Overview
Fonte: Laboratório de Alan Lester - Universidade de Colorado Boulder
Mapas geológicos foram feitos pela primeira vez na Europa, em meados do séculoXVIII. Desde então, eles têm sido uma parte importante das investigações geológicas em todo o mundo que se esforçam para entender distribuições de rochas na superfície da Terra, na subsuperfície, e sua modificação através do tempo. Um mapa geológico moderno é uma representação rica em dados de rochas e estruturas rochosas em uma visão de plano bidimensional. A base para a maioria dos mapas geológicos é um mapa topográfico, sobre o qual variações de cores foram colocadas para representar unidades rochosas específicas. Os limites entre as unidades rochosas são chamados de contatos. Além das linhas de contato, os mapas geológicos contêm símbolos que representam características-chave, como o mergulho e o ataque das unidades rochosas, linhas de palhaçadas e sincronias, e os traços de superfícies de falha.
Embora a visão bidimensional do mapa seja útil, uma das principais tarefas de um geólogo é inferir o tipo e orientação das rochas na subsuperfície. Isso é feito usando regras geológicas, inferências e projeções para baixo da superfície. O resultado é uma seção geológica transversal, uma vista que essencialmente fornece uma imagem de corte, assim como se veria em uma parede de cânion ou em um corte de estrada.
Esta hipotética fatia na terra, fornecendo uma terceira dimensão (profundidade), é a chave para uma série de aplicações geológicas. Seções transversais são usadas para avaliar modelos temporais de formação rochosa através do tempo. Em outras palavras, o objetivo é recriar uma sequência passo a passo de quais rochas e estruturas vieram primeiro, por último e no meio. Eles também são usados para determinar modos específicos de deformação - se as rochas sofreram compressão, extensão ou outras tensões.
Seções geológicas transversais ajudam a identificar regiões de movimento de águas subterrâneas, avaliar locais potenciais para depósitos minerais econômicos e localizar reservatórios de petróleo e gás.
Principles
As dobras são evidências de deformação plástica - elas normalmente se formam como resultado de baixas taxas de tensão, pressões de alta limitação e temperatura elevada. Em contraste, as falhas são indicativas de deformação frágil - elas geralmente resultam de altas taxas de tensão, pressões de baixa limitação e temperaturas mais baixas.
Deformação do tipo dobra que gera estratos deformados(ou seja, análogos a uma tigela de cabeça para baixo) são referidos como anticlines ou antiformes; e as dobras que envolvem estratos deformados são sincronias ou synformes. Em muitos casos, uma região que passou por dobras mostrará vários conjuntos de sincronias e travessuras, como rugas em um tapete.
Em ambos os tipos de dobra (sincronias e linhas de travessuras) os estratos mergulham em direções opostas, em direção ou longe, do que é chamado de eixo da dobra. Por exemplo, com uma anticline, os estratos mergulham para baixo e para longe do eixo da dobra, assim como telhas em um telhado mergulhando longe de uma linha de cume. A orientação da bússola do eixo da dobra é denominada a direção de "strike" da dobra.
O primeiro passo na construção de um mapa geológico é pegar um mapa topográfico e, em seguida, codificar as regiões que contêm diferentes tipos de rochas. Entre cada unidade de rocha há uma linha, chamada de "contato" entre unidades identificáveis. Dentro de cada tipo de rocha (e às vezes no próprio contato) são dadas símbolos de mergulho/ataque para mostrar a orientação de afloramento da superfície dos estratos rochosos. (Nota: Strike and dip são definidos em um vídeo anterior envolvendo o uso da Bússola brunton. Resumindo, o mergulho é simplesmente o ângulo que as camadas de rocha fazem com um plano horizontal, e o ataque é a orientação resultante da bússola azimuth da linha que representa a intersecção da unidade de rocha com um plano horizontal.) É a extrapolação desses mergulhos e golpes na subsuperfície-através do uso da seção transversal geológica - que pode ser usado para ajudar a inferir o tipo de estrutura de dobra que está presente. Por exemplo, camas que mergulham longe de um eixo central são indicativas de travessuras, enquanto os leitos que mergulham em direção a um eixo central são indicativos de sincronia. Uma vez identificada a estrutura, o mapa será marcado com simbologia que denota o tipo de dobra particular que está presente, e o golpe do eixo da dobra.
Vale a pena notar que os geólogos podem muitas vezes inferir essas estruturas apenas olhando para o mapa geológico de visão de plano, mas a visão transversal fornece uma perspectiva visual 3D que aumenta muito a capacidade de avaliar estruturas de dobras e falhas, e localizá-las com grande precisão.
Um dos principais usos da seção geológica é reconstruir dobras e falhas que são um tanto enigmáticas, como resultado da erosão removendo suas características superficiais. Uma anticline não precisa ser uma colina (uma deformagem de material terrestre) e uma sincronia não precisa se manifestar como um vale (um material de deformagem de material terrestre). A topografia da superfície da Terra nem sempre implica um tipo particular de dobra ou estrutura de falhas em profundidade.
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Procedure
- Identifique dois pontos que definem um perfil transversal, por exemplo, A-A'. Esses pontos são escolhidos de modo que a linha entre eles é aproximadamente perpendicular às direções de ataque das unidades rochosas que intervim.
- Um perfil topográfico é desenhado entre os dois pontos, A-A'. Instruções de como gerar um perfil topográfico são fornecidas em um vídeo diferente.
- Pegue uma tira de papel e alinhe-a ao longo da linha, marcando cuidadosamente os contatos entre as diferentes unidades rochosas.
- Transfira os contatos para o perfil topográfico.
- A cada contato, o mergulho das camadas adjacentes é usado para projetar esse limite na subsuperfície. Enquanto o perfil topográfico não tiver exagero vertical, os mergulhos do mapa podem ser usados diretamente. Por exemplo, se o mergulho em um limite de calcário/arenito (contato) for de 20°, esse contato pode ser desenhado como se estendendo para a subsuperfície em um ângulo de 20°.
- Utilize esta projeção e conhecimento da geologia local para inferir as dobras ou falhas na subsuperfície. Por exemplo, camadas de rocha que se afastam do eixo central (novamente, como telhas em um teto de pico) podem indicar a presença de uma anticline ou antiforme. Além disso, se as camadas rochosas ao longo do eixo central são mais antigas do que aquelas que estão sucessivamente mais longe do eixo, então esta é mais uma confirmação de uma estrutura anticlinal.
- Estender as camadas rochosas para a região terrestre acima usando linhas pontilhadas; isso mostra a presença inferida de rochas antes da erosão.
Como discutido na seção Princípios, as linhas pontilhadas acima da superfície são efetivamente uma representação de uma estrutura geológica que já existiu, mas foi removida pela erosão.
Seções geológicas podem avaliar modelos temporais de formação rochosa através do tempo.
Usando mapas geológicos, podem ser geradas seções transversais que predizem os estratos da sub-superfície das rochas, e estimam a forma da rocha acima do solo antes da erosão.
A seção transversal resultante é uma imagem de corte muito parecida com as vistas em paredes de cânions ou cortes de estrada. Embora os geólogos possam ser capazes de inferir tais características a partir de um mapa geológico de visão de plano, a adição de uma seção transversal fornece uma terceira dimensão de informações que podem melhorar muito a capacidade de avaliar dobras e falhas.
Este vídeo ilustrará o processo de criação de uma seção geológica transversal, e destacará alguns dos usos extensivos desta ferramenta geológica.
O primeiro passo na criação de um mapa geológico é pegar um mapa topográfico e para este código de cores as regiões que contêm diferentes tipos de rochas. No campo, os geólogos observam características mineralógicas e texturais, que são então usadas para identificar tipos de rochas distintas e unidades rochosas. As linhas entre cada seção da unidade de rocha são os contatos. Dentro de cada tipo de rocha, os dados de strike e dip serão adicionados para ilustrar a orientação de afloramento da superfície dos estratos rochosos.
Esses dados de strike e dip indicam deformações do tipo dobradínea que geram estratos deformados, análogos a uma tigela de cabeça para baixo, que são referidas como linhas de palhaçadas. As dobras que envolvem estratos deformados são sincronias. Em contraste, as falhas são resultado de uma deformação frágil, em que as rochas quebram em vez de dobrar ao longo de uma superfície distinta de ruptura. Esta superfície é o "plano de falhas".
Juntos, o tipo de rocha, a posição e a orientação são usados para criar uma seção geológica transversal. O primeiro passo é criar um perfil topográfico, que mostre a elevação e contorno da região alvo. Os dados geológicos são então adicionados a este perfil. Esta seção transversal agora pode ser usada para inferir a estrutura subterrânea. Por exemplo, camas mergulhando longe de um eixo central são indicativas de travessuras, enquanto camas que mergulham em direção indicariam sincronias.
Além disso, seções geológicas transversais são usadas para reconstruir dobras e falhas que podem ser enigmáticas, devido aos efeitos da erosão nas características da superfície. Isso é conseguido extrapolando os dados de superfície e subsuperficial existentes para cima acima do plano existente.
Agora que estamos familiarizados com os princípios por trás da construção de uma seção geológica transversal, vamos dar uma olhada em como isso é realizado em um mapa de exemplo.
Para construir uma seção geológica, primeiro pegue um mapa geológico da área de levantamento alvo. Comece escolhendo dois pontos que definem um perfil de interesse de seção transversal. Rotule esses pontos como A e A'. Estes devem ser selecionados para que uma linha entre eles seja aproximadamente perpendicular às direções de ataque das unidades rochosas intervenientes. Conecte esses pontos e crie um perfil topográfico, sem exagero vertical, com base nos contornos que cruzam a linha. Em seguida, pegue uma tira de papel e alinhe-a ao longo da linha A-A', e marque cuidadosamente os contatos entre as diferentes unidades rochosas.
A cada contato, as informações de mergulho das camadas adjacentes são usadas para projetar o limite na subsuperfície. Note que na projeção para a subsuperfície, usamos uma queda média através da dobra. Isso mantém a espessura constante do leito na projeção.
Usando um prolongador, meça o ângulo do mergulho de acordo com o mapa original, e estenda as camadas de rocha em linhas retas abaixo da superfície. Projetar essas informações em cada ponto de contato dará uma visão transversal áspera prevista dos estratos rochosos abaixo da superfície. Em seguida, procure padrões nas projeções rochosas que possam indicar dobras do mesmo tipo de estratos rochosos. Se essas linhas de estratos previstas parecem se encontrar, isso indica dobra do mesmo substrato, e elas devem ser unidas em uma projeção suave com base nas magnitudes de mergulho dadas na superfície.
Finalmente, estenda as camadas de rochas para a região terrestre acima. Isso mostra a presença inferida de rochas e estrutura geológica antes da erosão.
O mapa usado para esta demonstração mostra uma porção do quadrilátero de 7,5 minutos de MASONVILLE, USGS. As camadas de rocha e os contatos foram transferidos para o perfil geológico, e projeções feitas na subsuperfície e superfície. No caso de uma das unidades, o grupo Dakota, rotulado KD e destacado em verde, vemos as camadas mergulhando em um lado do que é chamado de anticline, a leste, e a oeste no lado oposto. No geral, as projeções sugerem uma combinação anticline-sincrolina, e a crista da anticlina é registrada no próprio mapa original como uma linha tracejada, com o cocho (pronuncie "trof") da sincronia indicada para o oeste por uma linha tracejada diferente. Esta combinação resulta em um conjunto curvado de formações rochosas, e uma formação curvada, produzida por tensões compressionais passadas nos estratos rochosos. O grupo Dakota, que segue este padrão de sincronia anticline, é uma unidade de importância, pois representa um arenito, que conterá água ou óleo, o que pode ser de interesse para a mineração.
Seções geológicas transversais são ferramentas úteis para uma série de tipos de investigação geológica. Algumas dessas aplicações são exploradas aqui.
Analisar sequências de depoimento, intrusão, deformação ou erosão ao longo do tempo pode informar não apenas as dimensões espaciais da rocha, mas também a dimensão temporal. Usando essas informações, também é possível simular e antecipar futuras mudanças na estrutura da Terra, como a erosão de substâncias mais suaves, deixando rochas mais duras expostas.
Depósitos minerais mais importantes economicamente; incluindo ouro, prata, cobre e molbênio; estão associadas com rochas ígneas. Se tais rochas forem encontradas na superfície durante um levantamento geológico, e seus contatos superficiais podem ser avaliados, é possível usar uma seção geológica transversal para extrapolar onde possível os minérios podem ser encontrados na subsuperfície.
Seções geológicas transversais são fundamentais para avaliar o fluxo de fluidos na subsuperfície. Compreender a orientação de camadas de aumento de fluxo, ou aquíferos, versus camadas de prevenção de fluxo, ou aquicluis, permite que os geólogos prevejam o movimento das águas subterrâneas e, potencialmente, determinem áreas adequadas para perfuração de poços. Em geral, os tipos de rochas que contêm espaço considerável de poros, como arenito, serão aquíferos, e aqueles com estrutura mais densa e pouco espaço poroso, como ardósia, atuarão como aquícidas. Crucialmente, essas informações também permitem a análise do movimento aquoso de poluentes e o desenvolvimento de possíveis estratégias de mitigação em tais eventos.
Você acabou de assistir a introdução de JoVE a seções geológicas transversais. Agora você deve entender como criar um perfil geológico a partir de um mapa geológico, e os usos e aplicações dessas seções geológicas transversais.
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Results
Para esta demonstração, uma parte do Lago Carter, Colorado, USGS 7,5 minutos Mapa do Quadrilátero foi usado. Esta notação significa que 7,5 minutos de longitude e 7,5 minutos de latitude definem os limites E-W e N-S no mapa. No lado leste da linha de seção transversal A-A', as camadas rochosas mergulham a oeste; em contraste, no lado oeste, as camadas mergulham para o leste. Pode-se inferir que essas camadas se encontram na subsuperfície para formar uma estrutura dobrável em forma de tigela, conhecida como sincronia. Em última análise, todas as dobras (sejam para baixo- deformações, como sincronias, ou up-warps, como anticlines) são um produto de deformação no estilo de compressão. Quando as rochas são espremidas, elas mostram características de deformação plástica (dobrando), especialmente se a deformação ocorreu relativamente rapidamente, com pressões de alta limitação e temperaturas elevadas na crosta superior da Terra. Em contraste, a rápida aplicação de estresse, baixa pressão de confinamento e baixas temperaturas são mais propensas a produzir deformação frágil, conhecida como falha.
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Applications and Summary
As seções transversais fornecem um meio de analisar e avaliar a orientação subsuperficial das unidades rochosas. Geólogos usam as regras relativas de datação de corte cruzado e superposição para determinar o tempo de deposição e deformação. Por exemplo, quando uma camada se senta acima da outra, pode-se inferir que a camada superior é provavelmente mais jovem do que a camada abaixo. Além disso, se uma falha corta uma unidade de rocha específica, então a falha é provavelmente mais jovem do que a unidade de rocha que compensa.
Algumas aplicações específicas incluem a determinação do histórico geológico, análise do fluxo de águas subterrâneas, depósitos minerais e reservatórios de petróleo e gás. Técnicas relativas de datação permitem a avaliação de uma sequência de eventos geológicos, incluindo deposição, intrusão e deformação (dobras e falhas). Geólogos buscam entender a terra não apenas nas três dimensões espaciais, mas também no contexto de uma dimensão temporal, sendo a ideia reconstruir a mudança geológica através do tempo.
Seções transversais são uma chave para avaliar o fluxo de fluidos na subsuperfície. Compreender a orientação das camadas de aumento de fluxo (aquíferos) versus camadas que impedem o fluxo (aquiclúlicos) é a chave para avaliar o movimento das águas subterrâneas. Isso também fornece um aplicativo para determinar onde os poços são melhores a serem perfurados. Permite a análise do movimento aquoso do poluente e possíveis estratégias de mitigação. Em geral, os tipos de rochas que contêm espaço poros considerável (por exemplo, arenito ou rochas ígneas/metamórficas altamente fraturadas) serão aquíferos. Em contraste, os tipos de rocha que contêm espaço limitado de poros (ou poros que não possuem interconectividade) provavelmente serão aquicluídos.
A maioria dos depósitos minerais econômicos (por exemplo,Au, Ag,, Mo, etc.) estão associados a rochas ígneas. Se rochas ígneas aflorarem na superfície, e seus contatos superficiais podem ser avaliados, então pode-se determinar onde os minérios possíveis podem ser encontrados na subsuperfície. A maioria dos reservatórios de petróleo e gás estão associados a rochas sedimentares, porque estes são os tipos de rochas que contêm fontes de hidrocarbonetos (orgânicos deteriorados, tanto terrestres quanto marinhos). Aqui, a análise de seções transversais é absolutamente fundamental para determinar onde as armadilhas de dobra ou falha podem existir, e se elas contêm recursos petrolíferos. Por exemplo, up-warps (anticlines) são um local clássico para perfuração de petróleo e gás. Isso ocorre porque os hidrocarbonetos móveis tendem a fluir para cima, dentro de camadas permeáveis, até atingirem o pico (ou eixo) de uma anticline. Se a camada permeável for tampada por uma camada impermeável, então um reservatório de hidrocarbonetos se acumula e se acumula no ápice da dobra.
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