Ondas sísmicas e o interior da Terra

O QUE É UMA ONDA SÍSMICA?

Transferência de energia através do movimento das partículas

O QUE É UMA ONDA SÍSMICA?

Há somente um tipo de onda?

Há somente um tipo de onda?

O que diferencia os diferentes

tipos de ondas?

Há somente um tipo de onda?

O que diferencia os diferentes

tipos de ondas?

Os diferentes tipos de ondas são caracterizados pelos movimentos das partículas

COMO SE PROPAGAM AS ONDAS

SÍSMICAS ?

Tensão x Deformação elasticidade

(Lei de Hook)

A velocidade depende: da força de recuperação (análogo a resistência de

uma mola) e da massa (análogo a massa da mola).

Quando a força aumenta, a velocidade também aumenta.

No entanto, quando a massa aumenta (torna mais lenta a mola), há redução

da velocidade.

r , m , E, k (densidade e módulos elásticos) dependem de:

Matriz e estrutura da rocha

Litologia

Porosidade

Preenchimento dos poros (fluido Intersticial)

Pressão (profundidade)

Temperatura

Grau de Compactação

Portanto: as velocidades sísmicas também dependem

dessas propriedades/características

Kearey and Brooks, 1991

0.2 - 1.0

1.5 - 2.0

1.0 - 2.5

1.5 - 2.5

3.5 - 4.0

2.0 - 6.0

2.0 - 2.5

4.0 - 4.5

5.5 - 6.0

2.0 - 6.0

2.0 - 2.5

3.0 - 4.0

5.0 - 5.5

2.5-6.5

4.5 - 5.0

4.5 - 6.5

2.0 - 3.5

Unconsolidated Material

Sand (dry)

Sand (water saturated)

Clay

Glacial till (water saturated)

Permafrost

Sedimentary rocks

Sandstone

Tertiary sandstone

Pennant sadstone (Carboiferous)

Cambrian quartzite

Limestones

Cretaceous chalk

Jurassic oolites and bioclastic limstones

Carbiniferous limestone

Dolomites

Salt

Anhydrite

Gypsum

Velodidades das ondas P (vp ) para diferentes materiais (km/s)

5.5 - 6.0

6.5 - 7.0

7.5 - 8.5

5.5 - 6,5

0.3

1.4 - 1.5

3.4

1.3 - 1.4

6.1

5.8

6.6

3.6

Igneous / Metamorphic rocks

Granite

Gabbro

Ultramfic rocks

Serpentinite

Pore fluids

Air

Water

Ice

Petroleum

Other materials

Steel

Iron

Aluminium

Concrete

Kearey and Brooks, 1991

Velodidades das ondas P (vp ) para diferentes materiais (km/s)

Tipos de ondas sísmicas

• Compressional (“p”)

• Cisalhante (“s”)

• de Superfície (Raleigh e Love)

Compressional (“p”)

o movimento da partícula é paralelo à direção de propagação da onda

Animation courtesy Larry Braile, Purdue University

Cisalhante (“s”)

o movimento da partícula é perpendicular à direção de propagação da onda

Animation courtesy Larry Braile, Purdue University

Ondas de Superfície

Ondas de Superfície

Velocidades das ondas sísmicas

Dependem da densidade e dos módulos de elasticidade dos materiais

r

m

3

4

K

Vpr

mVs

onde K = módulo de volume, m = módulo de cisalhamento, e r = densidade

Qual a rigidez da água?

a água não tem rigidez sua resistência ao cisalhamento é zero

Qual a rigidez da água?

Como a água transmite as ondas cisalhantes?

NÃO TRANSMITE

Como a água transmite as ondas cisalhantes?

velocidade da onda P vs. velocidade da onda S

Vp > Vs

Por quê?

3

43

4

2

2

m

r

m

r

m

K

K

Vs

Vp

K e m são sempre números positivos => Vp será sempre maior que Vs

3

4

m

K

Vs

Vp

Aumento de densidade da rocha fará a velocidade da onda aumentar ou diminuir?

Aumento de densidade da rocha fará a velocidade da onda aumentar ou diminuir?

DIMINUIR

Aumento de densidade da rocha fará a velocidade da onda aumentar ou diminuir?

DIMINUIR

os módulos de elasticidade também tendem a aumentar com o aumento da densidade e a uma razão muito mais elevada

Velocidade – densidade

r

mVs

Como podemos usar as ondas sísmicas para conhecer a subsuperfície?

Propagação geométrica da onda

Fonte Receptor Fonte

Raios perpendiculares às frentes de ondas

O que acontece quando a onda sísmica encontra uma descontinuidade de velocidade?

parte da energia é refletida e parte é refratada

O que acontece quando a onda sísmica encontra uma descontinuidade de velocidade?

parte da energia é refletida e parte é refratada conversão de ondas

O que acontece quando a onda sísmica encontra uma descontinuidade de velocidade?

=> diferentes tipos de ondas

Emprego das ondas sísmicas para entender a subsuperfície

=> diferentes tipos de ondas

Emprego das ondas sísmicas para entender a subsuperfície

=> diferentes fases (refração, reflexão)

=> diferentes tipos de ondas

Emprego das ondas sísmicas para entender a subsuperfície

=> diferentes fases (refração, reflexão)

=> conversão de ondas (P => S e outras)

=> registro de diferentes componentes do movimento das partículas

Emprego das ondas sísmicas para entender a subsuperfície

=> utilizar a informação do tempo de percurso das diferentes ondas

Emprego das ondas sísmicas para entender a subsuperfície

Curvas de tempo de percurso para diferentes fases sísmicas construídas a partir de dados compilados de milhares de sismos e estações

exercício

=> diferentes tipos de ondas

Emprego das ondas sísmicas para entender a subsuperfície

=> diferentes fases (refração, reflexão)

=> conversão de ondas (P => S e outras)

zonas de sombra ondas P e S

zonas de sombra onda P

zonas de sombra onda S