1.2: Orientación de Estructuras

Líneas y Planos

Características lineales y planas en geología

Casi todos los trabajos sobre estructuras geológicas se refieren de una manera u otra con líneas y planos.

Los siguientes son ejemplos de características lineales que se pueden observar en las rocas, junto con algunas deducciones cinemáticas de las mismas:

• estrías glaciales (que revelan la dirección del movimiento del hielo);
• la tela o lineación producida por la alineación de anfíboles vistos en rocas metamórficas (que revelan la dirección de estiramiento adquirida durante la deformación);
• y la alineación de clastos alargados o conchas fósiles en rocas sedimentarias (lo que revela la dirección de la corriente).

Entre los ejemplos de entidades planas se incluyen:

• cuerpos intrusivos ígneos tabulares como diques y alféizares;
• planos de lecho en rocas sedimentarias;
• la tela o foliación producida por la alineación de minerales de silicato laminar como la mica en rocas metamórficas, lo que revela la dirección del aplanamiento durante la deformación;
• juntas y fallas producidas por la falla de rocas en respuesta al estrés (y que por lo tanto revelan la orientación del estrés en algún momento del pasado).

Observe que aunque varias de las observaciones descriptivas anteriores conducen a inferencias cinemáticas, ¡solo la última nos permite sacar conclusiones dinámicas!

Rodamientos

Para describir casi cualquier estructura, necesitamos decir algo sobre su orientación (también conocida como su actitud): ¿Corre norte-sur, o quizás este-oeste, o algún punto intermedio? Una dirección relativa al norte se denomina rumbo. En la mayoría de los trabajos geológicos, los rodamientos se especifican como azimutos.

Un acimut es un rumbo medido en sentido horario desde el norte.

Un acimut de 000° representa norte, 087° es solo una sombra al norte del este, 225° representa suroeste y 315° representa NW.

Figura 1: Brújula utilizada para medir un acimut —en este caso el golpe de un plano de cama.

Observe que lo mejor es usar un número de tres dígitos para los azimutos. Esto ayuda a evitar confusiones con inclinaciones (abajo). El símbolo de grado a menudo se omite cuando se graban grandes números de azimuts.

De manera confusa, existen otros métodos para especificar un azimut. En Estados Unidos, los rodamientos a menudo se especifican usando cuadrantes.

En el método de medición de los cuadrantes, los ángulos se miden comenzando ya sea hacia el norte o hacia el sur (lo que sea más cercano), y se miden contando grados hacia el este u oeste.

Aquí están los cuatro acimutos anteriores, convertidos a la representación de cuadrantes:

000° N00E

087° N87E

225° S45W

315° N45W

Debido a que es más confuso, sobre todo a la hora de hacer cálculos, no vamos a utilizar mucho el método de cuadrantes en este manual. Sin embargo, es necesario estar preparado para entender las mediciones registradas como cuadrantes, especialmente al leer libros e informes geológicos publicados en EE. UU.

Los azimutos se miden típicamente con una brújula, que utiliza el campo magnético de la Tierra como dirección de referencia. En la mayor parte de la Tierra, el campo magnético no está alineado exactamente norte-sur.

La declinación magnética es el acimut del campo magnético de la Tierra.

La declinación magnética varía de un lugar a otro y varía lentamente con el tiempo. Actualmente (2020) la declinación en Edmonton es de unos 014°.

La mayoría de las brújulas geológicas tienen un mecanismo para compensar la declinación. Por supuesto, la brújula debe ajustarse para el área particular en la que se esté trabajando.

Inclinaciones

Otro tipo de medición se utiliza a menudo en geología estructural:

Una inclinación es un ángulo de pendiente medido hacia abajo con relación a la horizontal.

Figura 2: Compass-clinómetro utilizado para medir una inclinación — en este caso la inmersión de un plano de cama.

Una línea horizontal tiene una inclinación de 00°, y una vertical está inclinada 90°. Utilice siempre dos dígitos para la inclinación, para distinguir las inclinaciones de los azimutos (tres dígitos).

Las inclinaciones se miden usando un dispositivo llamado clinómetro o inclinómetro. Las brújulas geológicas suelen tener un clinómetro incorporado, por lo que se puede utilizar un instrumento para medir ambos tipos de ángulo. Sin embargo, debes sostener la brújula de manera diferente en cada caso:

Para medir un acimut con precisión, usando el campo magnético de la Tierra, debes sostener la brújula horizontal;

Para medir una inclinación, estás usando el campo de gravedad de la Tierra, y la brújula debe mantenerse en un plano vertical.

Orientación de una línea

Para especificar la orientación de una línea se requieren dos medidas, llamadas caída y tendencia:

La caída de una línea es su inclinación, medida hacia abajo en relación con la horizontal;

La tendencia de una línea es su acimut, medido en la dirección de caída.

Figura 3: Tendencia y caída de una característica geológica lineal.

Entonces, una línea con caída 07 y tendencia 007 se inclina hacia abajo muy suavemente en una dirección justo al este del norte. 227-87 especifica una línea que se hunde muy abruptamente hacia el SW.

Existen varias convenciones diferentes para escribir medidas de inmersión y tendencia: algunos geólogos escriben primero la inmersión y otros la escriben en segundo lugar. La mejor manera de mantener las cosas claras es usar siempre tres dígitos para la tendencia y dos para la zambullida. Además, a veces es útil especificar la dirección de la brújula, solo como una verificación, p.

025-37 NE

Orientación de un plano

Para especificar la orientación de un plano, también necesitamos dos medidas, un acimut y una inclinación. La caída de un plano es su inclinación. Es importante a la hora de medir la pendiente más pronunciada posible en el plano. Si tienes dudas, imagina que el agua corre por la superficie; tomará el camino más empinado, en dirección a la inmersión.

La caída de un plano es la inclinación de la línea más pronunciada del plano.

El acimut de un avión es un poco más complicado. Hay varias direcciones diferentes que podríamos medir. Si medimos la dirección en la que el plano se inclina cuesta abajo, entonces estamos midiendo la dirección de la inmersión.

La dirección de inmersión del plano es el acimut de la línea más empinada del plano.

Sin embargo, la dirección de inmersión no es fácil de medir con precisión con muchas brújulas, porque la pendiente del plano varía bastante gradualmente a ambos lados de la dirección de inmersión. Por esta razón, muchos geólogos prefieren medir el golpe, que se refiere a la dirección de una línea horizontal trazada en la superficie.

El golpe de un avión es el acimut de una línea horizontal que se encuentra en el plano.

Figura 4. Golpe, inmersión y dirección de inmersión de un avión.

Hay dos direcciones en las que podríamos medir el golpe, ¡con una diferencia de 180°! La dirección de inmersión es en sentido horario desde uno, y en sentido antihorario desde el otro. En la mayoría de los trabajos de campo geológicos canadienses, se utiliza la regla de la derecha ('RHR') para evitar esta ambigüedad.

Regla de la derecha: Cuando estás orientado en la dirección de golpe, el avión se hunde hacia abajo hacia tu derecha.

Una afirmación equivalente es que el golpe es siempre 90° en sentido antihorario desde la dirección de inmersión.

Es una buena idea agregar una dirección aproximada de la brújula a la medición de inmersión, así como verificar que la medición de la regla de la derecha se haya realizado correctamente. Por ejemplo:

345/45 NE

especifica un plano que desciende a 45° con impacto aproximadamente NNW. La dirección de inmersión es en el sentido de las agujas del reloj desde el golpe, por lo que la dirección de inmersión es ENE, pero 'NE' indica que tenemos la dirección correcta.

Otras convenciones para definir la orientación de un plano

Desafortunadamente, existen varias otras convenciones para resolver la ambigüedad de huelga.

Algunos geólogos prefieren registrar la dirección de ataque que sea inferior a 180, y usar letras (por ejemplo, 'NE') para resolver la ambigüedad. En esta convención ('strike, dip, alphabetic dip direction ') se escribiría la medida anterior:

165/45 NE

Otros geólogos prefieren registrar la dirección de la inmersión y la inmersión. En la convención 'dip-direction, dip' (DDD), la medición anterior estaría escrita:

075,45

En el Reino Unido la huelga a veces se ha especificado para que la dirección de la caída sea en sentido contrario a las agujas del reloj desde la huelga, aunque confusamente esta convención también se llama 'regla de la derecha'. Si quieres conocer la lógica de esta convención, ¡pregúntale a un geólogo británico! (No tiene nada que ver con conducir por el lado izquierdo de la carretera.) En esta convención, nuestro avión sería:

165/45

En la mayoría de los trabajos para este curso, los planos se especificarán utilizando la regla de la derecha (canadiense). No obstante, debes estar preparado, como geólogos, para trabajar con los datos recopilados utilizando cualquiera de las otras convenciones.

Relación de líneas con planos

A menudo es posible medir varias estructuras lineales y planas diferentes en un solo afloramiento. A veces hay relaciones especiales entre estas estructuras. En las siguientes secciones se describen algunas de estas relaciones.

Planos de intersección

Figura 5: Dos ejemplos de planos geológicos que se cruzan. En (a) un plano de inmersión (punteado) se cruza con un plano vertical (sombreado) para producir una línea de intersección hundida. En (b) ninguno de los planos es vertical.

Si dos estructuras planas tienen diferentes orientaciones, se cruzarán en el espacio. La intersección de dos planos no paralelos define una línea (Fig. 5). La orientación de la línea de intersección depende únicamente de la orientación de los dos planos. (Si cambiamos la posición de uno o ambos planos pero mantenemos constante su orientación, la ubicación de la línea de intersección cambiará, pero no su orientación). Son muchas las situaciones que conocerás en este manual donde los aviones se cruzan. Los siguientes son particularmente importantes:

• La intersección de una superficie geológica con la superficie topográfica (el suelo) se denomina traza superficial o rastro de afloramiento (o simplemente rastro) de esa superficie. Los mapas geológicos suelen dividirse en áreas de diferentes colores (para diferentes unidades rocosas) que están delimitadas por líneas; estas líneas en el mapa son las huellas de las superficies geológicas que separan las unidades.
• La intersección de un plano de falla con una unidad de roca plana que desplaza la falla produce una línea llamada corte de falla o corte.
• Los dos lados, o extremidades, de un pliegue pueden cruzarse en una línea llamada bisagra de pliegue.
• El truncamiento, en una discordancia, de una unidad o superficie rocosa plana más antigua por una más joven con una orientación diferente en el espacio produce una línea que puede llamarse el subcultivo, o límite de subcultivo.

Línea que se encuentra en un avión

En cualquier plano dado, es posible dibujar un número infinito de líneas que son paralelas a, o “se encuentran en”, el plano. Algunos ejemplos son las lineaciones actuales que se encuentran en los planos de cama, y las estrías en los planos de falla que se encuentran en el propio plano de falla.

La orientación de una línea que se encuentra en un plano puede especificarse por rastrillo o cabeceo. A diferencia de un azimut (que se mide desde el norte en un plano horizontal) o una inclinación (que se mide desde la horizontal en un plano vertical) se mide un rastrillo desde la horizontal en un plano inclinado como se muestra en la Fig. 6. Al igual que con strike, existen varias convenciones para especificar rastrillo. Recomendamos medir el rastrillo de una línea desde la dirección de golpe de 'regla derecha', en sentido horario al mirar hacia abajo en la superficie, como un ángulo entre 000° y 180°.

Figura 6: Rastrillo de una entidad lineal en una entidad plana.

Por ejemplo, un geólogo puede registrar una superficie de falla como esta:

Plano de falla 075/78 SE; rastrillo Slickenlines 108°

En un plano vertical el rastrillo de una línea es el mismo que su caída. En todos los demás planos, rastrillo ≥ inmersión.

Recuerda: sólo tiene sentido medir un rastrillo cuando una línea yace en un avión.

Polo a un avión

También hay un número infinito de otras líneas que no son paralelas a ningún plano dado (pueden perforar el plano). Una línea especial es perpendicular a cualquier plano dado: a veces se le llama polo al plano. Nos encontraremos polos a aviones en una sección posterior del curso.

Figura 7: Orientación de un plano y su polo.

Contornos

¿Qué son los contornos?

Los contornos son líneas curvas en un mapa que son ampliamente utilizados en las ciencias de la Tierra para mostrar la variación de alguna cantidad sobre la superficie de la Tierra. Probablemente estés más familiarizado con los contornos topográficos que muestran la forma de la superficie terrestre. Sin embargo, la ciencia de la Tierra utiliza muchos otros tipos de contornos como:

• Contornos magnéticos: Variaciones en la fuerza del campo magnético de la Tierra;
• Isobares: Variaciones en la presión del aire;
• Isopachs: Variaciones en el grosor de una unidad estratigráfica;
• Contornos de la estructura: Variaciones en la elevación sobre el nivel del mar o la profundidad bajo el nivel del mar de una superficie geológica.

En cada uno de estos casos una cantidad numérica, como la elevación de una superficie, varía de un lugar a otro, y las curvas de nivel ilustran esa variación espacial.

Un contorno es una línea curva en un mapa que separa valores más altos de alguna cantidad de valores más bajos.

Un contorno también se puede considerar como una línea que conecta puntos en los que la cantidad medida tiene un valor constante. Cada curva de nivel está etiquetada con este valor constante; un mapa cubierto con curvas de nivel es una expresión útil de la variación espacial de la cantidad medida.

(Nota: Esta propiedad a veces se usa como definición de un contorno. Por ejemplo, un contorno topográfico a veces se define 'como una línea que une puntos de igual elevación'. Si bien se trata de una definición satisfactoria, es más difícil de aplicar en la práctica, por dos razones. Primero, cuando los datos son escasos, por ejemplo cuando se trabaja con pozos perforados, puede ser difícil encontrar puntos de elevación exactamente igual; ubicar dichos puntos requiere interpolación. En segundo lugar, es muy fácil, al enhebrar contornos, terminar con puntos “más bajos” a ambos lados de una misma línea de contorno. ¡Esto siempre está mal! Entonces, es imperativo a la hora de dibujar un contorno recordar que tiene un lado 'alto' y un lado 'bajo', para que siempre separe valores mayores y menores).

A menudo, la cantidad medida es la elevación de la superficie terrestre, por encima o por debajo del nivel del mar. Un contorno topográfico puede considerarse como una línea en el suelo que separa puntos de elevación superior e inferior. También se puede considerar como la línea de intersección de la superficie del suelo con un plano horizontal. Bajo el nivel del mar, los contornos que muestran la elevación del fondo del mar se conocen como contornos batimétricos.

En la mayoría de los mapas topográficos, los contornos topográficos están separados por un intervalo constante: por ejemplo, los contornos de un mapa podrían dibujarse a 310, 320, 330, 340 m etc. El espaciado de los contornos se denomina intervalo de contorno. En este ejemplo el intervalo de contorno es de 10 m.

Un contorno de estructura (Fig. 8) es una línea de contorno en una superficie geológica, como la parte superior o inferior de una formación rocosa, una falla o una discordancia. Normalmente, los contornos de la estructura se dibujan en superficies que están enterradas bajo tierra. Sin embargo, a veces es posible adivinar dónde estaba una superficie geológica antes de que se erosionara; ¡los contornos de la estructura se dibujan para esta superficie imaginaria sobre el suelo! Al igual que un contorno topográfico, un contorno de estructura es la línea de intersección de la superficie contorneada con un plano horizontal.

Figura 8. Relación entre el espaciado de inmersión y contorno.

Golpe, inmersión y contornos

Debido a que los contornos de la estructura son por definición líneas de elevación constante, son paralelos al impacto de la superficie geológica. A veces se les llama líneas de strike. Entonces, dado un patrón de contornos de estructura es posible determinar el impacto de la superficie en cualquier punto.

La inmersión de la superficie controla qué tan separados están los contornos. Cuando una superficie se sumerge abruptamente, los contornos están muy juntos; donde la superficie es casi horizontal, los contornos están muy separados. El espaciado horizontal de contornos, registrado en el mapa, se denomina espaciado de contorno. Existe una relación simple entre el dip δ de una superficie y el espaciamiento de sus contornos.

tan (δ) = intervalo de contorno/espaciado de contorno

Si una superficie es plana (es decir, el golpe y la inmersión son constantes) entonces los contornos serán paralelos, igualmente espaciados, líneas rectas. Por lo tanto, puede determinar fácilmente la orientación de una superficie a partir del acimut y el espaciado de sus contornos de estructura.

Contornos y rastros de afloramientos

Figura 9. Mapa que muestra los contornos topográficos y el rastro de afloramiento de una sola superficie geológica.

En un mapa geológico aparece como una línea una superficie geológica como el límite entre dos unidades de mapa, llamada traza de afloramiento o traza topográfica de ese límite (Fig. 9). Por lo general, las huellas de afloramientos de las unidades geológicas son bastante complicadas, curvando líneas, debido a que se ven afectadas tanto por la inmersión de la superficie geológica como por la compleja forma de la superficie topográfica. Debido a esto, en áreas de relieve topográfico, a menudo es posible utilizar el rastro de afloramiento de un límite entre dos unidades de roca para hacer inferencias sobre el impacto y la caída de las unidades.

La orientación precisa de una superficie se puede determinar a partir de su traza de afloramiento porque su posición y elevación se conocen en cada punto donde la traza cruza una línea de contorno topográfica. Estos puntos de intersección se pueden utilizar para dibujar contornos de estructura (Fig. 10). Así, por ejemplo, el contorno estructural de 400 m se construye conectando todos los puntos donde la traza de afloramiento cruza el contorno topográfico de 400 m. Una vez que se han dibujado una serie de contornos de estructura, la orientación de la superficie puede determinarse a partir de la separación y orientación de los contornos de la estructura.

Figura 10. Construcción del contorno de la estructura en el mapa de la Fig. 9. El golpe y la inmersión de la superficie se pueden determinar a partir de la orientación del contorno y el espaciado. En este caso, los contornos de la estructura están orientados 65° desde el norte, pero los números en los contornos nos dicen que la superficie baja hacia el NW, por lo que el impacto RHR es: 65° + 180° = 245°. Los contornos de la estructura están separados 125 m y el intervalo de contorno es de 100 m. Dip = arctan (100/125) = 39°. Por lo tanto, la orientación RHR de la superficie es: 245/39 NW

Por el contrario, si se conocen los contornos de estructura de una superficie geológica, su traza se puede determinar mediante puntos de conexión donde las superficies geológica y topográfica tienen la misma elevación; es decir, la traza conecta puntos donde la estructura y los contornos topográficos con la misma elevación se cruzan entre sí.

Donde la elevación del contorno de una estructura es mayor que la elevación topográfica, esto significa que la superficie geológica está “sobre el suelo”, y así ha sido eliminada por la erosión en esa ubicación. Por el contrario, cuando la elevación del contorno de una estructura es menor que la elevación topográfica, esto significa que la superficie geológica está bajo tierra, o en el subsuelo, y puede ser encontrada por excavación o perforación. El rastro de afloramiento de una superficie geológica puede considerarse así como una línea que separa una región donde esa superficie está presente bajo tierra, de otra región donde la superficie ha sido erosionada por encima del suelo actual.

Figura 11. Croquis de mapas y diagramas de bloques que muestran las trazas de afloramientos (líneas discontinuas) de superficies geológicas de diferente orientación: (a) Inmersión hacia el este; (b) Vertical; (c) Horizontal; (d) Inmersión hacia el oeste; (e) Inmersión hacia el este pero menos empinada que valle.

Existen algunas consideraciones generales a la hora de construir trazas geológicas (Fig. 11).

• El rastro de afloramiento de una superficie geológica horizontal es paralelo a los contornos topográficos.
• El rastro de afloramiento de una superficie geológica vertical es una línea recta paralela al golpe; ignora los contornos topográficos.
• Las trazas de afloramiento de las superficies de inmersión muestran formas de V a medida que atraviesan valles y crestas; estas regiones son particularmente útiles para determinar el impacto y la inmersión.
• En general, la forma de V formada como rastro cruza un valle de río apunta en dirección a la inmersión. (Esto se conoce como la “regla de las vees”.) La única excepción ocurre cuando la caída es en la misma dirección que la pendiente del valle, pero más suave que el gradiente del río; luego las formas en V apuntan hacia arriba.
• Para superficies planas con inmersión poco profunda (más suaves que las típicas laderas de topografía de la región), la traza de afloramiento generalmente seguirá muy de cerca los contornos topográficos, cruzándolos a intervalos ampliamente espaciados.
• En tales regiones, la posición relativa de un contacto superior o inferior de una unidad puede inferirse a partir de la topografía local. Por ejemplo, si se conoce la posición de la traza inferior de una unidad entonces la parte superior de la unidad debe quedar expuesta a una elevación mayor.

Una traza geológica nunca debe cruzar un contorno topográfico excepto donde se cruzan los contornos estructurales y topográficos idénticos.