Fracturamiento asociado a fallas extensionales : un análisis según el método de elementos discretos

• Autores: Santarem da Silva, Paulo Cezar
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cristallini, Ernesto Osvaldo
• Materia: FRACTURAMIENTO; FALLA EXTENSIONAL; MODELO DE ELEMENTOS DISCRETOS; MODELO NUMERICO 2D; MODELO NUMERICO 3D; FRACTURING; EXTENSIONAL FAULT MODEL; DISCRETE ELEMENTS; 2D NUMERICAL MODEL; 3D NUMERICAL MODEL
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Este trabajo presenta modelos de fracturas asociadas al desarrollo de fallas extensionales a partirde un análisis numérico, utilizándose modelos de elementos discretos en 2D y 3D. Los modelosrealizados investigan la influencia de variables como resistencia del cemento y carga litostáticas,en la génesis del fracturamiento en secuencias con geometría simple, marcadas por apilamiento sedimentario horizontal donde se alternan de modo regular dos litotipos homogéneos y de espesorconstante. Las simulaciones numéricas 2D permiten elaborar modelos y obtener respuestas de modo másrápidas que aquellas 3D, pero presentan mayor grado de incertidumbre respecto a los datos deorientación de las fracturas. De modo general los datos del stress principal σ3 guardan buenacorrelación con los eventos principales de fracturamiento en los experimentos realizados a bajasprofundidades (condiciones superficiales hasta 400 m). En todos los modelos, las capas competentesson las primeras en presentar respuesta frágil; por el apilamiento empleado (alternancia de capascompetentes e incompetentes) eso implica en una sucesión de fracturas fuera de secuencia enel desarrollo de la falla. Los cambios en este apilamiento y en el número de capas competenteso incompetentes permitió verificar influencias importantes en la orientación inicial de las fajasfracturadas y en la edad de generación de la falla. Los modelos 3D permitieron seguir la secuencia de evolución del fracturamiento y su procesode conexión/propagación hasta la generación de la falla. La estructuración de las fajas fracturadasobedece una organización escalonada que guarda relaciones variables de paralelismo con la fallabasal predefinida en los modelos. Fueron simulados dos tipos de rampa basal: con dirección constante y con cambio local de ladirección. El primero muestra un desarrollo más importante del desplazamiento en el sector central de la falla, mientras el modelo con cambio de dirección muestra que el mismo controla la secuenciade fracturamiento, la generación de la falla y bien la historia del desplazamiento asociado. Al final la falla se genera como plano bien definido, involucrado en una zona de daño compleja ycon espesores variables directamente relacionados con la competencia de cada litotipo.
A series of numerical models were built to investigate fracture development associated withextensional fault evolution. 2D and 3D discrete element models allowed to see how particle bondstrength and lithostatic stress changes control fracture genesis. All experiments where built with 2 lithologies with distinct cement properties (particle bondedmodels), deposited as an homogeneous sedimentar sequence with a regular alternating layering overa basal downward-steepening fault surface initially inactive. As 2D models preparation are less time consuming, they allowed getting results faster than 3Dmodels; nonetheless they have greater uncertainty regarding the fracture orientation data. In all 2Dmodels σ3 principal stress have good correlation with the main fracturing events in experiments atlow depths (surface conditions up to 400 m). Competent layers are the first ones to present fragile response in both 2D and 3D models; as thelayering were built as a regular alternated sequence of competent and incompetente layers, it impliesthat the fracturing occurs out of sequence during the experiments. Changes in this layering regularityand in the number of competent / incompetent layers allowed to verify important influences on theinitial fracture belt orientation and in the age of final fault. In 3D models were posible to get a better understanding of the fractures genesis and evolution,their propagation through each layer and their final connection resulting in the fault plane. Fracturesfinal arrangement presents a 3D stepped geometry, being parallel to the basal fault ramp in differentdegrees, depending on the lithostatic condition of each model. Two types of basal ramp were simulated: one with regular direction and a second one with localbending along its strike. The first one presents more important displacements patterns in central faultsector while those ramps with local strike changes shown that this local bend influences directlyfracture genesis, fault generation and fault displacement history. As the most remarkable geometry in the models, extensional faulting is a result of fracturepropagation / connection, being generated as a continuos plane with a complex displacement historyand involved by a complex and varying thicknesses damage zone directly related to the competenceof each lithotype.
Fil: Santarem da Silva, Paulo Cezar. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.