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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Tectnica e Geologia Estrutural
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
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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
PETROBRAS
Tectnica e Geologia Estrutural
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
14 Tectnica e Geologia Estrutural
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
16 Tectnica e Geologia Estrutural
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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""'"'
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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
18 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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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 .
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A Tectnica de Placas nas Geocincias
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
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20 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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A Tectnica de Placas nas Geocincias
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
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Tectnica e Geologia Estrutural 22
'"" PETROBRAS
}..-.., L, UNIVERSIDADE PETROBRAS
PETROB/fAS
24 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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"
.....__
...--...
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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: .
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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 . ) .
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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
28 Tectnica e Geologia Estrutural
2 . 2 . Ori ge m d o S i s t e m a S o l a r .A - ,J...Oih -
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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
30 Tectnica e Geologia Estrutural
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
32 Tectnica e Geologia Estrutural
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
Universidade 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
_ Universidade 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
36 Tectnica e Geologia Estrutural
------------' 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(
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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
Tectnica e Geologia Estrutural
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 .
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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 .
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39
40 Tectnica e Geologia Estrutural
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
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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
42 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
"
.....,
--. ------
""'
-----
------
Universidade Petrobras
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
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44 Tectnica e Geologia Estrutural
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-
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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
46 Tectnica e Geologia Estrutural
---------------------- 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
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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
50 Tectnica e Geologia Estrutural
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).
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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
54 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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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 .
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55
56 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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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.
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57
58 Tectnica e Geologia Estrutural
---------------------- 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
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- PETROB/fAS
I
60 Tectnica e Geologia Estrutural
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.).
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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
62 Tectnica e Geologia Estrutural
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
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Fora, Tenso e Deformao
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.
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63
----------------------------------------------------------
64 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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Fora, Tenso e Deformao
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
66 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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--..._
--.._
'
--..._
'
'
'
""'
.\
r--
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Fora, Tenso e Deformao
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:
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68 Tectnica e Geologia Estrutural
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
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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) .
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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
70 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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-----
.......
-..
-,
'
; "
.......
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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).
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72 Tectnica e Geologia Estrutural
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.
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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
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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.
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73
74 Tectnica e Geologia Estrutural
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
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Fora, Tenso e Deformao
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
76 Tectnica e Geologia Estrutural
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
,_.._
"'
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,_.._
r--,
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-
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......._
Universidade Petrobras
Fora, Tenso e Deformao
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
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