III. Análisis estructural. Estudio de la fracturación en
III. 1. MÉTODOS DE ANÁLISIS POBLACIONAL DE FALLAS
En la actualidad existen diversos métodos de análisis poblacional de fallas, que han sido clasificados por Casas et al. (1990) en cuatro categorí- as diferentes:
1. Modelo de fallas conjugadas de Anderson.
2. Métodos geométrico-cinemáticos.
3. Métodos dinámicos basados en la ecuación de Bott.
4. Métodos basados en el modelo de Reches.
El método base sobre el que se ha trabajado es el Modelo de Deslizamiento (De Vicente, 1988), por su clara representación gráfica (dia- gramas CÍB y Ey/K') y por tratarse de un método directo. Esto permite sepa- rar subpoblaciones de fallas compatibles con diferentes tensores de defor- mación. Se pueden obtener también los sentidos de movimiento de las fallas que no se hayan podido observar en el campo (De Vicente, 1988; Capote et al., 1990). El Método de los Diedros Rectos se utiliza para subpoblacio- nes separadas con el Modelo Deslizamiento. Los resultados de estos dos méto- dos son chequeados por los dos métodos restantes, basados en la ecuación de Bott (1959), Método de Inversión de Esfuerzos y Método de Delvaux. Por último, se contrastan las soluciones de los cuatro métodos, para dar el ten- sor de esfuerzo/deformación definitivo, el que debe adaptarse al menos a tres de estos.
El Método de los Diedros Rectos (Pegoraro, 1972; Angelier y Mechler, 1977), se ha utilizado en todas las estaciones y, especialmente, para determinar la orientación de paleoesfuerzos en subpoblaciones. Estas sub- poblaciones se obtienen al dividir, por otros métodos, poblaciones de esta-
ciones polifásicas. Según De Vicente y Simón Gómez (1991), el Modelo de Diedros Rectos, como está definido, no permite solucionar el problema de eliminar fallas pertenecientes a diferentes etapas de deformación. Por tan- to, se ha utilizado en estaciones monofásicas, y en polifásicas separadas en subpoblaciones monofásicas.
Con el Método de Inversión de Esfuerzos (Reches, 1978, 1983, 1992) también es posible separar subpoblaciones que se ajusten a diferentes tensores de esfuerzo, aunque suele ser menos restrictivo y agrupa subpobla- ciones mayores que el Modelo de Deslizamiento, por lo que se utilizará para diferenciar diferentes tensores de esfuerzos compatibles con una misma fase de deformación (deducida por el Modelo de Deslizamiento). Es decir, se supone que con una misma "fase" de deformación se pueden generar diferentes tipos de fallas (inversas, normales y desgarres), compatibles con una misma dirección de máxima compresión en la horizontal, pero asociadas a tensores de esfuerzo diferentes. Así, una falla inversa tendrá como esfuerzo de máxi- ma compresión en la horizontal a, (con 2 en la horizontal y 03 vertical), mien- tras que una falla normal será a2 (con a, vertical y G3 horizontal) paralelo al
i de la falla inversa compatible. Lo mismo ocurre para desgarres, en los que es horizontal pero a2 vertical. Para cada uno de estos tipos de fallas obten- dremos un tensor de esfuerzos diferente, que no representan necesariamente 'Tases" tectónicas diferentes (Sassi y Faure, 1996). Este método también cal- cula los parámetros mecánicos del macizo rocoso fracturado.
El Método de Delvaux (Delvaux et al., 1992) utiliza un tensor pre- vio, obtenido con el diagrama de Diedros Rectos, del que calcula la forma del tensor de esfuerzos previo y un error angular cx (desviación entre la estría teórica y la real). Optimiza la solución para el tensor calculado con el dia- grama de Diedros Rectos, rotando dos de los ejes de esfuerzo alrededor del tercero, que permanece fijo (se pueden fijar cualquiera de los tres ejes, al,
02 ó 03, en función de lo que más interese, dependiendo del tipo de falla).
La metodología aplicada es similar a la desarrollada para el Método de Inversión de Esfuerzos. La principal ventaja de este método es que se tiene un mayor control sobre los resultados finales, por poder tener en cuenta otros datos microestructurales (estilolitos y grietas de tracción) y por poder opti- mizar las soluciones en función de los diferentes parámetros que definen el tensor de esfuerzos (orientación, forma, magnitud relativa del tensor y de sus componentes a, 02 )' a3).
Con este tipo de métodos no es posible calcular la magnitud real del tensor de esfuerzos; tan solo sería posible calcular la magnitud real del principal esfuerzo en la vertical si se conoce la presión litostática durante la deformación (Angelier, 1989)
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111. 2. ANÁLISIS DE LA FRACTURACIÓN
Como se ha mencionado anteriormente, para el análisis poblacional de fallas se ha medido un total de 610 fallas con estrías en materiales del Mioceno superior-Cuaternario, repartidas en 23 estaciones (Fig. III. 1).
Dentro de las cuencas lacustres del Mioceno superior que aparecen en el área, predomina la fracturación de carácter normal, puesto que la mayoría de las cuencas están limitadas al norte y al sur por fallas normales (E-O). Cabe des- tacar la aparición de desgarres de dirección Nl 50E y N060E, tanto de carác- ter transpresivo como transtensivo (ver capítulos II y y). También se pue- den observar fallas inversas asociadas a escapes tectónicos por problemas de espacio creados durante los procesos de extensión o incluidos dentro de zonas transpresivas. A escala mesoscópica se puede apreciar un predomi- nio muy importante de fallas de carácter normal observadas en campo. Los ejemplos de campo más espectaculares de fracturación normal son los de las cuencas de Elche de la Sierra-Cobatillas (Fig. 111.2) y de Camarillas-Las Minas. En las figura 111.3 se puede observar un pliegue en rodilla asociado a fenómenos compresivos. Estos fenómenos compresivos, junto con fallas inversas y cuñas tectónicas, aparecen, en algunos casos, coexistiendo con estructuras extensivas (fallas normales). Como ya se ha citado, esta coe- xistencia de estructuras se debe a problemas de espacio (movimientos con- ducidos) producidos durante procesos extensivos. En los materiales fluvio- lacustres que colmatan la Cuenca de Híjar aparece fracturación de carácter dúctil-frágil, generada cuando el sedimento aún no estaba consolidado. En estos materiales coexisten fallas normales e inversas, en las que asociadas a las primeras aparecen estructuras de licuefacción que se han interpretado como de origen sísmico (ver apartado VI.2.2).
La fracturación en materiales cuaternarios es difícil de observar en la zona, debido a que la gran mayoría de los afloramientos corresponden a derrubios de ladera. Las terrazas fluviales no tienen prácticamente desarro- llo, puesto que es la zona de cabecera de los dos ríos más importantes que discurren por la zona, el río Mundo y el Segura. A pesar de esto, los esca- sos afloramientos de terrazas o llanuras de inundación actuales, ofrecen ejem- plos de fracturación muy claros. Las cuatro estaciones donde se han podi- do medir fallas con estría en materiales cuaternarios son: Abejuel 1, Hellín 1, Talaveq 1 e Híjarq 1. En la localidad de Tobarra no se han podido medir estrí- as, pero la fracturación de los materiales lacustres cuaternarios (en la actua- lidad aun son activos estos sistemas lacustres) es intensa, con fallas normales de salto métrico y fracturas extensivas en la superficie topográfica actual (Fig.
111.4).
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Fig. 111.2. Fallas normales en niveles diatomíticos y calcáreos de la Cuenca de Elche de la Sierra-Cobatilllas (Mioceno superior). Cantera de Celite-Hispánica
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Fig. 111.3. Pliegue de propagación dejaihi en cal¡,-as tableadas lacustres de la Cuenca de El Ceno ¡o (Mioeeno superior).
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Fig. 111.4. Es(•cIl7)e de falla normal en calizos lacustres cuaternarias, en la localidad de ii,l,arra.
Las fallas de la estación Abejuel 1 se han medido en tobas cuaterna- rias de cascada de musgo con intercalaciones de niveles calcáreos. El ambiente en el que se sedimentaron estas tobas debió de ser muy parecido al de las actuales lagunas de Ruidera, ya que aparecen sedimentos micríti- cos de precipitación de carbonatos intercalados con niveles de tobas, y son también comunes niveles de tobas retrabajadas. Las fallas que aparecen en este área son de carácter direccional y normales. En la localidad cercana de Letur, situada sobre esta misma formación, se puede observar cómo las fallas normales afectan a algunas edificaciones antiguas de la población, lo que confirma la actividad tectónica reciente de estas fallas.
La fracturación de la estación Hellín 1 afecta a material de relleno de fracturas en las calizas jurásicas de la zona del borde del diapiro de Hellín.
Estos materiales de relleno, corresponden a clastos angulosos de caliza empastados en una matriz arcillosa con granos de cuarzo tamaño arena. Los granos de cuarzo producen estrías en los cantos e incluso aparecen como can- tos impresos.
La estación Talaveql es la que muestra los mejores ejemplos de frac- turación en materiales cuaternarios en este área. La litología corresponde a niveles de conglomerados y areniscas de la terraza más moderna del río Mundo (el río está unos 3 m por debajo de este nivel). Podemos observar fallas inversas y normales ortogonales entre sí. La fracturación es de carácter completamente frágil, afectando incluso a cantos del conglomerado, frac- turándose cuando el sedimento ya estaba completamente litificado, lo que indica una deformación muy reciente.
La estación Híjarqi se ha medido en materiales cuaternarios, con- cretamente en la última terraza de la Rambla del Mojón, en la Cuenca de Híjar.
El afloramiento muestra una falla normal que desplaza la terraza más de un metro (Fig. 111.5). Si se observa en detalle, este desplazamiento no se pro- duce a favor de un único plano de falla sino a través de una zona de fractu- ra compuesta por varios planos de falla.
III. 2. 1. Tensores y campos de esfuerzo
Se han tratado individualmente las 23 estaciones de medida (ver figu- ra 111. 1) con los diferentes métodos de análisis poblacional de fallas indica- dos en el apartado 111. 1. En algunas de las estaciones se han diferenciado varias subpoblaciones de fallas, que por su distinto carácter se han tratado por sepa- rado, obteniéndose varios tensores en una misma estación. También se da el caso de que algunas estaciones en materiales cuaternarios sólo se han podi-
Fig. 111.5. Falla normal en materiales cuaternarios de la Rambla de! Mojón. Cuenca de Hijar
do tratar con el Modelo de Deslizamiento por su escasez de datos. No obs- tante, se han tenido en cuenta en el análisis conjunto por su interés. Los resul- tados tensoriales calculados para cada estación con cada método aparecen en la tabla 111.1. Así mismo, en la figura 111.6 quedan representadas las soluciones gráficas obtenidas con el método de inversión de esfuerzos.
Para obtener el tensor de esfuerzos regional en la zona se han suma- do los 610 datos de par falla-estría en una única población. Con el modelo de deslizamiento se observa a simple vista que existe un predominio de las fallas normales sobre las inversas. También aparecen dos modas principa- les de aHMAX, una NO-SE y otra NE-SO, que quedan muy marcadas si se sepa- ran los datos que indican estas dos direcciones (Fig. II1.7A).
Para poder llevar a cabo un cálculo más preciso del tensor de esfuer- zos se han proyectado en sendos estereogramas los ejes I - 2 y Cí3con el fin de separar estaciones tensorialmente compatibles (Fig. III.7B). En el este- reograma en el que se proyectan las soluciones de cr, y G2conjuntamente (Fig.
III.713) (tensores compresivos y de desgarre) se puede observar cómo apa- recen también las dos modas de HMAX subortogonales (NO-SE y NE-SO) obte- nidas con el modelo de deslizamiento. En el caso de los tensores extensivos la dispersión es mucho mayor, indicando una solución de extensión triaxial
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MÉTODO DE INVERSIÓN DE ESFUERZOS) j
Fig. 111.7. Rosas de orientaciones de (Yisx obtenidas con el modelo de deslizamiento para: A) conjunto de todos los datos (610 fallas),fallas compatibles con la moda de Dey = 1430(228 datos) yfallas compatibles con la moda de Dey = 590(382 datos); B) proyección estereográfica de los ejes de esfuerzo calculados con el método de inversión de esfi1erzos, soluciones compresivas y de desgarre y a:.) y soluciones extensivas (r,).
(Fig. III.7B), aunque se observa una cierta acumulación de ejes NE-SO asociada a la dirección de aUMAX NO-SE. Por tanto, aparecen dos modas subor - togonales de HMAX, una NO-SE (campo 1) y otra NE-SO (campo 2). Con estos datos se pueden separar las estaciones que se ajusten a cada dirección de aUMAX:
por un lado, fallas inversas y desgarres (Fig. III.8A) y, por otro, fallas nor- males compatibles con las primeras (Fig. III.813).
Ambos conjuntos de datos se han utilizado para el cálculo de las tra- yectorias de GHMAXmediante la metodología propuesta por Lee y Angelier (1994). Las trayectorias del campo 1 se disponen oblicuas (100 a 15°) a los
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principales desgarres de la zona y son compatibles con el movimiento dex- troso de estos. En la mitad N de la zona las trayectorias son más paralelas a los desgarres, lo que les hace adquirir una componente de movimiento más normal a normal-direccional (Fig. III.8A). El campo 2 se dispone oblicuo a las fallas normales E-O que generan las cuencas lacustres del Mioceno superior, con lo que la componente de movimiento es normal-direccional.
Sin embargo, las fallas normales que limitan la Cuenca de Camarillas-Las Minas en sus bordes N y S, que son unas de las más importantes en la zona y activas en la actualidad (se han identificado facetas triangulares), son muy paralelas a las trayectorias de esfuerzo. Esto corrobora su carácter nor- mal y los fuertes fenómenos extensivos observados en la cuenca (Fig. 8B).
Siguiendo con los resultados obtenidos con cada estación indivi- dualmente, se han agrupado estaciones en función del tensor solución obte- nido para cada una y la dirección de UMAX a la que se ajustan. Se han unido en tres grupos principales: fallas inversas (3 vertical), normales (y verti- cal) y desgarres (2 vertical). Estos grupos se han tratado con el método de inversión de esfuerzos y se han separado en subpoblaciones que presenta- ban orientaciones opuestas de GHMAX, es decir, según los dos campos dedu- cidos anteriormente.
El campo 1 (NO-SE) está definido principalmente por fallas nor- mal-direccionales a normales, con una población minoritaria de fallas inver- sas (Fig. III.9A). La subpoblación de fallas inversas cuenta con tan solo 11 datos, que dan con el método de los diedros rectos una figura de interferencia típica de falla inversa con una dirección de acortamiento media NIOE.
Según el método de inversión de esfuerzos a,, es subhorizontal hacia los NI 73E, con un tensor de esfuerzos de compresión triaxial (R = 0,62). Las fallas normales representan una subpoblación de 130 datos que, con el método de inversión de esfuerzos, se han dividido en un grupo de fallas nor- mal-direccionales (57 datos) y normales (73 datos). Las fallas normal-direc- cionales generan una figura de interferencia de diedros rectos típica de este tipo de fallas, con una orientación de aHMAX NO-SE y con el método de inver- sión G! es subhorizontal hacia los Nl 50E (R = 0,3) (Fig. III.9B). La subpo- blación de fallas normales ofrece una solución de extensión triaxial muy pró- xima a radial, que se puede observar tanto en la figura de interferencia del método de los diedros rectos como en la solución calculada con el método de inversión de esfuerzos (R = 0,03), con a hacia los N65E (Fig. III.9C).
El campo 2 (NE-SO) vuelve a estar definido en su mayoría por fallas normales. En este caso también se han separado dos subpoblaciones que se ajustan a este campo; por un lado, fallas inversas (64 datos) y, por otro, fallas normales (187 datos). Las fallas inversas se ajustan a una solución de
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Fig. 111.9. Soluciones obtenidas con el método de inversión de esfuerzos para la totalidad de los datos separando las poblaciones que se ajuntan al campo 1: A)fa/las inver- sas, B)fallas norma/es y C) extensión radial: y al campo 2: D)fa!las inversas y E) fallas normales.
figura de interferencia compresiva, la cual se ve confirmada con los resul- tados del método de inversión, que indica una compresión uniaxial (R = 0,07) (Fig. III.913), con a, horizontal hacia los N49E. La otra subpoblación está compuesta por fallas normales con una extensión máxima hacia los N159E, tendiendo a radial (R = 0,2) (Fig. III.9E).
III. 2. 2. Discusión sobre los campos de esfuerzo recientes
Existen estudios previos sobre el cálculo de tensores y trayectorias de esfuerzo recientes en las Béticas, como es el trabajo de Galindo Zaldívar
et al. (1993), en el que obtienen trayectorias de esfuerzo NO-SE equivalentes a las calculadas para el campo 1 durante el Mioceno superior-Cuaternario.
Herraiz et al. (1998) realizan un estudio a escala peninsular de la fractura- ción reciente (Mioceno-Cuaternario) para el que han contado con 8.657 mediciones en campo de fallas con estrías repartidas en 409 estaciones, a las que hay que sumar 324 estaciones bibliográficas. Las 610 fallas medidas en el presente estudio fueron cedidas para este trabajo y su posterior tratamiento.
Con la suma total de los datos también aparecen dos modas principales: una muy bien definida hacia los N 140E y otra peor definida hacia los N40E.
Ambas modas corresponden a fallas normales, que son las fallas más abun- dantes junto con los desgarres. Con los resultados individuales de las esta- ciones de medida calculan las trayectorias de esfuerzo con el método de Lee y Angelier (1994) para las dos direcciones principales de GHMAX y obtienen una distribución de trayectorias equivalentes a las obtenidas en el presente trabajo (tanto para el campo 1 como para el campo 2). Estos mismos auto- res también llevan a cabo un estudio por zonas en el que diferencian Béticas Externas e Internas. En las Béticas Externas las soluciones indican todo tipo de regímenes tectónicos, aunque hay un predominio de soluciones extensi- vas que orientan GHMAx hacia el NO-SE. En las Béticas Internas hay un pre- dominio de fallas normales que indican una dirección de HMAX NE-SO, con algunas soluciones compresivas compatibles con esta dirección. No obstante, también detectan una extensión en esa misma dirección, con lo que son fre- cuentes las extensiones triaxiales. Las trayectorias de aUMAX en ambas zonas, tanto para el campo 1 como para el campo 2, son muy similares a las obte- nidas en el presente estudio.
Herraiz et al. (1998) justifican la presencia masiva de fallas norma- les, tanto en el campo principal NO-SE como en el secundario NE-SO, debido a que la toma de datos geológicos se ha realizado exclusivamente en superficie, donde es más probable que se generen fallas normales. Según estos