Tensões na placa da América do Sul: estágio atual do conhecimento

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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 Tensões na placa da América do Sul: estágio atual do conhecimento Semana de Geofísica de Belém 27-29/11/2007 Marcelo Assumpção, Depto. de Geofísica, IAG-USP

2 dados modelos problemas

3 Abaixo de alguns quilômetros de profundidade,
Pressão confinante (“hidrostática”) Igualdade aproximada da pressão vertical e horizontal Abaixo de alguns quilômetros de profundidade, pxx  pzz = rgz. pzz pxx r g z z

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

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

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

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

8 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 “SHmax” Mecanismo Focal de Belo Jardim Plano de falha EW tração (T)
P pressão tração (T)

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

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

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

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14 Eixos P e T são as direções das tensões liberadas pelo sismo
Eixos P e T são as direções das tensões liberadas pelo sismo. S1 e S3 são as tensões tectônicas principais. S3 + - P T F A S1 Situação mais provável, Se a falha for conhecida: S1 a ~30º 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 “esparrama”em direção ao oceano).

17 Tensões por variação lateral de densidades
pressão vertical varia com profundidade de maneira diferente platô craton pressão e pressão rc rc h H rc g h r rm rc g H rc g h + rm g r z z = rc g H Isostasia: r = e rc/(rm - rc) H = e + h + r

18 causa tração horizontal (tectônica) em A e/ou compressão em C
Tensões por variação lateral de densidades Topografia gera tensões! platô craton FA FC rm FA > FC 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 Variação lateral de densidade:
empurrão da cadeia (“ridge-push”), “espalhamento” do continente (+ alto) em direção ao oceano (+ baixo) “espalhamento” dos Andes Colisão com a placa de Nazca

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

22 DADOS MODELO

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

24 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. Meijer (1995)

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

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

27 Chang et al.(1992)

28 - sismos ao longo do talude,
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 ?? Assumpção (1998a)

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

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

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
Por que não há sismos no resto da margem norte?? Superposição de tensões OK para NE

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) mag>3,5 APIP Iporá CSF S.Mar/plat. 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 crosta placa manto 1300oC fina, quente: fraca espessa, fria: resistente litosfera/ astenosfera 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,