Os orógenos Paleozóicos (e.g. Varisco e Caledónico) são caracterizados por dobramentos tardios de grande comprimento de onda e amplitude. E se este dobramento originalmente tivesse sido diferente, i.e., com menor comprimento de onda e amplitude, e só posteriormente tivesse adquirido a configuração actual? Neste estudo e por modelação experimental, é investigada a formação de bacias sedimentares intra-continentais, em dobramentos litosféricos de larga-escala, formadas num regime de relaxamento pós-orogénico. A resposta litosférica é modelada a partir da reologia viscoelástica de Maxwell, tendo como objectivo perceber a resposta da superfície frágil ao relaxamento da tensão elástica, imposta via matriz viscosa. O modelo é caracterizado por dois estádios: um primeiro de encurtamento paralelo à estratificação em cisalhamento puro, e um segundo de relaxamento do modelo com os limites fixos (velocidade do pistão = 0). Para o primeiro estádio, e devido à configuração do modelo, foi verificado que as bacias sedimentares formadas por dobramento activo apenas se desenvolvem se a fracção elástica da litosfera dobrar em profundidade. Apesar do modelo apresentar um leito elástico de comprimento finito (extremidades longe das paredes confinantes do modelo), a correlação entre os resultados experimentais e a solução analítica de Biot para o dobramento activo de um leito elástico numa matriz viscosa é bastante boa. Durante o estádio de relaxamento pós-dobramento, o leito elástico tende a voltar à forma original, relaxando desta forma a energia elástica acumulada durante o primeiro estádio do dobramento, e produzindo estiramento no leito frágil suprajacente. Consequentemente, as bacias sedimentares por relaxamento elástico imediatamente se formam como resposta à energia acumulada no leito elástico. Este relaxamento diminui o número de bacias sedimentares geradas por dobramento, devendo-se à rápida coalescência das charneiras dos antiformas de menor amplitude (formados pelo encurtamento), desenvolvendo progressivamente sinformas de maior amplitude no domínio interno e central do leito elástico. No domínio interno e nos primeiros minutos de relaxamento, o desdobramento é seguido pelo colapso gravítico das charneiras dos antiformas, aí formando grabens que se tornam mais pronunciados à medida que o leito elástico retorna à sua forma original. Contudo, é na parte central do leito elástico onde se verificam os dobramentos de maior amplitude e comprimento de onda que, após atingida a amplitude de pico do dobramento, se dá o colapso gravítico das charneiras dos antiformas. A partir deste momento, os sinformas tornam-se gradualmente mais fechados e de menor amplitude, enquanto as bacias tectonicamente condicionadas por grabens a topo dos antiformas, cada vez mais profundas e de maior amplitude, mostrando que é no domínio central que se desenvolvem as bacias sedimentares com maior expressão. Por fim, através deste processo de formação de bacias sedimentares extensionais pós-orogénicas, é proposto um provável processo para a formação das bacias do Varisco Ibérico, bem como a semelhança com as bacias sedimentares Caledónicas no Oeste da Noruega, como previsto por Marques & Mandal (2016).

Past orogens like Variscan and Caledonian are characterized by late, large-scale folds with great amplitude and wavelength. What if this folding had originally been different, for instance, with lower wavelength and amplitude and only later on had acquired its current configuration? In this study and by physical modeling, the formation of intracontinental sedimentary basins, on lithospheric large-scale folds, formed in a post-orogenic relaxation. The lithospheric answer is modulated from the Maxwell viscoelastic rheology, having as goal the understanding the behavior of the brittle surface response to the relaxation of elastic stress imposed by the viscous matrix. The model is characterized by two stages: the first, of layer-parallel shortening in pure shear, and the second in post-buckling relaxation with fixed limits (piston velocity = 0). For the first stage, and due to the configuration of the model, it was verified that the sedimentary basins formed by buckling only develop if the elastic fraction of the lithosphere buckle in depth. In spite of the model displaying an elastic layer of finite length (ends far from the bounding walls of the model), the correlation between the experimental results and the Biot analytic solution for the buckling of an elastic layer in a viscous matrix is quite good. During the post-buckling relaxation, the elastic layers tends to revert to its original form, in this spreading in the overlying. As consequence, the sedimentary basin by elastic relaxation immediately form as consequence of the accumulated energy in the elastic layer. This relaxation shortens the number of sedimentary basins generated by buckling, due to the rapid developing synforms with higher amplitude, due to the rapid coalescence of the lower amplitude hinges (formed due to the shortening), progressively developing higher amplitude synforms in the internal and in the center of the elastic layer. In the internal domain, and in the first minutes of the relaxation, the unfolding is followed by the gravitational collapse of the antiforms hinges, therefore forming grabens that become more emphasized the more the elastic layer returns to its original form. However, it’s in the central domain of the elastic layer that its verified the biggest and lengthiest amplitude wave folding that, after reaching the folding amplitude peak, the gravitational collapse of the antiforms hinges occurs. From this moment, the synforms become gradually tighter with lower amplitude, while the sedimentary basins that are tectonically constrained by grabens on top of the antiforms, of increasingly bigger amplitude and width, showing that it’s in the central domain where the sedimentary basins biggest emphasis are expressed. At last, during this forming process of extensional post-orogenic basins, its proposed a probable process to the formation of the Iberian Variscan basins, as well as a similarity with the Caledonian sedimentary basins in West of Norway, as foreseen by Marques & Mandal, 2016.

Tese de mestrado, Geologia (Geoquímica, Mineralogia e Petrologia) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018