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

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências AtmosféricasUniversidade de São Paulo

Marcelo Assumpção, Depto. de Geofísica, IAG-USPmarcelo@iag.usp.br

Semana de Geofísica de Belém27-29/11/2007

dados

modelos

problemas

Pressão confinante (“hidrostática”)Igualdade aproximada da pressão vertical e horizontal

z g z

pzz

Abaixo de alguns quilômetros de profundidade,

pxx pzz = gz.

pxx

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

110 MPa

pressão uniforme(confinante)

Convenção sismológica:tração positiva

tensões tectônicas (“deviatoric stresses”)

Mecanismo Focal

Exemplo dos Sismos de

Belo Jardim, PE, 2004.

Sismos relacionados aolineamento de Pernambuco?

14 estações sismográficas

2 áreas epicentrais:Tacaimbó,Belo Jardim

Projeto UFRN, IAG-USP

Belo Jardim

topografia

S

S N

N

Resultados preliminares:

falhamento normal, sismos a 4-5 km de profundidade

C

DHD

Cio

+_+_ +_

FA

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.

Plano de falha EW

Mecanismo Focal de Belo Jardim

tração (T)

tração (T)

P pressão

“SHmax”

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)

Cláudio Lima (1996); Lima et al.(1997)

Medidas in-situ

-breakout (poços de petróleo)

- frat. hidráulico (engenharia)

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)

Eixos P e T são as direções das tensões liberadas pelo sismo. S1 e S3 são as tensões

tectônicas principais.

+

+

--

P

TF

A

S1

S3

Situação mais provável,Se a falha for conhecida:S1 a ~30º da falha

Sub-Andes:S1 ~ EW com tendência de ser perpendicular ao platô.

Costa do Brasil:S1 tende a ser paralelo à costa, eS3 perpendicular à costa (continente se “esparrama”em direção ao oceano).

Tensões por variação lateral de densidades

platô craton

h

r

e

cc

m

Isostasia: r = e c/(m-c

H

H = e + h + r

pressão vertical varia com profundidade de maneira diferente

z z c g H

c g h

c g h + m g r

c g H

pressãopressão

Tensões por variação lateral de densidades

platô craton

m

Topografia gera tensões!

FAFC

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

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

Coblentz & Richardson(1996)

Campo de tensões numa placa elástica de 100km de espessura:

tensões desviatóricas médias.

Compressão horizontal, SH > Sv

Tração horizontal:Sh < Sv

DADOS

MODELO

tensõesobservadas

modelo teórico:forças regionais +

“spreading stresses”

Meijer (1995)

Esforços de flexura por carga de sedimentos

compressão tração

carga de sedimentos

Chang et al.(1992)

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 ??

“catálogo uniforme”, 1955-2000

compressão

tração

Direção das tensões

tectônicas observadas na crosta do

Brasil(esquema preliminar)

Problemas/Desafios

1) Ainda há poucos dados para definir o campo de tensões.

Problemas/Desafiosdados geológicos

2) variação temporal no Quaternário, ainda não bem compreendida nem estudada.

Fase TD:Pleistoceno/Holoceno

Fase E2:Holoceno

Dados de Salvador & Riccomini (1995)

Exemplo daSerra do Mar

Problemas/Desafiosdados geológicos

- relaxamento da compressão regional pela desaceleração da convergência entre as placas de Nazca e da América do Sul ?

Problemas/Desafios

3) Melhorar modelos e explicações

Superposição de tensões OK para NE

Por que não há sismos no resto da margem norte??

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.

600.

500.

400.

300.

200.

100.

0 .

Dep

th (

km)

A A '

Número de sismos ao longo do perfil (faixa de +- 100km 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.

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

1300oC

Assumpção et al., 2004. Geophys.J.Int.

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.

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...)

Obrigado !