Transferencia de Esfuerzos de Fractura de Coulomb

July 23, 2017 | Autor: H. Nganhane | Categoría: Física, Geofísica, Sismologia, Terremoto, Fisica E Meio Ambiente
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Descripción

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MÁSTER EN GEOLOGÍA AMBIENTAL Especialidad de Riesgos Geológicos

Transferencia de Esfuerzos de Fractura de Coulomb

Hélio Vasco Nganhane Madrid, Curso 2014 - 2015

Profesor: Profesor: Dr. Jose Jesus Martínez Diaz Dep. Geodinámica. Fac. Geología. UCM. Universidad Complutense de Madrid Facultad de Ciencias Geológicas

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MASTER EN GEOLOGIA AMBIENTAL Especialidad de Riesgos Geológicos

Transferencia de Esfuerzos de Fractura de Coulomb

Hélio Vasco Nganhane Madrid, Curso 2014 - 2015

Profesor: Dr. Jose Jesus Martinez Diaz

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1. Objetivos de la práctica: Calcular las deformaciones elásticas y las modificaciones de esfuerzos de fractura de Coulomb que genera un terremoto en la corteza circundante, y como esos cambios pueden favorecer o inhibir reactivaciones de fallas próximas, cambiar el estado de deformación de un sistema volcánico, o influir en el estado de esfuerzos de una zona de interés para una explotación petrolífera.

Antes de resolver la práctica es clave informar sobre cómo se han clasificado los parámetros y tipos de fallas, pues resulta determinante para usar el programa GNSTRESS 1.5 de R, Robinson del GNS Sciende de Nueva Zelanda

1.1.

Parámetros de una falla

Una falla puede definirse de manera sencilla como una fractura de material con un corrimiento relativo de dos de sus partes o una discontinuidad que se forma en las rocas someras de la Tierra por fracturación, cuando las concentraciones de fuerzas tectónicas exceden a la resistencia de las rocas. La zona de ruptura tiene una superficie bastante bien definida, denominada plano de falla, y su formación va acompañada de deslizamiento tangencial (paralelo) a las rocas de este plano. Cada deslizamiento repentino de estos bloques se ve precedido de un temblor. Puede tomarse la figura de abajo a modo de ejemplo.

Como se observa en la figura, para definir la orientación de una falla es necesario reconocer los siguientes parámetros: a) Las dimensiones del plano de falla. Son la longitud de la falla y la anchura de la falla, que en la figura están representadas por las letras L y D, además de su área suponiendo que la falla es rectangular es S = L·D. 3

b) La traza de la falla. Es la intersección del plano de falla (AA’BB’) con el plano horizontal. c)

El azimut de la falla. Representado por φ y que se define como el ángulo formado por la traza con el norte geográfico su valor varía en el intervalo de 0º ≤ φ ≤ 360º.

d) Buzamiento del plano. Representado por δ que es el ángulo que forma el plano de la falla con el plano horizontal su valor se encuentra entre: 0º ≤ δ ≤ 90º. e) Dislocación. Representada por Δu, es el desplazamiento del bloque 1 con respecto al bloque 2. f) Ángulo de desplazamiento. Representado por λ es el ángulo entre la dirección de la dislocación y la horizontal, que en resumen da la dirección del deslizamiento y cuyos valores pueden variar entre: -180º ≤ λ ≤ 180º. 1.2.

Tipos de fallas (una clasificación basada en los parámetros)

De acuerdo con los valores que tomen los ángulos δ y λ se tienen diferentes tipos de fallas, las cuales se mencionaran a continuación. I.

Fallas Normales: 0º < δ < 90º con un desplazamiento de λ = -90º

II. Fallas inversas: 0º < δ < 90º con un desplazamiento de λ= +90º III. Fallas Horizontales o de desgarre, llamadas también transcurrentes o laterales son aquellas en las que el valor del buzamiento (δ) está cerca de los 90º, dependiendo del movimiento relativo entre los bloques, la falla puede ser dextral (si el movimiento es a la derecha) cuando λ= 180º o sinestral (si es hacia la izquierda), λ= 0º. IV. Fallas de gravedad cuando δ= 90º y λ=±90º. V. Fallas mixtas u oblicuas que ocurren cuando λ≠0, 180º o ± 90º. Esto se da cuando hay un combinación entre los tipos de fallas antes detallados por ejemplo: una falla normal con una falla de desgarre, provoca una fallan oblicua normal

Figura que ha auxiliado en la definición de Strike

Cas 4

o Practico de aplicación da ley Coulomb (Resolución basándose el programa GNSTRESS 1.5)

Una compañía de explotación de hidrocarburos planea aumentar la extracción en un campo petrolífero mediante la inyección a presión de fluidos. Por parte del gobierno de la región hay cierto temor ante esta actividad dado que en el pasado esta región ha sufrido un terremoto de magnitud moderada y temen que la inyección pudiera dar lugar al aumento de la sismicidad. El mapa que se adjunta presenta un esquema de las principales estructuras tectónicas con actividad cuaternaria en la zona de estudio. La falla marcada en línea gruesa es la posible causante del terremoto histórico. Los círculos marcan los posibles puntos de inyección. Hemos sido consultados por el gobierno de la región para hacer una evaluación preliminar de la peligrosidad sísmica asociada a las fallas de la zona y la inyección. Para ello, partiendo del mapa de estructuras y sabiendo que la orientación del principal esfuerzo horizontal compresivo en la zona es aproximadamente N-S, obtener:

1. Carácter de las estructuras trazadas en el mapa (añadir la simbología al mapa) y 2. Caracterizar las familias de fallas mostrando su movimiento más probable en un mecanismo focal.

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Mecanismo focal

Leyenda de toda familia pintada con el mismo mecanismo focal 1 Fallas de desgarre sinestral con cierta componente normal, tomando como referencia la falla 1 y 2. Fallas de mecanismo focal inverso tomando como referencia falla 4

Fallas de mecanismo focal oblicuo con componente inversa, agrupadas en la familia de falla 4.

Fallas de mecanismo focal normal agrupadas en la familia de falla 3

Fallas de mecanismo focal oblicuo con componente normal falla 3 y 5

3. Marcar las fallas con mayor probabilidad de rotura en el caso de que ocurra un terremoto en la falla con actividad histórica. De acuerdo con el mecanismo de esfuerzo generado por CFS, después de añadir los parámetros de cada falla de una forma específica, es posible decir que las fallas que tienen mayor probabilidad de que ocurra un terremoto son las fallas 2 y 5, pues están en una zona donde el terremoto 1 ha cargado positivamente la corteza. Para comprobar esta afirmación se presenta abajo el mecanismo de esfuerzos generado en cada falla 2, 3, 4, y 5 con respecto al terremoto histórico 1. A. Carga de Esfuerzo Generados en la falla 2, por el terremoto 1.

Falla 2

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Resaltar que el las familias de fallas hay aquellas que son inversas puro y/o desgarre puro pero como se trata de una familia se agrupa sin ponerse la clasificación puro, no porque no se considera, pero para mejor agrupar. 6

B. Carga de Esfuerzo Generados en la falla 3, por el terremoto 1.

Falla 3

C. Carga de Esfuerzo Generados en la falla 4, por el terremoto 1.

Falla 4

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D. Carga de Esfuerzo Generados en la falla 5, por el terremoto 1.

Falla 5

4. Tiempos de adelanto o retraso del próximo terremoto en las fallas nombradas en el mapa si ocurren terremotos en la falla 1 de magnitudes Mw 5, 6 y 7; asumiendo una tasa anual de aumento de esfuerzos de 0.1 MPaJaño.

Para contestar esta cuestión se cita lo siguiente: Si tenemos una falla en una zona sometida a un cambio de esfuerzos estáticos de Coulomb, en función de si el cambio es positivo o negativa, la falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (en términos temporales adelantará su reactivación) o una descarga que inhibirá su movimiento (en términos temporales retrasará su reactivación). Si CFS  0 (la falla es cargada) Si CFS  0 (la falla es relajada = sombra de esfuerzo)

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I. Para Magnitud de Mw 5 en la falla histórica 1. Falla Intervalo de Esfuerzos Esfuerzo en Estáticos Movimiento de la Falla (MPa) (señal)

[0.0035 – 4,4]

CFS  0

[-4,75 – (-)0,0007]

CFS  0

4

[-6,7 – (-)0,00014]

CFS  0

5

[-0,0015 – 0,0003]

CFS  0

2

3

La falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (adelantará su reactivación) La falla sufrirá una descarga que inhibirá su movimiento (retrasará su reactivación) La falla sufrirá una descarga que inhibirá su movimiento (retrasará su reactivación) La falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (adelantará su reactivación)

II. Para Magnitud de Mw 6 en la falla histórica 1. Falla Intervalo de Esfuerzos Esfuerzo en Estáticos Movimiento de la Falla (MPa) (señal)

[0.0012 – 0.01]

CFS  0

[-0.02 – (-)0,004]

CFS  0

4

[-0,13 – (-)0,003]

CFS  0

5

[-0,11 – 0,015]

CFS  0

2

3

La falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (adelantará su reactivación) La falla sufrirá una descarga que inhibirá su movimiento (retrasará su reactivación) La falla sufrirá una descarga que inhibirá su movimiento (retrasará su reactivación) La falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (adelantará su reactivación)

Tiempo cargado o descargado en función de esfuerzo (año) [0.035 – 44]

[-47,5 – (-)0,007]

[-67 – (-)0,0014]

[-0,015 – 0,003]

Tiempo cargado o descargado en función de esfuerzo (año) [0.012 – 0.1]

[-0.2 – (-)0,04]

[-1,3 – (-)0,03]

[-1,1 – 0,15]

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III. Para Magnitud de Mw 7 en la falla histórica 1. Falla Intervalo de Esfuerzos Esfuerzo en Estáticos Movimiento de la Falla (MPa) (señal)

[0.040 – 0.35]

CFS  0

[-0.74 – (-)0,093]

CFS  0

4

[-0,19 – (-)0,08]

CFS  0

5

[-1,7 – 0,39]

CFS  0

2

3

La falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (adelantará su reactivación) La falla sufrirá una descarga que inhibirá su movimiento (retrasará su reactivación) La falla sufrirá una descarga que inhibirá su movimiento (retrasará su reactivación) La falla sufrirá una carga de esfuerzos que favorecerá su movimiento (adelantará su reactivación)

Tiempo cargado o descargado en función de esfuerzo (año) [0.40 – 3,5]

[-7,4 – (-)0,93]

[-1,9 – (-)0,8]

[-17 – 3.9]

5. ¿Cuál sería la zona de inyección más segura a priori de las tres propuestas? De acuerdo con el expuesto arriba en 3 y 4, las zonas más seguras son los puntos A y B, pues con la magnitud mayor (Mw 7) estas zonas continúan descargando su esfuerzo tectónico.

6. Si ocurriera un terremoto de magnitud 6.8 en la falla principal, ¿Cuál sería la respuesta anterior? La respuesta sería la misma, pues la zona C sigue teniendo mucha carga de esfuerzo.

Bibliografía 1. MARTÍNEZ, L & Quevedo, A. Determinación de los mecanismos focales de los sismos ocurridos entre el volcán san salvador y la caldera del lago de ilopango en el período de 1994 a marzo de 2005. Pag, 17 e 18. 2. Martinez-Diaz, J. J., Alvarez-Gomez, J. A., Garcia-Mayordomo, J., Insua-Arevalo, J. M., MartinGonzalez, F. y Rodriguez-Peces, M. J. 2012. Interpretacion tectónica de la fuente del terremoto de Lorca de 2011 (MW 5,2) y sus efectos superficiales. Boletín Geológico y Minero, 123 (4): 441-458 ISSN: 0366-0176

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