Tomografia Sísmica: O estudo do resíduo dos tempos de percursos Algumas vezes os tempos de percurso das ondas sísmicas são maiores ou menores que os previstos por um modelo de referência. Essas diferenças, chamadas de resíduos, permitem estimar as posições de heterogeneidades no interior da Terra. Como toda tomografia sísmica é realizada com base em um modelo de referência, o que estudamos são variações laterais de velocidade, de forma que: Se o resíduo do tempo de percurso é negativo, o tempo de percurso observado é menor que o teórico, o que significa que a velocidade média da onda ao longo do raio sísmico foi maior que ô modelo re referência. Nos mapas de tomografia os resíduos negativos de tempo (velocidades maiores) são representado por cores frias, e as velocidades menores por cores quentes.

Modelo de Referência Preliminary Reference Earth Model

Velocities Maiores Velocities Menores Baixa Temperatura Velocidades das Ondas Sísmicas As velocidades das sísmicas refletem as propriedades das rochas, que por sua vez dependem da composição química, temperatura, pressão, entre outros parâmetros. Velocities Maiores Velocities Menores Baixa Temperatura Alta Pressão Fases sólidas Alta Temperatura Baixa Pressão Fases Líquidas

resíduo de tempo -1s região de velocidade alta direção da onda P

-1 0 0 -1

Escolhe-se o mais simples (“menos estrutura”) Tomografia: vários modelos possíveis -1 0 0 -1 0 0 -1 0 0 -1 0 0 qual o melhor modelo ? Escolhe-se o mais simples (“menos estrutura”)

Sismômetros Superfície da Terra

Exemplo de Resultado Tomográfico: Subducção de Tonga

no Sudeste e Centro-Oeste Tomografia de Onda P no Sudeste e Centro-Oeste Discutir

Tomografia Sísmica com Ondas de Corpo

~90 estações, 10.000 leituras de P+PKP Tomografia do Manto Superior com Onda P (projeto BLSP, 1992-2004) VanDecar et al. 1995 Schimmel et al. 2003 C. Escalante, 2002 M. Rocha, 2003, 2007 ~90 estações, 10.000 leituras de P+PKP

chegada observada tempo teórico Tomografia de onda P: chegadas RELATIVAS chegada observada mais atrasada tempo teórico menos atrasada

Portanto diferentes modelos podem ajustar os dados! Grade de Pontos para Inversão: Muitos Pontos & "Poucos" Dados ~100.000 pontos ~10.000 leituras Portanto diferentes modelos podem ajustar os dados! Outras informações necessárias para inversão: - modelo suave

anomalia positiva anomalia negativa perfil de referência Litosfera Sísmica: velocidade alta P e S anomalia positiva anomalia negativa perfil de referência

profundidade estação craton intrusões 85-60 Ma intrusões 130-110 Ma

Temperatura ou Composição ? Anomalias de Velocidade Sísmica: Temperatura ou Composição ? - Anomalias altas (~5-10%) -> provavelmente temperatura (e.g. zonas de subducção) ou água. - Temperatura diminui velocidade das duas ondas, P e S - Manto enriquecido em Fe (olivina, piroxênio): -> baixas velocidades, alta densidade, e alta razão Vp/Vs - Ca, Mg -> tende a aumentar Vp, Vs e diminuir Vp/Vs

Região SE do Brasil: evidências de efeito de maior temperatura nas anomalias de baixa velocidade. - Anomalias das ondas P e S têm boa correlação; - Alcalinas mais recentes estão perto de baixas velocidades, - Fluxo geotérmico aumenta nas bordas da bacia do Paraná: ~45 mW/m2 no centro, ~55 mW/m2 nas bordas,

Intrusões 85-60 Ma: efeito da pluma de Trindade ? 150 km Baixa velocidade perto de províncias ígneas do Cretáceo Superior (intrusões alcalinas). Rift do Atlântico 130 Ma Intrusões 85-60 Ma: efeito da pluma de Trindade ? Trindade plume (?)

Geoquímica (Gibson et al., 1997) Tomografia (BLSP) Efeito da distribuição dos raios Tomografia (BLSP)

Pluma de Trindade desviada pela raiz do cráton do São Francisco Pluma de Trindade desviada pela raiz do cráton do São Francisco? (Thompson et al., 1998; Gibson et al., 1999)

Placa de Nazca Discutir

Discutir Rocha et al., 2010

Anomalias profundas com tendência NS. Subducção da placa de Nazca ? 1300 km Anomalias profundas com tendência NS. Subducção da placa de Nazca ? Densidade de raios Discutir Nazca plate (?)

Ondas P de estações globais, dados ISC (Bijwaard et al., 1998) Discutir 500 km 200 km

Detecção da placa de Nazca a 1300km ? Discutir Engdahl et al. (1995): ondas P, rede mundial (dados do ISC) Schimmel et al. (2003): projeto BLSP, estações locais

Afinamento Litosférico e Sismicidade Intraplaca Discutir

SISMICIDADE: epicentros não se correlacionam com feições da superfície: faixas de dobramento Brasilianas ou suturas não são zonas de fraqueza crustal. Discutir

P S Resultados Recentes de Tomografia com ondas P e S (Rocha, 2007) Low velocities along the TransBrasiliano Lineament Discutir P S high velocities in craton and beneath Paraná basin

Sismicidade Discutir

Atividade sísmica em áreas de velocidade baixa: Litosfera fina concentra tensões! Discutir

Número de Sismos no perfil NW-SE (largura de ~100 km) mag>3,5 Iporá APIP SFC S.Mar/plat. lithosphere/asthenosphere limit? Discutir

Sismos, intrusões alcalinas e tomografia Modelo Sismológico Sismicidade versus Tomografia versus Alcalinas Modelo Geoquímico Discutir Sismos, intrusões alcalinas e tomografia Modelo Sismológico

Litosfera Vp Vp Crosta 150 km Astenosfera Perfil médio de referência Modelo de variação de Vp com temperatura Vp Vp Crosta Litosfera 500oC 600oC 1300oC 150 km Discutir 1300oC Astenosfera Perfil médio de referência

Modelo proposto por Assumpção et al. (2009) Litosfera mais fina é mais quente e portanto mais fraca: não suporta grandes tensões intraplaca. Resistência da litosfera (máxima tensão possível) crosta 500oC 1000oC 150 300 MPa T Discutir manto

Modelo proposto por Assumpção et al. (2009) Litosfera mais fina e mais quente é mais fraca: tensões intraplaca concentram-se na crosta superior crosta manto Discutir Vp alto frio resistente litosfera/ astenosfera Vp baixo quente fraca 1300oC

Conclusões com a tomografia de onda P no Sudeste do Brasil 1) Litosfera mais fina no Arco Magmático de Goiás, na Província Ígnea do Alto Paranaíba (APIP), e na bacia do Pantanal. 2) Litosfera mais espessa no sul do cráton do São Francisco, sul de Goiás, e núcleo cratônico(?) da bacia do Paraná. 3) Afinamentos da litosfera pode explicar sismicidade. Sismos são superficiais mas as causas são profundas! Discutir

Tomografia com Ondas de Superfície Rayleigh na América do Sul Discutir

superfície P P S Discutir Superfície S

Tomografia de Ondas de Superfície Velocidade da onda Rayleigh depende da estrutura de velocidade S da crosta e manto T=20s T=100s Vs Discutir

Alta velocidade nos crátons Estudos anteriores (Vs a 100 km) Montpellier 2001 Carnegie-ETH 1999 Discutir Alta velocidade nos crátons resolução lateral: 700-1000km ~300 a 500 km

Tomografia global, (Univ. Colorado): Poucas estações na América do Sul (resolução baixa). Discutir 100 km

~6000 percursos analisados com velocidade de grupo da onda Rayleigh Projeto BLSP02 (estações no Norte e Nordeste) Colaboradores: UnB, UFRN, IPT, UFMS, UFRA, CPRM, CVRD, DeBeers, RTDM, AngloGold. ~6000 percursos analisados com velocidade de grupo da onda Rayleigh Discutir

Baixas velocidades nos Andes (crosta espessa) e bacias sedimentares. Tomografia 2D (Velocidade da onda Rayleigh com Período de 20s) Baixas velocidades nos Andes (crosta espessa) e bacias sedimentares. T=20s Vs Discutir

Tomografia 2D (Velocidade da onda Rayleigh com Período de 100s) Baixas velocidades nos Andes (astenosfera). Altas velocidades nos crátons. T=100s Vs Discutir

Modelagem do sismograma Inversão de forma de onda Modelagem do sismograma Obtém-se modelos 1D médios entre cada epicentro e estação Discutir

~600 percursos analisados com modelagem de forma de onda

A= blocos mais antigos -> litosfera mais espessa. Velocidades S na base da litosfera (100 km) A= blocos mais antigos -> litosfera mais espessa. Velocidade de grupo + forma de onda

Teste de Resolução (inversão conjunta)

Peru Bolívia astenosfera

Resolução Discutir Vs a 150 km

Craton: geochronological provinces Amazonian Craton: geochronological provinces B 2.2 – 1.95 Ga A > 2.3 Ga C 1.95 – 1.8 Ga Discutir D 1.8 – 1.55 Ga Guyana shield Tassinari & Macambira,1999 Guaporé shield

crosta mais antiga Resolução Discutir Vs a 200 km

150 km NW Guaporé shield SE Discutir Guyana shield S.Francisco craton

3) Baixas velocidades a 200-300km sob a região do Pantanal. Considerações finais sobre a Tomografia de ondas Rayleigh 1) Maiores espessuras da litosfera na parte leste do cráton Amazônico e na parte sul do cráton do São Francisco. 2) Possível núcleo cratônico na bacia do Paraná e Bacia do Parnaíba (?) 3) Baixas velocidades a 200-300km sob a região do Pantanal. Discutir

Raios Sísmicos e Resolução Tomografia com ondas de corpo e de superfície Raios Sísmicos e Resolução Discutir

Vs 100 km Resultado Como avaliar a possibilidade de erros numéricos e a resolução dos dados?

Vantagens versus Desvantagens Ondas de corpo versus Ondas superfície Vantagens versus Desvantagens Discutir

Tomografia Sísmica & Pinturas Impressionistas

Renoir: “Remando no Sena”

Material Extra (Apoio) Discutir

Tomografias na Placa Sul-Americana Discutir

100km 150km Global tomography (Univ. Colorado) Few stations in South America, very long paths -> low resolution (does not isolate Amazon craton Note low-velocities beneath the Chaco/Pantanal basins. 200km 250km Upper Mantle Shear Velocity Model N.Shapiro Univ.Colorado SDT (diffraction tomography model).

Tomografia com Ondas de Superfície (Vs a 100 km de profundidade) Altas velocidades no Craton do Amazonas Heintz et al. 2005 Feng et al. 2005 Resolução Lateral : 700 - 1000km 300 - 500 km T > 40s, percursos longos T > 15s, percursos curtos

Tomografia com Ondas de Superfície (Heintz et al., 2005) Note as baixas velocidades sob as bacias Chaco/Pantanal. %

Vs 100 km Joint inversion results: Generally high velocities In the Amazon craton. No clear separation between the Guyana and Guaporé shields. Separate high-velocity block in Southern S.Francisco craton. Possible cratonic block beneath the Paraná basin?

Vs 150 km thickest lithosphere in oldest block A resolution 300-600km TransBrasilian Lineament: generally low velocities or limits high velocity blocks.

Vs 200 km oldest rocks 2.9-3.0 Ga granitoids/greenstones resolution 500-800km 2.9-3.0 Ga granitoids/greenstones Carajás Iron Province