Tectônica e Geologia Estrutural.pdf

UNIVERSIDADE PETROBRAS

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1' edio: abril de 2013

Proibida a reproduo total ou parcial, por quaisquer meios, sem autorizao por escrito da Petrleo Brasileiro 5/A-Petrobras, Recursos Humanos, Universidade Petrobras. Este material foi desenvolvido para uso exclusivo em treinamento no Sistema Petrobras.

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A fim de desenvolver e aprimorar o desempenho profissional do seu quadro funcional, ali

nhando esse pblico estratgia do negcio, a Petrobras tem investido intensamente em aes

educativas.

O curso Formao em Geofsico Jr. da Universidade Petrobras caracteriza uma dessas aes,

e o presente material constitui a disciplina Tectnica e Geologia Estrutural, parte integrante

do referido curso.

Com este material, os recm-concursados para cargos de geofsico da Petrobras tero acesso

aos conceitos e s aplicaes de geotectnica e geologia estrutural relacionados origem e

evoluo de bacias, aos sistemas petrolferos e geologia de reservatrios.

Esperamos que os conceitos apresentados neste treinamento sejam revertidos em conhecimen

to capaz de cooperar com o seu desenvolvimento profissional e de contribuir com uma atua

o alinhada s estratgias estabelecidas pela Companhia para a sua rea.

Bom estudo!

Tectnica e Geologia Estrutural

Crditos

Direitos desta edio reservados Universidade Petrobras.

Vedada, nos termos da lei, a reproduo total ou parcial deste livro.

RECURSOS HUMANOS/UNIVERSIDADE PETROBRAS/ ESCOLA DE CINCIAS E TECNOLOGIAS E&P

Gerente Geral da Universidade Petrobras: Jos Alberto Bucheb

Gerente da ESCOLA DE CINCIAS E TECNOLOGIAS E&P- ECTEP: Luiz Carlos Veiga de Oliveira

Orientador Didtico do Curso de Formao de Geofsico Jr.: Roberto Callari

Coordenao e apoio: Rosana Kunert ( RH/UP/ECTEP)

Contedo: Henrique Zerfass ( RH/UP/ECTEP)

Validao Tcnica: ESCOLA DE CINCIAS E TECNOLOGIAS E&P- ECTEP

Coordenao da organizao da obra: em parceria com o Senac Rio.

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Universidade Petrobras

Sutnrio

,-.... Estrutura do Manual 12

,....,. Unidade 1

----A Tectnica de Placas nas Geocincias 16

r" 1 . 1 . Tectnica 16

1 .2. Teoria, Paradigma ou Programa de Pesquisa? 17 ,.....,

,......_ Unidade 2 ,.-

Introduo Geodinmica 24 """ 2.1 . Origem da Terra 24 ..-...

r'- 2.1 .1 . Fora nuclear forte 25

2.1 .2. Fora eletromagntica 26

2.1 .3. Fora nuclear fraca 27

2.1 .4. Fora gravitacional 27

2.2. Origem do Sistema Solar 28

2.2.1. Planetesimais e protoplanetas 29

..-... 2.2.2. Meteoritos 30

2.2.3. Planetas terrestres 33

2.3. Evoluo da Litosfera terrestre 35 ,...... 2.3.1 . Desenvolvimento dos primeiros blocos crustais: r" composio da crosta primitiva 35 r'- 2.3.2. Fuso fracionada 36

2.4. Mecanismo de Diferenciao Crustal 38

2.4.1 . Modelo flsico 38 '"""'

" 2.4.2. Modelo anortostico 38

,..... 2.4.3. Modelo basltico 39 ,... 2.5. Rochas mais Antigas 40 ......._ 2.5. 1 . Terreno Warrawoona, Austrlia (3,5 - 3,2 ga) 43 "

2.5.2. Greenstone belts arqueanos: bacias primitivas 44

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Atividade 45 ---,_

2.6. Tectnica de Placas e Acreo Crustal no Arqueano 47

2.7. Ganho de Densidade: Modelos 48 "

2.7. 1 . Modelo de gotejamento (drip tectonics) 48

2.7.2. Principais perodos de acreo 53

2.8. O Mecanismo da Tectnica de Placas 55

2.9. A Tectnica de Placas como Programa de Pesquisa 57

Atividade 58

Unidade 3 '"""

Fora, Tenso e Deformao 60 3 .1 . Fora 60

3.1 . 1 . As foras na escala geolgica 64

3.2. Tenso 65

3.2 .1 . Tenso mdia 67

3.2.2. Tenso desviante 68 '

3.2.3. Tenso diferencial 68 ---,_

3.3. Deformao 69

3.3 . 1 . Modos de deformao 73

Atividade 80 ' .......

Unidade 4 .....,_

Deformao Inelstica Plstica 82 ........_ 4.1 . Estruturas Rpteis 83

'

4.1 . 1 . Junta 83

4.1 .2. Falha 84

4.1 .3. Fratura 84 '

4.2. Viso Macroscpica 86 .....,_

4.2.1 . Ensaios de cisalhamento puro 86 ---.,

4.2.2. Teoria de Coulomb-Mohr 88

4.2.3. Refrao de falha 93

&;iW PETROBRAS


4.3. Viso Microscpica

4.3 .1 . Fraturas em bordas de cavidades

4.4. Propagao e Ligao de Fraturas

4.4.1 . Juntas

4.4.2. Falhas: ensaios de cisalhamento simples

4.4.3. Evoluo de pares conjugados

4.5. Rochas Associadas a Falhas

4.6. Sistemas de Falhas

4.6 .1 . Falhas distensionais

4.6.2. Falhas compressionais

4.6.3. Falhas direcionais

4.7. Anlise Estrutural

4.7. 1 . Inventrio de estruturas

4.7.2. Medio das estruturas planares e lineares

Atividade

Unidade 5

Deformao Viscosa 5 .1 . Modelos de Fluxo Viscoso

5 .1 . 1 . Modelo newtoniana

5.1.2. Modelo no newtoniana

5 .1 .3. Aplicao dos modelos de fluido viscoso

5.2. Estruturas Produzidas por Deformao Viscosa

5.2.1 . Foliao e lineaes penetrativas associadas

5.2.2. A origem da foliao

5.2.3. Lineaes minerais

5.2.4. Dobras

5.2.5. Clastos estirados

5.3. Noes de Tectnica de Sal

5.3.1 . Caractersticas dos depsitos de sal

5.3.2. Estruturas

Atividade

94

94

99

100

103

109

1 10

1 13

1 14

1 18

121

125

125

128

130

136 136

136

138

139

141

141

142

143

144

148

151

151

155

160

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Unidade 6 '

" Ambientes Tectnicos e Bacias Associadas 168 '""" 6.1 . Zonas de Interao entre Placas Tectnicas 168 .......

6.2. Zonas Convergentes 171

6.2.1 . Zonas acrecionrias 173

6.2.2. Zonas colisionais 193

6.3. Zonas Divergentes 198

6.3 . 1 . Rifts continentais 198

6.4. Aulacgenos 208 ---..._

6.5 Rifts Prato-ocenicos 210

6.5.1 . Cadeias mesa-ocenicas 212 '

Atividade 214

6.6. Zonas Transformantes 217 ......._

6.6.1 . Zonas transpressivas 220

6.6.2. Zonas transtrativas 221 --..._

Atividade 222

6.7. Zonas intraplacas 226

6.7.1 . Margens passivas 226

6.7.2. Tectnica de jangadas (raft tectonics) 231

Atividade 232

6.7.3. Bancos continentais 233 ....,

6.7.4. Bacias intracratnicas 236 ---..._

6.7.5. Mecanismos de subsidncia 239 -...

Atividade 240

6.7.6. Bacias ocenicas 241

6.8. Ambientes Tectnicos e Bacias Associadas 243 ...., Atividade 245 '

(iW PETROBRAS

.......,

,-. 1 1

"'"'

Unidade 7 ,......_

,......_ Evoluo Tectnica da Terra 248 ,.-...

7.1 . Paleomagnetismo 248

7.2. A Evoluo Tectnica da Terra e a Geologia do Brasil 252 ,...._,

,......., Atividade 272

_....,_

,.-..

,...... Unidade 8 ,......_

,.......,

A Geologia Estrutural e a Indstria do Petrleo 274 ,......., 8.1 . Explorao 274

8.2. Produo 275 ,......

,.......,

,.-..

,......_

,....._,

Referncias bibliogrficas 280

&;iW PETROBRAS

12 Tectnica e Geologia Estrutural

E s t r u t u r a d o Ma n u a l

O Manual de Tectnica e Geologia Estrutural composto por oito unidades que contem

plam os contedos do curso de Formao de Geofsico Jr. O material apresenta-se de forma

sequenciada e integrada, a saber:

Unidade 1- A Tectnica de Placas nas Geocincias

Competncia

Conhecer os conceitos introdutrios sobre a Tectnica de Placas nas Geocincias.

Unidade 2- Introduo Geodinmica

Competncias

Conhecer os processos que originaram as rochas e um planeta rochoso.

Conhecer a formao dos primeiros blocos crustais.

Discutir as principais hipteses sobre o surgimento da litosfera e dos movimentos das placas tectnicas .

Unidade 3- Fora, Tenso e Deformao

Competncias

Compreender a Geologia Estrutural como uma disciplina fundamentada na Fsica, especialmente na Mecnica Clssica.

Dominar os conceitos tericos fundamentais, como tenso, deformao e magnitude de deformao.

Conhecer o fluxo de trabalho da Geologia Estrutural, atentando para as semelhanas e diferenas em relao Fsica.

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Unidade 4 - Deformao Inelstica Plstica

Competncias

Reconhecer os diferentes tipos de estruturas formadas atravs de deformao inelstica plstica friccionai.

Compreender os processos que geram esse tipo de estrutura.

Compreender os mecanismos de ligao das estruturas e sua organizao em sistemas.

Unidade 5- Deformao Viscosa

Competncias

Compreender os principais modelos de fluxo viscoso.

Conhecer as condies na litosfera para desenvolvimento de fluxo viscoso.

Conhecer as principais estruturas relacionadas deformao viscosa.

Ter noes de tectnica salfera, da deposio de evaporitos at as estruturas formadas pela deformao do sal.

Unidade 6- Ambientes Tectnicos e Bacias Associadas

Competncias

Reconhecer e diferenciar os diferentes ambientes tectnicos, com base nos processos atuantes e nas principais estruturas formadas.

Conhecer os tipos de bacias formadas em cada aUlbiente tectnico e o estilo de sedimentao de cada uma.

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13


Unidade 7- Evoluo Tectnica da Terra

Competncias

Conhecer as principais ideias sobre a evoluo tectnica da Terra.

Associar os grandes eventos tectnicos com provncias geolgicas, especialmente as do Brasil.

Unidade 8- A Geologia Estrutural e a Indstria do Petrleo

Competncias

Contextualizar os contedos apresentados anteriormente na explorao e produo de hidrocarbonetos.

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_....,

)..._ )" . UNIVERSIDADE PETROBRAS

PETROBIIAS


Unidade 1 A Te c t n i c a d e P l a c a s n a s G e o c in c i a s

A geologia uma Ciencia que estuda a Terra e os planetas do Sistema Solar, trabalhando com o raciocnio do tempo de formao e de evoluo da Terra. Para isso, ela utiliza a fsica, a qumica, a biologia, a astronomia e reas afins.

A geologia tem uma metodologia muito similar da histria. Se, por exemplo, um historiador quiser defender uma tese sobre um determinado acontecimento do passado, ele pesquisar dados, evidncias e registros antigos para comprov-la. As geologia funciona da mesma maneira: os registros do passado so as rochas, os fsseis; os acontecimentos so as mudanas climticas, a ligao entre os continentes, a formao de cadeia de montanhas etc.

Este curso abordar como as montanhas e os oceanos se formaram, alm de entender a deformao das rochas como um processo fsico.

1.1. Tectnica

medida que os gelogos foram aumentando seu conhecimento, perceberam que os continentes no eram homogneos, havendo setores muito diferentes uns dos outros em

termos de rocha e idade. A Tectnica o estudo de como essas partes se formaram.

----------01 ,

A Tectnica tem origem no termo grego tectos, que significa pedaos, em aluso

tarefa de "juntar" terrenos como, por exemplo, fragmentos de continentes.

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""'"'


A Tectnica de Placas nas Geocincias

J as Placas so os principais pedaos que formam a crosta da Terra. Deslocam-se lateralmen

te e podem se modificar com o passar do tempo, fragmentando-se em mais de uma.

---------- Tectnica de Placas

a teoria sobre a movimentao horizontal das Placas.

1.2 . Teoria, Paradigma ou Programa de Pesquisa?

Uma teoria cientfica s pode ser considerada como tal se for falsevel. Quanto maior

sua falseabilidade, ou seja, quanto mais informativa, melhor ser a teoria . Dessa forma,

no h uma distino entre diferentes teorias, em termos de hierarquia e abrangncia .

H teorias muito abrangentes, que tratam de todo um "universo" complexo; em contra

partida, h teorias que explicam um simples fenmeno.

Se uma dessas "cosmologias", ou seja, esses campos de conhecimento, forem falseadas

em um nico aspecto de muitos outros dos quais ela trata, ser ela falseada e abandona

da para sempre?

Pensando sobre isso, um filsofo chamado Imre Lakatos definiu o conceito de programa

de pesquisa para um complexo formado por um ncleo heurstico e um escudo protetor

de teorias auxiliares. Dessa forma, quando algum pesquisador se depara com alguma

descoberta que foge s suas expectativas, esta no confrontar o ncleo, e sim as teorias

auxiliares. Sero precisos muitos pesquisadores trabalhando para criar ideias que de

sestabilizem o escudo protetor desse ncleo, j que s dessa forma possvel derrubar

a teoria.

Em uma abordagem mais sociolgica do problema cientfico, o filsofo Thomas Kuhn

definiu o conceito de paradigma, uma teoria aceita por toda uma comunidade cientfica.

Os paradigmas normamente surgem de forma revolucionria, representando a viso de

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1 7


mundo num perodo especfico da histria de uma cincia. Eles no podem ser falseados

em iniciativas individuais ou de pequenos grupos de cientistas.

Vamos buscar na fsica um exemplo para o que estamos tratando. Primeiramente, surgiu

a mecnica newtoniana, em seguida a Teoria da Relatividade e depois a mecnica qun

tica. As trs constituem formas totalmente diferentes de construir o mundo, no entanto,

todas surgiram a partir de uma revoluo, um perodo de troca de paradigma, e, por

isso, causaram estremecimento e desconforto.

A teoria da Tectnica de Placas no possui divergncia, virou unanimidade a partir dos

anos 70, e, hoje, todos concordam com ela, mas nem sempre foi dessa forma. Observe no

esquema abaixo :

Exem p l o : Teoria G e o ssinclinal

A crosta teria movimentos verti ca i s, d e origem isosttic a .

As montanha s e as bacias representariam fases

d i ferentes de um cic lo de desc ida e subida da placa .

Diverg n c i as

Estab il idade

Aps o per odo d e divergncia, vem a estabil idade . Pesquisadores ass imilam o novo

paradigma e passam a fazer cincia a partir de le.

PETROBRAS

Paradigma

A Tectnica d e Placas torna-se o paradigma geolgico por excelnci a . Ningum, a pr incpio,

d iscorda d ela, e todos escrevem sobre e la em todo o mun d o .



A revoluo cientfica da Tectnica de Placas foi iniciada em 1912 por Alfred Wegener. Ele

props uma explicao para a dinmica da litosfera que vinha de encontro a problemas no

resolvidos pela Teoria Geossinclinal, a qual tomava unicamente como base o Princpio da

Isostasia, com a litosfera fixa.

O desenvolvimento dos continentes foi questionado. Descobriu-se que esses se movimen

tam lateralmente, mas que ainda assim poderiam subir e descer de acordo com a massa e

a densidade.

Essa descoberta foi desacreditada durante muitos anos, mas ainda assim o Paradigma Ge

ossinclinal entrou em crise, e, em 1960, a revoluo proposta pelo cientista passou a ter

maior credibilidade, quando muitos dados provaram que as coisas funcionavam da manei

ra como ele informou.

Um desses dados surge nos anos 20, quando se comeou a perceber a semelhana de idade

de rochas e de fsseis que habitavam alguns lugares. Nessa poca, sabia-se que determina

dos organismos terrestres no eram capazes de atravessar o oceano e, com essa informao,

foi possvel embasar a teoria de uma possvel proximidade que j existiu entre os continen

tes, reforando a ideia do encaixe entre a Amrica do Sul e a frica.

A imagem abaixo, criada em 1927, apresenta a comparao geolgica entre a Amrica do

Sul e a frica. Mais do que uma simples imagem, ela representa um hipertexto: o discurso

sobre a Tectnica de Placas.

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19

-----------------------------------------------------------------------------------------------------


COMPARAO GEOLGICA

lnnUI , ....... , ..... ..

Cretceo e Eoceno

Gondwana

Levantamentos ps-trissicos

DA AMRICA DO SUL E FRICA DO SUL DU TOIT, 1927

-Eozoico Superior e Paleozoico Inferior

Gondwnides e dobramentos do cabo

Embasamento grantico

Limite de Mesosaurus

Dobramentos andinos Brasilides e dobramentos ps-Namo

Figura 1 - comparao geolgica entre a Amrica do Sul e a frica. Fonte: Du Toit (1927).

Teoria

Paradigma

Programa de pesquisa

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uma afirmao conceitual que pode ser falseada.

Foi uma revoluo cientfica que assumiu o papel de gran

de teoria da Terra, aceita pela grande maioria da comuni

dade de geocientistas.

Tem um ncleo heurstico e teorias auxiliares definidos.



Portanto, pode-se entender a Tectnica de Placas nas geocincias como sendo uma teoria,

um paradigma e um programa de pesquisa.

O mapa conceitual abaixo apresenta a rea do conhecimento que est sendo tratada: a

geodinmica e seu paradigma e a Tectnica de Placas. Ambas so alimentadas por outras

disciplinas e fornecem informaes para outras reas:

.--------11 geologia :1-------.. .-------, r fsica,.... _

t----J _ _:__:_ _ __,

geologia lt-------, . t sedimentar I l

, 'r-----, sedimetologia 1 mecnica 1 geofsi/ geoqmm1ca 1 ,. tectonofis1ca t I geomecnica I I est

,

ra

.

tigrafia geoqumica inorgnica/ endgena

I reologia I J geoquimica 1.----'---'.'-----,

I geologia I estrutural ambiente

geoqumico

t r tenso & lf-----1 I deformao I geodinmica .-----=-1----,

T I paradigma I I estilos I I estruturais I .__ ___ __,1 tectnica de I I classificao I I

I provncia petrolfera ,___ ___ _,I parte I

1 placas

bacia sedimentar

Figura 2 - mapa conceitual. Fonte: Petrobras.

orgnica/exgena paradigma

( estratigrafia de

sequncias

geocronologia I f 1 geologia do '-----+1 petrleo

I I origem e I evoluo

+li elementos e

processos I

I sistema I petrolfero I I I contido na I

PETROBRAS

21

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Tectnica e Geologia Estrutural 22

'"" PETROBRAS

}..-.., L, UNIVERSIDADE PETROBRAS

PETROB/fAS


Unidade 2 I n t r o d u o G e o d i nm i c a /

2 . 1 . Ori gem d a Te r r a L

A Terra nada mais que o produto de um processo de formao e de evoluo do Universo

e do Sistema Solar.

A tabela a seguir mostra os primeiros estgios de formao do Universo, levando em consi

derao a teoria do Big Bang, com nfase no surgimento da matria.

Tempo Raio (m) Temperatura (K) Eventos

Zero Zero Infinita Estado de singularidade

5,4 X 10-44s 1,6 X lQ-35 1Q32 Fim do perodo Planckiano

1Q-43s 3 X lQ-35 1Q31 Fora gravitacional

1 Q-33 - 1Q32 s 3 X lQ-27 - 0,1 1Q27- 1022 Fase inflacionria

1Q6s 300 3,3 X 1012 Estabilidade dos quarks (tipos s, d, u), p+ e n

10-3 s 300.000 1,4 X 1010 Estabilidade ncleos 2H

lOs 3 X 109 4,1 X 109 Estabilidade dos e

lOOs 3 X 1010 1,5 X 109 Estabilidade dos ncleos 3He e 4He

800.000 anos 6,6 X 1021 3.000 Formao dos tomos H e He

Figura 3 - primeiros estgios de formao do universo. Fonte: Cordani (2000).

Para compreender a geodinmica, importante entender as foras que atuam no Universo

e que, consequentemente, iro atuar na Terra em qualquer escala: desde uma galxia at o

ncleo de um tomo.

Em ordem de magnitude, as foras fundamentais do Universo se classificam em: nuclear for

te, eletromagntica, nuclear fraca e gravidade.

PETROBRAS

"

.....__

...--...


Introduo Geodinmica

2 . 1 . 1 . Fora nuclear forte

Essa fora constri o ncleo do tomo e mantm os tomos unidos. O tomo composto pela

eletrosfera e pelo ncleo, que possui partculas de cargas positivas (os prtons) e partculas

de cargas neutras (os nutrons) . As partculas de cargas negativas (eltrons) giram ao redor.

Uma grande dvida, que existiu por muito tempo, como os ncleos dos tomos so man

tidos estveis se no existe atrao. Se eles possuem a mesma carga, ou carga neutra, como

no se repulsam?

A partir desse questionamento surgiu a teoria de que o prton e o nutron so formados cada

um por trs quarks com cargas diferentes, e o arranjo dessas cargas faz com que prtons e

nutrons se mantenham unidos.

A existncia de prtons que no se repulsam indica que eles so unidos em diferentes zonas,

ou seja, as regies de determinado prton vo se atrair com outras regies de outro prton

vizinho, por exemplo.

(a)

(e)

o o

o I

Ncleos estveis: forte>>>

eletromagntica

Ncleos rad ioativos: repulso

eletromagntica perifrica

Fisso n uclear

Figura 4- fora nuclear forte. Fonte: .

&il6l PETROBRAS

25

26

Internamente, o prton no homogneo, pois ele tem regies com cargas distintas, que

so os diferentes quarks. Observe a imagem a seguir:

Figura 5 -prton .

Fonte: .

2 . 1 .2 . Fora e letromagntica

Os prtons se atraem ou se repelem

de acordo com a regio de contato. A

atrao de cargas iguais chamada de

fora nuclear forte, e ela responsvel

por manter o ncleo do tomo unido.

Quando um tomo muito grande e

tem muitos prtons e nutrons, a peri

feria dele no mantida coesa em fun

o dessa fora, que tem um alcance

pequeno. Existe uma repulso que gera

radioatividade em alguns elementos.

a fora que mantm o tomo estruturado em ncleo e eletrosfera. Alm disso, constri as molculas, quando a eletrosfera de um tomo interage com a eletrosfera de outro to

mo por meio de ligaes qumicas .

Figura 6 - tomo de nitrognio. Fonte: .

PETROBRAS

Observe o desenho ao lado. Ele repre

senta um tomo de nitrognio, com

sete eltrons na eletrosfera. Esses el

trons so compartilhados com aqueles

de outros tomos, formando molcu

las (N2, N02 etc . ) . A grande mobilidade dos eltrons faz com que os tomos

tambm possam ficar carregados, for

mando ons (NH3+ etc . ) .


Introduo Geodinmica

2 . 2 . 3 . Fora nuclear fraca

As partculas mediadoras dessa interao so os bsons (W quando possuem carga e Z

quando neutros), que participam das interaes de partculas carregadas, prtons e el

trons, e nutrons, respectivamente.

Ao contrrio das demais foras, essa no se baseia em atrao entre corpos ou partculas,

mas sim na mudana de uma propriedade dos quarks, denominada de "sabor".

No nutron, um dos quarks muda de sabor, de d para u, o que s pode ser realizado sob

a ao de uma fora. Nesse processo, o nutron emite um bson W-, um eltron e- e um

antineutrino ve. A fora nuclear fraca atua no decaimento beta de istopos radioativos;

como os bsons so partculas lentas, essa interao tem um alcance muito pequeno, me

nor do que qualquer outra fora fundamental.

2.2.4. Fora gravitac ional

Apesar de ser a fora mais fraca, tem um grande alcance na escala de sistemas estelares

e galxias, sendo responsvel por manter as pores de matria unidas. Para entend-la,

tome como exemplo os buracos negros, onde a luz incapaz de escapar por conta desse

exagero da fora gravitacional.

O Sistema Solar depende da atuao de todas essas foras. A fora nuclear forte produziu

o ncleo dos tomos, a fora eletromagntica gerou as molculas, a fora nuclear fraca

tem importncia na fuso nuclear (responsvel pela energia do Sol e tambm pela forma

o dos elementos qumicos mais pesados), e a fora gravitacional formou os primeiros

aglomerados de matria, que deram origem ao Sol, aos planetas e aos demais corpos

celestes do Sistema Solar.

lil6i PETROBRAS

27


2 . 2 . Ori ge m d o S i s t e m a S o l a r .A - ,J...Oih -


Introduo Geodinmica

Observe o passo a passo representado na imagem a seguir.

Figura 7- origem do Sistema Solar. Fonte: .

2 .2. 1 . Planetesimais e protoplanetas

Cada disco formado por uma quantidade enorme de pequenas esferas, que so pedaos

de rochas chamados de cndrulos, a rocha mais antiga existente no Sistema Solar. Esses

cndrulos comeam a se concentrar formando corpos paiores, os planetesimais, os quais

daro origem aos planetas.

7 7 Toda a matria do disc assimilada pela fora gravitacional do planetesimal, formando

os protoplanetas do Sistema Solar; os mesmos seguiram sofrendo modificaes, ocorren

do a evoluo dos seus constituintes.

---------0 , O cinturo de asteroides que existe entre a rbita de Jpiter e Marte o que

restou de um ou vrios protoplanetas rochosos que sofreram impactos e se

desagregaram em uma srie de asteroides.

PETROBRAS

29


2.2.2. Meteoritos + _ . i" -A 7 -\L ""'" '1\I)../I'I.JN. JUI .

Os meteoritos so os corpos rochosos mais primitivos do Sistema Solar. Sua datao por

mtodos radiomtricos, utilizando elementos com meia-vida longa (ex . : U-Pb), fornece a

idade aproximada do Sistema Solar.

A diferente composio dos meteoritos reflete diferentes estgios de evoluo; assim,

possvel conhecer o que se estima serem as fases de planetesimal e de protoplaneta.

Veja a seguir os tipos de meteoritos:

A. Condrito: meteorito rochoso que se acredita ser fragmento dos primeiros pla

netesimais. Sua estrutura a de um aglo

merado de cndrulos, primeiros aglomera

dos de minerais que se formaram no vcuo

e assumiram a forma esfrica.

Figura 8- condrito. Fonte: . Os condritos, materiais mais primitivos do Sistema Solar, quando vistos no microsc

pio, so compostos por minerais silicticos, dentre outros.

Os materiais rochosos so compostos na maior parte por slica e oxignio, pois o silcio foi

um dos elementos mais comuns formados nas fases iniciais do Sistema Solar, juntamente

com oxignio, ferro, magnsio e clcio. Muito provavelmente, eles j estavam presentes

na nuvem de gs e poeira primordial .

Rochas pouco evoludas na Terra, com composio primitiva, tambm so ricas nesses

minerais. No caso dos condritos, esses minerais se organizam nas estruturas esfricas,

que so os cndrulos. Observe-os nas figuras que se seguem:

Figura 9. Fonte: .

Cndrulo de olivina [(Mg, Fe)2Si04]

'"" PETROBRAS

Figura 10. Fonte: .

Cndrulo de enstatita [Mg2(Si06)]

Figura 11. Fonte: .

Anortita (CaA12Si208)

_ Universidade Petrobras

B. Acondritos: meteoritos rochosos com maior grau de

evoluo. Diferentemente dos condritos, no possuem

cndrulos. Estima-se que os acondritos sejam fragmen

tos da crosta e do manto de um protoplaneta que existia

na regio do Cinturo de Asteroides.

A figura 12 uma fotografia de um acondrito, formado

por uma massa de minerais relativamente homognea,

com composio semelhante aos basaltos.

Introduo Geodinmica

Figura 12. Fonte: .

C. Palasitos: compostos por silicatos de alta temperatura, como as olivinas, e cristais de l

quel-ferro metlico, como mostrado nas figuras que se seguem. Acredita-se que os palasitos

sejam fragmentos da transio manto-ncleo de um protoplaneta.

IN./ 2 3 4 5

Figura 13 - palasito L Figura 14 - palasito 2. Fonte: . Fonte: .

D. Meteoritos metlicos: so compostos por ferro e

nquel metlicos, em diferentes estados cristalinos.

Dentro da teoria mais aceita, eles seriam fragmentos

do ncleo de um planetesimal.

No por acaso, os meteoritos possuem diversas com

posies. Para entender como ocorreu cada etapa do

processo evolutivo, acompanhe a descrio abaixo. Figura 1 5 - meteoritos metlicos. Fonte: .

Em um primeiro momento, as nuvens e os anis de poeira se adensaram e formaram as

faixas orbitais do Sistema Solar primitivo, o que gerou os primeiros cndrulos, que so

o resultado da solidificao da matria. Os cndrulos se uniram e formaram fragmentos

maiores que, ao se aglomerarem, constituram um planetesimal, o qual sofreu fragmenta

es, devido a colises com outros corpos rochosos que ocupavam a mesma faixa orbital.

&;iW PETROBRAS

31


Alguns dos planetesimais se fragmentaram na etapa inicial, no Cinturo de Asteroides, e

os fragmentos so os condritos. O suposto protoplaneta sofreu uma maior diferenciao,

mas foi destrudo por meio de colises. Os fragmentos da rea mais externa, onde esto os

minerais de mais baixa temperatura, constituem os acondritos; os da rea interna, de ferro e

nquel, chamam-se siderito; e os provenientes da transio entre o manto e o ncleo metlico

so os palasitos.

Outra possibilidade de acreo quando o corpo se manteve estvel por um intervalo de

tempo mais longo e comeou a sofrer diferenciao, formando o manto, com a parte inferior

mais quente, e a crosta, a casca externa.

Por fim, a parte que sofreu maior presso e temperatura formou o ncleo de ferro e nquel. O

processo de diferenciao contnuo e perdura at hoje.

A figura 16 ilustra esse processo evolutivo.

Planetesimal Fragmentao

Acreo

' . ._ .. /I 'e

. , Crosta

Acondrito

// Ncleo

Diferenciao Fragmentao Siderito

Figura 16 - processo evolutivo. Fonte: Cordani (2000).

PETROBRAS


Introduo Geodinmica

2.2.3. Planetas terrestres

Os protoplanetas que resistiram fase de intensa coliso deram origem aos planetas e

satlites do tipo terrestre, como so hoje conhecidos.

A crosta a camada mais delgada e externa da Terra, com espessuras que variam de 20 km a

100 km. Sua composio qumica rica em silcio e alumnio (o que denominado de "SIAL").

O manto superior completamente slido, rico em silcio e magnsio ("SIMA"), e, em

conjunto com a crosta, forma a litosfera.

----------- Litosfera

o ambiente da Tectnica de Placas. A poro inferior do manto tambm chamada de astenosfera, e est num estado semifundido. O ncleo externo lquido,

e o ncleo interno slido. Sua composio de ferro e nquel.

Figura 17- estrutura interna da Terra. Fonte: Press et ai. (2006) .

PETROBRAS

33

34

O interior da Terra pode ser subdividido com base em dois critrios diferentes:

1 . do ponto de vista qumico/composicional: crosta, manto e ncleo;

2. do ponto de vista reolgico: litosfera, astenosfera e ncleo .

.......---------

Crosta: parte slida composta por rochas mais leves, menos densas e formadas

em temperaturas mais baixas. .. ,\\J,.,\.

Manto: parte rochosa superior e semifundida,\nterior, formada por minerais ,.....____ _

ferromagnesianos mais densos e com pontos de fuso mais altos.

Ncleo: possui a parte interna slida e a parte externa lquida, composta por

ferro e nquel.

Litosfera: crosta e manto superior slido.

Astenosfera: o manto i:q.ferior semifundido.

&iW PETROBRAS


Introduo Geodinmica

2 . 3 . E voluo d a L i t o s f e r a Te r r e s tre

A formao d a litosfera terrestre foi iniciada a partir d a evoluo d e rochas que hoje

existem no fundo dos oceanos, os basaltos. Estes comearam a espessar e formaram os

primeiros blocos litosfricos.

A teoria mais aceita sobre o incio da formao da litosfera da Terra diz que, h cerca de

4,5 bilhes de anos, o material mais quente da astenosfera comeou a se solidificar e ge

rou a litosfera primitiva.

-----------' Ateno! A litosfera primitiva no a mesma presente hoje, j que ela capaz de se reei

dar inmeras vezes. Hoje, a crosta ocenica preservada mais antiga de que se

tem notcia tem cerca de 150 milhes de anos .

Em regies onde havia fluxo maior de calor se formaram alguns plats ocenicos baslti

cos, os quais representariam os primeiros blocos de crosta formados, nesse caso, do tipo

ocenico. Isso no significa que nesse estgio j existia gua lquida, e, portanto, os oce

anos; no entanto, em algum momento daquele estgio inicial, os oceanos se formaram a

partir da precipitao do vapor d 'gua presente em abundncia na atmosfera.

2.3.1 . Desenvolvimento dos primeiros blocos crustais: composio da crosta primitiva J)u. 1

No existe nenhum resqucio da primeira crosta. No entanto, para tentar entender o que

ocorreu antes, possvel fazer algumas dedues a partir de alguns resqucios preserva

dos na natureza.

O primeiro deles a existncia de rochas muito antigas, que datam de quatro bilhes de

anos. O segundo obtido por meio da Lua, um corpo do tipo terrestre que parou em um

estgio muito inicial da evoluo de um planeta.

PETROBRAS

35


------------' Ateno! Estima-se que a idade aproximada da Terra seja de quatro bilhes e meio de

anos; no entanto, ainda no foram encontradas rochas com essa idade.

2.3.2. Fuso fracionada

Tenta-se entender como a litosfera evolui de uma rocha mais primitiva, como os peridoti

tos do manto superior e os basaltos dos primeiros plats ocenicos, para uma crosta con

tinental composta especialmente de granitoides. A teoria que hoje se conhece sobre isso

a diferenciao crustal, cujo processo fsico-qumico nomeado de fuso fracionada.

Observe a figura 18:

MagmaTypes

Andesite (andesite/dlorite)

Granitic (granite/rhyolite)

Biotite Mica

100% Calei um Plagioclase

100% Sodlum Plagioclase

Potassium Feldspar Muscovite Mica

Quartz Figura 18- principais silicatos formadores de rochas e sua temperatura de cristalizao. Fonte: .

Li161 PETROBRAS

1.200(


Introduo Geodinmica

A cerca de 1.200C no existe mineral cristalizado no magma, mas, conforme a tempera

tura diminui, os minerais iniciam a cristalizao.

esquerda da figura est a srie de Bowen descontnua, que inicia com a olivina, um pouco abaixo de 1.200C, terminando com o quartzo, abaixo de 600C. Como tendncia

geral, das temperaturas mais altas para as mais baixas, h uma diminuio nos teores de

magnsio e ferro, e um aumento de potssio e dos teores relativos em slica. direita, a srie continua, representada pela soluo slida dos plagioclsios, desde 100% clcicos

(anortita) at 100% sdicos (albita) .

Em situaes em que uma fase de mais alta temperatura cristaliza (por exemplo, olivina e

anortita), e o magma restante sai do sistema, teria sido formada uma rocha rica em olivi

na e anortita (um tipo de rocha ultrabsica). O magma remanescente seria empobrecido

nos elementos que foram utilizados pela olivina e pela anortita em sua estrutura cristali

na, como magnsio, ferro e clcio. Dessa forma, o magma restante teria uma composio

qumica diferente do magma original.

Uma vez estabelecido o ciclo das rochas, o mecanismo atuante no caminho contrrio,

chamado de fuso fracionada .

.....----------' Ateno! Em qualquer processo de fuso de rocha, a fuso parcial, e a porcentagem

ser diretamente proporcional temperatura e presso de H20. O magma

produzido por fuso parcial ter uma composio qumica diferente da rocha

original e, quando cristalizar, produzir uma rocha gnea de outro tipo.

A atuao desses mecanismos produz a diferenciao magmtica, muito importante na

formao dos primeiros blocos litosfricos, e responsvel pela diversidade das rochas

gneas.

PETROBRAS

37

38

L


2.4 . Mecanismos de Diferenciao Crustal

O modelo flsico uma das hipteses que tenta explicar a formao da Terra. De acordo

com ela, logo no incio houve um processo muito rpido de diferenciao, gerando rochas

flsicas, como o granito. importante saber que as primeiras placas eram granticas.

Ao levarmos em considerao essa hiptese, preciso admitir um processo muito rpido

e intenso de diferenciao magmtica nos estgios iniciais de formao da crosta.

O granito uma das rochas mais evoluda e mais rica em minerais de mais baixa temperatura, como feldspatos potssicos, plagioclsios sdicos, biotita, quartzo.

2 .4 .2 Modelo anortostico o i 7

O modelo anortostico defende que a primeira crosta terrestre se formou de forma seme

lhante Lua, ou seja, havia um mar de magma na Terra (no existia a crosta ainda) e, nes

se mar, os plagioclsios, que formam os anortositos, por serem mais leves que o magma

como um todo (o magma primitivo), teriam flutuado e gerado urna crosta anortostica.

O anortosito basicamente composto por plagioclsio clcico (anortita), e representa as rochas mais comuns na Lua, ao menos nos nveis crustais mais rasos . O anostosito uma rocha rara na Terra, e s ocorre de forma subordinada, inclusive nos terrenos arqueanos .

PETROBRAS


Introduo Geodinmica

2 .4. 3 . Modelo basltico rth k. J e .... r

O modelo basltico a hiptese mais provvel. Como h muito basalto entre as rochas

mais antigas, ela se tornou a mais aceita. O mar de magma teria se solidificado e formado

o basalto, a principal rocha da crosta ocenica.

----------0 , At hoje, devido ao calor da astenosfera, a fuso parcial do manto peridottico

produz basaltos nas cadeias ocenicas.

Imagina-se que a primeira crosta basltica se formou a partir desse mar de magma. Essa

crosta seria muito parecida com a crosta ocenica atual, porm mais espessa, pois se esti

ma a temperatura do manto no Arqueano em cerca de 200C maior do que a atual, o que

produziria um volume muito grande de magma.

Os basaltos apresentam uma composio ferro-magnesiana-clcica, porm com teores de magnsio diminudos em relao s rochas mais primitivas, como os peridotitos do manto. Em relao a essas ltimas, os basaltos possuem um enriquecimento relativo em slica, sendo, portanto, produto de diferenciao magmtica .

PETROBRAS

39


2 . 5 . Rochas m a i s Anti g a s o$) 1'"" Gh?

Uma vez apresentadas as hipteses que explicam a formao da crosta terrestre, agora

ser mostrada uma sntese do conhecimento sobre as rochas mais antigas .

------------' Ateno! As rochas mais antigas preservadas so parte de crosta continental, portanto,

de formao secundria.

D Major Archean Cratons Rocks 3.5 Ga

- Ladoga

Enderbyland

Figura 19 - principais crtons (ncleos de continentes antigos) arqueanos e seus ncleos mais antigos. Fonte: Condie ( 1997).

Os registros mais antigos so de minerais resistatos, os zirces, que foram erodidos de

uma rocha mais antiga e depois depositados, passando a fazer parte da composio mi

neralgica de um arenito da Austrlia. So zirces de 3,5 a 4,3 bilhes de anos. Ou seja,

suas idades mais antigas so muito prximas do que se estima para a formao da Terra.

A rocha mais antiga chama-se gnaisse Acasta e localiza-se no Canad. Sua ocorrncia

pontual, como um fragmento preservado em um terreno mais jovem.

LilI PETROBRAS


Introduo Geodinmica

Uma rocha um pouco mais nova, e tambm muito importante, so os gnaisses Itsaq, que

hoje esto incorporados Groenlndia. O terreno Itsaq, como um bloco maior e mais co

eso, considerado o mais antigo, e possvel que seja um dos mais antigos continentes.

Uma das associaes de rochas que o constitui chama-se TTG (tonalitos-trondhjemitos

-granodioritos ) .

....--------- TTG

A sute TTG considerada a primeira associao litolgica continental que evo

luiu a partir dos basaltos e formou os primeiros ncleos continentais.

Todos os ncleos antigos, que devem ter sido os continentes primitivos, ou tm TTGs na

composio ou so em parte compostos de TTGs. Dessa forma, estima-se que os plats

baslticos da crosta ocenica primitiva sofreram uma nova evoluo, um novo processo

de diferenciao crustal que produziu TTGs. Os blocos assim formados, mais leves (com

minerais menos densos), flutuaram no manto e geraram os primeiros continentes.

Acompanhe a seguir uma sequncia cronolgica de formao das primeiras associaes

litolgicas:

1 zirces detrticos de 3,5-4,3 Ga nos quartzitos Mt. arrier (3,0 Ga), Austrlia.

2 gnaisses A casta, Canad, de 4,0 Ga

Composio:

tonalitos (plutnicos);

anfibolitos (basaltos e gabros metamorfizados);

rochas ultramficas;

quartzitos, xistos, calco-silicatadas ( metassedimen tos);

granitos (3,6 Ga) .

PETROBRAS

41


3 Complexo Gnissico ltsaq,

Groenlndia (3,9-2,8 Ga), composto

por trs terrenos que colidiram a

2,7 Ga.

Composio:

TTG (tonalitos-trondhjemitosgranodioritos);

gnaisses granodiorticos;

tonalitos, trondhjemitos e granodioritos (TTG);

rochas arqueanas mais comuns;

gneas plutnicas silcicas com baixo teor de K20.

Observe na figura que se segue um diagrama de classificao de rochas gneas plutnicas,

com base nos minerais quartzo, feldspato potssico e plagioclsio recalculados a 100%.

Est destacado em vermelho o campo dos tonalitos e granodioritos.

Quartzo feldspato alcalino

sienito

A

Figura 20 - diagrama de classificao de rochas gneas plutnicas. Fonte: Petrobras.

LiM;i PETROBRAS

Q

Granodiorito

Monzonito Monzonito

com feldspatoide 50

Feldspatoide monzodiorito/ monzogabro

Feldspatoidolito

F

Quartzomonzodiorito Quartzomonzogabro

Quartzodiorito Quartzogabro

Quartzoanortosito

p

Feldspatoide - Diorito gabro/anortosito com feldspatoide

Monzodiorito com feldspatoide Monzogabro com feldspatoide

Feldspatoide diorito Feldspatoide gabro

Classificao de rochas plutnicas, Le Maitre, 1 989.

"

.....,

--. ------

""'

-----

------


Introduo Geodinrnica

A imagem 21 mostra o resultado

de um teste de fuso parcial ex

perimental de basalto, gerando

rochas com a composio indica

da, a qual muito semelhante

dos TTGs naturais.

Isso refora a hiptese de que foi

a partir da crosta primitiva oce

nica basltica que se formaram os

primeiros TTGs, que esto pre

sentes nos primeiros fragmentos

dos continentes primitivos.

An An

Figura 21 - teste de fuso parcial experimental de basalto. Fonte: Foley, 2009.

2.5. 1 . Terreno Warrawoona, Austrlia (3 ,5 -3 ,2 ga).

O r

Apresenta outro tipo-de associao de rochas que so muito importantes no Arqueano,

os Greenstone belts.

------1/------- Greenstone belts So os registros de bacias sedimentares tpicas do Arqueno, compostas por ro

chas vulcnicas submarinas e slex. Possuem formaes ferrferas bandadas que

so as mais importantes fontes de minrio de ferro.

Considera-se que os ambientes de formao dos Greenstone belts tenham sido plats

ocenicos, arcos ocenicos e bacias rasas sobre continentes primitivos, corno rifts.

Em urna dessas associaes de rochas foi encontrado o estrornatolito mais antigo. Todos

os estrornatolitos so produtos de atividade de cianobactrias; portanto, por meio deles

possvel conhecer os primeiros registros da vida no planeta.

PETROBRAS

43


Os processos geradores das formaes ferrferas bandadas so o vulcanismo submarino e

a sedimentao qumica (precipitao de elementos qumicos na gua).

Observao

A precipitao qumica de slica na gua produz slex.

A precipitao qumica de ferro na gua produz as formaes ferrferas bandadas.

2 . 5.2. Greenstonef';,belts ,queanos : -tb_cias primitivas e t"- kuM iJtM :..Ji-


Introduo Geodinmica

O slex composto de slica pura precipitada quimicamente na gua. As bactrias podem

ajudar nesse processo; de fato, nessas rochas encontram-se algumas estruturas que se

atribuem a bactrias.

----------------------_, Agora a sua vez de praticar

Para realizar esta atividade, voc precisar de uma dupla. Aps encontr-la, vo

cs recebero alguns itens:

uma rocha gnea de um tipo existente no arqueano;

um meteorito;

uma lmina delgada.

J no laboratrio e com os itens em mos, comece observando a rocha e conclua:

1. possvel observar cristais? 2. Os cristais apresentam granulao grossa (>lmm) ou fina?

3. Os cristais mais grossos se tocam ou esto separados por uma matriz fina?

4. Quantas espcies minerais voc estima estarem presentes, numa primeira

aproximao?

PETROBRAS

--------------------

45


---------------------- Agora a sua vez de praticar

Agora passe para a lmina e confirme suas respostas anteriores. Em seguida,

analise a amostra de meteorito:

1. Os meteoritos apresentam granulao grossa (>lmm) ou fina?

2. Que tipo de meteorito voc tem em mos?

Por fim, aponte semelhanas e diferenas entre as rochas e os meteoritos

estudados.

lilI PETROBRAS


Introduo Geodinmica

2 . 6 . Te ctni c a d e Pl a c a s e A c r e o C ru s t a l no A rque ano f-' -t (/M ; ;:M n li 'M Y,'A !

Quando se trata sobre a Tectnica de Placas no Arqueano, importante buscar evidncias

nas rochas. A geologia trabalha com rochas antigas, como formaes ferrferas bandadas,

tonalitos, TTGs e granitos. Essas rochas tm aproximadamente de 3,8 a 2,5 bilhes de

anos. Algumas delas so formadas pelo processo de subduco, isto , o mergulho de

uma placa sob a outra .

......----------- Como o processo de subduco ocorre?

Uma poro de crosta mais densa mergulha no manto, e, dessa forma, interage

com a crosta no mergulhante, chamada de obductante. Caracteriza-se assim

uma margem convergente de placas, como um arco ocenico ou continental.

No entanto, ao se transpor o processo para o Arqueano, surge um problema: estima-se

que o manto tenha sido cerca de 200C mais quente que nos dias atuais, o que deve ter

produzido uma primeira crosta basltica mais espessa e, portanto, mais flutuante sobre o

manto, o que inibiria o processo de subduco.

Um conceito importante a espessura de insuficincia de densidade, a qual pode ser

expressa pela frmula abaixo:

EID = f [(Qm - Q)/Qm]/z { Onde:

Qm = densidade do manto

Q = densidade local

z = coordenada de profundidade

PETROBRAS

47

48

2 . 7 Ganho de Densidade: Modelos

Agora veja algumas hipteses de como o primeiro aprofundamento - o primeiro ganho

de densidade - foi gerado a partir de uma crosta mais espessa.

2 . 7 . 1 . Modelo de gotejamento (drip tectonics) Essa hiptese defende a ideia de que a base da crosta atinge a zona de estabilidade do

eglogito, torna-se densa e afunda no manto.

Observe esse processo na figura 23:

3520 Ma

deep water

, ...

250 km

, ,

"" "" ,

3480 Ma

uplift - 2 km

11' ===::> extension felsic volcanics shallow water basalt

Depleted mantle

r pot = 1 600C

Figura 23 - modelo de gotejamento. Fonte: v. Hunen et ai. (2008).

PETROBRAS

o

. Universidade Petrobras

Introduo Geodinmica

J a Figura 24 ilustra que, devido ao fato de a primeira litosfera ser bem espessa, ter alta

flutuabilidade e ser heterognea, na base dela se formaram rochas diferentes das que se

encontram no topo. Enquanto este se tornou mais basltico, a base permaneceu com mais

eclogito, que so rochas desenvolvidas em altas presses.

Oceanic Crust

Stretching

Figura 24- modelo de gotejamento 2. Fonte: v . Hunen e t ai. (2008).

Por ser muito denso e fundir mais facilmente, o eclogito desceu e fundiu parcialmente o

manto litosfrico, e isso gerou um "puxo", que pode ter sido o disparador da subduco.

O eclogito funde mais do que o resto da placa e mais denso, e, ao afundar, perde-se na

astenosfera, tornando a crosta mais fina, e essa, por sua vez, pode tambm afundar por

perder flutuabilidade.

Outro modelo proposto o da "reologia de sanduche" (sandwich rheology) . De acordo

com o modelo, h um comportamento reolgico independente da crosta e do manto,

devido estratificao da crosta mais espessa do Arqueano. A crosta inferior teria um

comportamento mais fluido do que o manto superior.

Essa interface reolgica entre cr'sta e manto teria favorecido a subduco deste, que

mais denso do que aquela.

"Subl ithosphere"

Figura 25 - sandwich rheology. Fonte: v. Hunen et al. (2008).

PETROBRAS

49


Pelos dados que hoje se tem, possvel afirmar que, em algum momento do Arqueano, ini

ciou-se a Tectnica de Placas, isto , as placas continentais ocenicas compostas por basaltos

mergulharam sob as outras produzindo arcos vulcnicos.

Ao longo do processo, houve uma diferenciao, novas associaes de rochas foram produzi

das nos arcos vulcnicos, e os basaltos dos arcos e dos plats ocenicos sofreram uma parcial

diferenciao para TTG, podendo virar o ncleo de um continente.

Observe a figura 26:

a. MAGMATIC OVER- ANO UNDERPLATING

Rift or Flood Basalts

Mantle Plume

Continent Are

b. TERRANE COLLISIONS Accreted

Oceanic Crus!

Are

A diferenciao dos terrenos no interior dos jovens continentes tambm foi promovida quando houve instalao de pl umas mantlicas, que resultaram em magmatismo intracontinental, alm da fuso da base da crosta e do manto superior. O processo de subduco oceano-continente tambm criou os arcos continentais.

Submarine Plateau Continent Terrane

1 --"' ?____ll.....(.L__ _/.,L_,. --- '-"" ,_:::-, 11 11 ' ' c:::::J

Figura 26 - processos de subduco. Fonte: Condie (1997).

Com o inicio dos processos de subduco, formaram-se arcos ocenicos e, com o fechamento de oceanos, alguns arcos foram acrescidos aos continentes.

Para que se tenha uma ideia da importncia das zonas de subduco, a cada milho de

anos, 64 a 96 km3 de rocha fundida por quilmetro de zona de subduco incorporada

litosfera, com base nos processos atuais. E cerca de 3 km3 por ano de sedimentos e crosta

ocenica so incorporados ao manto superior globalmente. Conforme novas rochas vo

sendo geradas, a litosfera torna-se cada vez mais complexa. Alm disso, a acreo nas

margens continentais crtica para manter o volume de erosta continental.

1iW PETROBRAS

. Universidade Petrobras

Introduo Geodinmica

.....----------' Ateno! Toda a Tectnica de Placas se iniciou com zonas de subduco. Nelas, os se

dimentos e a prpria crosta foram incorporados ao manto novamente, sendo

assim reciclados.

Para entender as primeiras fases da Tectnica de Placas, preciso acompanhar o mode

lo evolutivo da Provncia Superior, no Canad. A idade dessa Provncia (2,7 bilhes de

anos) indica que essa j no a primeira crosta que se formou; no entanto, esse um dos

mais antigos registros da formao de um protocontinente.

O modelo desenvolvido pelos gelogos que estudaram aquela rea, para a formao de

toda a regio, est diretamente relacionado formao dos primeiros blocos litosfricos,

dos primeiros continentes, onde havia uma crosta ocenica.

Entende-se que, em algum momento, a crosta mais fina perdeu flutuabilidade e mergu

lhou sob um plat ocenico, que tem maior flutuabilidade, pois mais espesso. Ento se

instalou o processo de subduco dessa crosta ocenica normal sob o plat, gerando-se

um arco ocenico. A diferenciao magmtica pela fuso parcial dos basaltos de plat e

arco produziu TTGs, os ncleos do protocontinente formado. Prximo zona de subduc

o, houve o cavalgamento de fragmentos da crosta ocenica subductada, juntamente

com sedimentos da fossa sobre a placa subductante, dando incio a um prisma de acreo.

Veja a imagem seguinte - figura 27. Ela apresenta um perfil de um centro de espalha

mento ocenico at uma zona de subduco. Na zona onde h o espalhamento do fundo

ocenico, existem rochas como basalto, gabro, pillow lavas (lavas que solidificam embaixo

d'gua), chert (precipitao de slica) e sedimentos erodidos dos continentes.

PETROBRAS

51

52

Fault Zone (mlange)

MOR

Pil lows

Gabbro

Seaftoor I

Bedded chert

r.

2 . 7 . 2 . Principais perodos de acreo

12

..... c: Q) u Qj g a. Q) E ::::l

g 4

2.7 Ga

4.0 3.0

Fyfe

2.0 Age (Ga)

Figura 28 - principais perodos de acreo. Fonte: Cawood et nl. (2009).


Introduo Geodinmica

1 00 r""l c: 3 c: ClJ ,..... :;:: fi) < 2. c:

50 3 ro r""l o ::::l ,..... fi) ::::l ,.....

- o .._

o 1 .0 o

As dataes radiomtricas permitiram observar a existncia de ciclos de acreo conti

nental, mostrados na figura 28. O primeiro pico, ocorrido entre 3,0 e 2,5 Ga, corresponde

formao dos protocontinentes. Outro pico encontra-se em torno de 1,8 Ga, marcando

a formao do primeiro supercontinente, Columbia. Esse ciclo orognico chamado na

Amrica do Sul de Transamaznico.

Um outro perodo importante de acreo ocorreu no Paleozoico, e est relacionado com

a ltima fase de gerao de supercontinentes, Gonduana e Euramrica, culminando com

o Pangea.

PETROBRAS

53


O fluxograma a seguir faz um resumo de todos os processos tratados at o momento.

FORMAO DA CROSTA TERRESTRE

Crosta continental Crosta ocenica

Eroso, transporte e deposio

Estiramento crustal Eroso, transporte e deposio

Rifts intracontinentais

Bacias intracratnicas e de margem passiva

Espalhamento do fundo ocenico

Sistemas acrecionrios

Ofiolitos comprovados

Figura 29 - fluxograma. Fonte: Petrobras.

PETROBRAS


Introduo Geodinmica

2 . 8 . O M e c an i s m o d a Te ctni c a de Pl a c a s

Observe a imagem a seguir para entender o mecanismo d a Tectnica de Placas:

(a)

Convection moves hot water from the bottom to the top . . .

. . . warms, and rises again .

Figura 30 - mecanismo da Tectnica de Placas. Fonte: Press et al . (2003).

. . . causing plates to form and

Where plates converge, a cooled plate is dragged under the neighboring plate . . .

. . . sinks, warms, and rises again.

1. Correntes de conveco, ou seja, existe uma fonte de calor que esquenta a gua embaixo. Como a gua quente menos densa, ela sobe.

2 . A gua quente esfria ao entrar em contato com o ar, e desce novamente. Por isso, formam-se as clulas de conveco.

3. A gua aquecida e sobe novamente.

4. A matria quente do manto astenosfrico se eleva.

5 . Formam-se placas ocenicas, que divergem.

6. Onde as placas convergem, uma placa mais fria arrastada sob a placa vizinha.

7. O material que desce se aquece e sobe novamente.

necessrio, porm, levantar algumas questes, como o que se refere ao descenso da placa subductante, que nunca foi constatado. Com os dados de ssmica profunda dispo

nveis atualmente, a placa subductante no consumida em um mergulho na astenosfe

ra. Fragmentos dela so detectados logo abaixo da litosfera. Dessa forma, alm de no

haver a simetria necessria ao modelo de conveco, esses fragmentos de crosta ocenica

interferem no fluxo de calor da astenosfera para a litosfera abaixo dos continentes .

PETROBRAS

55


O modelo do qual estamos falando a base para o Ciclo de Wilson .

.---------- Mas o que o Ciclo de Wilson?

O gelogo Thuzo Wilson, um dos grandes tericos da Tectnica de Placas, considerou que as interaes entre as placas tectnicas so cclicas. Quando um

continente se rompe, formado um oceano no meio, e, com o passar do tem

po, toda a crosta ocenica formada consumida numa zona de subduco at

que dois continentes colidam novamente. O supercontinente formado sofre um novo processo de ruptura, repetindo o ciclo.

Existe uma zona de calor anormal que sobe e provoca a fuso parcial do manto litosfri

co. Uma parte do magma produzido incorporada litosfera, na cadeia mesa-ocenica,

criando uma crosta ocenica. Por incorporar esse material, a nova crosta ocenica cresce e

se movimenta como em uma esteira rolante. Quando se torna mais densa, principalmente

devido ao seu esfriamento, ela mergulha sob um continente ou outra crosta ocenica.

Ao mergulhar, a placa hidratada baixa o ponto de fuso na base da litosfera, produzindo

o magmatismo.

Tambm existem casos de subduco de crosta ocenica sob outra crosta ocenica, geran

do arcos de ilhas.

O consumo total de crosta ocenica leva a uma coliso continental e a produo de supercontinentes. Um continente muito vasto internamente, e tambm pode se fragmentar. possvel a existncia de uma zona de calor, uma pluma astenosfrica que afina e derrete a

crosta no interior do continente. Futuramente, isso produzir outra zona de espalhamen

to ocenico, e as placas iro se separar.

PETROBRAS


Introduo Geodinmica

2 . 9 . A Tectnica de Placas corno Programa de Pesquisa

A Tectnica de Placas o grande paradigma da geologia, e agora ela ser apresentada

detalhadamente como programa de pesquisa.

O ncleo heurstico da Tectnica de Placas seria a Deriva Continental e o Ciclo de Wilson. As teorias auxiliares explicam aspectos mais particulares e formam o escudo pro

tetor: essas teorias podem ser falseadas, e, somente aps seu falseamento, o ncleo heu

rstico se fragilizaria e poderia ser atingido, criando o terreno propcio para um novo

programa de pesquisa se fundamentar.

A TECTNICA DE PLACAS COMO UM PROGRAMA DE PESQUISA

I Acreo continental I Modelos de ngulo Origem e Espalhamento do

de subduco evoluo dos fundo ocenico - continentes --

Evoluo das Movimento margens ativas ------- das placas

NCLEO HEURSTICO

Modelos Formao de

Deriva Continental reolgicos da ri Subsidncia estruturas no Tenso (Wegener) interior das intraplaca litosfera placas

Ciclo de Wilson

Campo de Formao de plats tenses nas ocenicos e ruptura

placas dos continentes

Modelos de ridge Mecanismo de Plumas push e slab pull ruptura dos astenosfricas

continentes

Modelos de rifteamento

Figura 31 - mapa conceitual: a Tectnica de Placas como programa de pesquisa. Fonte: Petrobras.

PETROBRAS

57


---------------------- Agora a sua vez de praticar

Antes de finalizar a Unidade, algumas questes precisam ser pontuadas:

1 . Voc saberia explicar como funciona o processo de normalizao para o condrito e para qu ele utilizado? E ainda, qual a razo da utilizao do

condrito? Para auxiliar, faa uma pesquisa na web .

Reflita:

Se, por hiptese, pudssemos identificar inequivocamente o mais antigo registro geolgico da Tectnica de Placas, como ele deveria ser? Quais as rochas que encontraramos? Quais os processos formadores dessas rochas?

Agora se imagine procurando indcios dos primeiros continentes . Quais as rochas que voc deveria rastrear? E suas respectivas idades? Com o auxlio de uma pesquisa na web, aponte algumas reas do Planeta em que essas

rochas ocorrem.

Li161 PETROBRAS


- PETROB/fAS

I


Unidade 3 F o r a , Te n s o e D e f o r m a o

Esta Unidade ir detalhar como a deformao das rochas gerada no interior das pla

cas . Trata-se de conceitos oriundos da mecnica, os quais sero aplicados s rochas. O objetivo entender a histria da deformao dentro do contexto da Tectnica de Placas,

conhecendo tambm o objeto no deformado. Dessa forma, a geologia utilizar os co

nhecimentos da mecnica clssica, aplicando-os mecnica da rocha.

Para a indstria do petrleo, ter em mos um modelo consistente de uma bacia sedimen

tar antes de sua deformao significa reconstruir todo o cenrio de formao das rochas

geradoras, do reservatrio, dos selos e das trapas estratigrficas.

3 . 1 . Fora

Para entender a deformao de uma rocha, necessrio revisitar historicamente o con

ceito de fora.

Na Antiguidade, a fora, nas _cosmologias dos antigos gregos, no tinha um papel pre

'ponderante. A mecnica, cincia que e'studa o movimento e sua origem, marcada a

partir dos escritos de Aristteles\ e, para este filsofo, o movimento era fundamental no

universo. Ainda no se falava em fora.

Aristteles chamou a transformao e a deformao de corrupo da matria, a qual

teria sido produzida pelo movimento .

1 Aristteles, filsofo grego (384-322 a.C.).

PETROBRAS


Fora, Tenso e Deformao

A ideia de fora s comeou a se consolidar, posteriormente, a partir da tentativa de se

entender o universo. O modelo geocntrico, do astrnomo Ptolomeu2, desenvolveu um

modelo mecnico do Sistema Solar a partir das ideias de Aristteles, mas ainda no exis

tia o conceito de fora, j que no eram as foras que mantinham as rbitas dos planetas

e do Sol ao redor da Terra.

Esse modelo mecnico s se referia ao movimento de esferas dentro de esferas. Ambos

- Aristteles e Ptolomeu - consideravam o universo como uma esfera perfeita, e, em

seu centro, encontrava-se a Terra. Cada corpo celeste estava preso a uma esfera de um

material ideal que no deformava e que girava dentro das outras sem nenhum atrito. O

funcionamento de todo esse sistema era baseado a priori no movimento.

No sculo XVI, a teoria heliocntrica foi lanada por Nicolau Coprnico3, e, apesar de

no desafiar o geocentrismo, sua teoria impulsionou o surgimento de outros pensamen

tos, como os do Kepler4, o qual dedicou seus estudos ao heliocentrismo, tentando provar

que o Sol ficava no centro do Sistema Solar.

O primeiro modelo criado por ele tinha uma geometria esfrica. Ele inseriu diferentes

corpos istropos (esfera, tetraedro, cubo, octaedro etc.) uns dentro dos outros sucessi

vamente, mantendo o Sol no centro. Cada planeta ocupava uma rbita que, por sua vez,

estava inscrita em cada um desses corpos.

Kepler escolheu a geometria istropa porque considerava que esses slidos eram perfei

tos por possurem dimenses iguais em todos os lados.

No entanto, Kepler ainda no era capaz de descrever matematicamente os movimentos

dos planetas em seu sistema esfrico, e, a partir disso, percebeu que um sistema elptico

poderia solucionar o impasse em que se encontrava. Ele props um novo modelo geo

mtrico, o modelo da elipse, que era coerente com os dados referentes s medidas dos

movimentos dos corpos celestes. Nesse modelo, o Sol ficava em um dos focos da elipse,

e cada rbita planetria era, portanto, uma rbita elptica.

Observando seus experimentos, Kepler verificou que existia uma relao entre o perodo

e a rea varrida pelo arco com vrtice no Sol. A distncia percorrida pelo planeta num

dado perodo era maior quando este estava mais prximo do Sol. Quando estava mais

afastado, essa distncia era menor.

' Cludio Ptolomeu, astrnomo, matemtico, fsico e gegrafo greco-egpcio (90 d .C.-168 d.C.).

3 Nicolau Coprnico, astrnomo polons (1473-1543).

4 Johannes Kepler, astrnomo alemo (1571-1630).

(il6l PETROBRAS

61


Kepler constatou tambm que a rea permanecia constante para o mesmo perodo, mes

mo em regies orbitais diferentes. A partir disso, fundou um primeiro pilar, afirmando

que existia uma ordem na mecnica do Sistema Solar, a qual era representada por uma

relao geomtrica antes desconhecida.

O outro pilar foi fundeado por Galileo Galilei5, com o estudo do movimento de objetos na Terra. Ele fez os primeiros ensaios com queda livre e observou a existncia de uma

relao entre a velocidade final de queda e o tempo de queda. O cientista lanou bases para calcular a acelerao da gravidade como uma constante: os corpos, independente

da sua massa, caam sempre com a mesma acelerao. Existia algo que os "puxava para

baixo" sempre com a mesma intensidade.

A partir das descobertas de Galileo e Kepler, Isaac Newton6 deu incio aos estudos da

Mecnica Clssica, incluindo, ento, o conceito de fora. Sua pesquisa foi apresentada no

trabalho Princpios Matemticos da Filosofia Natural, e foi a partir de sua obra que surge o

conceito de fora.

O pesquisador apoiou-se na relao geomtrica de Kepler, aperfeioando-a e chegando concluso de que a atrao entre a Terra, ou outros planetas, em relao ao Sol varia

inversamente ao quadrado da distncia. Isso foi representado pela frmula:

F= G (ml.m2)/ r2

Onde:

F = fora de atrao

Ml/M2 = massa

r = distncia entre os centros de massa

G = constante gravitacional

Mas qual a definio de fora para Newton?

----------

A fora foi descrita pelo cientista como a fora inata matria (vis nsita). o poder de resistir, por meio do qual todo o corpo, estando em um determinado estado, ca

paz de mant-lo, estando ele em repouso ou em movimento uniforme em linha reta.

5 Galileu Galilei, fsico, matemtico e astrnomo italiano (1564-1642).

6 Isaac Newton, cientista, qumico, fsico, mecnico e matemtico ingls (1643-1727).

Ci161 PETROBRAS



J a acelerao pode ser definida por:

I I A mudana de movimento que proporcional fora motora imprimida, e produzida na direo da linha reta na qual aquela fora impressa11 .7

Observa-se o fato de a fora ser vetorial e produzir movimento a partir do repouso, ou alterar

o movimento em magnitude ou orientao.

A figura 32 ilustra a propriedade vetorial de uma fora. Um corpo, que est na posio A, tem

uma dada tendncia a se movimentar para a posio B. Uma segunda fora interfere no seu

movimento, impelindo-o ao ponto C. O deslocamento resultante foi de A para D.

A

D Figura 32 - propriedade vetorial de uma fora. Fonte: Newton (1686).

L inha de tempo - consol idao do conceito de fora.

I I I I I Aristteles Ptolomeu Copmico Kepler Galileu

"Corrupo da Modelo Modelo Modelo Lana bases

matria" geocntrico heliocntrico heliocntrico- para os

!dei as sobre elptico estudos da

movimento gravidade

Ideia de fora ainda no consolidada. Constru o do conceito de fora .

_______ _,

7 NEWTON, Isaac. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Obra publicada em 1687.

I Newton Mecnica

clssica

ldeias sobre

fora

Consolidao da ideia de fora.

PETROBRAS

63

----------------------------------------------------------


3 . 1 . 1 . As foras na escala geolgica -r-.... _1 e' "VV\41Kv . A fora que produz a deformao das rochas vem do fluxo de calor que movimenta as

placas. Por sua vez, o calor do interior da Terra produzido pela liberao da energia do

ncleo dos tomos de elementos de grande massa durante a fisso nuclear, o que uma

manifestao da fora nuclear forte.

O modelo mais aceito atualmente para explicar o movimento das placas uma analogia com o processo de transferncia de calor em um fluido com uma fonte trmica embaixo,

produzindo correntes de conveco. A figura 33 ilustra essa analogia.

(a)

Convection moves hot water from the bottom to the top . . .

. . . causing plates to form and

Where plates converge, a cooled plate is dragged under the neighboring plate . . .

. . . sinks, warms, and rises again.

Figura 33 - processo de transferncia de calor em um fluido - analogia com o movimento das placas. Fonte: Press et nl. (2003).

Como a acelerao das placas constante, no entanto, como a sua acelerao irrisria, no

se pode falar de uma fora relacionada somente com alteraes na inrcia das placas. Por si

s, o movimento delas no produz fora alguma. O que ir produzir fora o atrito entre elas. As diferentes interaes entre as placas produzem atrito entre os blocos litosfricos.

Figura 34 - slido em contato com outro corpo slido. Fonte: .

PETROBRAS

Ao observar um corpo slido em contato com um

outro corpo slido em uma escala microscpica

(figura 34), percebe-se que esse corpo, no caso uma

rocha, tem rugosidades e, ao se movime.ptar em re

lao ao outro, comea a haver pequenas colises,

dando resistncia ao movimento. Numa escala

ainda maior, observa-se que o fenmeno origina

do da atrao eletromagntica entre as molculas

da cada corpo. Isso gera atrito, ou seja, uma fora

que imprime uma acelerao negativa, a qual, pos

teriormente, transmitida desde a escala de uma

placa tectnica at a escala microscpica.



3 . 2 . Ten s o

O conceito de tenso fundamental para a geologia estrutural. Para entend-lo, imagine uma fora atuando sobre uma massa rochosa como um campo tridimensional . A tenso

seria o vetor que descreve a magnitude e a direo da fora aplicada sobre um plano, real

ou imaginrio, da massa tridimensional.

------------

A tenso , portanto, a fora aplicada perpendicularmente sobre uma superf

cie, e sua magnitude a fora distribuda sobre a rea do plano.

T = F/A

Sua unidade no sistema MKS o pascal, sendo 1 Pa = IN/1m2

Figura 35 - vetor aplicado sobre um plano. Fonte: Price & Cosgrove (1990).

O vetor aplicado sobre um plano qualquer pode ser decomposto em um vetor normal

perpendicular ao plano e a um vetor cisa

lhante, paralelo ao plano, como pode ser ob

servado na figura 36 .

A imagem 35, a seguir, abarca a decompo

sio da fora no espao tridimensional. O cubo representar o corpo rochoso, e ser fei

ta uma anlise das tenses sobre um corpo

tridimensional.

&;iW PETROBRAS

65


a.

'-----

c.

Figura 36 - decomposio da fora em espao tridimensional. Fonte: Petrobras.

b.

I I I

)-/ / / / /

a . A fora que incide sobre uma face do cubo tem uma orienta o qualquer (a) .

b . Ela ento decomposta em dois vetores de tenso, um normal, outros dois paralelos e outro cisalhante (b).

c . So atribudos coeficientes a cada u m dos vetores, conforme o eixo em que eles esto. O paralelo ao x3 vem a ser a33' o paralelo ao x1 vem a ser a11, e o paralelo ao x2, a22 Os vetores cisalhantes apresentam o primeiro coeficiente referente ao plano em que est o contid os e, o segundo, referente ao eixo ao qual so paralelos (caso c).

Na matriz formada de nove elementos, dos seis vetores cisalhantes, trs so anulados.

Isso se deve ao fato de que os dois vetores paralelos ao mesmo eixo - com o segundo

coeficiente igual - so opostos, resultando em um nico vetor no sentido daquele com

maior magnitude. Passa-se ento a uma matriz de seis elementos: trs vetores de tenso

normais e trs cisalhantes. Por conveno, as tenses normais so simbolizadas por a, e

as cisalhantes, por 'L .

O espao tridimensional foi orientado de forma que o eixo x1 esteja paralelo ao vetor for

a. O cubo de referncia manter ento os trs vetores normais, mas os cisalhantes sero

nulos. Os vetores normais so ento denominados de a1, a2 e ay na ordem da maior para

a menor magnitude.

PETROBRAS

--..._

--.._

'

--..._

'

'

'

""'

.\

r--



O significado fsico que, no sistema tridimensional de tenses, haver um plano ao qual ser aplicada a maior magnitude de tenso, perpendicular a a1 Da mesma forma,

outro plano ortogonal sofrer a menor tenso possvel no sistema, o qual ser perpen

dicular a a3 Um terceiro plano, perpendicular aos outros dois, estar sob uma tenso

com um valor intermedirio, sendo ento perpendicular a a2

A seguir, apresenta-se uma outra representao, o elipsoide de tenso, cujos eixos so

Traction space

I

Figura 37- elipsoide de tenso. Fonte: Pollard & Fletcher (2005).

/ 3 .2.1 . Tenso mdia

Com os eixos de tenso j caracterizados, possvel avanar com outras conceituaes.

Agora ser visto uma forma de obter a tenso mdia. Para obt-la, usa-se a frmula:

PETROBRAS

67


3 .2 .2 . Tenso desviante

A tenso desviante (a0) descreve a anisotropia do sistema, ou seja, o quanto cada vetor de

tenso principal se afasta da tenso mdia. Dessa forma, a tenso desviante definida como:

A deformao de uma rocha est condicionada existncia de uma tenso desviante. Em

contrapartida, se esta for nula em todos os eixos, o campo de tenso ser istropo - ou

hidrosttico - e ocorrer apenas mudana de volume da rocha.

3 .2 .3 . Tenso diferencial

A tenso diferencial um conceito que se correlaciona com o de tenso desviante, con

sistindo na diferena entre o maior e o menor vetor de tenso:

Da mesma forma, para que ocorra deformao, a tenso diferencial no pode ser nula.

Veja agora algumas alteraes produzidas em um corpo material ao qual as tenses esto

sendo aplicadas:

Translao

Rotao

Deformao

Dilatao/contrao

PETROBRAS

deslocamento do corpo de um lugar para outro. Alm de ser quan

tificado, pode ser informada a direo (item a na figura abaixo) .

deslocamento em forma de giro; o objeto empina (item b) .

mudana de forma, volume e rea de seo.

mudana de volume sem mudana de forma (item d) .



3 . 3 . D e fo r m a o

Dois conceitos importantes e distintos, designados por palavras diferentes em lngua

inglesa, so nomeados em portugus pela mesma palavra. Para a compreenso desta

Unidade, necessrio agora diferenci-los.

Deformation: descrio do campo de deformao. Recomenda-se a utilizao do termo "deformao" .

Strain: quantificao da deformao. Sugere-se utilizar "magnitude de deformao" .

Para entender esses conceitos, analise agora a figura 38:

Figura 38 - deformntion. Fonte: Petrobras.

A descrio qualitativa do campo de deslocamento dos pontos do corpo no deformado

para o deformado chamada deformao ou deformation . A descrio quantitativa, ou

seja, o quanto cada ponto se deslocou, a magnitude de deformao ou strain.

--------------

PETROBRAS

69


Observe a figura 39. O objetivo fazer uma anlise apenas dos itens c e d, j que o foco

estudar somente o que acontece no interior da Terra, e nenhum corpo de rocha no interior

da Terra poder sofrer os deslocamentos representados nas figuras a e b sem sofrer alte

raes de forma e de volume.

v v 4 1- - r - I - I a . I I I 1- - t - r - I I I I

- t' - r -v I I X X v v

b.

X X

v v c.

X X -

v v d.

X X

Figura 39 - deformao no interior da Terra. Fonte: Petrobras.

PETROBRAS

-----

.......

-..

-,

'

; "

.......



Na figura 40, o corpo sofre uma flexo. A deformao medida pela diferena nas dimen

ses de algum marcador, como o retngulo ABCD.

A B

A

Figura 40 - flexo de um corpo. Fonte: Mandl (1988).

Outra forma de quantificar a deformao por meio da excentricidade de elipses. Admi

te-se a existncia de crculos em uma dada seo do corpo no deformado. Em ensaios,

possvel desenhar crculos na amostra, e, em casos reais, devem-se ter estruturas ori

ginalmente esfricas. medida que a deformao atua, o crculo se transforma numa elipse. Aquela excentricidade da elipse dar a dimenso da deformao, e, reconhecendo

para onde a elipse est orientada, obteremos tambm a orientao dos eixos de tenso.

Observe:

; Umt G1rcle Finite strain el/ipse t6 \ t7 - Unit Gire/e Incrementai stra in e l l ipse

Figura 41 - elipses. Fonte: Mandl (1988).

PETROBRAS

71


A seguir, apresentado o elipsoide de deformao. Veja:

Eixo z

Eixo x

Figura 42. Fonte: Pollard & Fletcher (2006).

Eixo y

Eixo mais curto. Marca a direo segundo a qual o corpo sofreu encurtamento. onde se localiza a maior tenso.

Eixo mais longo. Representa a direo de distenso que coincide com a menor tenso.

Eixo de deformao intermediria. Paralelo ao vetor tenso intermedirio.

Na realidade geolgica, os elipsoides de deformao so objetos com formas originais co

nhecidas, como fsseis, olitos, onclitos etc. A figura a seguir apresenta o mapa de uma

camada de rocha carbontica em Luray Ingham Berryville, nos EUA. Observe:

(b)

1 .39 2.21 3.46

Figura 43 - camada de rocha carbontica. Fonte: Pollard & Fletcher (2006).

Seus componentes, os olitos, so gros de carbonato formados naturalmente por uma

precipitao qumica, cuja forma original praticamente esfrica.

PETROBRAS

Na zona dobrada, esses olitos estavam

com formas elipsoidais, e a razo entre

os eixos maior e menor dos elipsoides

foi medida e tratada estatisticamente, de

forma a atribuir uma mdia por zona ao

longo da camada, como pode ser visto na

figura. Quanto mais deformado o olito,

maior o coeficiente calculado.

Pode-se observar que existem zonas onde

os olitos so muito mais excntricos. Os

coeficientes 5,39 e 4,84 destacados na ima

gem representam a zona mais deformada.

A prxima figura (figura 44), de uma vista

em planta de um xenlito de rocha mfica


Figura 44 - xenlito de rocha m fica contido em um gnaisse, com forma sigmoidal. Fonte: Petrobras.

contido em um gnaisse, com uma forma sigmoidal, um exemplo de como se descreve e

mensura um campo de deformao.

Originalmente, o xenlito possua uma forma elipsoidal ou esferoidal. Por meio de um exerccio

geomtrico, reconstitui-se a forma original aproximada e, fazendo a correspondncia de pontos

na borda do corpo com pontos na borda do corpo original, gerou-se o campo descrito pelas

setas. Alm disso, pde traar-se um eixo maior e um eixo menor do elipsoide de deformao.

3 .3 . 1 . Modos de deformao ""{ A.!} M\tu. wJ... .J..J.; 1 Os materiais apresentam diferentes modos de deformao, que dependem da sua com-

posio. O arranjo microscpico dos gros e cristais define como o corpo se comporta ao

se aplicar uma tenso nele.

Algumas condies que influenciam no modo de deformao:

condies ambientais;

presso;

temperatura;

estruturas preexistentes.

PETROBRAS

73


A figura que se segue (45) mostra os mecanismos de deformao para os materiais ideais.

Os materiais tambm podem assumir modos hbridos de deformao. esquerda da imagem esto experimentos que ilustram o modo de deformao, e os grficos ilustram a

relao entre a tenso aplicada e os parmetros de deformao. Veja :

F VQ

Force analogous to stress Deformation analogous to strain

A Hooke model

B Newtonian model

C Rigidlperfectly (or frictional) plastic

O Elasticlfrictional plastic

E Elasticlfrictional plastic with strain hardening and softening

F Bingham model

F oa

r Shear stress

r = Gy

y Shear strain

dy . . . r = fJ dt Newton's law o f flwd fnct1on

r = ry

r :> ry

y

Recoverable deformation

Peak stress t

y

- - Residual

Figura 45 - mecanismos de deformao para os materiais ideais. Fonte: Ma.ndl (1988).

A T = Gy B T = 11 y/t G = mdulo de cisalhamento 11 = viscosidade (1 poise = 1g cm-1 s-1)

c 1: = TY (valor crtico) T = k + 11 y/t

LiMI PETROBRAS



Acompanhe agora cada caso:

Modelo elstico puro (figura 45 - letra A): modelo de mola ou modelo hookeano. aplicada uma tenso ao corpo, que se deforma na mesma proporo. O parmetro de defor

mao a magnitude de deformao, uma distncia linear y.

Modelo newtoniano (figura 45 - letra B): esse modelo utilizado para descrever fluxos

fluidos, e pode ser simulado por meio de um amortecedor. medida que a tenso aplicada, o fluido se deforma, embora no exista uma relao linear entre a tenso e a distn

cia linear. A relao linear, nesse caso, existe entre a tenso e a taxa de deformao, dy/dt.

Modelo rgido ou plstico friccionai (figura 45 - letra C): consiste basicamente numa de

formao abrupta, que se manifesta como uma ruptura. No modelo anlogo, colocado

um tijolo em cima de uma superfcie spera e impressa uma tenso paralela superf

cie. At uma determinada tenso, o tijolo continua imvel. Ao se atingir um determinado

valor crtico, o atrito com a superfcie no oferece resistncia, e o tijolo se movimenta

abruptamente. Mantendo-se esse valor crtico de tenso, o tijolo continua se movimen

tando sobre a superfcie ininterruptamente, semelhana do que ocorreria ao longo de

um plano de falha.

Modelo elstico plstico friccionai (figura 45 - letra D): o modelo mais prximo do que

se tem nas zonas mais rasas da crosta . O anlogo seria um tijolo puxado por uma mola.

Em tenses mais baixas, atua o modelo hookeano, e, nesse caso, apenas a mola se deforma

linearmente. Nessa fase, se a tenso cessar, a deformao recuperada, e a mola volta ao

seu comprimento original . Ao se chegar a um valor crtico de tenso definido pelo atrito

entre o tijolo e a superfcie, o tijolo se movimenta abruptamente, simulando um processo

natural de ruptura. Nos nveis crustais mais rasos, as rochas se deformam elasticamente

a tenses mais baixas e se fraturam quando as tenses atingem um valor crtico.

Um caso especial de deformao chamado de inelstico.

No caso das rochas, se a tenso cessar antes de atingir o valor crtico para a ruptura, a deformao se recupera, mas o processo no instantneo.

Esse caso ser visto com maior detalhe na Unidade 4.

&il6l PETROBRAS

75


Modelo elstico plstico friccionai (figura 45 - letra E): com endurecimento/amolecimento

(hardeninglsojtening).

Ao longo da aplicao progressiva da tenso, a depender das condies ambientais, um

material pode ter sua resistncia deformao aumentada (endurecimento) ou diminuda

(amolecimento).

Um modelo experimental sugerido tem como base a construo do experimento para simular

a deformao elstica plstica, do tipo mola e tijolo. A diferena reside no fato de que a su

perfcie de cisalhamento, alm de um setor fixo e plano, possui tambm setores com roletes.

Na fase plstica, ou seja, quando a mola comea a puxar o tijolo, o mesmo desliza ora sobre a

superfcie fixa, com maior dificuldade, ora sobre os roletes, com maior facilidade. O resultado

pode ser visto no grfico esquerda da imagem, no qual possvel observar fases de relao

no linear entre tenso e magnitude de deformao.

Modelo binghamiano (figura 45 - letra F): trata-se de um hbrido do modelo newtoniana com

o modelo plstico friccionai, segundo o qual um corpo sofre uma deformao do tipo newto

niana, porm somente a partir de um ponto crtico de tenso. No anlogo, tem-se uma alavanca

ligada a um amortecedor e a um tijolo sobre uma superfcie plana e fixa. Ao ser impressa uma

tenso na alavanca, o fluido dentro do amortecedor instantaneamente comea a se deformar,

mas o tijolo segue parado. Quando uma determinada tenso crtica atingida, o corpo passa a

se movimentar, no entanto, no dar o "salto" caracterstico do plstico friccional, pois estar

conectado ao amortecedor. medida que a tenso aumenta, ocorre a deformao no modo newtoniana, ou seja, a relao ser linear entre a taxa de deformao e a tenso aplicada.

Na prxima imagem (figura 46), v-se um exemplo de amolecimento (softening) :

(a)

-c ro o ...J

2

Displacement

Figura 46 - amolecimento. Fonte: PoUard & Fletcher (2005).

PETROBRAS

(c) J.... ---:l_: __ Z_Z/:_//_//': __ .....J

,_.._

"'

,....__

,_.._

r--,

,.-..,

-

----.,

......._



Um pisto martela continuamente uma amostra de rocha (a). Na zona de contato, a rocha

passa a desenvolver microfissuras (b). Essas microfissuras tomam a rocha progressivamente

Documents

Tectônica e Geologia Estrutural.pdf