Tese (doutorado)—Universidade Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geologia, 2012. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2012-07-18T22:55:36Z No. of bitstreams: 1 2012_AndreaCristinaLimaSantos.pdf: 17871662 bytes, checksum: e8ad5b0e08dc2532d9baca34d3670931 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2012-08-09T12:31:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_AndreaCristinaLimaSantos.pdf: 17871662 bytes, checksum: e8ad5b0e08dc2532d9baca34d3670931 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-08-09T12:31:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_AndreaCristinaLimaSantos.pdf: 17871662 bytes, checksum: e8ad5b0e08dc2532d9baca34d3670931 (MD5) / No presente trabalho é proposto um modelo geoelétrico da crosta e manto superior para a porção SE da Província Borborema, região Nordeste do Brasil. Para tal, foram coletados dados magnetotelúricos em 25 estações de um perfil linear que corta transversalmente as principais estruturas e terrenos da região estudada. Os dados utilizados foram coletados com instrumentação moderna, processados e modelados com as técnicas mais avançadas atualmente disponíveis para a comunidade de estudos de indução eletromagnética no interior da Terra. Para análise quantitativa foi realizado inversão bidimensional (2D) das curvas de resistividade e fase nas duas direções ortogonais (TE e TM). A análise dos dados sugere a presença de dois blocos geoeletricamente distintos na crosta e manto superior com uma descontinuidade bem marcada na região da Bacia Jatobá e do Lineamento Pernambuco. O trabalho apresenta um conjunto de evidências que permite concluir que a crosta da Faixa Sergipana e do maciço Pernambuco-Alagoas (PEAL) foi significativamente estirada no Cretáceo, durante a abertura do Oceano Atlântico Sul. Aparentemente, o Terreno Alto Moxotó funcionou como região de maior resistência ao estiramento, fazendo com que o afinamento crustal fosse mais expressivo nos subdomínios da porção SE do perfil. O comportamento foi favorecido pela estrutura em profundidades litosféricas, que atribuímos a uma zona de sutura (Lineamento Pernambuco). _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In the present work we propose a geoelectrical model of the crust and upper mantle in the SE portion of Borborema Province, Northeast Brazil. Magnetotelluric data were collected at 25 stations obtained of a linear profile deployed perpendicularly to the main structures in the SE portion of region studied. The data were collected and processed with modern instrumentation and modeled with the most advanced techniques currently available for studies of electromagnetic induction within the Earth. For the quantitative analysis was performed inversion two-dimensional (2D) resistivity curves and phase in two orthogonal directions (TE and TM). The analysis suggests that the lithosphere under the Faixa Sergipana and Pernambuco-Alagoas (PEAL), SE portion of the profile) and the Alto Moxotó terrain (NW portion) are geoelectrically different within the middle and lower crust with a well marked discontinuity in the region of the Jatobá Basin and the Pernambuco Lineament. The data supports the conclusion that the crust of Faixa Sergipana and PEAL was significantly stretched in the Cretaceous, during the opening of the South Atlantic Ocean Apparently, the Alto Moxotó terrain worked as a region of higher resistance to stretch, causing the crustal thinning was larger in the SE portion of the subdomains of the profile. The behavior was favored by deep lithospheric structure, we attach a suture zone (Pernambuco Lineament).

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El presente trabajo de tesis tiene como primer objetivo el estudiar y comparar diferentes modelos matemáticos basados en ecuaciones diferenciales parciales y métodos numéricos para modelar y calcular la flexura de una placa litosférica oceánica producida por el efecto combinado de una carga batimétrica tridimensional y la flexión producto de la subducción en la fosa. El segundo objetivo es utilizar la modelación para la resolución de algunos problemas inversos relacionados con la estimación de la variación del espesor elástico efectivo de la placa en ciertas zonas estratégicas y en ciertos casos también de las condiciones de borde en la fosa, y a partir de ello, formular hipótesis sobre el debilitamiento o desgaste de la placa. Inicialmente se aborda el problema de una carga topográfica lejana a una zona de subducción y se encuentra una solución analítica a la ecuación de flexura bidimensional corrigiendo una antigua expresión formulada por primera vez por Hertz [1884] y posteriormente utilizada por varios autores. Luego se aborda el problema donde se combina el efecto de una carga topográfica con el de la subducción para generar un modelo tridimensional. Se proponen dos métodos: el primero resuelve la ecuación del modelo de placa delgada de Kirchhoff-Love (K-L) con espesor elástico constante, y el segundo, resuelve las ecuaciones del modelo Reissner-Mindlin (R-M), ambos mediante el Método de Elementos Finitos (FEM). Para los cálculos se utiliza el programa FreeFem++ que permite definir el problema de forma variacional y que cuenta con la ventaja de poder refinar la malla utilizada en las zonas en donde se requiere mayor precisión en las soluciones. Las estimaciones obtenidas usando el modelo de K-L no ajustan apropiadamente los datos gravimétricos dado que en la formulación se considera que la placa posee un espesor elástico constante, una aproximación poco realista. Además, es sabido que los cálculos basados en el modelo de K-L tienden a producir flexiones significativamente inferiores a las esperadas debido a un fenómeno conocido como shear locking. El modelo de R-M es un modelo más general que el de K-L y constituye una mejor aproximación a la solución exacta, sobretodo cuando se trabaja con placas delgadas. Utilizando una formulación mixta, incorporando un término adicional, es capaz de evitar el fenómeno antes descrito. Además, su formulación permite trabajar con márgenes con geometrías más complejas e incluir el efecto del cambio de dirección de convergencia de las placas con respecto a la normal a éstas. Nos enfocamos en el estudio de la flexión de la placa litosférica en dos zonas particulares. La primera corresponde a una zona sobre la placa de Nazca, entre los 72º-76.5ºW y entre los 32º-34ºS donde se ubican dos prominentes domos volcánicos de la cadena montañosa de Juan Fernández: el O'Higgins Guyot y el Monte O'Higgins. En esta zona se busca calcular la flexión producida por la subducción de la placa en la fosa y por el peso de los montes submarinos ya mencionados. La segunda zona de estudio comprende el área entre los 70º-77ºW y los 14º-23ºS comúnmente denominada el Codo de Arica. Su particular geometría hace que sea necesario trabajar la tridimensionalidad del problema. Un modelo unidimensional, como los que comúnmente se han utilizado, podría sobrestimar el valor de la rigidez flexural, parámetro que caracteriza la resistencia de la placa a flectarse bajo la aplicación de esfuerzos. Del presente estudio se concluye que la edad o el estado termal de la litosfera es sólo uno de los parámetros que influyen en la rigidez flexural, pero no es el más importante. Los resultados indican que la rigidez flexural, y por lo tanto el espesor elástico de la placa, alcanzan valores muy bajos con respecto a lo predicho por un modelo termal en la zona más cercana a la fosa, aquella de mayor edad. Una hipótesis que sería necesario estudiar en mayor profundidad, es que la disminución del espesor elástico podría estar asociado al debilitamiento producto de las deformaciones inelásticas (frágiles o dúctiles) asociadas a la gran magnitud de los esfuerzos involucrados, hidrofracturamiento y con ello aumento de la presión de poros, variación en la composición, fuerzas horizontales o a la gran curvatura.

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-08-25T17:11:40Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 20592 bytes, checksum: 0c9b9c579af4cbbcf785ca803bd18d4b (MD5) TESE_MissãoGRACEEstrutura.pdf: 7499039 bytes, checksum: 5226b258734caa16785e6855e0e82d23 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-08-27T15:42:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 20592 bytes, checksum: 0c9b9c579af4cbbcf785ca803bd18d4b (MD5) TESE_MissãoGRACEEstrutura.pdf: 7499039 bytes, checksum: 5226b258734caa16785e6855e0e82d23 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-27T15:42:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 20592 bytes, checksum: 0c9b9c579af4cbbcf785ca803bd18d4b (MD5) TESE_MissãoGRACEEstrutura.pdf: 7499039 bytes, checksum: 5226b258734caa16785e6855e0e82d23 (MD5) Previous issue date: 2009 / A presente tese de doutorado trata da aplicação do modelo geopotencial GGM02C, derivado da missão espacial GRACE (NASA/GFZ-Potsdam), na obtenção do campo gravitacional na região do Cráton São Francisco, que constitui um importante segmento litosférico da Placa Sul-Americana, constituído por terrenos arqueanos e coberturas proterozóicas e fanerozóicas, limitado por faixas de dobramentos brasilianas. Anomalias gravimétricas Ar-livre, Bouguer e ondulações do geóide foram determinadas com base no referido modelo geopotencial, possibilitando o estudo da estruturação da litosfera na região e a determinação de valores médios de espessura elástica efetiva da mesma, que constituí um importante parâmetro na inferência sobre o estado isostático da área e do estado termal da litosfera. Foi implementado um algoritmo de inversão 3D não-linear envolvendo o uso de anomalias Bouguer e ondulações do geóide, permitindo o conhecimento da geometria e da profundidade da interface crosta-manto e o limite litosfera-astenosfera. Os resultados são compatíveis com os demais obtidos a partir de estudos de função do receptor, tomografia de ondas P e de ondas S. Posteriormente, empregou-se a técnica da função admitância, utilizando as informações gravimétricas disponíveis como anomalias Ar-livre, anomalias Bouguer e ondulações do geóide, visando determinar o mecanismo responsável pelo equilíbrio isostático da região do Cráton São Francisco. Os resultados alcançados podem ser assim sumarizados: i) valores médios entre 40 e 60 km para espessura elástica efetiva na região do Cráton São Francisco, compatíveis com outros trabalhos disponíveis na literatura; ii) influência de cargas localizadas na base da litosfera, possivelmente associadas à algum processo de aquecimento e/ou diminuição de densidades e iii) a atuação expressiva de cargas localizadas na interface crosta-manto, que podem estar relacionadas aos sucessivos eventos de magmatismo que fazem parte da complexa evolução tectônica do cráton. Os resultados obtidos nas etapas anteriores aliados a análise da topografia dinâmica da área, a aplicação do conceito de convecção localizada na borda cratônica (edge-driven convection), às modelagens numéricas da interação cráton x plumas mantélicas e aos outros dados geofísicos como a anisotropia sísmica, a evolução termal do manto e ao fluxo geotérmico forneceram subsídios necessários para a elaboração de um modelo de evolução geodinâmica para o Cráton São Francisco, constituído dos seguintes estágios: i) geração da litosfera continental arqueana; ii) amalgamação e estabilização da litosfera cratônica; iii) ocorrência de eventos modificadores crustais e litosféricos; iv) orogenia proterozóica e v) interação cráton x pluma ocorrida a partir do Cretáceo. ________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The present Ph.D. Thesis deals with the application of the GGM02C geopotential model, derived from GRACE space mission (NASA/GFZ-Potsdam), to obtain the gravitational field in the São Francisco craton, which is an important lithospheric segment of the South-American plate, constituted by archean terrains and proterozoic and fanerozoic covers, and surrounded by neoproterozoic fold-thrust belts. Free-air and Bouguer gravity anomalies and geoid undulations were computed based on the GGM02C geopotential model, yielding the study of the lithospheric structure and the determination of the averaged values of the effective elastic thickness, which is a important parameter to infer isostatic and thermal states of the lithosphere. A 3D non-linear inversion algorithm involving Bouguer anomalies and geoid undulations was implemented, revealing the geometry and depth of the crust-mantle interface and lithosphere-asthenosphere boundary. The results obtained were in according to other geophysical studies such as receiver function and P and S waves tomography. Afterwards, the admittance function was employed based in the the gravity information (freeair and Bouguer anomalies and geoid undulations), in order to investigate the isostatic mechanism occurring in the studied area. The results may be summarized as: i) averaged values between 40 and 60 km for the effective elastic thickness of the São Francisco craton region (in agreement with literature); ii) loads acting in the base of the lithosphere, possibly related to some heating and/or density decreasing processes and iii) significant loads located in the crust-mantle interface that may be associated with successive magmatic events, which are part of the complex tectonic evolution of the craton. The results obtained previously, together with the dynamic topography analysis, the use of the concept of the edge-driven convection, numerical simulations of the craton x mantle plumes interaction and other geophysical data (seismic anisotropy, thermal evolution of the mantle and geothermal flux) provided information to elaborate a geodynamic evolution model of the São Francisco craton, consisting of the following stages: i) generation of the archean continental lithosphere; ii) assembling and stabilization of the cratonic lithosphere; iii) occurrence of the crust and lithosphere modifiers events; iv) proterozoic orogenies and v) craton x plume interaction in the Cretaceous.

A faixa Araçuaí, de idade neoproterozóica, caracteriza-se por apresentar em seu domínio alóctone, uma grande quantidade de intrusões magmáticas, uma crosta parcialmente fundida e rochas de facies granulítica, características de uma geoterma elevada, configurando trata-se de um orógeno quente. A suíte tonalítica Galiléia, alojada em metassedimentos, deformada no estado magmático, representa um grande batólito que influenciou de maneira significativa o comportamento mecânico desta crosta mediana. A Anisotropia de Suscetibilidade Magnética (ASM) medida nesse batólito e usada para um estudo de petrotrama, combinado com uma investigação detalhada sobre a mineralogia magnética, permitiu caracterizar o comportamento paramagnético da Suíte Galiléia e, adicionalmente, trazer informações sobre uma deformacão complexa em 3D. As estruturas observadas se desenvolveram em um magma viscoso resultado de uma combinação da tectônica tangencial induzidas por compressão e forças gravitacionais devido ao peso da crosta sobrejacente. A cinemática do batólito é compatível com aquela descrita para as rochas dúcteis da faixa. Datações U/PB em zircões e monazitas e 40Ar/39Ar em anfibólios, moscovitas e biotitas permitiram definir a evolução termal do batólito Galiléia e de seus metassedimentos hospedeiros e trazer informações sobre o período deformacional. O batólito Galiléia colocouse durante um importante evento magmático, termal e tectônico a ~ 580 Ma. A temperatura permaneceu alta durante os primeiros ~ 50Ma da evolução termal, promovendo uma deformação quase constante do batólito no estado magmático durante várias dezenas de milhões de anos. Tais condições de alta temperatura e cinemática deformacional, estável durante períodos prolongados de tempo, são característicos de orógenos quentes. A taxa de resfriamento vagarosa de ~ 10°C/Ma sugere que após ~500Ma a taxa de exumação foi muito lenta, provavelmente ocasionada apenas pela erosão. / The allochtonous domain of the Neoproterozoic Araçuaí belt involves large amounts of magma, widespread partial melting, granulitic facies and high geotherm, characterising this belt as a hot orogen. The Galiléia tonalitic suite, emplaced within host metasediments and deformed at magmatic state, represents a huge batholith that strongly influenced the mechanical behaviour of this middle crust. The anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) measured through this batholith and used as a petrofabric proxy, combined to a detailed magnetic mineralogy investigation, permitted to characterize the paramagnetic behaviour of the Galiléia suite and therefore to highlight a complex 3D strain deformation. The observed structures developed within the viscous magma resulted from a combination of tangential tectonics induced by the compression, and gravitational forces arising from the load of the overlying crust. The kinematics of the batholith is compatible with that already described for ductile rocks of hot orogens. U/Pb dating on zircons and monazites together with 40Ar/39Ar dating on amphiboles, muscovites and biotites permitted to define the thermal evolution of the Galiléia batholith and its host metasediments and constrain the timing of the deformation. The Galiléia batholith emplaced during an important magmatic, tectonic and thermal event at ~580 Ma. Temperature remained high during the first ~50 Ma of the thermal evolution, promoting a seemingly constant deformation of the batholith at magmatic state during several tens of millions years. Such high temperature conditions and stable deformation kinematics during protracted periods of time are supposed to be characteristic of hot orogen. The slow cooling rate of ~10°C/Ma evidenced after ~500 Ma probably indicate a very slow exhumation probably only conducted by erosion.

A faixa Araçuaí, de idade neoproterozóica, caracteriza-se por apresentar em seu domínio alóctone, uma grande quantidade de intrusões magmáticas, uma crosta parcialmente fundida e rochas de facies granulítica, características de uma geoterma elevada, configurando trata-se de um orógeno quente. A suíte tonalítica Galiléia, alojada em metassedimentos, deformada no estado magmático, representa um grande batólito que influenciou de maneira significativa o comportamento mecânico desta crosta mediana. A Anisotropia de Suscetibilidade Magnética (ASM) medida nesse batólito e usada para um estudo de petrotrama, combinado com uma investigação detalhada sobre a mineralogia magnética, permitiu caracterizar o comportamento paramagnético da Suíte Galiléia e, adicionalmente, trazer informações sobre uma deformacão complexa em 3D. As estruturas observadas se desenvolveram em um magma viscoso resultado de uma combinação da tectônica tangencial induzidas por compressão e forças gravitacionais devido ao peso da crosta sobrejacente. A cinemática do batólito é compatível com aquela descrita para as rochas dúcteis da faixa. Datações U/PB em zircões e monazitas e 40Ar/39Ar em anfibólios, moscovitas e biotitas permitiram definir a evolução termal do batólito Galiléia e de seus metassedimentos hospedeiros e trazer informações sobre o período deformacional. O batólito Galiléia colocouse durante um importante evento magmático, termal e tectônico a ~ 580 Ma. A temperatura permaneceu alta durante os primeiros ~ 50Ma da evolução termal, promovendo uma deformação quase constante do batólito no estado magmático durante várias dezenas de milhões de anos. Tais condições de alta temperatura e cinemática deformacional, estável durante períodos prolongados de tempo, são característicos de orógenos quentes. A taxa de resfriamento vagarosa de ~ 10°C/Ma sugere que após ~500Ma a taxa de exumação foi muito lenta, provavelmente ocasionada apenas pela erosão. / The allochtonous domain of the Neoproterozoic Araçuaí belt involves large amounts of magma, widespread partial melting, granulitic facies and high geotherm, characterising this belt as a hot orogen. The Galiléia tonalitic suite, emplaced within host metasediments and deformed at magmatic state, represents a huge batholith that strongly influenced the mechanical behaviour of this middle crust. The anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) measured through this batholith and used as a petrofabric proxy, combined to a detailed magnetic mineralogy investigation, permitted to characterize the paramagnetic behaviour of the Galiléia suite and therefore to highlight a complex 3D strain deformation. The observed structures developed within the viscous magma resulted from a combination of tangential tectonics induced by the compression, and gravitational forces arising from the load of the overlying crust. The kinematics of the batholith is compatible with that already described for ductile rocks of hot orogens. U/Pb dating on zircons and monazites together with 40Ar/39Ar dating on amphiboles, muscovites and biotites permitted to define the thermal evolution of the Galiléia batholith and its host metasediments and constrain the timing of the deformation. The Galiléia batholith emplaced during an important magmatic, tectonic and thermal event at ~580 Ma. Temperature remained high during the first ~50 Ma of the thermal evolution, promoting a seemingly constant deformation of the batholith at magmatic state during several tens of millions years. Such high temperature conditions and stable deformation kinematics during protracted periods of time are supposed to be characteristic of hot orogen. The slow cooling rate of ~10°C/Ma evidenced after ~500 Ma probably indicate a very slow exhumation probably only conducted by erosion.

Neste trabalho foram abordados dois temas geofísicos visando o avanço no conhecimento da litosfera do sul do cráton São Francisco. O primeiro tema teve como objetivo a proposição de um método alternativo para a definição de bordas de placas litosféricas, utilizando dados gravimétricos. Utilizou-se o mapa da primeira derivada vertical da anomalia gravimétrica Bouguer continuada para cima à altura de 100 km. Resultados crustais, ao longo de um perfil de sísmica de refração profunda, localizado no estado de Goiás e a modelagem gravimétrica 2-D de um perfil localizado entre os estados de São Paulo e Minas Gerais foram utilizados para calibrar os resultados da derivada vertical. Recentes dados geoquímicos, petrológicos e de tomografia sísmica reforçam o resultado de que, nas bordas sul e oeste, a placa São Franciscana estende-se sob a Faixa Brasília e parte da bacia do Paraná. O segundo tema foi a interpretação de uma anomalia gravimétrica Bouguer positiva, aproximadamente circular com amplitude da ordem de 25 mGal. Nesta mesma região existe uma anomalia positiva do geóide, também circular, com raio de aproximadamente 250 km e uma amplitude de +7 m. O método sísmico da função do receptor não mostra a existência de afinamento crustal, eliminando assim, uma das possíveis causas da anomalia gravimétrica. Perfis magnetotelúricos radiais à anomalia gravimétrica indicam a presença de uma região no manto com resistividade elétrica mais baixa (< 100 .m), com origem a 200 km de profundidade e estendendo até a crosta inferior. Os resultados da inversão gravimétrica 3-D do alto gravimétrico indicam que a crosta inferior mais densa atinge uma espessura de 12 km, se assumirmos um contraste de densidade de +50 kg/m3. Coincidentemente com a região de crosta inferior mais densa, as sondagens magnetotelúricas indicam uma crosta eletricamente mais condutora, reforçando a existência de um underplating magmático. A impregnação de material derivado do manto, na base da crosta, é evidenciado em superfície, pela presença de diversos diques de basaltos toleíticos de composição similar aos basaltos da parte norte da Bacia do Paraná (alto TiO2) de idades do Cretáceo Inferior. Os diques toleíticos estão distribuídos por toda região sul do cráton. O manto litosférico com menor resistividade elétrica estende-se até profundidade de 200 km, sugerindo que o manto litosférico do sul do cráton São Francisco sofreu um rejuvenescimento composicional e leve aumento de densidade (50 a 70 kg/m3), responsável pelo alto do geóide. A diminuição de resistividade elétrica no manto, abaixo de profundidade de 100 km, é mais facilmente explicada pela presença de fundidos carbonatíticos no manto superior, provenientes de partes mais profundas do manto e resultantes de um menor grau de fusão. O magmatismo carbonatítico foi anterior ao magmatismo toleítico, uma vez que dados petrológicos e geoquímicos mostram que os diques toleíticos do Cretáceo Inferior na região do Espinhaço apresentam de 5% a 10% de carbonatitos em sua composição. A forma semi-circular do limite sul erosional do Grupo Bambuí deve ser resultado da erosão dos sedimentos mais antigos, devido ao soerguimento da litosfera, durante o magmatismo carbonatítico. / This thesis comprises of two parts in which two geophysical studies are described improving the knowledge of the lithosphere of the south São Francisco craton. In the first part, we propose an alternative method for defining the limits of lithosphere plate using gravity data. We used the first vertical derivative of Bouguer anomaly upwarded to 100 km height. Crustal results along a deep refraction seismic profile in the Goiás state together with a 2-D gravity model along a profile between Minas Gerais and São Paulo states were used to calibrate the vertical derivative results. Recent geochemical, petrological data and seismic topography data reinforce the gravity results that the southern and western parts of the São Francisco plate extends under parts the Brasília Belt and parts of the Paraná basin. In the second part, the interpretation of a positive Bouguer gravity anomaly, circular shaped and + 25 mGal amplitude gravity anomaly is presented. This gravity anomaly coincides with a positive, circular shaped, 7 m amplitude geoid anomaly with 250 km of radius. Receiver function results do not show a crustal thinning, excluding this possibility as the cause of gravity high. Deep magnetotelluric soundings along two profiles radial to gravity anomaly indicate a region in the mantle with lower electrical resistivity (< 100 .m) from the depth of 200 km and extending upward and reaching the lower crust. The residual Bouguer anomalies are inverted using a 3-D algorithm and indicate that the denser lower crust reaches 12 km of thickness for + 50 kg/m3 of density contrast. Coincident with a denser lower crust, magnetotelluric soundings reveal a low electrical resistivity crust, reinforcing the presence of magmatic underplating. At the surface, the contamination of magmatic material in the lower crust is supported by the presence of basaltic tholeiitic dike swarms similar, in composition, to the basalts of northern Paraná basin (high TiO2) of Early Cretaceous age. Tholeiitic dikes swarms are distributed throughout the southern region of the craton. Lithospheric mantle with lower electrical resistivity reaches 200 km of depth, indicating that the lithospheric mantle in the southern São Francisco craton underwent compositional rejuvenation accompanied by a mild increase in density (+ 50 to + 70 kg/m3) responsible for the positive geoid anomaly. The decrease of electrical resistivity in the mantle at depths beyond 100 km is easier explained by the presence of carbonatitic melts in the upper mantle, derived from a low degree of partial melt of a metasomatized deeper mantle. The carbonatitic magmatism was prior to tholeiitic magmatism since petrological and geochemical data show that the Early Cretaceous Espinhaço tholeiitic dikes contain 5 to 10% of carbonatites in their composition. The circular shaped erosional limit of the Bambui Group may have been produced by lithosphere uplift at the time of carbonatitic magmatism.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-22T11:48:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InversaoDadosSismica.pdf: 8701396 bytes, checksum: fc7545f05ce8a804dffbb9bc1f30b455 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-22T12:24:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InversaoDadosSismica.pdf: 8701396 bytes, checksum: fc7545f05ce8a804dffbb9bc1f30b455 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-22T12:24:00Z (GMT). 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O cálculo dos tempos de chegada por este procedimento, exige a utilização de um modelo cujas velocidades sejam crescentes com a profundidade, de modo que a ocorrência das camadas de baixa velocidade (CBV) é contornada pela reparametrização do modelo, levando-se em conta o fato de que o topo da CBV funciona apenas como um refletor do raio sísmico, e não como refrator. A metodologia de inversão utilizada tem em vista não só a determinação das soluções possíveis, mas também a realização de uma análise sobre as causas responsáveis pela ambiguidade do problema. A região de pesquisa das prováveis soluções é vinculada segundo limites superiores e inferiores para cada parâmetro procurado, e pelo estabelecimento de limites superiores para os valores de distâncias críticas, calculadas a partir do vetor de parâmetros. O processo de inversão é feito utilizando-se uma técnica de otimização do ajuste de curvas através da busca direta no espaço dos parâmetros, denominado COMPLEX. Esta técnica apresenta a vantagem de poder ser utilizada com qualquer função objeto, e ser bastante prática na obtenção de múltiplas soluções do problema. Devido a curva tempo-distância corresponder ao caso de uma multi-função, o algoritmo foi adaptado de modo a minimizar simultaneamente várias funções objetos, com vínculos nos parâmetros. A inversão é feita de modo a se obter um conjunto de soluções representativas do universo existente. Por sua vez, a análise da ambiguidade é realizada pela análise fatorial modo-Q, através da qual é possível se caracterizar as propriedades comuns existentes no elenco das soluções analisadas. Os testes com dados sintéticos e reais foram feitos tendo como aproximação inicial ao processo de inversão, os valores de velocidades e espessuras calculados diretamente da interpretação visual do sismograma. Para a realização dos primeiros, utilizou-se sismogramas calculados pelo método da refletividade, segundo diferentes modelos. Por sua vez, os testes com dados reais foram realizados utilizando-se dados extraídos de um dos sismogramas coletados pelo projeto Lithospheric Seismic Profile in Britain (LISPB), na região norte da Grã-Bretanha. Em todos os testes foi verificado que a geometria do modelo possui um maior peso na ambiguidade do problema, enquanto os parâmetros físicos apresentam apenas suaves variações, no conjunto das soluções obtidas. / The aim of this thesis is to obtain crustal model through the inversion of deep seismic refraction data, considering lateraly homogenous horizontal plain layers over a half-space. The direct model is given by analitic expression for the travel-time curve, as a function that depends on the source-station distance and on the array of parameters, formed by velocity and thickness of each layer. The expression is obtained from the trajectory of the seismic ray by Snell's Law. The calculation of the arrivel time for seismic refraction by this method, takes into account a model with velocities increasing with depth. The occurrence of low velocity layers (LVL) are solved as a model reparametrization, taking into account the fact that top boundary of the low velocity layer is only a reflector, and not a refractor of seismic waves. The inversion method is used to solve for the possible solutions, and also to perform an analysis about the ambiguity of the problem. The search region of probable solutions is constrainted by high and lower limits of each parameter considered, and by high limits of each critical distance, calculated using the array of parameters. The inversion process used is an optimization technique for curve fitting corresponding to a direct search in the parameter space, called COMPLEX. This technique presents the advantage of using any objective function, and as being practical in obtaining diferent solutions for the problem. As the travel-time curve is a multi-function, the algorithm was adaptaded to minimize several objective funtions simultaneously, with constraints. The inversion process is formulated to obtain a representative group of solutions of the problem. Afterwards, the analysis of ambiguity is made by Q-mode factor analysis, through which is possible to find the commom properties of the group of solutions. Tests with synthetic and real data were made having as initial aproximation to the inversion process, the velocity and thickness values calculated by the straightforward visual interpretation of the seismograms. For the synthetics, it was used seismograms calculated by the refletivity method, with diferent models. For test with real data, it was used seismograms colected by the Lithospheric Seismic Profile in Britain (LISPB), in the northern region of Britain. It was verified in all tests that geometry of the model has most importance for the ambiguity of the problem, while the physical parameters present only smaller changes into the group of solutions obtained.

Neste trabalho foram abordados dois temas geofísicos visando o avanço no conhecimento da litosfera do sul do cráton São Francisco. O primeiro tema teve como objetivo a proposição de um método alternativo para a definição de bordas de placas litosféricas, utilizando dados gravimétricos. Utilizou-se o mapa da primeira derivada vertical da anomalia gravimétrica Bouguer continuada para cima à altura de 100 km. Resultados crustais, ao longo de um perfil de sísmica de refração profunda, localizado no estado de Goiás e a modelagem gravimétrica 2-D de um perfil localizado entre os estados de São Paulo e Minas Gerais foram utilizados para calibrar os resultados da derivada vertical. Recentes dados geoquímicos, petrológicos e de tomografia sísmica reforçam o resultado de que, nas bordas sul e oeste, a placa São Franciscana estende-se sob a Faixa Brasília e parte da bacia do Paraná. O segundo tema foi a interpretação de uma anomalia gravimétrica Bouguer positiva, aproximadamente circular com amplitude da ordem de 25 mGal. Nesta mesma região existe uma anomalia positiva do geóide, também circular, com raio de aproximadamente 250 km e uma amplitude de +7 m. O método sísmico da função do receptor não mostra a existência de afinamento crustal, eliminando assim, uma das possíveis causas da anomalia gravimétrica. Perfis magnetotelúricos radiais à anomalia gravimétrica indicam a presença de uma região no manto com resistividade elétrica mais baixa (< 100 .m), com origem a 200 km de profundidade e estendendo até a crosta inferior. Os resultados da inversão gravimétrica 3-D do alto gravimétrico indicam que a crosta inferior mais densa atinge uma espessura de 12 km, se assumirmos um contraste de densidade de +50 kg/m3. Coincidentemente com a região de crosta inferior mais densa, as sondagens magnetotelúricas indicam uma crosta eletricamente mais condutora, reforçando a existência de um underplating magmático. A impregnação de material derivado do manto, na base da crosta, é evidenciado em superfície, pela presença de diversos diques de basaltos toleíticos de composição similar aos basaltos da parte norte da Bacia do Paraná (alto TiO2) de idades do Cretáceo Inferior. Os diques toleíticos estão distribuídos por toda região sul do cráton. O manto litosférico com menor resistividade elétrica estende-se até profundidade de 200 km, sugerindo que o manto litosférico do sul do cráton São Francisco sofreu um rejuvenescimento composicional e leve aumento de densidade (50 a 70 kg/m3), responsável pelo alto do geóide. A diminuição de resistividade elétrica no manto, abaixo de profundidade de 100 km, é mais facilmente explicada pela presença de fundidos carbonatíticos no manto superior, provenientes de partes mais profundas do manto e resultantes de um menor grau de fusão. O magmatismo carbonatítico foi anterior ao magmatismo toleítico, uma vez que dados petrológicos e geoquímicos mostram que os diques toleíticos do Cretáceo Inferior na região do Espinhaço apresentam de 5% a 10% de carbonatitos em sua composição. A forma semi-circular do limite sul erosional do Grupo Bambuí deve ser resultado da erosão dos sedimentos mais antigos, devido ao soerguimento da litosfera, durante o magmatismo carbonatítico. / This thesis comprises of two parts in which two geophysical studies are described improving the knowledge of the lithosphere of the south São Francisco craton. In the first part, we propose an alternative method for defining the limits of lithosphere plate using gravity data. We used the first vertical derivative of Bouguer anomaly upwarded to 100 km height. Crustal results along a deep refraction seismic profile in the Goiás state together with a 2-D gravity model along a profile between Minas Gerais and São Paulo states were used to calibrate the vertical derivative results. Recent geochemical, petrological data and seismic topography data reinforce the gravity results that the southern and western parts of the São Francisco plate extends under parts the Brasília Belt and parts of the Paraná basin. In the second part, the interpretation of a positive Bouguer gravity anomaly, circular shaped and + 25 mGal amplitude gravity anomaly is presented. This gravity anomaly coincides with a positive, circular shaped, 7 m amplitude geoid anomaly with 250 km of radius. Receiver function results do not show a crustal thinning, excluding this possibility as the cause of gravity high. Deep magnetotelluric soundings along two profiles radial to gravity anomaly indicate a region in the mantle with lower electrical resistivity (< 100 .m) from the depth of 200 km and extending upward and reaching the lower crust. The residual Bouguer anomalies are inverted using a 3-D algorithm and indicate that the denser lower crust reaches 12 km of thickness for + 50 kg/m3 of density contrast. Coincident with a denser lower crust, magnetotelluric soundings reveal a low electrical resistivity crust, reinforcing the presence of magmatic underplating. At the surface, the contamination of magmatic material in the lower crust is supported by the presence of basaltic tholeiitic dike swarms similar, in composition, to the basalts of northern Paraná basin (high TiO2) of Early Cretaceous age. Tholeiitic dikes swarms are distributed throughout the southern region of the craton. Lithospheric mantle with lower electrical resistivity reaches 200 km of depth, indicating that the lithospheric mantle in the southern São Francisco craton underwent compositional rejuvenation accompanied by a mild increase in density (+ 50 to + 70 kg/m3) responsible for the positive geoid anomaly. The decrease of electrical resistivity in the mantle at depths beyond 100 km is easier explained by the presence of carbonatitic melts in the upper mantle, derived from a low degree of partial melt of a metasomatized deeper mantle. The carbonatitic magmatism was prior to tholeiitic magmatism since petrological and geochemical data show that the Early Cretaceous Espinhaço tholeiitic dikes contain 5 to 10% of carbonatites in their composition. The circular shaped erosional limit of the Bambui Group may have been produced by lithosphere uplift at the time of carbonatitic magmatism.

Orientador: Maurício Compiani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:25:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_FabianaBurgosTakahashi_M.pdf: 5270236 bytes, checksum: 1fa1e53fc6bf45eb1dcc6fa74e637d09 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A presente dissertação tem seu olhar voltado para o currículo da disciplina escolar química e sua relação com as geociências. Este trabalho foi desenvolvido no contexto do projeto apoiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP) - Ensino Público intitulado "Elaboração de conhecimentos escolares e curriculares relacionados à ciência, à sociedade e ao ambiente na escola básica com ênfase na regionalização a partir dos resultados de projeto de Políticas Públicas", cujo recorte de análise era a bacia do Ribeirão das Anhumas, onde está inserida a escola estadual que foi cenário principal desta dissertação e onde atuavam professores, alunos e acadêmicos. Baseando metodologicamente na perspectiva da pesquisa-ação sugerida por Mckernan principalmente, foi possível sistematizar este trabalho de modo que a importância do professor na elaboração do currículo fosse evidenciada, como propõe o mesmo autor. Neste sentido, a pesquisadora, professora da escola básica, voltou-se para seus instrumentos de trabalho questionando-os e sugerindo alterações. Então foi realizada uma revisão dos documentos oficiais que contribuíram para a elaboração da Proposta Curricular do Estado de São Paulo para o Ensino de Química (PCEQ) sob o olhar da contextualização e interdisciplinaridade visando mostrar que as discussões acerca da elaboração de currículos com esta conotação não são recentes. Além disso, os cadernos do professor e do aluno que complementam a PCEQ, e o livro didático utilizado em sala pela pesquisadora também foram analisados abordando a presença ou não do tema "Química e Litosfera" bem como o tratamento dado a esta temática quando presente no material, uma vez que é sugerido nas Orientações Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+), porém ausente na PCEQ. Por isso que em meio a discussões e reflexões colaborativas do subgrupo Ensino-Aprendizagem, nas quais a interdisciplinaridade era discutida e utilizada como referencial para elaborar e desenvolver atividades escolares dentro do contexto local, e também com base nas lacunas encontradas durante estas análises, é que foi possível complementar o referido material. Dentre todas as atividades, podemos dizer que o trabalho de campo foi talvez o mais importante, afinal, foi possível perceber que os alunos tinham conhecimento para explicar a formação dos solos a partir das interações que ocorrem no ambiente, partindo de observações da paisagem local. Desta forma, pudemos nos aproximar dos objetivos de incorporar ao currículo de química o tema citado utilizando conhecimentos sobre a Bacia do Ribeirão das Anhumas, local onde a escola se insere. Enfim, a inserção do tema faltante na PCEQ vem suprir necessidades de conteúdos, enquanto promove junto com a abordagem local a superação de problemas reais e escolares, e tudo isso dentro de uma dinâmica de colaboração entre os atores envolvidos naquele cenário / Abstract: This dissertation focuses the curriculum of the Chemistry discipline and its relation with the Geosciences. This paper was developed in the context of the FAPESP Public Teaching Project entitled "Construction of school and curricular knowledge relative to science, society and environment at primary and secondary school with emphasis in the local conditions from results of public politicians projects" which focused its analysis in the basin of the Brook of Anhumas where the state school is located. This school was the scenario of this research whose professors, teachers and students maintained a collaboration relationship and learning to the development of this study. Using Mckerman methodological approach of action-research, it became possible to design a system of work with a view to emphasize the importance of the teacher in the elaboration of the curricular content, as the author proposes. Therefore, the researcher who is also a teacher at the secondary school, looked at her working tools, questioned them and suggested changes. Official documents that contributed to the elaboration of PCEQ were also reviewed in the light of context and interdisciplinary relations with a view to show that discussions about curricular contents using this concept are not new. Teacher's and student's notebooks which complement the PCEQ and the didactic book used by the researcher were also analyzed to ascertain whether or not they contained the theme "Chemistry and the Lithosphere" as well as how the subject is mentioned in the books, since its use is suggested in the PCN+ but is, however, absent from the PCEQ. Based on the collaborative discussions of the sub-group "Teaching-Learning", where the subject of interdisciplinarity was discussed and used as reference to elaborate and develop school activities within the local context, and also using the gaps found during these analyses it was possible to develop complementary material. Amongst all the activities we can say that the field work was perhaps the most important, as it made possible to perceive that the students had acquired the knowledge to explain the soil formation from the interactions that occur in the environment using as the starting point for their comments the local landscape. Therefore we could reach our goal of incorporating to the Chemistry curricular studies the subject above mentioned using the data of the basin of Brook of Anhumas where the school is located. At last the insertion of the missing subject in the PCEQ comes to suffice necessities of contents while it makes possible to overcome, with a localized approach, existing school problems promoting a collaborative dynamics among all the participants involved in that particular scenario / Mestrado / Ensino e Historia de Ciencias da Terra / Mestre em Ensino e Historia de Ciencias da Terra

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.