1.1: Estructuras geológicas

Geología estructural

¿Qué son las estructuras geológicas?

Si la corteza terrestre fuera completamente uniforme y homogénea (lo mismo en todas partes), tendríamos grandes dificultades para averiguar algo sobre su historia. Afortunadamente, la corteza terrestre contiene estructuras de muchos tipos. Las estructuras son variaciones en las propiedades de la corteza terrestre. Esas variaciones pueden ser:

• Variaciones espaciales: las rocas de la corteza terrestre varían de un lugar a otro, ya sea en la superficie o debajo; o
• Variaciones direccionales: las rocas se ven diferentes cuando se ven desde diferentes direcciones.

Por ejemplo, donde un tipo de roca contacta con otro, hay un límite geológico, un tipo de estructura. Los límites geológicos incluyen:

• fallas
• planos de ropa de cama
• los bordes de las intrusiones ígneas (contactos intrusivos)
• antiguas superficies de erosión (inconformidades)

Deberías haber escuchado sobre todos estos tipos de límites en tus cursos introductorios. Todos estos límites te dicen algo sobre la historia geológica de la zona donde se encuentran.

Figura 1. Mapeo de un límite geológico

Incluso sin mirar límites, es posible que se pueda ver estructura en una unidad rocosa: las propiedades de muchas rocas varían con la dirección porque los granos minerales están alineados entre sí: decimos que la roca tiene tela, otro tipo de estructura.

Figura 2. Sección delgada microscópica de una roca con tela (campo de visión 5 mm). Los pequeños minerales oscuros con una fuerte alineación son la mica biotita. Los minerales grises más grandes son principalmente los minerales ricos en aluminio, estaurolita y granate. Los minerales ligeros son el cuarzo y el feldespato.

Tales estructuras pueden decirnos mucho sobre la historia de la Tierra, y son críticas para quienes buscan recursos como el agua, el petróleo y los minerales.

Algunas estructuras geológicas se formaron al mismo tiempo que las rocas en las que se encuentran. Se trata de estructuras primarias. Ejemplos de estructuras primarias incluyen lechos y láminas en rocas sedimentarias como arenisca o esquisto, y almohadas de lava en rocas ígneas extrusivas como el basalto. En general, aprenderás más sobre las estructuras primarias en cursos que tratan de la formación de diversos tipos de rocas, pero esta introducción cubrirá algunos de los tipos más importantes de estructura primaria, especialmente aquellos que son importantes para descubrir la historia de la Tierra.

Muchas estructuras se forman mucho después de las rocas en las que se encuentran. Se trata de estructuras secundarias. Las estructuras secundarias incluyen pliegues, fracturas, foliaciones en rocas metamórficas y una serie de otras características. La mayoría de las estructuras secundarias son producto de la deformación, el movimiento de partes de la corteza entre sí. La geología estructural se ocupa principalmente de las estructuras secundarias, y por lo tanto se trata principalmente de la deformación de la Tierra.

La tectónica es un término estrechamente relacionado con la geología estructural. Originalmente, la tectónica se refería a la descripción matemática y geométrica de estructuras geológicas a escalas bastante pequeñas. Sin embargo, en la década de 1960 se encontró que los movimientos a gran escala de la parte exterior de la Tierra (la litosfera) podían describirse mediante métodos matemáticos y geométricos bastante simples, y nació la tectónica de placas. Desde entonces, el término tectónica se ha referido principalmente al estudio de movimientos a gran escala de la litosfera y las estructuras que éstas han producido.

Análisis estructural

La corteza terrestre contiene estructuras en casi todas partes, y los objetivos de la geología estructural son documentar y comprender estas estructuras. En general, el trabajo en geología estructural está dirigido a tres objetivos diferentes, o niveles de comprensión.

• Análisis descriptivo o geométrico — ¿cuáles son las posiciones, orientaciones, tamaños y formas de las estructuras que existen en la corteza terrestre en la actualidad?
• Análisis cinemático: ¿qué cambios de posición, orientación, tamaño y forma ocurrieron entre la formación de las rocas y su configuración actual? En conjunto, estos cambios se llaman deformación. Los cambios de tamaño y forma se denominan deformación; el análisis de deformación es una parte especial del análisis cinemático.
• Análisis dinámico: ¿qué fuerzas operaban y cuánta energía se requería para deformar las rocas en su configuración actual? La mayoría de las veces en el análisis dinámico nos interesa qué tan concentradas estaban las fuerzas. El esfuerzo, o fuerza por unidad de área, es una medida común de concentración de fuerza utilizada en el análisis dinámico.

Es importante mantener estos tres distintos. En particular, asegúrate de poder describir las estructuras primero, antes de intentar averiguar qué se movió a dónde, y evita sacar conclusiones sobre la fuerza o el estrés sin primero entender tanto la geometría como la cinemática de la situación.

Gran parte de este libro se centrará en el objetivo descriptivo o geométrico, que es una base para una mayor comprensión. Una vez que hayas descrito a fondo las estructuras, podrás proceder a conclusiones cinemáticas y a veces dinámicas.

Escala

Los geólogos estructurales observan estructuras en una variedad de escalas, que van desde características que afectan solo a unos pocos átomos dentro de los granos minerales, hasta estructuras que atraviesan continentes enteros. Es conveniente reconocer tres escalas diferentes de observación.

• Las estructuras microscópicas son aquellas que requieren asistencia óptica para hacerlas visibles.
• Las estructuras mesoscópicas o a escala de afloramientos son visibles en una sola vista en la superficie de la Tierra sin asistencia
  óptica.
• Las estructuras macroscópicas o a escala de mapa son demasiado grandes para verlas en una sola vista. Deben ser mapeados para hacerlos visibles, o tomar imágenes desde una aeronave o un satélite.

Mapas geológicos

Una representación poderosa de la geometría de las estructuras rocosas es un mapa geológico o geológico. Los mapas geológicos se crean a través del proceso de mapeo en el que se visitan afloramientos en el curso del trabajo de campo, se describen y se registran en un mapa base topográfico. El resultado es un mapa de afloramientos en el que se registran los tipos de rocas y estructuras observadas. En la mayoría de las áreas, habrá brechas entre los afloramientos observados, donde el lecho rocoso está oscurecido por suelo, vegetación u otros tipos de sobrecarga.

Para hacer un mapa geológico es necesaria alguna interpretación, a fin de rellenar las zonas entre los afloramientos. En la mayoría de los casos, se requiere cierta comprensión de los procesos geológicos para poder llegar a una interpretación. La figura 3a muestra un mapa de afloramientos, y la figura 3b muestra un intento de un mapa geológico realizado sin mucha comprensión de los procesos geológicos. Si bien satisface las observaciones de manera simplista, es poco probable que sea correcta. La Figura 3c es una interpretación más probable, realizada con cierta comprensión de los procesos geológicos. Tenga en cuenta que esta, segunda versión conduce a algunas interpretaciones cinemáticas. Podemos inferir que quizás las unidades paralelas B, C y D representan capas sedimentarias, y la unidad A es quizás una intrusión más joven porque las corta transversalmente.

Figura 3. a) Un mapa de afloramientos con (b) una interpretación poco probable y (c) una interpretación más probable, produciendo un mapa geológico razonable.