DOBRAS E DOBRAMENTOS EM ROCHA

As dobras são estruturas visualmente atrativas e que podem formar-se em prati­camente qualquer tipo de rocha, contexto tectônico e profundidade. Por tais motivos, elas são conhecidas, admiradas e analisadas desde muito antes de a Geologia tornar-se uma ciência (Leonardo da Vinci analisou dobras há cerca de 500 anos, e Nicholas Steno, em 1669). Nossa compreensão sobre o que são dobras e dobramento mudou com o passar do tempo. Os fundamentos do que podemos considerar a teoria moderna das dobras consolidou-se nas décadas de 1950 e 1960. As dobras, sejam observadas em micro, mesa ou macroescala, são nossa janela mais importante para a história local e regional de deformação no passado. Suas formas trazem importantes informações sobre o tipo de deformação, a cinemática e a tectônica de uma área. Além disso, elas podem ter uma grande importância econômica, tanto como armadilhas para petróleo como na explotação de minérios e outros recursos minerais. Neste capítulo, iremos inicialmente abordar os aspectos geométricos das dobras e, a partir daí, discutir os processos e mecanismos ativos durante o dobramento.

11.1 Descrição geométrica

É fascinante observar a formação e o desenvolvi­mento das dobras em laboratório; podemos apren­der muito sobre dobras e dobramento por meio de experimentos em condições físicas controladas e simulações numéricas. A modelagem deve sempre ser baseada na observação de rochas naturalmente dobradas e, portanto, é fundamental a análise ge­ométrica de dobras formadas em diferentes ambi­entes e tipos de rocha. A análise geométrica é im­portante não apenas para a compreensão de como os vários tipos de dobras se formam, mas também na avaliação de armadilhas para hidrocarbonetos e corpos de minério dobrados. Há uma grande quan­tidade de expressões descritivas em uso, pois as do­bras existem em todas as formas e tamanhos. As­sim sendo, iremos apresentar, neste capítulo, o jar­gão básico relacionado às dobras e à sua geometria.

11.1.1 Forma e orientação

As dobras são mais bem estudadas em seção per­pendicular às camadas dobradas, ou seja, perpen­dicular à superfície axial (Fig. 11.1). Vamos consi­derar esta seção específica nas descrições ao longo de todo este capítulo, a menos que outra situação seja explicitamente indicada. Em geral, as dobras são formadas por uma charneira que liga dois flan­cos com orientações distintas. A charneira pode ser aguda e nítida, mas, geralmente, sua curvatura é gradual, definindo uma zona de charneira. Há uma grande variedade de dobras, desde as angulosas como as kink bands e as dobras em chevron (dobras angulosas), até as charneiras arredondadas das do­bras concêntricas (Fig. 11.2). A classificação das do­bras em relação à curvatura da charneira é também denominada angularidade (bluntness).

A forma das dobras também pode ser com­parada com funções matemáticas, caso em que podemos aplicar os conceitos de amplitude e comprimento de onda. As dobras não necessaria­mente têm a regularidade das funções matemáti­cas que aprendemos nas aulas de álgebra elemen­tar. Mesmo assim, a análise harmônica simples (transformada de Fourier) tem sido aplicada na descrição da forma de dobras, em que a função ma­temática é ajustada à superfície dobrada. A forma da transformada de Fourier usada pelos geólogos nesse caso, é:

f(x) = b₁ senx + b₃sen3x + b_ssen5x... (11.1)

Esta série converge rapidamente e, portanto, e suficiente considerar apenas os primeiros coeficien­tes, b₁ e b₃, na descrição das dobras naturais. Com base nesse método, Peter Hudleston propôs um sis­tema de classificação visual de dobras (Fig. 11.3).

Em rochas compostas por múltiplas camadas, as dobras podem repetir-se com forma similar na direção do traço axial (Fig. 11.2A-C). Essas dobras são denominadas harmônicas. Se as dobras diferirem em comprimento de onda ou forma ao longo do traço axial, ou se desaparecerem nessa direção, elas são consideradas dobras desarmônicas.

O ponto de máxima curvatura em uma camada dobrada, localizado no centro da zona de charneira é denominado ponto de charneira (Fig. 11.1). Os pontos de charneira conectam-se para formar uma linha de charneira, que é, em geral, curva, mas quando aparece como uma linha reta é denomi­nada eixo de dobra.

Isso nos leva a um importante elemento da ge­ometria de dobras: a cilindricidade. Dobras com li­nhas de charneira retilíneas são dobras cilíndricas. Uma dobra cilíndrica pode ser vista como um ci­lindro parcialmente aberto, onde o eixo do cilindro define o eixo da dobra (Fig. 11.4A). Dependendo da escala de observação, todas as dobras são não cilín­dricas, pois devem começar e terminar em algum lugar, ou transferir deformação para as dobras vizi­nhas (Boxe 11.1), mas o grau de cilindricidade varia de uma dobra para outra. Portanto, parte de uma dobra pode parecer cilíndrica quando vista em afloramento (Fig. 11.5), mesmo que seu eixo deva estar curvado em uma escala mais ampla.

A cilindricidade tem importantes implicações. A mais relevante delas é que os polos de uma camada com uma dobra cilíndrica definem um grande círculo, cujo polo (eixo π) representa o eixo da dobra (Fig. 11.6A). Quando um diagrama é construído com grandes círculos em vez de polos, os grandes cír­culos de uma camada com uma dobra cilíndrica irão intersectar-se em um ponto comum que repre­senta o eixo da dobra, nesse caso denominado eixo  β (Fig. 11.6B). Esse método pode ser muito útil no mapeamento de dobras em campo, bem como na análise de outras estruturas cilíndricas, como as superfícies onduladas de falhas.

Outra propriedade conveniente das dobras cilín­dricas é a possibilidade de projetá-las linearmente, por exemplo, de um plano para um perfil. Consideramos a cilindricidade ao projetarmos as estru­turas mapeadas em um perfil geológico; esse méto­do foi amplamente utilizado no início do século XX, nos mapeamentos dos Alpes Suíços, por geólo­gos como Emile Argand e Albert Heim. Como a validade dessas projeções se baseia na cilindricidade verdadeira das estruturas projetadas, a incerteza  aumenta com a distância da projeção.

A superfície axial ou plano axial, se for perfei­tamente plana, conecta as linhas de charneira de duas ou mais superfícies dobradas. O traço axial de uma dobra é a linha de intersecção da superfície axial com a superfície de observação em aflo­ramento ou em uma seção geológica. O traço axial conecta pontos de charneira nessa superfície. Note que a superfície axial não necessariamente bissecta os flancos (Fig. 11.2A). Também é possível haver dois conjuntos de superfícies axiais, que é o caso nas dobras em caixa, também chamadas de dobras conjugadas, em razão dos seus conjuntos conjuga­dos de superfícies axiais (Fig. 11.2D). As dobras com superfícies axiais de atitudes variáveis são denomi­nadas dobras policlinais.

A atitude de uma dobra é descrita pela atitude de sua superfície axial e de sua linha de charneira. Esses dois parâmetros podem ser lançados em um diagrama de classificação de dobras (Fig. 11.7). Os termos mais comumente usados são dobras nor­mais (plano axial vertical e linha de charneira ho­rizontal) e dobras recumbentes (plano axial e linha de charneira horizontais).

A maioria das dobras da Fig. 11.7 são dobras antiformais. Uma antiforma é uma estrutura cujos flancos mergulham e se afastam da zona de char­neira, que é o oposto de uma sinforma, que tem a forma de um canal (Fig. 11.8BC). Quando a sequên­cia estratigráfica é conhecida, uma antiforma é de­nominada anticlinal se as rochas forem progressi­vamente mais jovens ao afastarem-se da superfície axial da dobra (Figs. 11.8E e 1.6). De modo análogo, uma sinclinal é uma dobra em forma de canal, cu­jas camadas são progressivamente mais jovens em direção à superfície axial (Fig. 11.8D). As sinformas e antiformas podem ser tanto normais como incli­nadas (Fig. 11.7). Podemos até encontrar sinclinais e anticlinais recumbentes, porque suas definições se baseiam na estratigrafia e na idade relativa das camadas. Entretanto, os termos sinforma e antiforma recumbente ou vertical não fazem sentido.

Imagine uma dobra cerrada à isoclinal que te­nha sido redobrada em uma fase tectônica tardia. Isso faz com que apareçam sinformas e antiformas secundárias. A direção estratigráfica que aponta para a camada mais jovem em relação à superfície axial irá depender se estamos no flanco normal ou invertido da dobra recumbente (Fig. 11.8H). Neces­sitamos de mais dois nomes para distinguir estes casos; anticlinal sinformal e sinclinal antiformal (Fig. 11.8F,G). Uma dobra anticlinal sinformal é uma anticlinal porque as camadas se tornam mais jovens ao afastarem-se da superfície axial; ao mesmo tempo, ela tem a forma de uma sinforma, ou seja, sinformal. Do mesmo modo, uma dobra sinclinal antiformal é sinclinal por causa das relações estra­tigráficas, mas tem a forma de uma antiforma. Tecnicamente, uma anticlinal sinformal corresponde a uma anticlinal na posição invertida, e uma sinclinal antiformal é uma sinclinal invertida. Confuso? Lem­bre-se de que esses termos apenas se aplicam no mapeamento de sequências de camadas afetadas por múltiplos dobramentos, tipicamente em cinturões orogênicos.

Além da atitude e das relações estratigráficas, as dobras são comumente descritas em relação ao ângulo interflancos, que é o ângulo interno entre os dois flancos. Com base nesse ângulo, as dobras podem ser divididas em suaves, abertas, cerradas e isoclinais (Fig. 11.9). O ângulo interflancos geralmente reflete a quantidade de deformação durante o dobramento.

Como mencionado, a maioria das dobras são não cilíndricas em algum grau. Uma antiforma nor­mal não cilíndrica é, por vezes, denominada dobra com duplo caimento. Grandes antiformas com duplo caimento podem formar importantes armadi­lhas para petróleo e gás; de fato, elas representam algumas das maiores armadilhas para hidrocarbonetos. Quando a não cilindricidade é significativa, a antiforma torna-se um domo, que é similar a uma tigela invertida (ou um molde oco do Yosemite's Half Dome). Os domos são armadilhas clássicas de hidrocarbonetos, por exemplo, acima de estruturas salinas; alguns geólogos se referem a essas estrut­uras como fechamento por mergulho em quatro direções (four-way dip closure). Por outro lado, na terminologia das dobras, uma sinforma fortemente não cilíndrica é uma bacia (uma tigela em posição normal).

Dobra monoclinal é uma dobra subcilíndrica com apenas um flanco inclinado (Fig. 11.8A). As dobras monoclinais (ou apenas monoclinas) são, em geral, estruturas mapeáveis relacionadas à reativação (ou compactação diferencial) de falhas subjacentes ou de estruturas de sal (Fig. 1.6).

As dobras tendem a ocorrer em grupos ou siste­mas e, apesar de elas não serem muito sistemáticas, dobras vizinhas tendem a apresentar estilos em co­mum, especialmente quando ocorrem em sequên­cias ou "comboios". Nesses casos, elas podem ser descritas em termos de comprimento de onda, amplitude, ponto de inflexão e por uma superfície de referência denominada superfície envoltória.  Trata-se da superfície que tange os flancos individuais ao longo de uma camada dobrada (Fig. 11.1) Note que a superfície envoltória não conecta necessariamente a linhas de charneira, apesar de que isto possa ocorrer em dobras simétricas.

11.1.2 Isógonas de mergulho

Em alguns tipos de dobras, as camadas preservam suas espessuras, enquanto outros tipos apresentam espessamento de flancos ou charneira. Estas e outras feições relacionadas foram analisadas pelo geólogo inglês John Ramsay, que classificou as dobras geometricamente por meio de isógonas de mergulho. Ao orientarmos uma dobra de modo que seu traço axial se torne vertical, isolinhas ou isógo­nas de mergulho podem ser traçadas entre pontos de igual mergulho nas superfícies interna e externa de uma camada dobrada. As isógonas de mergulho retratam a diferença entre as duas superfícies (in­terna e externa) e, portanto, as mudanças na espes­sura da camada. Com base nas isógonas de mer­gulho, as dobras podem ser classificadas em três classes principais (Fig. 11.10):

Classe 1: as isógonas de mergulho convergem para o arco interno, que é mais fechado que o arco externo.

Classe 2 (dobras similares ou dobras de cisalha­mento): as isógonas de mergulho são paralelas ao traço axial. As formas dos arcos interno e externo são idênticas.

Classe 3: as isógonas de mergulho divergem em direção ao arco interno, que é mais aberto que o arco externo.

As dobras de classe 1 são subdivididas em 1A 1B e 1C. As dobras 1A são caracterizadas por zo­nas de charneira adelgaçadas, enquanto as dobras 1B têm espessura de camada constante e são tam­bém denominadas dobras paralelas ou, se tiverem forma circular, dobras concêntricas (Fig. 11.2C). Do­bras de classe lC apresentam flancos ligeiramente adelgaçados. As dobras de classe 2 e, em especial, de classe 3 apresentam flancos ainda mais adelga­çados e charneiras espessadas. Dentre essas clas­ses, as formas das classes 1B (paralelas) e 2 (simi­lares) se destacam por serem mais comuns e mais fáceis de identificar em campo.

No diagrama de classificação baseado nas isógonas de mergulho (Fig. 11.11), as dobras são consideradas estruturas normais (plano axial vertical), de modo que o mergulho do flanco (a) aumente para os dois lados a partir de 0° no ponto de charneira. O parâmetro vertical no diagrama, t’_α é a versão normalizada da espessura ortogonal, que é indicada por t_α na Fig. 11.11. Esta é a espessura ortogonal da camada medida em um dos dois pontos correspondentes de igual mergulho em cada arco (pontos vermelhos na Fig. 11.11). Para as dobras da classe lB, t’_α, independentemente da posição na camada dobrada, e cada flanco da dobra estará situado no diagrama sobre a linha horizontal t’_α = 1. Dessa forma, lançando as medidas de uma única camada dobrada, obteremos uma série de pontos que definem duas linhas (uma para cada lado do ponto de charneira) na Fig. 11.11.

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Boxe 11.1 ESTRUTURAS DE DOBRAS SOBREPOSTAS

As dobras individuais podem sobrepor-se e interferir urnas nas outras. Assim corno as falhas, elas iniciam-se como pequenas estruturas e interagem pela formação de estruturas de sobreposição ou de transferência. Estruturas de dobras sobrepostas foram mapeadas pela primeira vez em cinturões de dobramento e cavalgamento, particularmente nas Montanhas Rochosas do Canadá. Muitos dos princípios fundamentais das estruturas de dobras sobrepostas vieram do estudo das populações de dobras. As sobreposições de dobras são zonas onde a deformação é transferida de urna dobra para outra. Mudanças bruscas na am­plitude das dobras são características de estruturas de dobras sobrepostas.

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11.3 Simetria e ordem

As dobras podem ser simétricas ou assimétricas em seção geológica. Uma dobra é perfeitamente simétricas se os dois lados do traço axial forem imagens um do outro, quando observados em seção geológica perpendicular à superfície axial. Isso significa que os dois flancos têm o mesmo comprimento. As dobras em chevron e as concêntricas (Fig. 11.2) são exemplos de dobras simétricas.

Se estendermos esse conceito para as três dimensões, o plano axial torna-se um plano de simetria (especular), e as dobras mais simétricas possíveis terão outros dois planos de simetria perpendiculares ao plano axial. Esta são características da simetria ortorrômbica. Nas dobras simétricas, o plano bissetriz coincide com o plano axial. Portanto, as kink bands (Fig. 11.2ª) não são simétricas. De fato, esta é a diferença entre kink bands e dobras em chevron: estas são simétricas, enquanto aquelas têm um flanco curto e outro longo. Isso nos deixa com apenas um plano de simetria: o perpendicular à superfície axial, e a simetria passa a ser monoclínica.

As dobras simétricas geralmente são denomina· das dobras em M, e as dobras assimétricas são de­nominadas dobras em S ou dobras em Z (Fig. 11.12 A distinção entre dobras em S e em Z pode causa: certa confusão, mas as dobras em Z têm flancos curtos que parecem ter sido rotacionados no sen­tido horário em relação aos flancos longos. Elas imi­tam, portanto, a letra Z, quando consideramos o flanco curto e os dois flancos longos adjacentes. As dobras em S implicam rotação no sentido anti-ho­rário e assemelham-se à letra S (não há nenhuma relação entre as dobras e a angularidade das letras S e Z). É interessante notar que as dobras em S transformam-se em dobras em Z quando vistas da direção oposta. Dobras com caimento são, em gera. analisadas em observação na direção do caimento (plunge), e a direção de observação deve ser indicada no caso das dobras com eixos horizontais.

Os sistemas de dobras com assimetria consis­tente apresentam uma vergência, a qual pode ser especificada, e a direção de vergência é dada pelo sentido de deslocamento do flanco superior em relação ao flanco inferior (Fig. 11.13). Podemos também relacioná-la à rotação no sentido horário do flanco curto inclinado na Fig. 11.13, em que uma rotação horária implica vergência para a direita.

A vergência de dobras é importante na análise estrutural por diversos motivos. As dobras grandes geralmente apresentam dobras menores em seus flancos e zonas de charneira (Fig. 11.12). As dobras maiores são chamadas de dobras de primeira or­dem, e as dobras menores associadas são de se­gunda ordem ou de ordens mais elevadas. Essas dobras menores são denominadas dobras parasitas. As dobras de primeira ordem podem ser de qual­quer tamanho, mas quando são visíveis em escala de mapa, é provável que apenas as dobras de se­gunda ordem e de ordens mais elevadas sejam visí­veis em afloramento. Se um sistema de dobras cor­responde a dobras parasitas (de segunda ordem) de uma estrutura sinformal ou antiformal de primeira ordem, sua assimetria e sua vergência indicam sua posição na estrutura de larga escala. As dobras pa­rasitas têm vergência direcionada para a zona de charneira (Fig. 11.12). A relação entre dobras parasi­tas e dobras de ordens mais baixas pode ser extre­mamente útil no mapeamento de estruturas dobra­das que são grandes demais para serem vistas em afloramentos individuais.

A vergência de sistemas assimétricos de dobras em zonas de cisalhamento não está, em geral, re­lacionada a dobras de ordem mais baixa, e pode dar informações sobre o sentido de cisalhamento da respectiva zona. Essa análise cinemática requer que a seção observada contenha o vetor de cisalha­mento e que este possa ser usado juntamente com outros indicadores cinemáticos independentes (ver Cap.15).

A (as)simetria de dobras pode também refletir a deformação e a orientação do elipsóide de de­formação. Em geral, as camadas paralelas a ISA3 (direção de encurtamento mais rápido, ver Cap. 2) irão desenvolver dobras simétricas. Na deformação coaxial, essa relação é direta (Fig. 11.14), mas em cisalhamento simples e outros tipos de deformação não coaxial, a situação é mais complexa, pois as camadas são rotacionadas através da posição de ISA₃ durante a deformação.

A ASSIMETRIA DE DOBRAS PODE SER RELACIONADA À POSIÇÃO DA DOBRA EM UMA DOBRA DE ORDEM MAIS BAIXA, AO SENTIDO E À ORIENTAÇÃO DO CISALHAMENTO DA CAMADA DOBRADA EM RELAÇÃO À ELIPSE DE DEFORMAÇÃO.

Extraído de: FOSSEN, Haakon. Geologia Estrutural; trad. Fábio R. D. Andrade. Cap. 11: Dobras e dobramento. São Paulo : Oficina de Textos, 2012.