A análise do mecanismo de formação de Fault-Bend Folds e Fault-Propagation folds por meio da modelagem física analógica.

Abstract

As dobras-falhas são estruturas que comumente ocorrem em cinturões compressivos e são classificadas como: fault-bend fold (dobra associada a uma falha preexistente com trajetória em degrau), fault-propagation fold (dobra formada simultaneamente a uma falha em rampa) e detachment fold (dobra gerada concomitantemente a uma falha horizontal). Por estarem associadas a reservas de óleo e gás, as dobras-falhas já foram alvos de inúmeros estudos analíticos assim como de modelagens matemáticas, ao longo das últimas décadas. Além disto, vários autores empregaram a modelagem física analógica para contribuir ao estudo destas estruturas. No entanto, poucos trabalhos tiveram como enfoque a investigação sistemática dos fatores que condicionam sua formação. Assim, a presente tese teve como objetivo investigar através de modelos físico-analógicos, em caixas de areia, de dimensões decimétricas, as diferentes condições de contorno que influenciam o desenvolvimento de fault-bend folds (FBFs) e fault-propagation folds (FPFs) de ambientes compressivos. Para o estudo das FBFs foram desenvolvidos 107 experimentos, nos quais o material analógico foi montado em camadas horizontais sobre uma falha preexistente com trajetória em degrau. Geraram-se as diferentes condições de contorno variando-se o ângulo de mergulho da rampa preexistente (20º e 30º), a espessura inicial do modelo (de 2 a 6 cm), o atrito basal do patamar inferior (com folhas de papel contact, cartolina e papel lixa, de baixo, intermediário e alto atrito basal, respectivamente) e, em especial, a reologia do material analógico. Esta foi modificada empregando-se tanto materiais homogêneos (areia e microesferas de vidro puros), quanto anisotrópicos (os mesmos produtos intercaladas por horizontes de cristais de micas). Além destes, montaram-se experimentos com um pacote homogêneo sobreposto por outro pacote anisotrópico, separados por uma camada de cristais de mica. A pesquisa das FPFs se fundamentou em 14 experimentos analógicos, dos quais 12 foram analisados através da técnica do Particle Image Velocimetry (PIV). Empregaram-se os mesmos materiais analógicos utilizados para o estudo das FBFs, que foram montados sobre uma folha de cartolina, e se variou a espessura inicial dos modelos (3 e 4 cm). Adicionalmente, introduziu-se uma camada basal de silicone, viscoso, em alguns dos experimentos. Os resultados experimentais permitiram sugerir que o desenvolvimento de ambas as dobrasfalhas depende, sobretudo, da estratigrafia mecânica envolvida. Mode I-FBFs (dobras com ângulo interflanquial maior que 90°) se formaram preferencialmente em microesferas de vidro (material de comportamento friccional elasto-plástico), independente do ângulo da rampa e do atrito basal. Nos experimentos de areia (material analógico mais rúptil), a formação de Mode I-FBFs só ocorreu com o aumento da espessura inicial (até 6 cm), que conduziu ao aumento da tensão normal e/ou da cohesion strength. Nas FPFs, a análise combinada das imagens do PIV e das fotografias dos experimentos mostrou que o desenvolvimento desta dobra-falha envolveu processos de dobramento flexural (induzido pelos horizontes de cristais de micas tanto na areia quanto nas microesferas de vidro) e de espessamento basal. A formação da rampa ocorreu de três formas: a partir da camada basal (por exemplo, dos experimentos de areia com silicone na camada basal), no interior do pacote analógico (como no caso dos modelos de areia com dois pacotes analógicos) ou, nos modelos anisotrópicos de microesferas de vidro, pela combinação destes processos (ou seja, uma rampa nucleada na base e outra no interior das camadas que coalesceram com a deformação progressiva). O presente estudo demonstrou que o importante papel desempenhado pela estratigrafia mecânica na modelagem física de FBFs e FPFs é consistente com os aspectos descritos em sistemas de dobras–falhas da natureza.