Mecanismos Focais, Tensões Litosféricas
e o World Stress Map (WSM)
Afonso E. V. Lopes & Marcelo Assumpção
Setembro de 2010
Para que serve o conhecimento das tensões litosféricas?
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 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.
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.
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
A maior parte dos dados de tensões do WSM
foi determinado com dados de mecanismos
focais (63%).
Cada medida do WSM possui
um fator de qualidade (A, B, C
ou D) o qual é simbolizado pelo
tamanho da barra do SHmax.
Qual é o azimute da máxima compressão?
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.
Figura de Dimate et al. (2003)
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
s3
s1
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 costa
Shmin ~ 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 SulAmericana 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
Pouco conhecimento das forças que
atuam no limite das placas.
Coblentz & Richardson (1996)
Modelo global
Baixo conhecimento dos parâmetros reológicos da
astenosfera e das placas litosféricas.
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
Tensões horizontais: Mov. Manto & Placas
Essas tensões são compostas
por duas contribuições: (a)
Tensões com origem na
movimentação do manto ocasionada por heterogeneidades
de densidade, e (b) tensões
opostas ao movimento das
placas. Em (c) é apresentado a
somatória das tensões exercidas na placa.
Tensões Associadas à topografia dinâmica
A 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.