Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-04-17T14:50:56Z No. of bitstreams: 1 2017_DiogoFarrapoAlbuquerque.pdf: 37421758 bytes, checksum: dc05b068f45a16ed7c0faefb928028e8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-04-17T17:22:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_DiogoFarrapoAlbuquerque.pdf: 37421758 bytes, checksum: dc05b068f45a16ed7c0faefb928028e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-17T17:22:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_DiogoFarrapoAlbuquerque.pdf: 37421758 bytes, checksum: dc05b068f45a16ed7c0faefb928028e8 (MD5) / O estudo da crosta utilizando a Função do Receptor pode fornecer valiosas informações geológicas, como composição crustal média, dinâmica de formação e evolução tectônica de uma região, além de servir como referência inicial para a geração de modelos de velocidade das ondas sísmicas a fim de melhorar a localização de terremotos. Com o objetivo de preencher as lacunas de informação crustal das regiões Norte e Centro-Oeste, foram aplicados os métodos da Função do Receptor e do empilhamento H-k para estimar a espessura da crosta e a razão VP/VS a partir de dados sismológicos. Os resultados indicam que crosta da região de estudo é, predominantemente, félsica, com VP/VS em torno de 1,72, e espessura média de 38,7 km, variando de 27,4 a 55,3 km. A interpolação por mínima curvatura dos valores de espessura crustal tornou possível a delimitação do Cráton Amazônico, que corresponde à área com espessura média igual ou maior que 39 km. Além disso, foi possível identificar seus possíveis blocos cratônicos, assim como o da Bacia do Paraná, conhecido como Bloco Paranapanema. A geometria do cráton, definida por sua espessura crustal, é corroborada pela distribuição da sismicidade natural que acompanha suas bordas. Estas, por sua vez, estão relacionadas à zona de sutura entre os paleocontinentes Amazônico, São Francisco/Congo e Paranapanema. Já as bacias sedimentares que passaram por algum processo de estiramento possuem crosta mais fina, geralmente inferior a 37 km. Devido à grande variabilidade dos resultados, não foi possível estipular um valor característico de espessura crustal ou razão VP/VS quando se considera o contexto das províncias estruturais. / The study of the crust using Receiver Functions can provide valuable geological information, such as average crustal composition, formation dynamics and tectonic evolution of a region, as well as serve as an initial reference for the generation of seismic wave velocity models in order to improve earthquakes location. In order to fill in the crustal information gaps in the North and Central-West regions, the Receiver Function and H-k stacking methods were used to estimate the crustal thickness and the VP/VS ratio from seismic data. The results indicate that the crust of the study region is predominantly felsic, with VP/VS around 1.72 and an average thickness of 38.7 km, ranging from 27.4 to 55.3 km. The interpolation by minimum curvature of the crustal thickness values made possible the delimitation of the Amazon Craton, which corresponds to the area with a average thickness equal to or greater than 39 km. In addition, it was possible to identify its possible cratonic blocks, as well as that of the Paraná Basin, known as the Paranapanema Block. The geometry of the craton, defined by its crustal thickness, is corroborated by the distribution of the natural seismicity that accompanies its edges. These, in turn, are related to the suture zone between the Amazonian, São Francisco/Congo and Paranapanema paleocontinents. The sedimentary basins that undergo some stretching process have a thinner crust, usually less than 37 km. Due to the great variability of the results, it was not possible to stipulate a characteristic value of crustal thickness or VP/VS ratio when considering the context of the structural provinces.

Utilizamos neste trabalho duas metodologias distintas, a função do receptor com ondas P e a função do receptor com ondas S, para mapear variações da crosta e interfaces do manto (litosfera-astenosfera, 410 km e 660 km) em diferentes estações sismográficas na placa Sul-Americana. No estudo da interface litosfera-astenosfera, por ser o primeiro realizado nesta região, utilizamos as estações temporárias do IAG/USP em conjunto com as estações permanentes da rede mundial cobrindo toda a placa Sul-Americana. O estudo para as outras interfaces (Crosta-Manto, 410 km e 660 km) foi feito com caráter regional, buscando detalhar características da crosta e manto na região estável da placa. Para ambos os métodos os traços (sismogramas) foram rotacionados para o sistema LQT, deconvolvidos, agrupados por pontos de perfuração e por estações, e finalmente empilhados. Nos traços empilhados as fases convertidas de interesse (Ps, Ppps, Ppss+Psps e Sp) foram identificadas e interpretadas. Para a parte estável da placa obtivemos um valor médio de espessura da crosta de 39.4±0.6 km, variando desde 31.0±0.5 km para a província Borborema, até 41.3±1.0 km para a bacia do Paraná, onde aplicamos uma correção para descontar o efeito do sedimento. A razão de velocidade para a crosta, Vp/Vs, apresentou valores mais altos para a bacia do Paraná (~1.75±0.08) e região litorânea oriental (>1.74), enquanto que as regiões cratônicas (cráton São Francisco e Amazônico) apresentaram valores de Vp/Vs baixos (<1.72), chegando até 1.68. O valor médio de Vp/Vs para todas as estações analisadas foi de 1.73±0.02. As variações dos tempos para as interfaces do manto mostraram boa correlação com resultados de tomografia sísmica de outros trabalhos, indicando alterações de até 5% na velocidade das ondas sísmicas para o manto superior sob os crátons, uma deflexão de até 15 km na interface de 660 km para a região Sul da bacia do Paraná e se mostraram bem correlacionadas com as médias globais para as outras região estudadas. Por fim, a espessura da litosfera apresentou valores desde ~40 km, sob as regiões de ilhas oceânicas, até ~160 km, sob as regiões mais estáveis. Para as regiões oceânicas a espessura da litosfera se mostra correlacionada com a idade da placa. À medida que adentramos a parte continental, o limite litosfera-astenosfera se torna menos proeminente, atingindo profundidades maiores no interior dos continentes e menores para as regiões marginais. Para a zona de subducção, observamos duas possíveis litosferas, uma oceânica, subduzindo junto com a placa de Nazca, e outra pertencente à parte continental. / Two distinct methodologies, the P- and S-wave receiver functions, are used to map variations in the crustal parameters (thickness and Vp/Vs) and mantle interfaces (lithosphere-asthenosphere, 410 km and 660 km) on a number of different seismograph stations located in the South American plate. The results of the S receiver function for the lithosphere-asthenosphere boundary are the first of this kind ever performed in South American continent and showed the large scale variations of this interface. To perform this study we analyze data from various global permanent stations together with all available data from temporary stations operated by the IAG/USP during the last15 years. For both methods the traces (seismograms) were rotated to the LQT system, deconvolved, grouped by piercing points and stations, and finally stacked. In the stacked traces, the converted phases (Ps, Ppps, Ppss+Psps and Sp) were identified and interpreted. Inside the stable part of the plate we found a mean crustal thickness of 39.4±0.6 km, ranging from 31.0±0.5 km in Borborema Province up to 41.3±1.0 km in the Paraná Basin, where we applied a correction to remove the sediment effects on the crustal estimates. The crustal velocity ratios, Vp/Vs, showed higher values for the Paraná Basin (~1.75±0.08) and Ribeira belt (>1.74), while the cratonic regions (São Francisco and Amazon cratons) showed low values of Vp/Vs (<1.72), down to 1.68. The average Vp/Vs obtained for all stations was equal to 1.73±0.02. The observed times of the converted mantle phases presented a good correlation with other tomographic studies, indicating that the upper mantle for the cratonic roots may be characterized by a variation up to 5% in seismic velocities, a 15 km deflection in the South Paraná 660 km discontinuity (probably due to a decreased temperature caused by the subducted slab); for other regions the converted times were close to the global average. As a final result, the lithospheric thickness presented values ranging from ~40 km under oceanic islands, to ~160 km under the stable continental regions. We found that for the oceanic islands the thickness of the lithosphere is correlated with the age of the plate. When we go further inside the continents, the lithosphere-asthenosphere boundary becomes less sharp, reaching larger depths inside the continents and shallower depths near the continental margin. In the Andean subduction area, we observed two possibles lithospheres, one oceanic, subducting together with the Nazca plate, and another belonging to the Continent, parallel to the crust interface.

Utilizamos neste trabalho duas metodologias distintas, a função do receptor com ondas P e a função do receptor com ondas S, para mapear variações da crosta e interfaces do manto (litosfera-astenosfera, 410 km e 660 km) em diferentes estações sismográficas na placa Sul-Americana. No estudo da interface litosfera-astenosfera, por ser o primeiro realizado nesta região, utilizamos as estações temporárias do IAG/USP em conjunto com as estações permanentes da rede mundial cobrindo toda a placa Sul-Americana. O estudo para as outras interfaces (Crosta-Manto, 410 km e 660 km) foi feito com caráter regional, buscando detalhar características da crosta e manto na região estável da placa. Para ambos os métodos os traços (sismogramas) foram rotacionados para o sistema LQT, deconvolvidos, agrupados por pontos de perfuração e por estações, e finalmente empilhados. Nos traços empilhados as fases convertidas de interesse (Ps, Ppps, Ppss+Psps e Sp) foram identificadas e interpretadas. Para a parte estável da placa obtivemos um valor médio de espessura da crosta de 39.4±0.6 km, variando desde 31.0±0.5 km para a província Borborema, até 41.3±1.0 km para a bacia do Paraná, onde aplicamos uma correção para descontar o efeito do sedimento. A razão de velocidade para a crosta, Vp/Vs, apresentou valores mais altos para a bacia do Paraná (~1.75±0.08) e região litorânea oriental (>1.74), enquanto que as regiões cratônicas (cráton São Francisco e Amazônico) apresentaram valores de Vp/Vs baixos (<1.72), chegando até 1.68. O valor médio de Vp/Vs para todas as estações analisadas foi de 1.73±0.02. As variações dos tempos para as interfaces do manto mostraram boa correlação com resultados de tomografia sísmica de outros trabalhos, indicando alterações de até 5% na velocidade das ondas sísmicas para o manto superior sob os crátons, uma deflexão de até 15 km na interface de 660 km para a região Sul da bacia do Paraná e se mostraram bem correlacionadas com as médias globais para as outras região estudadas. Por fim, a espessura da litosfera apresentou valores desde ~40 km, sob as regiões de ilhas oceânicas, até ~160 km, sob as regiões mais estáveis. Para as regiões oceânicas a espessura da litosfera se mostra correlacionada com a idade da placa. À medida que adentramos a parte continental, o limite litosfera-astenosfera se torna menos proeminente, atingindo profundidades maiores no interior dos continentes e menores para as regiões marginais. Para a zona de subducção, observamos duas possíveis litosferas, uma oceânica, subduzindo junto com a placa de Nazca, e outra pertencente à parte continental. / Two distinct methodologies, the P- and S-wave receiver functions, are used to map variations in the crustal parameters (thickness and Vp/Vs) and mantle interfaces (lithosphere-asthenosphere, 410 km and 660 km) on a number of different seismograph stations located in the South American plate. The results of the S receiver function for the lithosphere-asthenosphere boundary are the first of this kind ever performed in South American continent and showed the large scale variations of this interface. To perform this study we analyze data from various global permanent stations together with all available data from temporary stations operated by the IAG/USP during the last15 years. For both methods the traces (seismograms) were rotated to the LQT system, deconvolved, grouped by piercing points and stations, and finally stacked. In the stacked traces, the converted phases (Ps, Ppps, Ppss+Psps and Sp) were identified and interpreted. Inside the stable part of the plate we found a mean crustal thickness of 39.4±0.6 km, ranging from 31.0±0.5 km in Borborema Province up to 41.3±1.0 km in the Paraná Basin, where we applied a correction to remove the sediment effects on the crustal estimates. The crustal velocity ratios, Vp/Vs, showed higher values for the Paraná Basin (~1.75±0.08) and Ribeira belt (>1.74), while the cratonic regions (São Francisco and Amazon cratons) showed low values of Vp/Vs (<1.72), down to 1.68. The average Vp/Vs obtained for all stations was equal to 1.73±0.02. The observed times of the converted mantle phases presented a good correlation with other tomographic studies, indicating that the upper mantle for the cratonic roots may be characterized by a variation up to 5% in seismic velocities, a 15 km deflection in the South Paraná 660 km discontinuity (probably due to a decreased temperature caused by the subducted slab); for other regions the converted times were close to the global average. As a final result, the lithospheric thickness presented values ranging from ~40 km under oceanic islands, to ~160 km under the stable continental regions. We found that for the oceanic islands the thickness of the lithosphere is correlated with the age of the plate. When we go further inside the continents, the lithosphere-asthenosphere boundary becomes less sharp, reaching larger depths inside the continents and shallower depths near the continental margin. In the Andean subduction area, we observed two possibles lithospheres, one oceanic, subducting together with the Nazca plate, and another belonging to the Continent, parallel to the crust interface.

Este trabalho consiste no estudo da estrutura sedimentar da Bacia do Paraná da região de Bebedouro utilizando função do receptor, ondas de superfície e sísmica de refração. Funções do Receptor (FR) mostram a resposta da estrutura geológica abaixo de uma estação sismográfica. Para diminuir a não unicidade na inversão do traço de uma FR, foram usadas curvas de dispersão de ondas de superfície como vínculos adicionais. Ondas de superfície foram também obtidas com a correlação cruzada de ruído sísmico ambiental. Esse método passivo permite a obtenção de dispersão em períodos intermediários entre os dados de telessismos e os dados de sísmica rasa auxiliando na determinação estruturas sedimentares. Foi utilizada a inversão conjunta de FR de alta e baixa frequência, dispersão de fase e grupo de períodos menores que 2 s e dispersão de ondas Love e Rayleigh continentais (períodos entre 10 e 100 s). Na inversão conjunta, foram usados vários modelos iniciais diferentes para garantir melhor cobertura do espaço de soluções possíveis. Os resultados mostram uma camada de basalto com uma espessura entre 200 e 400 m, sob uma camada superficial de arenito de 50 a 100m. O embasamento da bacia está torno de 2.5 3.0 km. A espessura e razão Vp/Vs crustal da região foi estimada em 40.0 (1.0) km e 1.78 (0.02). Foi possível identificar zonas de baixa velocidade dentro do pacote de basalto, possivelmente relacionadas a zonas de fraturas ou camadas de basalto alterado. Estas camadas de baixa velocidade estão na parte sul, próximas à área de maior sismicidade induzida e também relativamente mais perto dos poços profundos de maior vazão. Isto corrobora com a hipótese de que a sismicidade local está associada à exploração de poços e estrutura de falhas pré -existentes. / A study of the seismic structure of the Paraná Basin in Bebedouro, SP, was carried out with Receiver Functions (RF). Both low frequency (with ~0.5 Hz low pass filter) and high-frequency (~10Hz) RFs were jointly inverted with surface wave dispersion curves. Surface-wave data included: long-period group velocities of Rayleigh and Love waves from continental-scale tomography in the period range 10-100 s (useful to control crustal scale structure and Moho depth), intermediate period group velocities near 1s period obtained from cross-correlation of ambient noise (useful to control sedimentary structure), phase velocities near 0.2-1.0 s obtained from local earthquakes, and phase velocities of Rayleigh waves from shallow seismic refraction data near ~0.1 s period (useful to control shallow layers). Joint inversion was obtained with several different initial models to better cover all possible solutions. The results indicate that the basalt layer is 200 to 400m thick, beneath sandstones of about 50 100m thick. The Basin basement was detected between 2.5 3.0 km depth, consistent with expected values from regional bore-hole data in the Paraná Basin. Beneath several stations a low-velocity zone was detected in the middle of the basalt pack which is interpreted as a zone of fractured or altered basalt. This anomalous low-velocity layer was detected near the most seismically active zone in the Andes district. It is also relatively close to the deep wells with larger outflow. The existence of this low-velocity zone in the middle of the basalt layer is consistent with the model proposed for the water-well induced seismicity.

Este trabalho consiste no estudo da estrutura sedimentar da Bacia do Paraná da região de Bebedouro utilizando função do receptor, ondas de superfície e sísmica de refração. Funções do Receptor (FR) mostram a resposta da estrutura geológica abaixo de uma estação sismográfica. Para diminuir a não unicidade na inversão do traço de uma FR, foram usadas curvas de dispersão de ondas de superfície como vínculos adicionais. Ondas de superfície foram também obtidas com a correlação cruzada de ruído sísmico ambiental. Esse método passivo permite a obtenção de dispersão em períodos intermediários entre os dados de telessismos e os dados de sísmica rasa auxiliando na determinação estruturas sedimentares. Foi utilizada a inversão conjunta de FR de alta e baixa frequência, dispersão de fase e grupo de períodos menores que 2 s e dispersão de ondas Love e Rayleigh continentais (períodos entre 10 e 100 s). Na inversão conjunta, foram usados vários modelos iniciais diferentes para garantir melhor cobertura do espaço de soluções possíveis. Os resultados mostram uma camada de basalto com uma espessura entre 200 e 400 m, sob uma camada superficial de arenito de 50 a 100m. O embasamento da bacia está torno de 2.5 3.0 km. A espessura e razão Vp/Vs crustal da região foi estimada em 40.0 (1.0) km e 1.78 (0.02). Foi possível identificar zonas de baixa velocidade dentro do pacote de basalto, possivelmente relacionadas a zonas de fraturas ou camadas de basalto alterado. Estas camadas de baixa velocidade estão na parte sul, próximas à área de maior sismicidade induzida e também relativamente mais perto dos poços profundos de maior vazão. Isto corrobora com a hipótese de que a sismicidade local está associada à exploração de poços e estrutura de falhas pré -existentes. / A study of the seismic structure of the Paraná Basin in Bebedouro, SP, was carried out with Receiver Functions (RF). Both low frequency (with ~0.5 Hz low pass filter) and high-frequency (~10Hz) RFs were jointly inverted with surface wave dispersion curves. Surface-wave data included: long-period group velocities of Rayleigh and Love waves from continental-scale tomography in the period range 10-100 s (useful to control crustal scale structure and Moho depth), intermediate period group velocities near 1s period obtained from cross-correlation of ambient noise (useful to control sedimentary structure), phase velocities near 0.2-1.0 s obtained from local earthquakes, and phase velocities of Rayleigh waves from shallow seismic refraction data near ~0.1 s period (useful to control shallow layers). Joint inversion was obtained with several different initial models to better cover all possible solutions. The results indicate that the basalt layer is 200 to 400m thick, beneath sandstones of about 50 100m thick. The Basin basement was detected between 2.5 3.0 km depth, consistent with expected values from regional bore-hole data in the Paraná Basin. Beneath several stations a low-velocity zone was detected in the middle of the basalt pack which is interpreted as a zone of fractured or altered basalt. This anomalous low-velocity layer was detected near the most seismically active zone in the Andes district. It is also relatively close to the deep wells with larger outflow. The existence of this low-velocity zone in the middle of the basalt layer is consistent with the model proposed for the water-well induced seismicity.

Orientador: João Carlos Dourado / Resumo: Técnicas sismológicas como Função do Receptor, Análise de Dispersão de Ondas de Superfície, Correlação de ruídos sísmicos e razão espectral H/V são cada vez mais estudadas e utilizadas para o conhecimento geológico da crosta. Sendo possível determinar a composição crustal média e os principais contatos obtidos por fortes contrastes de impedância tais como limite crosta superior e inferior, assim como, limite crosta inferior e manto superior (descontinuidade de Moho). O conhecimento da velocidade de percurso das ondas de um sismo registrados através de uma estação sismográfica fornecem informações, como: o tempo de percurso, relação Vp/Vs e outros. A região de Pontes e Lacerda/MT está localizada no Sudoeste do Cráton Amazônico e o levantamento dos dados se deram em fases distintas com implantação de sismômetros alinhados em direção perpendicular (NE-SW) às principais estruturas da Faixa Móvel Aguapeí (NNW-SSE). Além da coleta de dados dessas estações temporárias foram compilados dados de sismos para a estação fixa PTLB, esta estação faz parte das estações sismológicas coordenadas pela UNB (Universidade Nacional de Brasília) e pela USP (Universidade de São Paulo). A espessura média encontrada na crosta para a região variou pouco para as diferentes técnicas abordadas, sendo que, para a técnica de Função do Receptor (estação fixa PTLB) foi obtido valor de aproximadamente 44 Km de espessura e, para as estações temporárias (S01 ao S10) valor médio de 42 km. Já a seção sísmica gerad... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Seismic techniques such as receiver function, surface wave dispersion, seismic noise correlation and H / V spectral ratio are increasingly studied and used for geological knowledge of the crust. It is possible to determine the average crustal composition and the main contacts obtained by strong impedance contrasts as upper and lower crust boundary, as well as, lower crust limit and upper mantle (Moho discontinuity). The knowledge of the speed of travel of the waves of an earthquake recorded through a seismographic station provides information, such as: the travel time, Vp / Vs ratio and others. The region of Pontes e Lacerda / MT is located in the Southwest of the Amazonian craton and the data were taken in different phases with the implantation of seismometers aligned in a perpendicular direction (NE-SW direction) to the main structures of the Faixa Móvel Aguapeí (direction NNW- SSE). In addition to collecting data from these temporary stations, earthquake data were collected for the PTLB fixed station. The average thickness found in the crust for the region did not vary much for the different techniques, and for the Receiver Function (PTLB fixed station), a value of approximately 44 Km of thickness was obtained and for the temporary stations (S01 to S10) average value of 42 km. The seismic section generated by the correlation of the signals for all short-time temporary stations brought the signals coherence in 4s, 5s and later coherence ranging from 9.5 to 11 seconds. This ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor