Análisis de campos de velocidades en modelos análogos y su aplicación al modelado numérico cinemático

• Autores: Plotek, Berenice Lía
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cristallini, Ernesto Osvaldo; Guzmán, Cecilia Griselda
• Materia: PPLIEGUES RELACIONADOS A FALLAS; CAMPOS CINEMATICOS; MODELADOS DE ELEMENTOS FINITOS; EXPERIMENTO ANALOGICO; VELOCIMETRIA POR IMAGEN DE PARTICULAS; FAULT-REALTED FOLDS; KINEMATIC FIELD; FINITE ELEMENT MODELING; ANALOG EXPERIMENT; PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los modelos estructurales cinemáticos generalmente usan campos de velocidad preestablecidos generados a partir de ecuaciones de conservación de área (en el caso de modelos 2D) o volumen (para modelos 3D). Los programas que aplican modelos de pliegues basados en la cinemática se utilizan ampliamente en la investigación geológica y en la industria hidrocarburífera para predecir y prospectar las geometrías de trampas. Esto se debe a que permiten recrear modelos geométricos ajustados a los datos de campo, con información de subsuelo, y a partir de ellos es posible analizar los escenarios estructurales. El número de modelos cinemáticos disponibles en estos programas es limitado y no llega a cubrir la totalidad de las situaciones de plegamiento que se observan en la naturaleza. Es por esto, que en este trabajo se analizan los campos de velocidad de diversos plegamientos relacionados a fallas por medio de experimentos análogos y numéricos para comprender la cinemática involucrada en su formación y evolución. De esta forma, se busca contribuir a ampliar el conocimiento de los modelos cinemáticos ya vigentes para este tipo de estructuras. En el caso puntual de los modelos análogos, la trayectoria de las partículas se registra a través de fotografías en serie y se procesa por medio de la técnica de velocimetría por imagen de partículas (PIV). Al respecto de los modelos numéricos de elementos finitos, este estudio presenta los resultados de simulaciones de pliegues desarrollados sobre una cubierta sedimentaria anisotrópica, donde se explora la influencia de diferentes parámetros como la cohesión, el ángulo de fricción interna y viscosidad de las capas afectadas. En todos los casos se describe el campo cinemático generado y se compara con la cinemática teórica propuesta por métodos cinemáticos aplicados ampliamente en geología estructural para reconstruir pliegues asociados a fallas. En el análisis propio de los pliegues por propagación de falla, se seleccionan perfiles para estudiar las componentes paralelas y perpendiculares a la falla en diferentes etapas del modelo. Los vectores analizados en el bloque colgante revelan un aumento gradual en la componente vertical de los vectores de velocidad hasta que son casi paralelos a la falla, ajustando bien con el modelo cinemático de trishear. En el caso específico de los modelos que simulan pliegues por flexión de falla, si bien todos los métodos cinemáticos teóricos analizados pueden explicar la configuración general del pliegue, únicamente el método de backlimb trishear permite representar la geometría, las direcciones y módulos de desplazamiento. Por lo tanto, se propone que la combinación de diferentes ángulos de asimetría y apicales para cada quiebre en un falla dan como resultado un método muy versátil para simular pliegues por flexión de falla. Para los pliegues por despegue, se sugiere que los mismos pueden ser modelados mediante una zona de rotación progresiva. En base a las observaciones realizadas, se sintetizaron dos escenarios para entender su cinemática.
Kinematic structural models generally use preset velocity fields generated from conservation equations of area (in the case of 2D models) or volume (for 3D models). Kinematics-based fold modeling programs are widely used in geological research and in the hydrocarbon industry to predict the geometries of traps. This is because they allow to recreate geometric models adjusted to field data and it is possible to analyze structural scenarios from them. The number of kinematic models available in these programs is limited and does not cover all the folding situations observed in nature. For this reason, in this work the velocity fields of various folds are analyzed by means of analog and numerical experiments. This study presents analog and numerical models developed to understand the kinematics involved in the formation and evolution of fault-related folds. In this way, it seeks to contribute to expanding the knowledge of the kinematic models already in force for these types of structures. In the specific case of analog models, the trajectory of the particles is recorded through serial photographs and processed by means of the particle image velocimetry (PIV) technique. Regarding the finite elements numerical models, this study presents the results of simulations of folds developed on an anisotropic sedimentary cover, where the influence of different parameters such as cohesion, internal friction angle and viscosity of the affected layers is explored. In all cases, the generated kinematic field is described and compared with the theoretical kinematics proposed by kinematic methods widely applied in structural geology to reconstruct faultassociated folds. In the analysis of the fault propagation folds, profiles are selected to study the components parallel and perpendicular to the fault in different stages of the model. The vectors analyzed in the hanging block reveal a gradual increase in the vertical component of the velocity vectors until they are almost parallel to the fault, fitting well with the trishear kinematic model. In the specific case of models that simulate fault bend folds, although all the theoretical kinematic methods analyzed can explain the general configuration of the fold, only the backlimb trishear method allows to represent the geometry, directions and displacement modules. Therefore, it is proposed that the combination of different asymmetry and apical angles for each break in a fault results in a very versatile method for simulating fault bend folds. For detachment folds, it is suggested that they can be modeled using a zone of progressive rotation. Based on the observations made, two scenarios were synthesized to understand their kinematics.
Fil: Plotek, Berenice Lía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.