Afonso E. V. Lopes & Marcelo Assumpção

Mecanismos Focais, Tensões Litosféricas e o World Stress Map (WSM)

Setembro de 2010

Para que serve o conhecimento das tensões litosféricas?

modelos muito antigos e muito novosAté pouco tempo

Origem dos Esforços Litosféricos

As forças geradas nas bordas das placas pela dinâmica do planeta gera acumulação de tensões (esforços) no interior das placas litosféricas.

Sismicidade Mundial e os Limites das Placas Litosféricas

Tensões na Litosfera

Segundo Bott & Kusznir (1984) a tensão litosférica de origem tectônica é dada por duas categorias principais:

1) Tensão renovável: aquela que persiste continuamente, sendo originada em bordas de placas e devido a compensação isostática.

2) Tensão não-renovável: aquela que é dissipada após o alivio da deformação inicial, e inclui tensões de origem flexural, termal e devido a curvatura do planeta.

Segundo Zoback et al. (1989) as duas categorias principais categorias de forças responsáveis pelas tensões na porção superior da litosfera (até 35km) são:

1) A responsável pela tensão tectônica: Forças de borda de placa, forças resultantes de processos geodinâmicos (incluindo flexura da litosfera e variação lateral de densidade), e forças termoelasticas geradas pelo esfriamento da litosfera oceânica;

2) E a responsável por tensões locais: Efeitos locais da topografia, parâmetros elásticos, e efeitos de erosão.

s1; s2; s3; SHmax; Shmin

World Stress Map (WSM)

O World Stress Map (WSM) é uma compilação de dados de tensões tectônicas na porção superior da litosfera terrestre.

Principais áreas de aplicação do WSM:- Modelagens de bacias;- Modelagens tectônicas;- Gerenciamento de reservatório;- Estabilização de minas;- Previsão de terremotos, etc.

Distribuição e Características dos Dados o WSM

Cada medida do WSM possui um fator de qualidade (A, B, C ou D) o qual é simbolizado pelo tamanho da barra do SHmax.

A maior parte dos dados de tensões do WSM foi determinado com dados de mecanismos focais (63%).

Qual é o azimute da máxima compressão?

Figura de Dimate et al. (2003)

Note que os mecanismos focais apresentados na figura ao lado são os mais diversos possíveis.

Embora hajam mecanismos focais tão distintos, o campo de tensões na região não varia.

Os planos de fraqueza onde se originam os sismos podem não ter sido gerados pelas tensões atuais, mas o movimento da falha sim.

Exercício: Tensões Listosféricas no Cráton do São Francisco

Estime a direção do SHmax na porção Centro-Norte do Cráton do São Francisco.

Tensões no Craton do São Francisco

s1s3

Tensões nos Andes

Medidas em Breakouts de poços de petróleo

Os dados de breakouts utilizados no WSM são uma média de breakouts de vários poços próximos.

WSM: Dados Geológicos (5%)

WSM: Medidas in-situ (9%)

Há apenas um dado na América do Sul!Apenas dois dados na Índia (apenas três na Ásia)!

Não há dado algum na placa Africana, na península Ibérica, porção norte da América do Norte e porção norte da Ásia.

WSM: Dados de breakouts de poços de petróleo (23%)

WSM: Mecanismos focais de terremotos (63%)

Tensões Crustais no Brasil

Costa do Brasil:SHmax ~ paralelo à costaShmin ~ perpendicular à costa(continente se “esparrama” em direção ao oceano)

Interior (Geral):SHmax ~ paralelo ao empurrão da cadeia meso-atlântica

Interior (Centro Oeste – Norte)SHmax ~ paralelo ao movimento absoluto da Placa Sul-Americana nos últimos 5 milhões de anos.

Figura de Assumpção (2005)

Tensões na Placa Sul-Americana

Sub-Andes:SHmax ~ EW com tendência de ser perpendicular ao platô.

Interpolação dos dados do World Stress Map (Bird & Li, 1996)

Dois tipos de modelos de esforços:- Regional- Global

Os modelos Regionais (também conhecidos como não-globais) tem a desvantagem de requerer vínculos nas bordas da placa estudada. Essa condição de contorno não é exigida em modelos Globais.

Por outro lado, os modelos Globais assumem valores das propriedades reológicas das margens das placas, e essas são muito pouco conhecidas.

Ambos os modelos sofrem com a falta de dados de espessura da crosta, formato da base da litosfera continental e anomalias de densidade no manto superior.

Modelos Regional e Global

Modelo regional Modelo globalPouco conhecimento das forças que atuam no limite das placas.

Baixo conhecimento dos parâmetros reológicos da astenosfera e das placas litosféricas.

Coblentz & Richardson (1996) Lithgow-Bertelloni & Guynn (2004)

Modelo Regional de Meijer (1995)

Modelo de Forças Campo de Tensões

Modelo Regional de Coblentz & Richardson (1996)

a) Malha de EF e Forças b) Campo de Tensões

Modelo Global

Essas tensões são compostas por duas contribuições: (a) Tensões com origem na movimentação do manto oca-sionada por heterogeneidades de densidade, e (b) tensões opostas ao movimento das placas. Em (c) é apresentado a somatória das tensões exerci-das na placa.

Tensões horizontais: Mov. Manto & Placas

Tensões Associadas à topografia dinâmicaA topografia dinâmica produz dois tipos de tensões no interior da placa: tensões de membrana, causada pela extensão da placa, e tensões gravitacionais, geradas pela topográfica.

Direções de SHmax obtidas por Bird (1998) considerando uma combinação do arraste na base da litosfera (somente no continente), velocidade das placas e topografia. O erro médio das direções de SHmax é de 32o.

Contribuições do Manto

• Variações abruptas na direção das tensões são de origem litosférica;• A influência do fluxo do manto na litosfera oceânica é menor que na continental;• Na litosfera continental a contribuição do manto na tensão observada é até 4 vezes maior que a contribuição das tensões geradas pela própria litosfera.

Considerações Finais

Os modelos regionais são bastante úteis na caracterização do campo de tensões litosféricas, e permitem extrapolar interpretações para regiões onde as tensões não são conhecidas.

Os modelos regionais em geral dão maior peso as contribuições litosféricas das tensões, o que prejudica análises sobre a geodinâmica de uma placa.Os modelos globais tornam evidentes as magnitudes das contribuições das tensões. Isso é viável porque não precisamos utilizar forças não conhecidas como condições de contorno.

As modelagens de tensões realizadas nos últimos anos deixam evidente que as contribuições do manto nas tensões tectônicas são importantes, ajudando no conhecimento da dinâmica interna do planeta.

Referências

Bird, P. (1998), Testing hypotheses on plate-driving mechanisms with global lithosphere models including topography, thermal structure, and faults, J. Geophys. Res., 103(B5), 10115-10129.

Bott, M.H.P. & Kusznir, N.J. (1984), The Origin of Tectonic Stress in the Lithosphere, Tectonophysics, 105, 1-13.

Zoback, M.L.; Zoback, M.D.; Adams, J.; Assumpção, M.; Bell, S.; Bergman, E.A.; Blümling, P.; Brereton, N.R.; Denham, D.; Ding, J.; Fuchs, K.; Gay, S.; Gregersen, S.; Gupta, H.K.; Gvishiani A.; Javob, K.; Klein, R.; Knoll, P.; Magee, M.; Mercier, J.L.; Muller, B.C.; Paquin, C.; Rajendran, K.; Stephansson, O.; Suarez, G.; Suter, M.; Udias, A.; Xu, Z.H. & Zhizhin, M. (1989), Global patterns of tectonic stress, Nature, 341, 291-298.