Quantificação da zona de dano em falhas geológicas por modelagem bidimensional: aplicações a ambientes transcorrentes e contracionais

Abstract

As zonas de falha são estruturas geológicas complexas que apresentam grande influência na redistribuição dos esforços tectônicos na crosta terrestre superior e na consequente migração de fluidos em subsuperfície. O entendimento de seu comportamento é, portanto, imprescindível para a exploração de recursos minerais e o descarte de materiais radioativos. Neste trabalho foram utilizadas duas abordagens de modelagem em elementos finitos bidimensionais (2D), sendo a primeira voltada à investigação da evolução estrutural de falhas sintéticas do tipo transcorrente, sob cinco tensões confinantes e três subtipos de cinemática: transcorrência pura (TP), convergência oblíqua (CO) e divergência oblíqua (DO), além de determinar como suas larguras de zona de dano (LZD) variam conforme a cinemática. No segundo cenário numérico, utilizou-se a interpretação geológica de uma zona de falha de empurrão para analisar o papel das tensões confinantes na evolução estrutural e sua influência sobre a LZD. As duas abordagens consideraram modelos constitutivos elastoplásticos de Drucker-Prager e Mohr-Coulomb, respectivamente. A determinação da LZD foi realizada por meio de dois métodos empíricos baseados na resposta da deformação plástica. O primeiro envolve o uso dos pontos de inflexão da curva de distribuição normal da deformação plástica para definir a largura, enquanto o segundo utiliza a medida de desvio padrão (95% de confiança) para a mesma curva. Os resultados das simulações da primeira abordagem indicam relações inversamente proporcionais entre a tensão confinante, a porosidade e a intensidade da deformação plástica, e uma relação diretamente proporcional com a LZD. No caso da falha de empurrão, a configuração estrutural obtida se mostrou mais compatível com os resultados apresentados para a tipologia Sem Condições de Contorno Não Físicas (SNF) em ambientes com confinamento superior a 10 MPa. Na primeira abordagem, os resultados da LZD para TP e CO estão bem alinhados com observações de afloramentos de falhas semelhantes descritas na literatura. Além disso, os resultados indicam concordância satisfatória da tipologia SNF para os valores de LZD, ressaltando a importância da modelagem numérica como ferramenta para o estudo da nucleação e propagação de zonas de falha.