Sismicidade, esforços tectônicos e estrutura crustal da zona sísmica de Porto Dos Gaúchos/MT
Resumen Abstract Índice Conclusiones
Lucas Vieira Barros
2011-A
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BARROS, L. V. Sismicidade, Esforços Tectônicos e Estrutura Crustal da Zona Sísmica de Porto dos Gaúchos/MT – Brasil, 2010, 146 p. Tese de Doutorado – Instituto de Geociências – Universidade de Brasília, Brasília – DF – Brasil, 2010.
A tese é apresentada na forma de artigos e tem como objetivo o estudo da zona sísmica do centro-norte da Bacia dos Parecis (ZSBP), que compreende duas áreas ativas, a saber: Serra do Tombador (ST) e zona sísmica de Porto dos Gaúchos (ZSPG), ambas localizadas no norte do Estado de Mato Grosso, Brasil. Consta de cinco capítulos: introdução (capítulo 1), três artigos (capítulos 2, 3 e 4), conclusão (capítulo 5) e dois anexos (anexo A -metodologia e anexo B – cópias (primeira página) da produção científica divulgada no âmbito da tese até a sua defesa: um artigo em periódico, seis resumos expandidos e quatro resumos simples publicados em anais de congressos. dos capítulos 1 e 5 está sendo escrito o artigo 4. Na seqüência é feito um resumo da tese e de cada capítulo/artigo.
O maior terremoto observado em todo o interior continental estável da placa Sul-Americana ocorreu na Serra do Tombador, Estado de Mato Grosso – Brasil, em 31 de janeiro de 1955, com uma magnitude de 6,2 mb. Desde então, nenhum outro terremoto foi localizado perto do epicentro do terremoto de 1955. No entanto, em Porto dos Gaúchos, 100 km a nordeste da Serra do Tombador, uma sismicidade recorrente vem sendo observada desde 1959, dois anos após a chegada dos primeiros colonos à região.
Tanto a Serra do Tombador quanto Porto dos Gaúchos estão localizados na Bacia Fanerozóica dos Parecis, cujos sedimentos recobrem o embasamento cristalino do Cráton Amazônico. Dois sismos de magnitude 5 ocorreram em Porto dos Gaúchos, em 1998 e 2005, com intensidades VI e V, respectivamente. Esses dois choques principais foram seguidos de seqüências que duraram mais de quatro anos cada, ambas estudadas com redes sísmicas locais, implantadas pelo Observatório Sismológico da Universidade de Brasília.
Um experimento de refração sísmica rasa foi realizado com duas explosões para definir um modelo velocidade 1D para a zona sísmica de Porto dos Gaúchos (ZSPG). Sismos de baixas magnitudes registrados em quinze estações de ambas as redes sismográficas foram utilizados com a técnica de função do receptor para determinar as espessuras dos sedimentos na ZSPG. O alto contraste de velocidades entre o embasamento e os sedimentos favorece a geração de fase P convertida em S claras, fase (Ps), observada na componente radial e na função do receptor radial, e também de fase S convertida em P, fase (Sp), observada na componente vertical. Os resultados da função do receptor integrados com a refração sísmica rasa revelaram que a profundidade do embasamento na ZSPG aumenta da borda norte da bacia para cerca de 600 m de profundidade no sul da área de estudo. O modelo de velocidade proposto parece ser muito estável e coerente: as funções do receptor para diversos eventos têm a mesma forma de onda, o afloramento do embasamento existente no interior da bacia foi claramente detectado pela função do receptor, e as estações localizadas fora da bacia (no Cráton) não apresentaram fases convertidas.
Estimativa da atenuação das ondas coda foi realizada na banda de 1 a 24 Hz, com o método do decaimento no domínio do tempo, usando o modelo do retro espalhamento simples, para estimar a dependência com a freqüência do fator de qualidade (Qc) das ondas de coda na ZSPG. Cinco conjuntos de dados foram usados de acordo com o ambiente geotectônico a ser amostrado, bem como a capacidade de amostrar estruturas rasas e profundas, em particular os sedimentos da Bacia dos Parecis e o embasamento cristalino do Cráton Amazônico. Foi demonstrado que a energia das ondas coda é atenuada mais fortemente nos sedimentos do que no embasamento. Assim, a análise das ondas de coda pode contribuir para os estudos de estruturas geológicas na crosta superior, já que a média do fator de qualidade das ondas de coda é dependente da espessura da camada sedimentar.
As seqüências de 1998 e de 2005 ocorreram na mesma falha transcorrente dextral de orientação WSW-ENE, próxima da borda norte da Bacia dos Parecis, onde existem grabens, geralmente de tendência WNW-ESE, como o Graben Mesoproterozóico dos Caiabis, que se encontra parcialmente localizado sob a Bacia dos Parecis. No entanto, a distribuição epicentral e os mecanismos focais indicam que as seqüências de 1998 e de 2005 podem estar relacionadas com uma falha N60ºE, que, provavelmente, cruza todo o Graben dos Caiabis. A falha sismogênica, denominada de falha do Batelão, está localizada em um alto do embasamento, que provavelmente está relacionado com a mesma feição responsável pelos terremotos da ZSPG.
O terremoto de 1955, apesar da incerteza em seu epicentro, não parece estar diretamente relacionado com qualquer graben. A sismicidade da ZSPG, portanto, não está diretamente relacionada com crosta distendida. O sentido provável da tensão máxima horizontal perto de Porto dos Gaúchos é aproximadamente EW, compatível com outros mecanismos focais mais ao sul, nas bacias do Pantanal e do Paraguai, mas parece ser diferente da direção NW-SE observada mais ao norte na bacia amazônica.
A sismicidade recorrente observada em Porto dos Gaúchos, e o grande terremoto de 1955 nas proximidades, fazem desta área da bacia do Parecis uma das zonas sísmicas mais importantes do Brasil.
Resumo do Capítulo 2 – Artigo 1: The intraplate Porto dos Gaúchos seismic zone in the Amazon craton – Brazil, Tectonophysics, 469 (2009), 37-47.
Neste artigo é apresentada e discutida a sismicidade do centro-norte do Estado de Mato Grosso. Inicialmente, esta sismicidade é contextualizada no quadro da sismicidade brasileira e esta com a sismicidade observada em interiores continentais estáveis.
Dois sismos de magnitude 5 ocorreram em Porto dos Gaúchos, em março de 1998 (5,2 mb) e março de 2005 (5,0 mb) com intensidades máximas de VI e V, respectivamente. As atividades de réplicas desses dois sismos duraram mais de três anos cada. Essas duas seqüências sísmicas foram estudadas com duas redes sismográficas locais, implantadas pelo Observatório Sismológico da Universidade de Brasília. A primeira rede detectou cerca de 2500 eventos e, a segunda 4500. Razões Vp/Vs para as duas seqüências foram determinadas com o diagrama de Wadati.
Um experimento de refração sísmica foi realizado com duas explosões para ajudar a definir o modelo de velocidade sísmica. Os sismos foram localizados testando-se diferentes códigos de localização (singular, conjunta e probabilística). Entretanto, optou-se pelos resultados dos códigos Hypocenter (Lienert e Havskov, 1995) e Velest (Kissling, 1995).
Ambas as seqüências ocorreram na mesma falha de rejeito direcional, com pequena componente inversa e orientação WSW-ENE. A zona epicentral está próxima da borda norte da Bacia dos Parecis, onde existem grabens, geralmente de orientação WNW-ESE, como o graben Mesoproterozóico dos Caiabis, que se encontra parcialmente sob a Bacia dos Parecis. No entanto, a distribuição epicentral indica que as seqüências de 1998 e de 2005 podem estar o relacionadas a uma falha de orientação N60°E, que, provavelmente, cruza todo o Graben dos Caiabis.
O terremoto de 1955, a despeito da incerteza na localização de seu epicentro, também não parece estar relacionado diretamente com qualquer graben. Portanto, a sismicidade da zona sísmica de Porto dos Gaúchos não está diretamente relacionada com crosta distendida. A provável direção do esforço horizontal máximo, próximo de Porto dos Gaúchos, é aproximadamente E-W, que é consistente com outros mecanismos focais mais para o sul, na bacia do Pantanal e no Paraguai, mas é diferente da orientação NW-SE observada mais ao norte, na bacia do Amazonas.
A sismicidade recorrente observada em Porto dos Gaúchos, e o grande terremoto da Serra do Tombador tornam essa área da Bacia dos Parecis uma das zonas sísmicas mais importante do Brasil.
Resumo do Capítulo 3 – Artigo 2 – Coda wave attenuation in the Parecis basin, Amazon Craton, Brazil: sensitivity to basement depth, Journal of Seismology (2011)15 391-409. DOI 10.1007/s10950-011-9231-1.
Neste artigo foi determinada a atenuação das ondas de coda na banda de 1 a 24 Hz, com eventos de baixas magnitudes (1,2 < mD < 3,4), relacionados à atividade de réplicas dos sismos principais de 10 de março de 1998 (5.2 mb) e de 23 de março de 2005 (5.0 mb). Empregou-se o método do decaimento das ondas de coda no domínio do tempo, com o modelo de retro espalhamento simples, para estimar a dependência com a freqüência do fator de qualidade (Qc) das ondas de coda. Valores de Qc foram estimados nas freqüências centrais (e banda) de 1,5 (1-2), 3,0 (2-4), 6,0 (4-8), 9,0 (6-12), 12 (8-16) e 18 (12-24) Hz. Foram utilizados cinco conjuntos de dados, selecionados de acordo com o ambiente geotectônico amostrado, bem como com a habilidade de amostrar estruturas rasas e profundas, particularmente os sedimentos da Bacia dos Parecis e o embasamento cristalino do Craton Amazônico.
Qc foi modelado utilizando a fórmula , onde Qo é o fator de coda na freqüência de 1 Hz e η é o parâmetro de freqüência. Para a bacia dos Parecis e para o craton . Considerando-se toda região envolvendo a bacia e o craton temos Qc = ..
Neste artigo foi mostrado que a energia das ondas de coda é atenuada mais fortemente nos sedimentos do que no embasamento. Além disso, as ondas de coda se mostraram sensíveis à espessura do pacote sedimentar. Onde os sedimentos são mais espessos, os valores de Qc são menores (maior atenuação) e, vice-versa, onde são mais finos Qc é maior (menor atenuação). Portanto, a análise das ondas de coda pode contribuir para inferências sobre estruturas geológicas presentes na crosta superior, já que a média dos valores do fator de qualidade é dependente da espessura da camada sedimentar.
Resumo do Capítulo 4 – Artigo 3 – Basement depths in the Parecis basin (Amazon), with receiver functions from small local earthquakes in Porto dos Gaúchos seismic zone, Journal of South American Earth Sciences 32 (2011) 142-151.
Pequenos sismos locais das duas seqüências sísmicas em Porto dos Gaúchos foram utilizados com a técnica de função do receptor para determinar a espessura dos sedimentos na Bacia dos Parecis, embaixo de 15 estações. O alto contraste de velocidades existente entre os sedimentos e o embasamento (mais de 100%) favorece a geração de fases convertidas claras: P convertida em S (fase Ps), observada na componente radial, e S convertida em P (fase Sp), observada na componente vertical. As diferenças de tempos Ps-P são proporcionais à espessura dos sedimentos debaixo de cada estação. Essas diferenças se devem aos diferentes caminhos de propagação das fases Ps e P, desde a interface até a superfície, e também às diferenças em suas velocidades.
Um modelo de velocidade 1D foi determinado com um experimento de fonte controlada, com duas explosões de 200 kg de dinamites detonados em furos de 40m, localizados dentro da zona sismogênica. Os resultados desse experimento, ou seja, a determinação de α1 e α2 (velocidades da onda P nos sedimentos e embasamento, respectivamente), ß1 e ß2 (velocidades da onda S nos sedimentos e embasamento, respectivamente) e K (Vp/Vs) permitiram converter as diferenças de tempos Ps – P em profundidades do topo do embasamento embaixo de cada estação. Portanto, a integração dos dados de função do receptor com os dados de refração sísmica rasa revelaram a topografia do embasamento na zona sísmica de Porto dos Gaúchos (ZSPG).
Os parâmetros do modelo (α1, K e α2) foram variadas por tentativa e erro de modo que os tempos de percurso dos dois tiros fossem o mais consistente possível e a dispersão nos tempos de trânsito fosse reduzida. O melhor modelo foi encontrado para ser: H = 0,3 km, α1 = 3,0 km / s, α2 = 6,1 km / s, K = 2,5.
O modelo de velocidade proposto neste estudo para a Bacia dos Parecis na ZSPG parece ser muito estável e consistente, já que as funções do receptor para diferentes eventos em cada estação têm basicamente a mesma forma de onda, com diferenças Ps-P iguais. O afloramento existente na estação PDRB, localizada no meio da bacia foi detectado claramente pelas funções do receptor nesta estação e as estações localizadas fora da bacia, em afloramento cristalino do Craton Amazônico, não mostraram quaisquer fases convertidas.
Sinais de alta freqüência de sismos locais parecem ser muito eficientes na detecção de pequenos detalhes da topografia do embasamento em bacias sedimentares. Assim, sugerimos o uso desses sinais, com a técnica de função do receptor, em ambientes geológicos semelhantes, na determinação da profundidade da interface sedimentos-embasamento.
A falha sismogênica de Porto dos Gaúchos está próxima de um alto do embasamento o qual pode estar relacionado também com a mesma feição geológica responsável pelos sismos da ZSPG.
Resumo Artigo 4 – Capítulos 1 e 5 – Sismicidade intraplaca brasileira e o caso da zona sísmica de Porto dos Gaúchos/MT – a ser submetido ainda (veja esboço em anexo).
Neste artigo serão apresentadas e discutidas as características gerais da sismicidade intraplaca e brasileira, os modelos propostos para explicar a sua gênese e uma interpretação da sismicidade observada no Centro Norte do Estado do Mato Grosso com base nos modelos propostos de sismicidade em interiores continentais estáveis.
Além dos artigos acima, o resumo expandido, parâmetros de fonte do sismo de Porto dos Gaúchos/MT, de 10 de março de 1998, usando análise espectral será melhorado para um novo artigo.
Brazilian seismicity is lower than in other mid-plate regions such as Eastern North America, India, and Australia, where magnitudes larger than 7 have been observed. Mid-plate seismicity in Brazil presents 22 cases of earthquakes with magnitudes 5.0 mb and above, two of them exceeding 6.0 (6.1 mb in continental margin and 6.2 mb in continental crust). A half of the epicenters lie close to the coast and the continental shelf and have been attributed to a combination of weakness zones (extended crust beneath the continental shelf) and amplification of the regional stresses due to local forces such as crustal inhomogeneities at the continent/ocean transition and flexural stresses due to loading of the sediments in the transition coast-ocean. Another half of epicenters lie in the continental crust, three of them, included the biggest and 5.2 (in 1998) and 5.0 (in 2005), in the Porto dos Gaúchos Seismic Zone (PGSZ). This seismic zone is located in the center north of Phanerozoic Parecis basin; such sediments overlay the crystalline basement of Amazon craton. Despite the mid-plate earthquakes in Brazil have not exceeded magnitude 6.2 mb intensities up to VI and VII are not uncommon and make seismic risk evaluation an important issue in projects of critical facilities such as nuclear installations and hydroelectric power plants. Recently, occurred the first fatal victim in the country caused by an earthquake of 4.9 mb and VII MM, occurred in December 7 of 2007, in the middle of São Francisco craton, an area where it was never observed seismic activity before. The explanation of all intraplate earthquakes remains a challenge for seismologists, because most of the time, it is not possible to associate these earthquakes to any geological structure identified by various investigative techniques. The PGSZ is no different; the main graben and host system present in the Phanerozoic Parecis basin does not seem to be correlated with the recurrent seismicity that has been observed in the area since 1955. While the graben and host system present in the Parecis basin is aligned in a trend WSW-ENE, composite focal mechanisms studies carried out in two seismic sequences in PGSZ (1998 and 2005), reveal for both cases a mainly strike-slip faulting regime in SSW-ENE trend. Although no correlation is found between seismicity in PGSZ and buried graben existing in the area the maximum horizontal stress (SHmax) is probably E-W oriented, which is consistent with the expected stress direction from the theorical model proposed by different actors. The objective of this paper is to present a brief review of the Brazilian seismicity and discuss the recurrent seismicity in PGSZ based in new catalog of seismicity in stable continental region.