Instituto de Astronomia Geofsica e Cincias Atmosfricas Universidade

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 marcelo@iag. usp. br

dados modelos problemas

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

Tensões tectônicas principais: S 1 (compressão máxima) S 3 (compressão mínima) 110 MPa S 3 (100 MPa) pressão uniforme (confinante) S 1 (120 MPa) S 3 (+10 MPa) S 1 (-10 MPa) tensões tectônicas (“deviatoric stresses”) Convenção geológica: pressão positiva Convenção sismológica: tração positiva

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

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

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

Mecanismo focal de terremoto A F 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.

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

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.

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

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)

Eixos P e T são as direções das tensões liberadas pelo sismo. S 1 e S 3 são as tensões tectônicas principais. S 3 + A + P S 1 F T Situação mais provável, Se a falha for conhecida: S 1 a ~30º da falha

Sub-Andes: S 1 ~ EW com tendência de ser perpendicular ao platô. Costa do Brasil: S 1 tende a ser paralelo à costa, e S 3 perpendicular à costa (continente se “esparrama”em direção ao oceano).

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

Tensões por variação lateral de densidades Topografia gera tensões! platô craton FC FA 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

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

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

DADOS MODELO

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

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

Chang et al. (1992)

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 (1998 a)

Direção das tensões tectônicas observadas na crosta do Brasil (esquema preliminar) compressão tração “catálogo uniforme”, 1955 -2000

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

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

Exemplo da Serra do Mar Fase TD: Pleistoceno/ Holoceno Fase E 2: Holoceno Dados de Salvador & Riccomini (1995)

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

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 200 km de profundidade. Velocidades maiores (azul) indicam litosfera mais espessa.

Número de sismos ao longo do perfil (faixa de +- 100 km de largura) Iporá APIP CSF Limite litosfera/astenosfera ? Perfil NW-SE, de Goiás ao Rio de Janeiro: áreas de litosfera mais fina têm mais sismos. mag>3, 5 S. Mar/plat.

Modelo proposto Litosfera mais fina e mais quente é mais fraca: tensões intraplaca concentram-se na crosta superior crosta placa manto 1300 o C litosfera/ astenosfera fina, quente: fraca Assumpção et al. , 2004. Geophys. J. Int. espessa, fria: resistente

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 - Un. B (ordem alfabética. . . )

Obrigado !