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CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1

CG-520 GEOL EOLOGÍA OGÍA ESTRUCTURAL LABORATORIO 1- DEFI EFINICIÓN NICIÓN Y PR PROYECCIÓN OYECCIÓN D E ELEMENTO ELEMENTOS S ESTRUCTURA ESTRUCTURALES LES 1. OBJETIVOS Conocer los elementos estructurales necesarios para orientar planos y líneas en el espacio y proyectarlos en una proyección azimutal.

2. PLANOS Muchas de las estructuras geológicas que se observan y miden en terreno pueden ser representadas a través de planos, lo que facilita su estudio espacial, geométrico, estadístico, cinemática y/o dinámico. Ejemplos estructuras que pueden ser representadas a través de planos: contactos geológicos, discordancias, estratificaciones, foliaciones, bandeamientos, clivajes, diques, fallas, fracturas, diaclasas, vetas, planos axiales de pliegues. La actitud de un pl plano ano [attitude ]1 corresponde a su orientación en el espacio y puede ser definida de dos formas: a) en base al rumbo y al manteo b) en base al rumbo y a la dirección de manteo

Figura 1. Elementos de un plano en el espacio

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Entre [ ] se indica la traducción en inglés que corresponde con el término señalado en

castellano. 1

CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 La lí línea nea d de e rumbo de un pl plano ano [ strike] (Figura 1: ρ) es la línea de definida por la intersección de dicho plano y otro horizontal. Por lo tanto, el rumbo de un plano es una línea horizontal. El ángulo horizontal entre la línea de rumbo y una dirección coordenada de referencia corresponde a la orientación [bearing]. Como generalmente la dirección de referencia es el norte geográfico, la orientación de la línea de rumbo coincide con el azimut [azimuth ] que es el ángulo que medimos con la brújula [compass] El manteo de un plano [dip ] (Figura 1: µ) es el ángulo vertical entre un plano inclinado y una línea horizontal perpendicular a la línea de rumbo. Este ángulo de manteo siempre será el mayor ángulo de inclinación posible para el plano inclinado en estudio y es referido en algunas oportunidades como manteo real [true dip] en oposición al manteo aparente [apparent dip ]. Este último es un ángulo menor al manteo real y es medido en algún plano vertical auxiliar que no es perpendicular al rumbo del plano estudiado. Por otra parte, la dirección de manteo [ dip direction ] (Figura 1: DM) es la orientación de la línea horizontal perpendicular al rumbo hacia donde se inclina el plano estudiado.

Figura 2. Elementos de una línea en el espacio

3. LÍNE ÍNEAS AS Otra fuente importante de datos estructurales son los elementos que pueden ser representados a través de líneas: intersección entre estratificación y clivaje, estrías de falla, ejes de pliegue, lineaciones minerales, etc. La actitud de una línea se representa a través del buzamiento [plunge ] (Figura 2: β), que es el ángulo horizontal entre la línea inclinada y otra horizontal, y la

dirección de buzamiento [trend o bearing ] (Figura 2: δ) que corresponde al azimut de la 2

CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 proyección de la línea en un plano horizontal. Si una línea ocurre contenida en un plano de actitud conocida, su orientación puede ser representada por medio del barrido [pitch o rake] (Figura 2: r), que es el ángulo entre la línea inclinada y una línea horizontal, medido a través del plano que la contiene.

Figura 3. División de la circunferencia según la notación cuadrante.

4. CONVENCIÓN

PARA LA NOTACIÓN DE PLANOS

La orientación de un plano en el espacio puede ser indicada a través del rumbo y del ángulo de manteo. En la notación cuadrante [quadrant] la circunferencia es dividida en cuadrantes de 90º cada uno, usando como referencia los puntos cardinales (Figura 3). El rumbo de un plano es señalado usando como referencia el norte (N) o el sur (S), seguido del valor del ángulo y de la dirección hacia donde está inclinado el plano (ejemplo: N45E/60SE; Figura 5C).

Figura 4. División de la circunferencia según notación azimutal A) círculo completo y B) medio círculo. 3

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Figura 5. Comparación entre las distintas notaciones para indicar la orientación de un plano en el espacio A) azimutal círculo completo; B) azimutal de medio círculo; C) cuadrante; D) manteo/dirección de manteo.

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CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 La notación azimutal utiliza el norte como referencia única para la medición de los ángulos de rumbo. Existen dos subtipos de notación azimutal: a) notación azim azimutal utal cí círculo rculo comple completo to : la circunferencia se divide en 360º en sentido de las manecillas del reloj (Figura 4A). La actitud del plano debe ser indicada por el valor del ángulo de azimut correspondiente al rumbo -a través de un número de tres dígitos- seguido del manteo –representado por un número de dos dígitos. En general, la dirección del ángulo de manteo es indicada de forma que quede a la derecha de la línea de rumbo; esta convención se conoce como regla de la mano dere derecha cha [right-hand rule ] (ejemplo: 045/60; Figura 5A). Por oposición existe la regla de la mano b)

izquierda, la que no es comúnmente empleada en geología (Figura 5B). Notación azimutal de m medio edio círc círculo ulo : La circunferencia se divide en dos mitades de 180º, comenzando desde el norte (Figura 4B). En general, para esta notación también se utiliza la regla de la mano derecha, por lo que se indica el azimut –por medio de un número de tres dígitos- que sea consistente con un manteo hacia la derecha de la línea de rumbo (ejemplo: 045/60SE; Figura 5B). Por su parte, el ángulo de manteo se indica a través de un número de dos cifras y de la dirección hacia donde está inclinado el plano medido.

Al medir la actitud de un plano con una brújula Freiberger, la aguja imantada indica la dirección de manteo sobre el goniómetro y no el rumbo. En este caso, la notación que se emplea para indicar la actitud es conocida como manteo/ dirección de manteo [dip/dip direction ]. Como sugiere el nombre, al usar esta convención se indica primero el ángulo de manteo -mediante un número de dos dígito- y luego la dirección de manteo –por medio de un número de tres cifras (ejemplo: 60→135; Figura 5D). Esta notación es usada por muchos geólogos estructurales ya que para un plano en el espacio entrega una única lectura posible.

5. CONVENCIONES

PARA LA NOTACIÓN D E LÍ LÍNEAS NEAS

La orientación de una línea en el espacio puede ser indicada a través del ángulo de buzamiento y la dirección de buzamiento. La notación para ambos elementos es similar a la empleada para los planos. En el caso de usar la notación azimutal de ccírculo írculo ccomple omple ompleto to , el buzamiento se indica a través de una cifra de dos dígitos, mientras que la dirección de manteo se señala mediante un número de tres cifras entre 000º y 360º (ejemplo: 60/225; Figura 6A). En caso de utilizar la notación azimutal de medio círculo , se debe acompañar al ángulo de buzamiento la dirección E ú W, dependiendo de la dirección desde donde buza la línea (ejemplo: 60W/135; Figura 6B). Otra posibilidad es usar la notación cuadrante para indicar la orientación de una línea. En este caso, el primer término indica el punto de referencia el norte (N) o el sur (S), el ángulo de dirección de buzamiento –mediante un número de dos cifras- seguido de la dirección este (E) u 5

CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 oeste (W) según corresponda. El segundo término corresponde al ángulo de buzamiento – mediante un número de dos cifras (ejemplo: S45W/60; Figura 6C).

Figura 6. Comparación entre las distintas notaciones para indicar la orientación de una línea en el espacio A) azimutal círculo completo; B) azimutal de medio círculo; C) cuadrante. Si en terreno se midió el barrido de una línea en un plano inclinado (por ejemplo lineación mineral en un plano de foliación; estría en una falla), la convención para el barrido debe ser consistente con la nomenclatura usada para indicar el plano. Por ejemplo, en la Figura 7 L 1 tiene un barrido r1; si el plano inclinado que la contiene es indicado según la regla de la ma mano no derecha , el ángulo de barrido debe ser medido desde el extremo de la línea de rumbo que fue utilizada para señalar el rumbo ( ) y se debe indicar por medio de un número de tres cifras que variará entre 000º y 180º. En este caso, la actitud del plano inclinado se indica como 045/50, mientras que el barrido de L1 y L2 se deben escribir 040º y 120º respectivamente.

Figura 7. Comparación entre el barrido de dos líneas contenidas en el mismo plano inclinado pero con buzamiento opuesto. 6

CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 Si la notación utilizada para entregar la actitud del plano es cuadrante –N45E/50SE-, los barridos de L1 y L2 se deben señalar por medio de números de dos cifras que varían entre 00º y 90º acompañados de la dirección hacia donde buzan: 40º N y 60º S respectivamente. En este caso, se recomienda que el valor del ángulo sea acompañado sólo por un punto cardinal. Independiente de notación utilizada, si el ángulo de barrido es expresado a través de un número de tres cifras –de 000º a 180º- se debe entender que el valor fue medido desde el extremo de la línea de rumbo señalada en la actitud del plano. Por el contrario, un barrido indicado por un número de dos cifras –de 00º a 90º- seguido de un punto cardinal, señalará directamente la dirección de buzamiento de la línea contenida en el plano. Por esta razón, muchos geólogos estructurales prefieren considerar siempre el barrido como el ángulo agudo que forma la línea con el rumbo del plano que la contiene, independiente de la notación empleada para señalar la orientación del plano.

6. PROYECCIONES

AZIMUTALES

En geología estructural, para resolver problemas geométricos que involucran actitudes de planos y líneas en el espacio se utilizan distintos tipos de proyección que facilitan los procedimientos de análisis. Las principales proyecciones azimutales utilizadas son: a) la proyección estereográfica, también conocida como stereonet o red de Wulff y b) la proyección de Schmidt, también llamada equivalente, equiareal o de Lambert. a) Proyección azimutal estere estereográfica ográfica o de Wulff . Este tipo de proyección azimutal tiene dos características importantes: preserva los ángulos (es conforme) a través de toda la proyección pero no conserva las áreas (Anexo 1). Esta proyección es útil cuando los ángulos entre estructuras dibujadas en la red quieren ser medidas en forma precisa con un transportador [ protractor ]. Este tipo de proyección es muy utilizada en cristalografía. b) Proyección azimutal equiáreal (equivalente, de Lambert, o de Schmidt ). Esta proyección azimutal tiene dos características importantes: preserva las áreas a través de toda la proyección (es equivalente) pero no conserva los ángulos (Anexo 2). Esta proyección, al preservar las áreas, permite analizar la concentración de una población numerosa de datos de puntos –polos de planos o líneas. A pesar de no preservar los ángulos, la proyección de Schmidt puede ser utilizada para medir ángulos cuando no se requiere utilizar un transportador directamente sobre la proyección. Por esta razón, este tipo de proyección es la muy utilizada por los geólogos estructurales y será la utilizada durante el desarrollo de esta asignatura. Las proyecciones azimutales están formadas por a) un círculo mayor , que coincide un plano menores ores que corresponden a planos inclinados con manteos múltiplos de horizontal, b) círculos men 10º y c) círculos menores que representan planos con ángulos de manteo que varía cada 1º (Figura 8).

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Figura 8. Elementos principales de una red azimutal (En Rowland, 1986) Las proyecciones azimutales son una forma de representar una esfera coordenada, que puede ser dividida en un hemisferio inferior y otro superior. En geología estructural se suele utilizar el

hemisferio inf inferior erior para proyectar los datos. De esta forma, los datos dibujados en la red azimutal equivalen alo que observaría por sobre el hemisferio inferior.

7. REPRESENTACIÓN DE

ELEM ELEMENTOS ENTOS ESTRUCTURALES EN UNA PROYECCIÓN AZIMUTAL

7.1 Preparació Preparación n Antes de iniciar la proyección de datos en una red es necesario disponer de a) una red a azimutal zimutal base ; b) papel transparente ; c) un mecanismo que permita la rotación del papel transparente a través del eje de la red de base. La proyección de datos y los cálculos geométricos deben ser realizados sobre el papel transparente. Se sugiere que antes de comenzar los procedimientos geométricos se marque en el papel transparente el círculo primitivo y una flecha en la posición del norte. 7.2 Represent Representación ación de un plano Para proyectar un plano de estratificación con orientación N80W/40S es necesario: a) Visualizar el plano en relación al hemisferio inferior de la proyección (Figura 9a) b) Sobre red azimutal, marcar el círculo primitivo y una flecha en la posición donde se ubica el norte. Contar 80º desde el norte en dirección contraria a las manecillas del reloj y marcar en el círculo primitivo una línea que represente el rumbo del plano (Figura 9b). Como la línea de rumbo corta al círculo primitivo en dos puntos –separados por 180º- , se recomienda marcar también el punto opuesto (S80E). Se recomienda marcar también la dirección de manteo del plano.

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CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 c) Girar el papel transparente hasta la posición en que coincide el norte de la red base con el rumbo del plano marcado y marcar el círculo mayor que corresponda al plano inclinado 40ºS (círculos mayores ubicados en la mitad izquierda; Figura 9b). d) Volver a la posición inicial, donde coinciden el norte de la red y la flecha marcada en el papel transparente y comparar con la visualización inicial.

Figura 9. Procedimiento para representar un plano en una red azimutal (En Marshak y Mitra, 1988). 7.3 Represent Representación ación de una línea Para representar en una red azimutal una línea que corresponde a un eje de pliegue de orientación 38/S42W es necesario: a) Visualizar el plano en relación al hemisferio inferior de la proyección (Figura 10a).

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CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 b) Contar 42º desde el sur hacia el oeste (en sentido de las manecillas del reloj) y marcar una línea que represente la dirección de buzamiento de la línea en el círculo primitivo (Figura 10b). c) Girar el papel transparente hasta que la marca de la dirección de buzamiento coincida con el sur (Figura 10c). En esta posición, contar 38º hacia el centro de la red base a lo largo de la línea norte –sur. En dicha posición, dibujar un punto, el que representara la línea. d) Volver a la posición inicial, donde coinciden el norte de la red y la flecha marcada en el papel transparente y comparar con la visualización inicial (Figura 10d).

Figura 10. Procedimiento para representar una línea en una red azimutal (En Marshak y Mitra, 1988).

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CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 7.4 Determi Determinación nación del buzamiento de una lín línea ea contenida en un pl plano ano inclinado Un plano de clivaje tiene una actitud de 110/43. Una lineación mineral en el plano tiene una dirección de buzamiento de 160º. Para dibujar la lineación en el plano de clivaje y determinar su buzamiento es necesario: a) Visualizar el plano y la línea en relación al hemisferio inferior de la proyección (Figura 11a). Notar que la convención utilizada es azimutal – regla de la mano derecha. b) Marcar el plano de clivaje en el papel transparente (Figura 11b). c) Volver el papel transparente a la posición de origen donde coinciden el norte de la red base y la flecha del norte en el papel (Figura 11c). Contar 160º desde en dirección de las manecillas del reloj. Marcar la posición en el círculo primitivo, la que corresponderá a la dirección de buzamiento de la lineación. d) Ubicar la marca de la dirección de buzamiento en la posición sur. En esta posición, la lineación yace en la línea norte-sur; como también está contenida en el plano de clivaje dibujado en (b), la lineación estará representada por el punto de intersección entre la línea de diámetro norte-sur y el plano de clivaje dibujado (Figura 11d). En esta posición, el buzamiento de la lineación puede ser leído directamente contando los grados a lo largo del diámetro norte-sur, desde el círculo primitivo hasta la lineación (34º). La orientación de la lineación será entonces 34/160 e) Volver a la posición inicial, donde coinciden el norte de la red y la flecha marcada en el papel transparente y comparar con la visualización inicial (Figura 11d).

Figura 11. Procedimiento para representar en una red azimutal una línea contenida en un plano inclinado (En Marshak y Mitra, 1988). 11

CG-520. Geología Estructural. Laboratorio 1 7.5 Determi Determinación nación del barrido de una lí línea nea Un plano de clivaje tiene una actitud de 110/43. Una lineación mineral en el plano tiene una actitud de 34/160. Para determinar el barrido de la lineación en el plano de clivaje es necesario: a) Como los datos utilizados son los mismos que en el ejemplo anterior, dibujar el plano de clivaje y la lineación siguiendo el procedimiento antes señalado (6.4; Figura 11). b) Girar el papel transparente de manera que el rumbo del plano de clivaje coincida con la línea norte-sur y con un círculo mayor que representa al clivaje. En esta posición contar los grados desde el círculo primitivo hasta la lineación, a lo largo del círculo mayor que representa al clivaje -ese valor corresponderá al barrido (58º; Figura 12a). Notar que los datos están indicados en notación azimutal –regla de la mano derecha, por lo tanto el ángulo de barrido debe ser contado desde el extremo del plano de clivaje que coincide con el sur de la red base y que está a 110º hacia el este de la flecha de referencia norte dibujada en el papel transparente. De esta forma, la orientación de la lineación en función del plano de clivaje que la contiene será: barrido de 058º en el plano de clivaje 110/43 (azimutal – regla de la mano derecha). c) Volver a la posición inicial (Figura 12a) y comparar el resultado con la visualización en la Figura 11a. Si cambiáramos los datos y el resultado a la notación cuadrante el barrido de la lineación se señalaría: barrido de 58ºE en un plano de clivaje N70W/43SW.

Figura 13. Procedimiento para determinar en una red azimutal el barrido de una línea conociendo su actitud (En Marshak y Mitra, 1988).

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7.6 Determi Determinación nación de la actitud de una línea en base a su barri barrido do en un plano El procedimiento consiste en revertir los ejemplos 6.5 y 6.6. Considerando una lineación que tiene un barrido de 058º en un plano de clivaje de actitud 110/43, para determinar su buzamiento y dirección de buzamiento es necesario: a) Visualizar el problema (Figura 12a) b) Dibujar el plano de clivaje (Figura 14a) c) En la posición donde coincide el rumbo del plano con la dirección norte-sur, contar 58º desde el extremo del plano que cumpla el requisito de la regla de la mano derecha y dibujar el punto sobre el plano que representa a la lineación (Figura 14a). d) Girar el papel transparente hasta que la lineación quede contenida en el diámetro nortesur de la red base. Marcar la dirección de buzamiento en el círculo primitivo y contar el número de grados a lo largo del diámetro norte-sur, partiendo desde el círculo primitivo hasta la lineación (34º; Figura 14b). e) Girar el papel transparente hasta que coincida el norte de la red base y la flecha. Leer la dirección de buzamiento marcada en el círculo primitivo (160º). Finalmente, la actitud de la lineación contenida en el plano de clivaje será de 34/160. Si se hiciera un cambio de notación a cuad...