Tomografia Sísmica: O estudo do resíduo dos tempos de percursos

2. 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.

3. Modelo de Referência • Preliminary • Reference • Earth • Model

4. 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 • BaixaTemperatura • Alta Pressão • Fasessólidas • Alta Temperatura • BaixaPressão • FasesLíquidas

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

6. -1 0 0 -1

7. -1 0 0 -1 -1 0 0 -1 -1 0 0 -1 -1 0 0 -1 Tomografia: vários modelos possíveis qual o melhor modelo ? Escolhe-se o mais simples (“menos estrutura”)

8. Sismômetros Superfícieda Terra

9. Exemplo de Resultado Tomográfico: Subducção de Tonga

10. Tomografia de Onda P no Sudeste e Centro-Oeste

11. Tomografia Sísmica com Ondas de Corpo

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

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

14. 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

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

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

17. Anomalias de Velocidade Sísmica: Temperaturaou 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

18. 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,

19. 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 (?)

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

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

22. Placa de Nazca

23. Rocha et al., 2010

24. 1300 km Anomalias profundas com tendência NS. Subducção da placa de Nazca ? Densidade de raios Nazca plate (?)

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

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

27. Afinamento Litosférico e SismicidadeIntraplaca

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

29. Resultados Recentes de Tomografia com ondas P e S (Rocha, 2007) Low velocities along the TransBrasiliano Lineament S P highvelocities in cratonandbeneath Paraná basin

30. Sismicidade

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

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

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

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

35. 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 0 150 300 MPa 500oC 1000oC 0 T manto

36. 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 Vp alto frio resistente Vp baixo quente fraca litosfera/ astenosfera 1300oC

37. 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!

38. Tomografia com Ondas de Superfície Rayleigh na América do Sul

39. superfície P P S Superfície S

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

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

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

43. 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

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

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

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

47. ~600 percursos analisados com modelagem de forma de onda

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

49. Teste de Resolução (inversão conjunta)

50. Peru Bolívia astenosfera