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Tensões na placa da América do Sul: estágio atual do conhecimento Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas Universidade de São Paulo.

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1 Tensões na placa da América do Sul: estágio atual do conhecimento Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas Universidade de São Paulo Marcelo Assumpção, Depto. de Geofísica, IAG-USP Semana de Geofísica de Belém 27-29/11/2007

2 dados modelos problemas

3 Pressão confinante (hidrostática) Igualdade aproximada da pressão vertical e horizontal z g z p zz Abaixo de alguns quilômetros de profundidade, p xx p zz = gz. p xx

4 Tensões tectônicas principais: S1 (compressão máxima) S3 (compressão mínima) S1 (120 MPa) S3 (100 MPa) S1 (-10 MPa) S3 (+10 MPa) Convenção geológica: pressão positiva 110 MPa pressão uniforme (confinante) Convenção sismológica: tração positiva tensões tectônicas (deviatoric stresses)

5 Mecanismo Focal Exemplo dos Sismos de Belo Jardim, PE, 2004.

6 Sismos relacionados ao lineamento de Pernambuco? 14 estações sismográficas 2 áreas epicentrais: Tacaimbó, Belo Jardim Projeto UFRN, IAG-USP Belo Jardim

7 topografia S SN N Resultados preliminares: falhamento normal, sismos a 4-5 km de profundidade

8 F A Mecanismo focal de terremoto A movimentação dos dois blocos em cada lado da falha (setas pretas) gera ondas sísmicas (linhas tracejadas vermelhas) com primeiro movimento de empurrão (C) e de puxão (D) em quatro quadrantes alternados.

9 Plano de falha EW Mecanismo Focal de Belo Jardim tração (T) P pressão SHmax

10 Intraplaca: Predominância de falhas inversas e transcorrentes. Sub-Andes: Falhas inversas, eixo P ~ EW. Platô Andino: predominância de falhas normais. Mecanismos Focais (~ direção do SHmax, dados até ~2000)

11 Cláudio Lima (1996); Lima et al.(1997) Medidas in-situ -breakout (poços de petróleo) - frat. hidráulico (engenharia)

12 Riccomini & Assumpção (1999) Compressão EW no Nordeste Compressão EW no Sudeste? Variação temporal pode ser importante! Dados Geológicos falhas recentes, último evento em cada local. (tensor de esforço com estrias em vários planos de falha diferentes)

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14 Eixos P e T são as direções das tensões liberadas pelo sismo. S1 e S3 são as tensões tectônicas principais P T F A S1 S3 Situação mais provável, Se a falha for conhecida: S1 a ~30 º da falha

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16 Sub-Andes: S1 ~ EW com tendência de ser perpendicular ao platô. Costa do Brasil: S1 tende a ser paralelo à costa, e S3 perpendicular à costa (continente se esparramaem direção ao oceano).

17 Tensões por variação lateral de densidades platôcraton h r e c c m Isostasia: r = e c /( m - c H H = e + h + r pressão vertical varia com profundidade de maneira diferente zz c g H c g h c g h + m g r c g H pressão

18 Tensões por variação lateral de densidades platôcraton m Topografia gera tensões! FAFA FCFC F A > F C causa tração horizontal (tectônica) em A e/ou compressão em C Regiões altas tendem a se esparramar em direção às regiões baixas causando spreading stresses. Exemplos: platô dos Andes; transição continente/oceano; dorsais meso-oceânicas

19 Stein et al. (1989)

20 Colisão com a placa de Nazca Variação lateral de densidade: empurrão da cadeia (ridge- push), espalhamento do continente (+ alto) em direção ao oceano (+ baixo) espalhamento dos Andes

21 Coblentz & Richardson(1996) Campo de tensões numa placa elástica de 100km de espessura: tensões desviatóricas médias. Compressão horizontal, SH > Sv Tração horizontal: Sh < Sv

22 DADOS MODELO

23 Meijer (1995) Modelo de forças de Meijer (1995). Note o valor maior da força de colisão da placa do Caribe com a da América do Sul.

24 Meijer (1995) Campo de tensões (modelo de Meijer, 1995). Note direção do SHmax NW-SE na Amazônia devido à maior força no contato entre a placa do Caribe e da Am. do Sul.

25 tensões observadas modelo teórico: forças regionais + spreading stresses Meijer (1995)

26 Esforços de flexura por carga de sedimentos compressão tração carga de sedimentos

27 Chang et al.(1992)

28 Assumpção (1998a) Offshore: - sismos ao longo do talude, -falhas inversas. Flexura pela maior carga de sedimentos Margem onshore (incluindo Serra do Mar): faixa assísmica !!? redução da compressão regional pela tração flexural da ombreira ??

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30 catálogo uniforme, compressão tração Direção das tensões tectônicas observadas na crosta do Brasil (esquema preliminar)

31 Problemas/Desafios 1) Ainda há poucos dados para definir o campo de tensões.

32 Problemas/Desafios dados geológicos 2) variação temporal no Quaternário, ainda não bem compreendida nem estudada.

33 Fase TD: Pleistoceno/ Holoceno Fase E2: Holoceno Dados de Salvador & Riccomini (1995) Exemplo da Serra do Mar

34 Problemas/Desafios dados geológicos - relaxamento da compressão regional pela desaceleração da convergência entre as placas de Nazca e da América do Sul ?

35 Problemas/Desafios 3) Melhorar modelos e explicações Superposição de tensões OK para NE Por que não há sismos no resto da margem norte??

36 Um caminho a ser explorado: Relacionar causas das tensões da crosta superior com estruturas mais profundas da crosta e litosfera. Neste exemplo do SE do Brasil, vemos que a sismicidade (círculos brancos) tende a ocorrer preferencialmente em áreas com menor velocidade da onda P no manto superior. As cores mostram anomalias de velocidade da onda P a 200km de profundidade. Velocidades maiores (azul) indicam litosfera mais espessa.

37 Número de sismos ao longo do perfil (faixa de km de largura) Iporá APIP CSF S.Mar/plat. mag>3,5 Limite litosfera/astenosfera ? Perfil NW-SE, de Goiás ao Rio de Janeiro: áreas de litosfera mais fina têm mais sismos.

38 Modelo proposto Litosfera mais fina e mais quente é mais fraca: tensões intraplaca concentram-se na crosta superior manto crosta placa litosfera/ astenosfera fina, quente: fraca espessa, fria: resistente 1300 o C Assumpção et al., Geophys.J.Int.

39 Tarefas para casa 1) Melhorar os estudos sismológicos de campo, principalmente nos casos de sismos fora das zonas mais sísmicas. 2) Aprofundar os estudos das estruturas do manto e crosta inferior e seus efeitos nas tensões da crosta superior. 3) Estudos de modelagem numérica do campo de esforços, em escala regional e global.

40 Agradecimentos Muito do que se conhece sobre tensões tectônicas no Brasil se deve a colaborações de muitos anos entre várias instituições, principalmente: - IAG - IPT - CENPES - UFRN - UnB (ordem alfabética...)

41 Obrigado !

42 Referências Assumpção, M., 1998a. Seismicity and stresses in the Brazilian passive margin. Bull. Seism. Soc. Am., 88(1), Assumpção, M., 1998b. Focal mechanisms of small earthquakes in SE Brazilian shield: a test of stress models of the South American plate. Geophys. J. Int., 133, Assumpção, M., M. Schimmel, C. Escalante, M. Rocha, J.R. Barbosa & L.V. Barros, Intraplate seismicity in SE Brazil: Stress concentration in lithospheric thin spots. Geophysical J. Int., 159, Coblentz, D.D. & R.M. Richardson, Analysis of the South American intraplate stress field. J.Geophys.Res., 101, Ferreira, J.M., R.T. Oliveira, M.K. Takeya & M. Assumpção, Superposition of local and regional stresses in NE Brazil: evidence from focal mechanisms around the Potiguar marginal basin. Geophys. J. Int., 134, Lima, C., E. Nascimento & M. Assumpção, Stress orientations in Brazilian sedimentary basins from breakout analysis - implications for force models in the South American plate. Geophys.J.Int., 130(1), Meijer, P.T., Dynamics of active continental margins: the Andes and the Aegean region. Ph.D. thesis, Utrecht University, The Netherlands, 218pp. Riccomini, C. & M. Assumpção, Quaternary tectonics in Brazil. Episodes, 22(3), Salvador, E.D. & C. Riccomini, Neotectônica da região do alto estrutural de Queluz (SP- RJ, Brasil). Rev. Bras. Geociências. 25,


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