalla, microfallas, grietas tensionales que finalmente dan lugar una falla principal, en la cual la mayor parte del movimiento se realiza en forma paralela al rumbo, y se conoce como Falla de desgarre (Niemeyer, 2008). 
Este modelo análogo, se ha utilizado para la explicación de la formación de diversas fallas de desgarre, por ejemplo Smit et al. (2008), explicaron la formación de la falla del mar muerto mediante este modelo. En la figura 5, se aprecia una reconstrucción estructural de los esfuerzos principales que dieron origen a esta falla, obtenidos en base a un experimento basado en este modelo.

Fig. 5 Imagen extraída de Smith et al, 2008. 



2.a) Reconstrucción experimental de fallas normales e inversas: Sandbox (Liesa et al, 1997)


Este modelo análogo, consiste en una caja de madera, con paredes laterales de vidrio dentro de la cual existe una pared móvil que se encarga de comprimir o descomprimir las capas de material que se disponen en su interior (Figura 6). Idealmente, el material dispuesto en capas, debe tener distinto color, con la finalidad de ver el comportamiento de cada capa frente a los esfuerzos compresivos o extensivos según sea el caso.
Fig. 6. Forma general del modelo. Imagen extraida de Gil et al, 1997. 



Los resultados de este experimento, son bastante notorios y convincentes. 

En un contexto compresivo, se ve claramente el desarrollo de fallas inversas y cabalgamientos de la zona deformada por sobre el dominio no deformado (Crespo-blanc & Luján, 2004) lo cual se usa para el estudio de los procesos orogénicos (Graveleau et al., 2012), (Crespo-blanc & Luján, 2004). Por otra parte, en un contexto distensivo, se aprecia la formación de fallas normales, que finalmente dan lugar a la formación de un Grabben. Un caso especial de esto, como se puede apreciar en la figura 7 es el uso de este modelo para la explicación de formación de océanos (Crespo-blanc & Murcia, 1997).

Fig. 7. Uso de sandbox model aplicado a la formación de oceanos en contexto distensivo. Imagen extraída de Crespo-blanc & Murcia, 1997. 



Fig. 8. Desarrollo de fallas inversas (Piggyback thrust sheet) en sandbox model. Fotografía tomada en Universidad de Atacama. 


Referencias: 

Crespo-blanc, A., & Luján, M. (2004). Como se forman las montañas: Enseñanzas del laboratorio. Enseñanza de las ciencias de la tierra , 83-87.

Crespo-blanc, A., & Murcia, M. (1997). Como se forman los oceanos: Enseñansas del laboratorio. Enseñanza de las ciencias de la tierra , 226-234.

Gil, A., Cortés, A., Arlegui, L., Román, T., & Liesa, C. (1997). El uso de los modelos experimentales en la enseñanza de geología estructural (1) aplicación a la deformación continua. Enseñanza de las ciencias de la tierra , 219-225.

Graveleau, F., Malavieille, J., & Dominguez, S. (2012). Experimental modelling of orogenic wedges: A review. Tectonophysics , 1-66.

Liesa, C., Román, T., Arlegui, L., Cortés, A., & Gil, A. (1997). El uso de los modelos experimentales en la enseñanza de geología estructural (II) Aplicación a la deformación discontinua. Enseñanzas de las ciencias de la tierra , 226-234.

Niemeyer, H. (2008). Geología estructural. En H. Niemeyer, Geología estructural (1º edición ed., pág. 223). Santiago: Masters Ril.

Smit, J., Brun, J., Cloetingh, S., & Ben-Avraham, Z. (2008). Pull-apart basin formation and development in narrow transform zones with application to the dead sea basin. Tectonics , 27, 1-17.






 

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