refraÇÃo sÍsmica profunda no setor sudeste da …
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Instituto Astronômico e Geofísico
Departamento de Geofísica
Dissertação de Mestrado
REFRAÇÃO SÍSMICA PROFUNDA NO SETOR SUDESTE DA PROVÍNCIA
TOCANTINS
Fábio André Perosi
Orientador: Jesus Antonio Berrocal Gomez
São Paulo 2000
“Be careful with your wish. You may get it...” (Anônimo)
À minha mãe, Maria, com todo carinho.
À Simone e Mateus.
Presentes no meu dia a dia. Sempre.
AGRADECIMENTOS
Quero expressar o meu sincero agradecimento ao meu orientador, Prof. Dr.
Jesus Antonio Berrocal Gomez, tanto pelo seu profissionalismo na orientação e
coordenação nos trabalhos acadêmicos e de campo, quanto pelo otimismo e
serenidade passados a cada momento do desenvolvimento deste trabalho que
foram uma lição de vida.
À FAPESP (Fundação de Amparo a Pesquisa de São Paulo), uma das
entidades de fomento à pesquisa mais importantes do país, pelo apoio dado a este
projeto específico e à continuidade do Projeto Temático, ao qual este faz parte.
Agradeço a todos os Professores do IAG que me auxiliaram direta e
indiretamente no desenvolvimento desta pesquisa. Aos Funcionários do IAG que por
sua paciência e simpatia tornaram mais agradáveis as longas horas passadas no
interior da instituição. Ao pessoal da UnB, que também estiveram presentes nos
trabalhos de campo.
iii
Um agradecimento especial ao grupo do IAG/USP (foto) que no trabalho de
campo, se empenharam com extrema força de vontade para superar os inúmeros
percalços ocorridos nesta etapa.
Aos meus colegas do IAG, ao pessoal do CRUSP e aos meus amigos
Instituto de Física/UFRGS que me apoiaram pessoalmente ou por e-mail durante o
tempo inteiro e que transformaram os momentos difíceis em momentos mais
agradáveis.
E, finalmente, mas não menos importante, agradeço aos meus familiares , à
minha mãe, que sempre se esforçou para me dar um boa educação e me estimulou
em vários momentos, à Simone, minha adorável companheira, que esteve ao meu
lado nos momentos mais duros e suportou o meu difícil humor nesses momentos e
ao Mateus que ocupa o seu lugar em meu coração e é motivo das minhas alegrias
mais sinceras.
SUMÁRIO
DEDICATÓRIA i
AGRADECIMENTOS ii
SUMÁRIO iv
ÍNDICE DE FIGURAS vi
ÍNDICE DE TABELAS viii
RESUMO xix
ABSTRACT xi
1. INTRODUÇÃO 1 1.1 Generalidades 1 1.2 Objetivo 2 1.3 Conteúdo da Dissertação 2
2. CONCEITOS BÁSICOS DO MÉTODO DE REFRAÇÃO SÍSMICA PROFUNDA 4 2.1 Introdução 4 2.2 Crosta, Manto, Litosfera e Astenosfera 5
2.2.1 Definições de Crosta 5 2.2.2 Definições de Manto Superior 6 2.2.3 Litosfera e Astenosfera 7
2.3 Teoria da Elasticidade 7 2.4 Propagação de Ondas 8 2.4.1 Ondas Planas 9 2.4.2 Ondas Esféricas 10 2.4.3 Teoria dos Raios 11 2.4.4 Espalhamento de Ondas 13 2.5 Refração Sísmica Profunda 14 2.5.1 Tempo Reduzido 16 2.5.2 Gradiente de Velocidade 16 2.5.3 Camadas Inclinadas 17 2.6 Procedimentos e Características Básicas na Interpretação 18 2.7 Métodos de Interpretação em Refração Sísmica – Aspectos Gerais 19
3. ARCABOUÇO TECTÔNICO 21 3.1 Localização e Embasamento Tectônico 21 3.2 Seqüência Geocronológica 23
4. LEVANTAMENTO DE DADOS DO EXPERIMENTO DE REFRAÇÃO SÍSMICA PROFUNDA 29
4.1 Localização 29 4.2 Equipe e Equipamentos 29 4.3 Metodologia 33 4.3.1 Etapa Preparatória 33 4.3.2 Execução do Levantamento de Dados de RSP 34 4.3.3 Posicionamento dos Pontos de Tiro e de Registro 38
v
5. ANÁLISE PRELIMINAR DOS DADOS 40 5.1 Introdução 40 5.2 Qualidade dos Dados 41 5.3 Processamento dos Dados 44
5.3.1 Padronização dos Arquivos 44 5.3.2 Modelos Preliminares 55
5.4 Interpretação e Refinamento dos Modelos 58 5.4.1 Generalidades 58 5.4.2 Resultados 59
6. MODELAMENTO FINAL E INTERPRETAÇÃO 68 6.1 Introdução 68 6.2 O pacote SEIS 69 6.3 Processamento de Dados 73 6.4 Resultados Finais 82
6.4.1 Seção 1 82 6.4.2 Seção 2 87 6.4.3 Seção Total 87
6.5 Interpretação dos Resultados 88
7. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES 100
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 103
ANEXO I - Fotografias 106
ANEXO II – Leituras das fases 111
viii
Figura 6.9 – Sismogramas Sintéticos – Seção 2 Direto 84 Figura 6.10 – a. Tempos Reduzidos b. Raios – Seção Total Direto 85 Figura 6.11 – Sismogramas Sintéticos – Seção Total Direto 86 Figura 6.12 – Ajuste do Modelo para a Seção 1 (Tiro Direto) no Prog. XMGR 89 Figura 6.13 – Ajuste do Modelo para a Seção 1 (Tiro Reverso) no Prog. XMGR 90 Figura 6.14 – Ajuste do Modelo para a Seção Total (Tiro Direto) no Programa
XMGR 91 Figura 6.15 – Seção Sísmica referente ao tiro direto da Seção 1 94 Figura 6.16 – Seção Sísmica referente ao tiro direto da Seção 1 95 Figura 6.17 – Seção Sísmica referente ao tiro reverso da Seção 1 96 Figura 6.18 – Seção Sísmica referente ao tiro reverso da Seção 1 97 Figura 6.19 – Seção Sísmica referente ao tiro direto da Seção Total 98 Figura 6.20 – Seção Sísmica referente ao tiro direto da Seção Total 99
INDÍCE DE FIGURAS
Figura 2.1 – Onda esférica se propagando 10 Figura 2.2 – Raios refletidos e refratados (Lei de Snell) 13 Figura 2.3 – Curva de tempos de propagação para um modelo de crosta com
duas camadas 15 Figura 2.4 – Modelo V-z com um acentuado gradiente de velocidade 17 Figura 2.5 – Camada inclinada com tiros direto e reverso 17 Figura 2.6 - Exemplos de curvas caminho-tempo com tiros direto e reverso com a camada inclinada da Figura 2.5 18 Figura 3.1 – Mapa geológico simplificado da região de estudo mostrando a
linha L3 de RSP 22 Figura 3.2 – Regiões, sistemas e faixas de dobramentos do ciclo Brasiliano e
crátons relacionados 25 Figura 3.3 – Arqueano 26 Figura 3.4 – Proterozóico Médio 26 Figura 3.5 – Proterozóico Superior 27 Figura 3.6 – Mesozóico 27 Figura 3.7 – Cenozóico 28 Figura 3.8 – Época Atual 28 Figura 4.1 – Mapa político da região de estudo com a localização da linha L3 30 Figura 5.1 – Seção Sísmica da Explosão EX31 46 Figura 5.2 – Seção Sísmica da Explosão EX34 47 Figura 5.3 – Seção Sísmica da Explosão EX37 48 Figura 5.4 – Registro do mesmo ponto com o mesmo intervalo de tempo visua-
lizados no SAC e no SU 50 Figura 5.5 – Sismogramas dos três primeiros registros da Ex31 visualizados
no programa SU 51 Figura 5.6 – Os mesmos traços da Figura 5.5. visualizados no SAC. 52 Figura 5.7 – Registros da mesma estação, original e filtrado, visualizados no SAC 57 Figura 5.8 – Curvas caminho-tempo da Seção 1 (tiro direto) 61 Figura 5.9 – Curvas caminho-tempo da Seção 1 (tiro reverso) 62 Figura 5.10 – Modelo Teórico para a Seção 1 63 Figura 5.11 – Modelo Teórico para a Seção 1 Tiro reverso 64 Figura 5.12 – Seção Reduzida do Tiro Direto ( Seção 1) 65 Figura 5.13 – Seção Reduzida do Tiro Reverso ( Seção 1) 66 Figura 6.1 – a.Tempos Reduzidos b. Raios – Seção 1 Direto 75 Figura 6.2 – Sismogramas Sintéticos – Seção 1 Direto 76 Figura 6.3 – a. Tempos Reduzidos b. Raios – Seção 1 Direto 77 Figura 6.4 – Sismogramas Sintéticos – Seção 1 Direto 78 Figura 6.5 – a. Tempos Reduzidos b. Raios – Seção 1 Direto 79 Figura 6.6 – a. Tempos Reduzidos b. Raios – Seção 1 Reverso 80 Figura 6.7 – Sismogramas Sintéticos – Seção 1 Reverso 81 Figura 6.8 – a. Tempos Reduzidos b. Raios – Seção 2 Direto 83
INDÍCE DE TABELAS
Tabela 4.1 – Dados das explosões da linha L3 . 33 Tabela 4.2 – Programação dos tiros da linha L3 37 Tabela 5.1 – Modelos preliminares obtidos com o programa TVEL 67 Tabela 6.1 – Modelos finais para a Seção 1 88 Tabela 6.2 – Modelo final para a Seção Total 93
RESUMO
O presente trabalho de mestrado está inserido nos estudos de refração
profunda do Projeto Temático “Estudos Geofísicos e Modelo Tectônico dos Setores
Central e Sudeste da Província Tocantins, Brasil Central”. Nesses estudos foram
levantadas três linhas de refração de aproximadamente 300 km de extensão, duas
no setor Central da Província Tocantins e uma no setor Sudeste, que é o objeto de
estudo deste trabalho.
Foram utilizados 111 sismógrafos digitais SGR pertencentes ao programa
PASSCAL, instrumentos auxiliares do USGS, e 13 sismógrafos digitais e
instrumentos auxiliares do IAG/USP. A linha sísmica teve aproximadamente 300 km
de extensão com pontos de registro separados a cada 2,5 km, distribuídos ao longo
de estradas principais e secundárias. A cada 50 km, aproximadamente, foi realizada
uma explosão, nas explosões dos extremos da linha foram utilizados 1000 kg de
explosivo e para a explosão central uma carga de 500 kg. Para a determinação das
coordenadas geográficas dos pontos de tiro e de registro, foi utilizado o método
diferencial com medidas de GPS.
O principal objetivo deste trabalho foi obter como produto final um modelo de
velocidades sísmicas contendo as características físicas das principais
descontinuidades na crosta terrestre e no manto superior. Para análise e
processamento dos dados foram utilizados os pacotes SAC, SU, SEIS. Para o
modelamento foram utilizados a teoria do raio e a elaboração de sismogramas
sintéticos, do pacote SEIS.
Para a elaboração do modelo final foram utilizados os dados das explosões
dos pontos extremos e central, tendo em vista que devido a problemas técnicos não
x
foram registrados os sinais das outras 4 explosões. Além disso, as explosões
registradas não apresentaram sinais claros em toda a extensão da linha. Devido a
tudo isso e considerando as unidades geológicas presentes na região de estudo são
sugeridos três modelos de velocidades sísmicas.
O primeiro modelo refere-se ao tiro direto (EX31) localizado no extremo
sudoeste da linha, sobre a Bacia do Paraná. Para este modelo obteve-se para
superfície (0 km) a velocidade inicial de 2 km/s (coberturas); para a profundidade de
0,086 km a velocidade inicial é de 5,15 km/s (basalto); para a profundidade de 0,350
km obteve-se a velocidade inicial de 4,6 km/s (arenito - camada de baixa
velocidade); para profundidade de 0,650 km a velocidade inicial é de 5,75 km/s e
para profundidade de 4 km obteve-se a velocidade inicial de 6,07 km/s.
O segundo modelo refere-se ao tiro reverso (EX34) localizado no centro da
linha sobre granitóides do Grupo Araxá. Para este modelo obteve-se para superfície
(0 km) a velocidade inicial de 2 km/s; para a profundidade de 0,06 km a velocidade
inicial é de 5,69 km/s e para a profundidade de 0,860 km obteve-se a velocidade
inicial de 6,25 km/s.
Finalmente, o terceiro modelo refere-se ao tiro direto para toda a extensão da
linha (300 km). Este modelo foi definido a partir de fases secundárias lidas nos
registros e modelos anteriores propostos na literatura. Da superfície até os 4 km
iniciais de profundidade este modelo é igual ao primeiro, para uma profundidade de
20 km obteve-se a velocidade inicial de 6,70 km/s e para uma profundidade de 40
km a velocidade é de 8,00 km/s (descontinuidade de MOHO).
ABSTRACT
This work to fulfil the degree of Master of Sciences is inserted among the deep
seismic refraction studies of the Thematic Project “Geophysical Studies and Tectonic
Model of the Tocantins Province Central and Southeast Sectors, Central Brazil”.
Three refraction lines, of around 300 km long each, were deployed, two of them in
the Central sector and the other in the SE sector, that is subject of the present work.
The equipment used in this experiment was composed by 111 SGR digital
seismographs belonging to the PASSCAL Program. Complemented with auxiliary
instruments from USGS and 13 seismographs belonging to IAG/USP. The space
among the recording points was 2.5 km, which were located along main and
secondary roads. Every 50 km was fired an explosion with 1000 kg of emulsion in
each extreme and 500 kg in the central point. The geographical co-ordinates were
determined by using the GPS differential method.
The main objective of this work is to obtain as a final product a seismic velocity
model with the physical characteristics of the main discontinuities in the crust and
upper mantle. The packages SAC, SU and SEIS were used to perform the data
analysis and processing. To carry on the modelling were used the ray theory and the
synthetic seismograms cons truction, belonging to the SEIS package
Data from the extreme and middle points of the seismic line were used to
elaborate the final model, considering that due to technical problems signals from the
other four explosions were not recorded. Apart from that, the recorded explosions did
not present clear signals all along the extension of the line. Due to these facts, and
considering also the geological units present in the studied region, are suggested
three seismic velocity models.
xii
The first model is referred to the direct shot (EX31), which is localised in the
Southwest extreme of the line on the Parana Basin province. In this model we
obtained the P wave velocity (V P) of 2 km/sec at the surface, corresponding to the
unconsolidated sediments and soil on the top of that basin. At a depth of 86 m we
found VP of 5,15 km/sec and at a depth of 350 m the velocity VP of 4,6 km/sec,
corresponding to the basalt and sand layers of the Parana Basin. Underlying them, at
650 m of depth we found the basement with VP of 5,75 km/sec and finally at a depth
of 4 km there is a layer with VP of 6,07 km/sec, corresponding to a typical upper crust
P wave velocity.
The second model corresponds to the reverse shot (EX34) that is localised in
the middle point of the line on the granitoides of the Araxa Group. For this model we
obtained VP of 2 km/sec for the superficial layers, then at a depth of 60 m was
obtained V P of 5,69 km/sec and for a depth of 860 m the value of V P is 6,25 km/sec.
Finally, the third model belongs to the whole line section (300 km) from the
direct shot (EX31). This model was obtained by using the arrivals of secondary
phases and the results of models proposed in other works. From the surface down to
4 km of depth this model is similar to the first one. At 20 km of depth there is a layer
with VP of 6,70 km/sec, corresponding to the lower crust, with Moho at a depth of 40
km with VP of 8,00 km/sec.
1. INTRODUÇÃO
1.1 Generalidades
Este trabalho sobre Refração Sísmica Profunda faz parte do Projeto Temático
de Equipe “Estudos Geofísicos e Modelo Tectônico dos Setores Central e Sudeste
da Província Tocantins, Brasil Central”, aprovado pela FAPESP através do Processo
No. 96/1566-0, que está sendo desenvolvido pelo Instituto Astronômico e Geofísico
da Universidade de São Paulo (IAG/USP), o Instituto de Geociências da
Universidade de Brasília (IG/UnB) e o Centro de Pesquisa Prof. Manuel Teixeira da
Costa da Universidade Federal de Minas Gerais (CPMTC/ UFMG), e conta também
com a colaboração do Observatório Sismológico da Universidade de Brasília
(SIS/UnB) e do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Tem como
finalidade principal efetuar estudos geofísicos e geológicos nos setores Central e
Sudeste da Província Tocantins, de acordo com a definição adotada por Marini et al.
(1984a-b), objetivando um melhor entendimento da estruturação tectônica da região
e sua dinâmica atual.
A proposta do Projeto Temático, consiste em utilizar métodos geofísicos
(gravimétricos, refração sísmica profunda, auscultação de abalos sísmicos locais e
telessísmicos e monitoração tectônica através de GPS) e geológicos para estudar a
estrutura da crosta e do manto superior.
Os estudos que estão sendo propostos no Projeto Temático, inéditos no
Brasil, pretendem utilizar de maneira combinada ferramentas geofísicas e geológicas
com vistas a uma melhor compreensão da compartimentação geotectônica de uma
extensa área orogenética Neoproterozóica.
Antes deste projeto, foram efetuadas algumas tentativas de levantamentos de
refração sísmica profunda, utilizando explosões de pedreiras e sismógrafos com
2
registro analógico em número inferior a 20 (Giese & Shutte, 1975; Bassini, 1986;
Mignona, 1987; Alarcon, 1989; Pedreschi, 1989) e com um número similar de
sismógrafos, porém digitais (Pereira, 1995). Os levantamentos de refração sísmica
profunda efetuadas em Minas Gerais e Goiás como parte do Projeto Temático, são
pioneiros no Brasil por utilizarem mais de uma centena de sismógrafos com registro
digital operando simultaneamente e explosões diretas e reversas, com hora de
origem controlada, programadas exclusivamente para este experimento.
1.2. Objetivo
O presente trabalho de mestrado está inserido nos estudos de refração
profunda do Projeto Temático acima mencionado. Nesses estudos foram levantadas
três linhas de refração de aproximadamente 300 km de extensão, duas no setor
Central da Província Tocantins e uma no setor Sudeste, que é o objeto de estudo
deste trabalho. O projeto de mestrado aqui proposto, tem por objetivo a execução da
linha de refração sísmica profunda localizada no setor Sudeste da Província
Tocantins, a redução e processamento dos dados e a interpretação dos resultados
obtidos neste experimento. Será elaborado, como produto final, um modelo de
velocidades sísmicas contendo as características físicas das principais
descontinuidades na crosta terrestre e manto superior, existentes sob esse setor.
1.3 Conteúdo da Dissertação
As definições básicas e os aspectos teóricos e matemáticos dos conceitos
envolvidos no método de refração sísmica são apresentados no Capítulo 2, onde se
menciona de forma sucinta a teoria da elasticidade e a propagação das ondas
3
sísmicas, necessárias para fundamentar este método. Os principais aspectos
geológicos da região de estudo são apresentados no Capítulo 3, onde se descrevem
as principais estruturas tectônicas e o arcabouço tectônico.
As atividades de campo durante o intervalo de aquisição de dados são
descritas no Capítulo 4, incluindo a logística de programação, instalação dos
aparelhos e as características deste experimento. No Capítulo 5 é descrito o
procedimento de análise e processamento dos dados que estavam em formatos
distintos e necessitavam de uma uniformização para utilização em conjunto. Discute-
se, também neste capítulo, a qualidade dos dados.
Depois dos dados analisados, processados e da elaboração do modelo
preliminar, iniciou-se a fase de modelamento final no Capítulo 6. Neste capítulo,
apresenta-se o pacote de programas SEIS de extrema importância para este
modelamento final, bem como os recursos e procedimentos necessários para
utilizá-los. Encerra-se este capítulo com um modelo final de velocidades sísmicas
sugerido para a região de estudo.
Finalmente, no Capítulo 7, discute-se sobre a interpretação do modelo final
sugerido e alguns aspectos da problemática envolvida no experimento de refração
sísmica profunda.
2. CONCEITOS BÁSICOS DO MÉTODO DE REFRAÇÃO SÍSMICA
PROFUNDA
2.1 Introdução
A maioria dos detalhes da estrutura da crosta provém dos estudos através de
métodos sísmicos, segundo mostraram, entre outros, autores como Sheriff (1982),
Dobrin (1985) e Meissner (1986). Apesar disso, a avaliação dos processos
isostáticos e da densidade cumprem um papel importante na definição mais
realística do campo tectônico. Assim como medições de esforços e aplicações dos
métodos magnéticos, eletromagnéticos e geotérmicos contribuem significativamente
para o nosso conhecimento atual das feições crustais.
No método de Refração Sísmica são utilizadas fontes de energia, ativas
(sismos) e, principalmente, passivas (explosões) e registradores (sismógrafos) para
captar e armazenar as perturbações produzidas por estas fontes depois de terem
percorrido as camadas do interior da Terra contendo informações sobre as
características dessas camadas. Como particularidade, podemos ressaltar uma
característica importante do método de refração que é a instalação dos sismógrafos
a distâncias, da fonte de energia, bem maiores que a profundidade estudada. Por
exemplo, na presente pesquisa utiliza-se uma linha de 300 km de extensão para
alcançar-se uma profundidade de 50 km aproximadamente. Uma vantagem do
método da refração sísmica é permitir a cobertura de uma grande região em um
curto espaço de tempo, se comparada à reflexão sísmica, e a um custo bem menor
que esse método. Os levantamentos de refração sísmica permitem a obtenção de
um modelo representativo de velocidades dos principais substratos existentes na
região auscultada, através da análise do tempo de propagação das ondas sísmicas
5
da fonte até os sismógrafos, embora sem o nível de detalhe obtido no método de
reflexão sísmica.
2.2 Crosta, Manto, Litosfera e Astenosfera
2.2.1 Definições de Crosta
Atualmente a definição sismológica, de acordo com Meissner (1986), parece
ser a mais clara embora exista uma certa sobreposição entre as velocidades
sísmicas dos materiais da crosta profunda (“fria”) e do manto superior (“quente”). Em
1909, Mohorovicic percebeu que as velocidades das ondas sísmicas compressionais
aumentavam consideravelmente em profundidades de algumas dezenas de
quilômetros. Desde então, uma grande quantidade de dados acerca da transição
entre crosta e manto vem sendo obtida por métodos sísmicos e sismológicos. A
interface entre a crosta e o manto é denominada Descontinuidade de Mohorovicic,
ou simplesmente Descontinuidade de Moho. Existem várias definições de crosta
terrestre, cada uma de acordo com alguma área: sismologia, gravimetria, geologia,
mineralogia, química, etc., abaixo são citadas as três primeiras.
- Definição por velocidades sísmicas:
Crosta é a camada externa da Terra na qual a velocidade das ondas
compressionais (ondas P) é menor que 7,6 km/s ou a velocidade das ondas de
cisalhamento (ondas S) é menor que 4,4 km/s.
- Definição por densidade:
Crosta é a camada externa da Terra na qual a densidade das rochas é
menor que 3,1 g/cm3 = 3,1 t/m3.
- Definição pelo tipo de rochas:
Crosta é a camada externa da Terra a qual consiste predominantemente de
6
sedimentos, gnaisses, granito, granodiorito, gabro, anfibolito e granulito para a
crosta continental e sedimentos, basaltos, gabros e serpentinitas para a crosta
oceânica.
A crosta oceânica e a crosta continental têm diferenças muito importantes. A
crosta oceânica é mais fina, em geral com uma espessura de 5 km, ao se aproximar
do continente esta espessura aumenta, pois há o carregamento de sedimentos
devido à erosão continental. Também vale ressaltar que a espessura da porção
cristalina da crosta oceânica se mantém quase constante desde sua criação nas
dorsais oceânicas, de modo que as porções mais velhas, em torno de 180 Ma, estão
situadas perto dos continentes. A crosta continental não contém, somente, rochas
mais leves como granitos e gnaisses e mais material silicático, mas, em geral, é
também mais espessa que a crosta oceânica. Ela pode variar de um pouco menos
de 20 km até 70 km (na região dos Andes e Himalaia, por exemplo).
A composição final da crosta, de acordo com Meissner (1986) é determinada
pela diferenciação de densidades, pontos de fusão e a química de fusões parciais.
As correntes convectivas no interior da Terra podem causar uma mistura ou
reciclagem dos materiais, complicando a estrutura da crosta. Assim, a crosta
terrestre – e especialmente a crosta continental da Terra – não é uniforme e difere
de lugar para lugar.
2.2.2 Definições de Manto Superior
Definições do manto superior também são relevantes neste trabalho, por se
tratar de um experimento de refração sísmica profunda que atinge a interface
crosta-manto. As definições de manto superior de acordo com os critérios usados
para definir a crosta (Meissner, 1986), são:
7
- Definição por velocidades sísmicas:
Manto é a zona abaixo da crosta com velocidades das ondas P maiores que
7,6 km/s (geralmente maiores que 7,8 km/s) ou as velocidades das ondas S maior
que 4,4 km/s (geralmente maiores que 4,5 km/s).
- Definição por densidade:
Manto é a zona com densidade maior que 3,1 g/cm3 (= 3,1 t/m3).
- Definição pelo tipo de rochas:
Manto Superior é a zona a qual se consiste predominantemente de rochas
ultramáficas como peridotitos (mesmo dunita) e eclogitos.
2.2.3 Litosfera e Astenosfera
As propriedades reológicas são os fundamentos para definir porções da Terra
que envolvem crosta e manto, denominadas Litosfera e Astenosfera.
Litosfera, placa, ou placa litosférica é a porção superior da Terra, rígida e de
alta viscosidade, com uma espessura fortemente dependente da temperatura,
geralmente com 50 a 100 km de espessura abaixo dos oceanos e de 100 a 200 km
abaixo dos continentes.
Astenosfera é a zona onde o “solidus” das rochas do manto é alcançado (ou
quase alcançado) e o material está no estado mais dúctil com uma grande
possibilidade de reagir a qualquer tipo de tensão na forma de uma deformação
gradual (creep), corresponde ao “Canal de baixa velocidade” de Gutenberg
(Gutenberg, 1959; apud Meissner, 1986) e com a “Zona de Baixa Viscosidade”
(Stacey, 1977a, apud Meissner, 1986) e com a zona de alta condutividade elétrica.
8
2.3 Teoria da Elasticidade
A teoria da elasticidade diz respeito às deformações sofridas por um material
elástico quando sujeito a algum esforço, ela é de grande importância para a
sismologia e possui um tratamento matemático elaborado não cabendo ser
demonstrado aqui. Esta teoria assume que o meio é formado por partículas as quais
estão suficientemente compactadas, que podem ser descritas por funções contínuas
e diferenciáveis. As tensões exercidas e as deformações sofridas por um material
podem ser descritas por tensores, o tensor Esforço e o tensor Deformação,
respectivamente.
Os estudos da teoria da elasticidade são fundamentais em sismologia, pois as
ondas sísmicas são propagações de deformações elásticas em todo interior de
Terra. O estudo de terremotos também fornece informações sobre os esforços a que
está submetida a litosfera e as deformações sofridas pelas placas tectônicas.
Através da teoria da elasticidade chega-se à equação da onda fazendo uma
combinação da Lei de Hooke, que relaciona tensão com deformação, e a Lei de
Newton, que relaciona força (tensão) com aceleração, utilizando as constantes
elásticas e a densidade.
2.4 Propagação de Ondas
A definição física de onda corresponde a um fenômeno periódico que
transporta energia mediante um campo oscilante ou perturbação de um meio
elástico, podendo ser denominadas ondas eletromagnéticas ou mecânicas. Existe
um vasto número de equações ligadas à propagação de ondas, porém uma destas é
considerada a equação “clássica” e de fundamental importância de acordo com o
mesmo autor:
9
ycty 222
2
∇=∂∂
(1)
Desta equação pode-se derivar o conceito de onda plana, muito utilizado em
sismologia.
2.4.1 Ondas Planas
Será discutido o caso em uma dimensão, podendo ser estendido para três
dimensões. A equação para o caso de uma dimensão é:
2
22
2
2
xy
cty
∂∂
=∂∂
(2)
Onde c é uma constante, t é o tempo, x é uma coordenada Cartesiana
retangular, e y é uma função de x e t que representa a perturbação de alguma
quantidade física; em sismologia y denota uma componente de deslocamento
(deformação).
Pode-se mostrar através de uma mudança de variáveis (novas variáveis
independentes: ctx − e ctx + ) que uma solução geral para (2) é:
( ) ( ) )(, ctxFctxftxy ++−= (3)
Onde f e F estão restritas às condições iniciais e de fronteira. Se t for
incrementado em qualquer valor, t∆ , e simultaneamente x por tc ∆⋅ , o valor de
( )ctxf − não é alterado; assim o primeiro termo do lado direito de (3) representa
uma perturbação que avança no tempo, no sentido positivo do eixo-x, sem modificar
sua forma, com velocidade c . Para cada instante, y depende somente de x , e tem
o mesmo valor em todos os pontos de um plano normal ao eixo-x, deste modo
( )ctxf − é uma onda plana que avança no sentido positivo do eixo-x e ( )ctxF +
segue no sentido negativo.
10
2.4.2 Ondas Esféricas
Pode-se derivar uma solução mais geral de (1) sujeita a uma restrição de que
y é simétrico em torno de um ponto central O. Se r for a distância do centro O,
deduz-se:
( ) ( )2
22
2
2
xry
ctry
∂∂
=∂
∂ (4)
E com uma solução geral comparável à (3), na forma:
( ) ( ){ }ctrFctrfry ++−= −1 (5)
O resultado de (5) difere do resultado de (3) somente onde r substitui x e
pelo fator de amplitude 1−r . A solução corresponde a transmissão de uma onda
esférica, o valor de y em um dado instante corresponderá a todos os pontos de uma
superfície esférica de centro O. Na maioria das aplicações utiliza-se uma esfera se
expandindo com velocidade c , então o termo ( )ctrF + se torna irrelevante.
O conceito de Frente de Onda é aplicado tanto em ondas planas como
esféricas. A frente de onda é o lugar onde a onda se encontra após ter transcorrido
um determinado tempo. Se o meio de propagação for homogêneo e isotrópico, as
ondas provindas de uma fonte pontual se propagarão esfericamente (ver Figura 2.1).
2.1 - Onda esférica se propagando, os raios são perpendiculares à frente de onda (Boyd, 1999).
Figura
11
2.4.3 Teoria dos Raios
O conceito de raio é utilizado em propagação de ondas. Os raios são linhas
traçadas perpendicularmente às frentes de onda, eles são uma abstração matmática
que auxiliam a visualização do caminho percorrido pela onda e obedecem ao
Princípio de Fermat (citado mais adiante). A distância entre duas frentes de onda é o
comprimento de onda ( )λ e que a onda, de freqüência ( )f , se movimenta com uma
velocidade de fase ( )V , respeitando a seguinte relação:
fV ⋅= λ (6)
No caso da Terra, as propriedades do meio variam ponto a ponto, a
velocidade da onda é função da posição e não é constante. Neste caso, a frente de
onda em um certo tempo t não será uma esfera, mesmo se a perturbação for
simétrica em relação ao centro.
Princípio de Huygens
“Todos os pontos do meio atingidos por uma frente de onda comportam-se
como fontes pontuais de frentes de onda secundárias.” Este é o princípio de
Huygens e as leis de Reflexão e Refração podem ser explicadas por este princípio.
Depois de um certo tempo t, a nova posição da frente de onda será dada por uma
superfície envoltória dessas frentes de ondas secundárias.(Bullen, 1985)
Princípio de Fermat
Fermat demonstrou matematicamente que “entre os possíveis raios que ligam
dois determinados pontos o raio verdadeiro tem um tempo de propagação
estacionário”, em outras palavras seria dizer que o raio percorre o caminho cujo o
tempo é mínimo.
12
Reflexão
O ângulo de incidência do raio é igual ao ângulo do raio refletido. Este ângulo
é medido em relação à uma linha imaginária normal à superfície refletora (interface
entre dois meios diferentes), mostrado na Figura 2.2.
Lei de Snell
Um raio proveniente de um meio com velocidade de propagação 1V , ao ser
transmitido para o outro que apresenta velocidade igual 2V , sofrerá refração, e os
ângulos de incidência, 1θ , e refração, 2θ , respeitam a relação dada pela Lei de
Snell:
22sen
11sen
VVθθ
= (7)
Quando o ângulo de incidência alcançar um determinado valor, tal que o
ângulo de refração seja igual a 90°, o raio refratado será tangente a interface. Este
ângulo é denominado de ângulo crítico ( )cθ , e para incidências além deste valor
ocorre o fenômeno da reflexão total, isso para uma situação onde 12 VV > (Figura
2.2). O conceito de refração crítica é muito importante em refração sísmica , pois o
raio usado nos experimentos de refração sísmica é aquele que “choca-se” com o
topo da camada inferior de velocidade mais alta, com o ângulo crítico (ou muito
próximo a ele), viaja horizontalmente ao longo da camada com velocidade V2, e é
refratado de volta para a superfície terrestre com o mesmo ângulo.
A relação abaixo provém da Lei de Snell e é utilizada para definir o parâmetro
de raio p, ou simplesmente, parâmetro p :
.sensen
constpV
iV
i
o
o
i
=== (8)
Este parâmetro é importante porque é um identificador de raios. A razão
13
acima é constante para qualquer raio que é gerado com um dado ângulo inicial de
penetração na Terra e descreve cada raio em termos da velocidade na superfície Vo
e de seu ângulo de emergência io.
2.4.4 Espalhamento de Ondas
De acordo com Bullen (1985), as deflexões de uma porção da energia da
onda ocorrem quando ondas elásticas encontram um obstáculo no qual as
propriedades elásticas do meio diferem das propriedades do meio incidente. Existem
três possibilidades de espalhamento de ondas:
O primeiro caso acontece quando os obstáculos são muito menores se
comparados ao comprimento de onda ( )λ da onda incidente. Se as ondas sísmicas
passam por uma região onde há muitos espalhamentos pequenos, as ondas
espalhadas interferem com as outras resultando em trens de ondas coerentes ou
incoerentes, isto dependerá de como os obstáculos que causam o espalhamento
estão distribuídos.
No segundo, se uma onda sísmica incidir num obstáculo muito maior
Figura 2.2 - Raios refletidos e refratados (Lei de Snell).
14
comparado ao seu λ, são válidas as suposições da ótica geométrica e da teoria do
raio. Neste caso, as ondas espalhadas podem ser tratadas como ondas refletidas e
refratadas numa interface.
No terceiro caso, trata-ss de obstáculos com a mesma ordem de grandeza de
λ, ocorre difração, elas são difratadas além de espalhadas. Quando a frente de onda
incide no obstáculo, ela é espalhada para todas as direções, a ótica geométrica não
pode ser aplicada neste caso, porém os princípios de Huygens e Fermat são válidos.
Por exemplo, se uma tela é colocada em frente a um feixe de luz, haverá um pouco
de luz transmitida na região atrás da tela, que deveria ter sombra pela teoria dos
raios. Na borda da sombra, a amplitude da onda oscila antes de cair a zero. Este
pouco de luz é causado pelo fenômeno da difração.
2.5 Refração Sísmica Profunda
A maior parte da quantidade de informações que temos da crosta da Terra
vem das investigações com refração e reflexão sísmicas. O método de refração
sísmica começou com Mintrop em 1910 e em 1920 começaram os experimentos
com reflexão sísmica. O tratamento dos dados tem aspectos diferentes nos dois
métodos, pois fatores como ganho na amplitude, técnicas de filtragem, etc., são
distintos para cada método. Todos os desenvolvimentos nas técnicas de
processamento dos dados não vencem a ambigüidade básica da interpretação dos
dados. Ambos os métodos têm vantagens e limitações e deveriam ser usados em
conjunto a fim de obter-se um ótimo imageamento da crosta.
As considerações acima servem tanto para Refração Rasa como para
Profunda, porém vamos nos deter na Refração Sísmica Profunda (RSP), ou “Deep
Seismic Sounding (DSS), que é o assunto desta dissertação. Uma das principais
15
finalidades do método de RSP é o estudo de grandes estruturas da crosta terrestre,
as investigações sísmicas do embasamento cristalino da crosta profunda da Terra
até o manto superior são ainda dominados pelo método de refração (Figura 2.3).
Através deste método são elaborados os “Perfis Litosféricos”, assim
chamados pela quantidade de sismômetros utilizados e pela extensão das linhas, as
quais, às vezes, podem passar de 1000 km de comprimento e a separação dos
sismômetros variada de 300 m até 5 km. O método de Refração Sísmica Profunda
também pode ser chamado de Reflexão de Ângulo Amplo (“Wide-Angle Reflection”).
Os eventos de ângulo amplo geralmente têm as chegadas mais claras nos
registros. Eles provêm das interfaces de primeira ordem na forma de reflexões ou de
zonas que têm um forte gradiente positivo de velocidade. Freqüentemente, estes
eventos mais fortes vem da Descontinuidade de Moho. A resolução de tais zonas de
Figura 2.3 - Curva de tempos de propagação para um modelo de crosta com duas ca- madas. é o evento “granítico” (primeiro), é o refratado (onda que se propagou pelo mando superior), é a onda refletida na descontinuida- de de Moho, é a porção subcrítica, é o ponto crítico, é a porção su- percrítica, é a crosta superior (gnaisse-granito), é a crosta inferior (gabro-granulito) e é o manto ultramáfico (Meissner, 1986).
Pg Pn PmP
sc ic ocg ga
u
16
gradiente foram melhoradas incluindo-se o comportamento das amplitudes, no
modelamento de sismogramas sintéticos. A avaliação dos eventos de ângulo amplo
se desenvolveu como o mais importante ramo da interpretação na refração profunda
e forma a base para os perfis de velocidade-profundidade (modelo V-z) nos
experimentos de RSP.
2.5.1 Tempo Reduzido
Os tempos de chegada são reduzidos para a melhor correlação dos diferentes
tempos de propagação, já que utilizando-se a escala de tempo reduzido obtem-se
uma visão ampliada das fases em relação a escala de tempo normal. Esta relação é
dada por:
rr V
xtt −= (8)
Onde x é a distância entre a fonte e o receptor, rV é a velocidade usada para
a redução e rt é o tempo de propagação reduzido. Geralmente, para crosta utiliza-
se rV = 6 km/s e para o manto superior rV = 8 km/s.
2.5.2 Gradiente de Velocidade
Podemos ter camadas onde existe gradiente de velocidade (Figura 2.4), este
gradiente pode ser positivo ou negativo. Se o gradiente for positivo percebemos que
as curvas caminho-tempo são curvilíneas (e não retas). Porém, se o gradiente de
velocidade for negativo, não será possível identificá-lo diretamente, com técnicas de
refração sísmica.
17
2.5.3 Camadas Inclinadas
Geralmente as camadas refratoras não são paralelas à superfície onde estão
os geofones (Figura 2.5). No caso destas camadas serem inclinadas, ou seja,
formarem um declive com um ângulo constante pode-se utilizar a mesma formulação
matemática das camadas horizontais, com um ajuste para levar-se em conta o
ângulo de inclinação da camada.
Figura 2.5 – Camada inclinada com tiros direto e reverso (Boyd, 1999).
T(s)
V(km/s)
Z(km)
X(km)
Figura 2.4 - Modelo com um acentuado gradiente de velocidade, caminhos dos raios e feição característica do gradiente de velocidade no di- agrama (Meissner, 1986).
V-z
T x X
18
Para detectar-se este atraso, ou adiantamento, relativos do sinal em
determinado registrador faz-se necessário um tiro reverso, assim combinando as
informações dos tempos de trajetória correspondentes às explosões em
extremidades distintas chega-se à uma estimativa do grau de inclinação da interface.
(ver Figura 2.6)
Figura 2.6 – Exemplo de curvas caminho-tempo com tiros direto e reverso com
a camada inclinada da Figura 2.5 (Boyd, 1999).
2.6 Procedimentos e Características Básicas da RSP
Os levantamentos de RSP são normalmente efetuados em arranjos lineares.
Os tempos registrados necessitam ser corrigidos em certos parâmetros como
altitude, hora da explosão, distâncias e solo intemperizado. Depois são colocados
em seções sísmicas numa escala reduzida, os registros individuais são, geralmente,
normalizados (impressos relativamente à mais alta amplitude), analisam-se as
freqüências a fim de escolher-se o melhor filtro possível. Em termos gerais, a
interpretação das seções sísmicas de RSP são efetuadas em três etapas, nesta
dissertação utiliza-se alguns tópicos dos abaixo relacionados.
19
1. Avaliação em uma dimensão da estrutura velocidade-profundidade por
aplicação de métodos diretos e fórmulas simples, como resolver um caso de duas
camadas com velocidades constantes (fórmulas de interceptação “time-crossover”)
ou aplicando algoritmos como o p−τ , de Wiercht-Herglotz ou Giese.
2. Traçamento de raios para a verificação dos principais ramos das curvas
caminho-tempo utilizando cálculos de modelos e rotinas interativas (geralmente por
tentativa e erro), objetivando encontrar um ajuste entre as curvas caminho-tempo
calculadas e as observadas. (ver Cerveny et al, 1977; apud Meissner, 1986).
3. Elaboração dos sismogramas sintéticos e suas modificações interativas
para achar uma correspondência entre as amplitudes calculadas e observadas, entre
as curvas caminho-tempo teóricas e reais, e finalmente para toda a seção sísmica,
incluindo eventos múltiplos (Fuchs & Mueller, 1971; Braile & Smith, 1975; apud
Meissner, 1986).
2.7 Métodos de Interpretação em Refração Sísmica – Aspectos Gerais
Sob circunstâncias favoráveis os dados de refração podem fornecer dados
estruturais e litológicos, porém, geralmente, somente as informações estruturais são
obtidas. Em regiões onde o levantamento de refração é efetuado pela primeira vez
temos dois objetivos principais: determinar, a grosso modo, a forma e a profundidade
do embasamento e a natureza ou o tipo de rochas das principais unidades litológicas
baseadas nas suas velocidades. A identificação dos eventos de refração é bem mais
simples que os eventos de reflexão. Usualmente, o único problema, mas não trivial,
é identificar os diferentes eventos de refração quando existem muitos refratores.
A interpretação da refração sísmica freqüentemente é baseada somente nas
primeiras chegadas, principalmente porque estas permitem maior precisão na
20
determinação dos tempos de propagação. Quando utilizamos as chegadas
secundárias, temos que selecionar um ciclo posterior no trem de ondas e estimar o
tempo de propagação através do tempo medido. Entretanto se, as velocidades
baseadas nas chegadas secundárias forem precisas, representam uma informação
muito útil.
As ambigüidades da interpretação geralmente são resolvidas quando se conta
com uma grande quantidade de dados suficientes para isso. Porém, no esforço de
manter baixos custos no experimento, somente a quantidade mínima de dados é
conseguida (ou inferior) e isso pode tornar a solução dessas ambigüidades difíceis
ou até mesmo impossíveis.
3. ARCABOUÇO TECTÔNICO
3.1 Localização e Embasamento Tectônico
A região auscultada pela linha L3 compreende o Triângulo Mineiro e a porção
central do Estado de Minas Gerais. Essa linha possui direção aproximada SW-NE, e
começa na porção NE da Bacia do Paraná, atravessa a Faixa de Dobramentos
Brasília, e penetra as coberturas do Cráton de São Francisco, deste modo a linha de
RSP atravessa a porção NE da Província Tectônicas Paraná, a porção SE da
Província Tectônica Tocantins e a porção SW da Província Tectônica São Francisco.
(Figura 3.1)
A Província Tocantins, uma mega-entidade litotectônica, de direção
aproximadamente N-S, erigida entre os Crátons Amazônico e São Francisco-Congo
(Almeida et al., 1981) no ciclo orogenético Pan-Africano/Brasiliano, durante o
Neoproterozóico, ocasião em que amalgamou-se o supercontinente do Gondwana
(Unrug, 1992; Trompette, 1994).
Este supercontinente viria a fragmentar-se de novo, a partir do Paleozóico-
Mesozóico, resultando na abertura dos oceanos Atlântico e Índico atualmente
conhecidos e na individualização dos atuais continentes da América do Sul, África e
Antártida, no sub-continente da Austrália e na formação do bloco continental da
Índia.
O conhecimento geológico atual sugere fortemente que a Província Tocantins
formou-se pela colisão dos crátons Amazônico e São Francisco-Congo. Por suas
dimensões sub-continentais (aproximadamente 1000 km de comprimento N-S por
400 km de largura E-W) os setores Central e Sudeste da Província Tocantins
exibem uma diversidade de terrenos geológicos que os caracterizam como
Fig
ura
3.1
-M
ap
ag
eo
lóg
ico
sim
plifi
cad
od
are
giã
od
eestu
do
mo
str
an
do
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3d
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localização
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Asim
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BU
BU
B
SG
AR
X
CA
Q
IBF
Ga1
SG
BP
PA
F
MC
AE
Ga1
22
23
provavelmente o remanescente do mais completo orógeno Neoproterozóico da
América do Sul, comparável em escala e em feições com cadeias de montanhas
colisionais modernas como os Alpes e os Himalaias.
A Província Tocantins compreende as faixas de dobramentos Brasília,
Araguaia e Paraguai que são constituídas por sedimentos e tectonitos de fácies
metamórfico até xisto verde-anfibolito, derivados principalmente de rochas
sedimentares e vulcânicas de idades Paleo-Meso a Neoproterozóicas.
A região de estudo foi afetada pelo ciclo geodinâmico Brasiliano (450-700 Ma)
que provocou diversas faixas de dobramentos no território brasileiro, entre as quais a
Faixa de Dobramentos Brasília, conforme se mostra no mapa da Figura 3.2. Essa
faixa encontra-se entre a cobertura fanerozóica da Bacia do Paraná e as coberturas
proterozóicas do Cráton de São Francisco.
3.2 Seqüência Geocronológica
As formações geológicas presentes na região de estudo são mostradas de
acordo com a seqüência geocronológica desde o Arqueano até a atualidade.
O Arqueano, na região de estudo, está representado por granitos e
granitóides (ga1) retrabalhados no Ciclo Brasiliano, distribuidos nas proximidades da
linha L3, conforme mostrado na Figura 3.3.
As formações geológicas, dessa região, correspondentes ao período
Proterozóico Médio estão mostradas na Figura 3.4. Na parte superior dessa figura,
observa-se em vermelho rochas correspondentes à Formação Paracatu (PAF)
composta de quartzitos e filitos carbonosos ou não. A lado e abaixo, em porções
menores (em laranja escuro), apresentam-se dolomitos, cherts, metapelitos e
fosforitos, correspondentes à Formação Vazante (VAD). O restante da área colorida
24
(laranja claro) apresentam-se quartzitos e filitos correspondentes ao Grupo Canastra
(CAQ).
As formações correspondentes ao período Proterozóico Superior apresentam-
se na Figura 3.5. A área de cor laranja corresponde a micaxistos, anfibolitos,
quartzitos, gnaisses e formação ferrífera do Grupo Araxá (ARX). A área de cor verde
claro (IBF) corresponde aos filitos da Formação Rio Verde pertencente ao Grupo
Ibiá. E a área de cor azul (BP) corresponde às rochas formadas por calcário, marga,
dolomito, folhelho, argilito, siltito, arenito, arcóseo e silex restritos do Subgrupo
Paraopeba (Grupo Bambuí - Supergrupo São Francisco).
O período Mesozóico está representado na Figura 3.6. A oeste, a região em
verde claro (BU) corresponde aos arenitos, arenitos calcíferos, conglomerados e
calcários da Formação Marília (Grupo Bauru). A região em verde médio (SG)
corresponde aos basaltos toleíticos com intercalações de arenito e diabásios da
Formação Serra Geral (Grupo São Bento). E a região em verde escuro (BUB),
próxima à cidade de Uberaba, corresponde aos arenitos, conglomerados e pelitos
vulcanoclásticos da Formação Uberaba (Grupo Bauru). A região central da figura, no
sentido centro-sul mostra, respectivamente, Suíte Alcalina Salitre (LS), Suíte Alcalina
Araxá (LA) e Suíte Alcalina Tapira (LT), todas na cor verde. E a leste, em verde
mais claro (MC), os arenitos sineríticos da Formação Capacete (Grupo Mata da
Corda) e em verde escuro (AE), os arenitos, conglomerados, pelitos, calcretes e
cherts do Grupo Areado.
Na Figura 3.7, apresentam-se as unidades geológicas correspondentes ao
período Cenozóico. Na parte central da figura, em verde (TQ), observam-se
coberturas detrítico-lateríticas, detriticas e eluvionares em superfície de
aplainamento.
25
O conjunto de todas as unidades geológicas conforme se apresentam na
época atual é mostrado na Figura 3.8.
Fig
ura
3.4
-P
rote
rozó
ico
Méd
io
CA
Q
PA
FVA
D
CA
Q
O48
47
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O
20
O
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O
Fig
ura
3.3
-A
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o
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1
Ga
1
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O
20
O
19
O
18
O
26
Fig
ura
3.5
-P
rote
rozó
ico
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Fig
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3.6
-M
eso
zó
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48
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O
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P
48
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O
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O
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O
18
O
BU
BU
B
SG
SG
MC
MC
MC
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T
LA
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27
Fig
ura
3.7
-C
eno
zóic
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8-
Ép
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BU
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SG
BU
B
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TQ
TQ
TQ
LA
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MC
MC
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Ga1
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19O
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O4
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48
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20
O
19
O
18
O
28
4. LEVANTAMENTO DE DADOS DO EXPERIMENTO DE REFRAÇÃO
SÍSMICA PROFUNDA
4.1 Localização
A região auscultada compreende: o Triângulo Mineiro e a porção central do
Estado de Minas Gerais, denominada linha L3, considerando-se as outras duas
linhas de RSP levantada no Projeto Temático descrito na Introdução. Esta linha,
que atravessa o setor Sudeste da Província Tocantins, se inicia na divisa entre os
estados de São Paulo e Minas Gerais, próximo ao Reservatório de Volta Grande,
passa pelas cidades de Uberaba, Perdizes, Patrocínio, perto de Patos de Minas e
termina nas proximidades do lugarejo conhecido como Varjão. Essa linha possui
direção aproximada SW-NE, e começa na porção NE da Bacia do Paraná, atravessa
a Faixa de Dobramentos Brasília, e penetra a borda oeste do Cráton de São
Francisco. (ver Figura 4.1)
4.2 Equipe e Equipamentos
A equipe foi formada por 22 pessoas, em sua maioria os integrantes eram do
IAG/USP (um professor, cinco alunos, cinco técnicos, um engenheiro elétrico, dois
motoristas e dois técnicos convidados), dois técnicos do USGS (Menlo Park,
Califórnia) e quatro membros da UnB (um professor, dois técnicos e um aluno).
Nos levantamentos de refração sísmica deste projeto foram utilizados
sismógrafos digitais pertencentes ao programa PASSCAL, instrumentos auxiliares
do USGS, e sismógrafos digitais e instrumentos auxiliares do IAG/USP.
Figura 4.1 - Mapa político da região de estudo com a localização da linha L3.
30
31
O programa PASSCAL (Program for the Array Seismic Studies of Continetal
Lithosphere) é uma das facilidades oferecidas para a comunidade sismológica
internaciona l pelo IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology), que é
um consórcio de universidades dos Estados Unidos que facilitam os estudos da
litosfera continental e outros estudos sismológicos, emprestando os sismógrafos
necessários para esses projetos. Esse empréstimo foi conseguido, por intermédio do
Dr. Walter Mooney do USGS, que participa no Projeto Temático.
Os equipamentos emprestados do programa PASSCAL, são os seguintes:
- 111 Sismógrafos Digitais, modelo Seismic Recorders Unit (SGR), registro
em fita magnética; com baterias recarregáveis e cabo para o sismômetro;
- 112 Sismômetros de período curto (T0 = 0,5 s) verticais, modelo L4-C; e
- 04 Computadores Portáteis (Notebook Programemr) para comunicação
com os SGRs.
Os equipamentos auxiliares pertencentes ao USGS, foram os seguintes:
- 04 Unidades de Disparo (System Time Units), para o controle da hora
precisa e execução automática das explosões, de fabricação própria;
- 04 Relógios Padrão (Master Clocks), com receptores GPS para o controle
preciso do tempo.
Os equipamentos e instrumentos auxiliares do IAG/USP, foram os seguintes:
- 03 Sismógrafos Digitais, modelo SSR-1, conversor A/D de 16 bits, com
capacidade para registrar seis canais e 2 Mb de memória, com cabo para 3
sismômetros locais;
- 04 Sismógrafos Digitais, modelo Pragmática, conversor A/D de 12 bits,
com capacidade para registrar até seis canais e 1 Mb de memória, com cabo para 3
sismômetros locais;
32
- 20 Sismômetros de período curto (T0 = 0,5 s) verticais, modelo L4-C;
- 08 Sistemas Telemétricos, para efetuar o enlace entre estações remotas e
os registradores digitais, compostos por um transmissor e um receptor UHF de baixa
potência, modelo Monitron, uma caixa de campo com amplificador-modulador
modelo Teledyne, um demodulador fabricado no IAG/USP, e antenas e mastros;
- 03 Computadores Portáteis, para comunicação com os registradores SSR-
1 e Pragmatica; e
- 07 receptores GPS, GARMIN, modelo 100 SRVY II para a localização dos
pontos de tiro e de registro.
Esse equipamento permitiu contar com até 130 conjuntos sismográficos para
o registro simultâneo das ondas que seriam geradas nas explosões e constituir até
três grupos para detonar os tiros em frentes diferentes.
Além do equipamento e instrumentação utilizada no experimento, foram
utilizados os seguintes veículos para o transporte do equipamento e dos
participantes:
- Camioneta Toyota, cabina dupla e caçamba, placa GBG 0410, do
IAG/USP;
- Camioneta Toyota, cabina simples e caçamba, placa JFO 6946, do IG/UnB;
- Camioneta Toyota, modelo Bandeirante, placa GZ 9179, do IAG/USP;
- Camioneta Chevrolet D20, cabina dupla e caçamba, placa BFG 4879, do
IAG/USP;
- Camioneta Ford F1000, cabina dupla e caçamba, placa JFO 0534, do
SIS/UnB;
- Caminhão F4000, com corroceria, placa GZ 7975, do IAG/USP;
- Camioneta Paratí, placa GBG 0404, do IAG/USP;
33
- Camioneta Paratí, placa BRZ 4257, do IAG/USP;
- Camioneta Saveiro, placa GBG 0402, do IAG/USP;
Algumas fotos do equipamento e momentos das atividades de campo são
apresentadas no Anexo I.
4.3 Metodologia
4.3.1 Etapa Preparatória
Em Março de 1998, foram iniciadas as viagens de campo com a finalidade de
localizar os pontos de tiro e os pontos de registro, que já tinham sido selecionados
nos mapas, assim como para efetuar os contatos com os proprietários e solicitar as
autorizações para a perfuração dos poços onde seriam efetuadas as explosões.
Nessa etapa preparatória que durou até agosto do mesmo ano, foram contratadas
as firmas de perfuração e perfurados os poços para as explosões.
Os poços nas três linhas foram perfurados com perfuratrizes de percussão, de
6” (polegadas) de diâmetro. Estes poços foram revestidos com um tubo de metal a
fim de evitar desabamentos do solo e dos sedimentos não consolidados, geralmente
encontrados nas camadas superficiais. Os dados dos furos para acomodar as
cargas de explosivos estão na Tabela 4.1.
Tabela 4.1 – Dados das Explosões da Linha L3
Explosão Lat. Long. Localização (aproximada)
Profundidade Carga
EX31 -20,0489 -48,2192 Miguelópolis - SP 65 m 1.000 kg
EX32 -19,6906 -47,879 Uberaba – MG 55 m 800 kg
EX33 -19,4535 -47,5061 Santa Juliana –MG 41 m 600 kg
EX34 -19,1518 -47,193 Patrocínio – MG 41 m 500 kg
EX35 -18,826 -46,8317 Patrocínio – MG 41 m 600 kg
EX36 -18,6271 -46,4219 Patos de Minas – MG 55 m 800 kg
EX37 -18,4298 -46,0017 Patos de Minas – MG 65 m 1.000 kg
34
Para o fornecimento de explosivos foi contratada a empresa IBQ - Indústrias
Químicas Ltda. Esta firma, além de fabricar o explosivo específico para este tipo de
experimento, possui uma fábrica em Minaçú, convenientemente localizada com
relação as nossas linhas L1 e L2 (Setor Central da Província Tocantins); entrega o
explosivo na forma de emulsão nos seus próprios tanques e no local onde será
utilizado; carrega os furos e ajuda a providenciar, perante as autoridades
competentes, as licenças para o transporte e utilização do explosivo.
Neste tipo de serviço, o bombeamento de emulsão até profundidades
relativamente grandes, foi também pioneiro para a IBQ, que necessitou adaptar o
seu equipamento com mangueiras mais compridas, portanto, mais pesadas, das que
normalmente são utilizadas. O explosivo utilizado foi uma emulsão bombeada
(IBEMUX), com densidade de 1,35g/cm3 reduzida quimicamente para 1,25g/cm3
(quanto menor a densidade, maior é a energia da explosão, a densidade mínima de
segurança é 1,1g/cm3) e velocidade de detonação de 5.200m/s.
A linha sísmica utilizada neste trabalho tem aproximadamente 300km de
extensão com pontos de registro separados a cada 2,5km, distribuídos ao longo de
estradas principais e secundárias. A cada 50km, aproximadamente, foi realizada
uma explosão.
4.3.2 Execução do Levantamento de Dados de RSP
Em 29 de agosto de 1998 começou a etapa de aquisição de dados do
experimento de refração sísmica profunda, em Minas Gerais. Nesse dia chegaram a
São Paulo os dois técnicos americanos, encarregados pela preparação dos
sismógrafos emprestados do programa PASSCAL e pelo controle da hora de origem
e execução das explosões.
35
Foi alugada uma casa na cidade de Santa Juliana, localizada na porção
central desta linha, que foi utilizada como Centro de Operações, onde foi instalado
um pequeno laboratório eletrônico para a preparação dos sismógrafos e dos enlaces
de telemetria. No mesmo dia, seis veículos transportaram os quase 4.000 kg de
equipamento, a maior parte no caminhão F4000, e 15 membros participantes
provenientes de São Paulo (incluindo os dois técnicos americanos). No dia seguinte,
se juntaram ao grupo, quatro participantes do SIS/UnB trazendo dois veículos, e um
dia depois chegou um engenheiro eletrônico do IAG/USP, trazendo outro veículo.
Posteriormente, no final da semana seguinte, se juntaram ao grupo três alunos do
Curso de Graduação em Geofísica do IAG/USP.
Os primeiros dias, depois da chegada a Santa Juliana, foram utilizados na
preparação do equipamento, para recarregar as baterias dos SGR, na verificação de
funcionamento dos vários equipamentos e principalmente para o treinamento dos
participantes na instalação dos sismômetros e operação dos sismógrafos SGR e os
do IAG/USP. A segunda base para as medidas de GPS foi instalada no ponto central
da linha (na sede da fazenda onde seria realizada a explosão EX34).
A equipe da IBQ, empresa que forneceu os explosivos, sofreu um
contratempo na estrada logo depois que saiu de Curitiba (PR), o que resultou em um
atraso de dois dias no cronograma de aquisição de dados desta linha.
Os 120 pontos de registro desta linha foram divididos em seis porções de 20
pontos cada. Foram formados seis grupos, de duas ou de três pessoas, para atender
às seis porções dessa linha, que incluia: o reconhecimento da posição de cada
ponto, inclusive o ponto de explosão que estivesse localizado nessas porções da
linha; procurar locais apropriados e seguros onde seriam instalados os
equipamentos sismográficos, inclusive solicitando permissão dos proprietários do
36
terreno, se necessário, no dia anterior ao das explosões; instalar os sismômetros,
efetuando a leitura das coordenadas do ponto do sismômetro com um dos
receptores GPS e no dia das explosões instalar os sismógrafos correspondentes.
Além desses seis grupos, foram designados três grupos para efetuar as explosões e
um grupo para administrar a utilização dos receptores GPS, para armazenar e
processar esses dados, e para instalar as bases GPS, que serviriam de referência
para a localização precisa de cada ponto ocupado na linha sísmica, através do
método diferencial.
Os sismógrafos foram testados e programados para operar automaticamente
durante o registro das 7 explosões, que deveriam ser detonadas na mesma
madrugada. A detonação das explosões durante o período da madrugada se faz
necessária, para evitar o ruído provocado pelo tráfego nas estradas e pelo ruído
cultural das cidades e povoados próximos aos pontos de registro. Os SGRs são
registradores digitais, que utilizam fita magnética com memória de 300Kb e
capacidade para registrar 16 janelas de tempo de aproximadamente 80s cada, com
uma amostragem de 200a/s. Os SGR foram programados de modo que as janelas
fossem acionadas quatro segundos antes dos horários previstos para as explosões,
com uma duração de 60s ou de 90s, de acordo com a distância dos registradores
aos pontos de tiro. Os SGRs possuem um relógio interno que são ajustados
automaticamente, utilizando os relógios padrão (master clocks), antes e após as
explosões, para o cálculo da deriva dos relógios. Os sismógrafos SSR-1 do
IAG/USP, possuem uma memória de 2Mb, que permitiu serem programados com a
mesma quantidade e duração, das janelas dos SGR, para o registro de até seis
canais e também com 200a/s. Os sismógrafos Pragmatica, além de serem menos
sensíveis que os sismógrafos mencionados acima, possuem menos memória (1 Mb),
37
de modo que não foi possível programá-los com o mesmo número de janelas que os
anteriores, desse modo foi necessário utilizar dois destes sismógrafos em dois
pontos de registro.
No total, foram programadas 16 janelas, em cada registrador, para as sete
explosões desta linha. Sete janelas para abrir nos tempos prefixados, outras sete de
reserva, uma para cada explosão com uma diferença de 40 minutos, entre a janela
inicial e a janela de reserva. Além dessas 14 janelas foram programadas mais 2
janelas para o dia seguinte, em horários semelhantes às primeiras janelas da noite
anterior, como previsão para qualquer motivo de falha na tentativa de detonação das
explosões. A programação das janelas para a linha L3 é apresentada na Tabela 4.2.
Tabela 4.2 – Programação dos tiros da linha L3 nas madrugadas dos dias 6 e 7 de
Setembro de 1998
GMT Hora Local Pontos de Tiro Dia Juliano
03:00 00:00 1 (EX31) 250
03:10 00:10 7 (EX37) 250
03:30 00:30 4 (EX34) 250
03:40 00:40 1 alternativo 250
03:50 00:50 7 alternativo 250
04:10 01:10 4 alternativo 250
05:00 02:00 2 (EX32) 250
05:10 02:10 6 (EX36) 250
05:40 02:40 2 alternativo 250
05:50 02:50 6 alternativo 250
07:00 04:00 3 (EX33) 250
07:10 04:10 5 (EX35) 250
07:40 04:40 3 alternativo 250
07:50 04:50 5 alternativo 250
03:00 00:00 Alternativo 251
03:10 00:10 Alternativo 251
38
4.3.3 Posicionamento dos Pontos de Tiro e de Registro
Para a localização preliminar dos pontos das explosões e dos pontos de
registro foram utilizadas cartas topográficas com escala 1/100.000. Devido as cartas
serem muito antigas, a maioria das estradas principais e secundárias que foram
utilizadas como referências para o traçado das linhas sísmicas, tiveram seus cursos
originais modificados, de modo que em vários casos foi necessário fazer uma
reconstituição dos cursos atuais das estradas utilizadas. Em outros casos foi
necessário utilizar trilhas antigas, que são mostradas nas cartas, mas que não são
mais transitadas.
Nos levantamentos de RSP é imprescindível o conhecimento da localização
precisa dos sismômetros e das explosões. Essas operações foram facilitadas graças
a utilização de receptores GPS (Global Positioning System), que ajudaram a
encontrar os locais predeterminados nas cartas e a navegar ao longo das estradas
desejadas, efetuando a sua reconstituição de forma automática.
Para a determinação das coordenadas geográficas dos pontos de tiro e de
registro, foi utilizado o método diferencial com medidas de GPS. Neste método são
corrigidos os desvios intrínsecos do sistema GPS, através do registro simultâneo das
medidas GPS do ponto, cujas coordenadas estão sendo determinadas, e as
medidas GPS numa base, com coordenadas conhecidas, localizada a não mais de
150 km do ponto pesquisado. É necessário utilizar receptores GPS do mesmo
modelo e fazer medidas simultâneas de alguns minutos de duração. Assim, podem
ser determinadas as coordenadas de vários pontos no intervalo que o receptor GPS
base estiver funcionando. Desse modo é possível atingir uma precisão da ordem de
5 a 20 metros1.
1 O erro existente nas medidas com GPS é causado pela Selective Availability (S/A), que é a capacidade que o governo dos EUA tem de degradar os sinais dos satélites, através da transmissão de informações ligeiramente erradas na posição das órbitas e no tempo dos relógios dos satélites, para propósitos de segurança. Com o S/A ativado a imprecisão pode chegar a 100 metros, porém a experiência atual é de que esta imprecisão fica em torno de 40 metros. (Garmin,1993).
39
Nos levantamentos das coordenadas dos pontos foram utilizados 7 receptores
GPS GARMIN, modelo 100 SRVY II, sendo possível levantar até 6 pontos das linhas
sísmicas simultaneamente (um fixo na base e 6 móveis no campo).
Para a linha L3, foi utilizada uma base em Santa Juliana e outra nas
proximidades do ponto central dessa linha (na sede da fazenda Quebra Anzol).
Essas bases foram transferidas a partir do ponto de triangulação conhecido, Vértice
Chuá, efetuando-se leituras simultâneas em ambos pontos, na base de referência e
na nova base, durante pelo menos uma hora, para se obter uma precisão melhor.
Os dados recolhidos no campo, armazenados na memória de cada receptor
GPS, eram diariamente transferidos a um microcomputador portátil (Laptop) para
liberar a memória do receptor GPS e para posterior processamento.
5. ANÁLISE PRELIMINAR DOS DADOS
5.1 Introdução
Em experimentos de refração sísmica profunda, onde uma de suas
características são linhas de grande extensão e um número relativamente grande de
sismógrafos que operam isoladamente, é díficil conseguir 100% de eficiência de
registro. Neste projeto obteve-se uma eficiência de registro em torno de 90%, pois
dos 120 sistemas instalados (sismômetros mais registradores) cerca de 10 não
funcionaram adequadamente por vários motivos (não abriram as janelas de registro
ou o mecanismo da fita magnética não funcionou).
A etapa de redução e análise preliminar dos dados iniciou-se em Fevereiro de
1999, pouco tempo depois do equipamento e dos dados terem chegado em Menlo
Park, CA - EUA, quando dois integrantes da nossa equipe estiveram no laboratório
sismológico do USGS, para transferir os dados das fitas originais de registro para um
meio e formato apropriados, que premitissem analisar estes dados nas
dependências do Laboratório de Sismologia do IAG/USP. Nesta ocasião, se obteve
uma visão mais realista da eficiência e da qualidade de registro dos dados das 3
linhas sísmicas.
Os registros obtidos pelo equipamento do IAG/USP já haviam sido
processados e previamente analisados utilizando o programa SAC (Seismic Analysis
Code, Tapley & Tull, 1991). Entretanto, estes registros eram de pouca
representatividade (10 % de total) e não permitiam a elaboração de modelos
preliminares, pois a maioria dos registros havia sido feita com o equipamento SGR.
41
5.2 Qualidade dos Dados
Os dados chegaram ao IAG/USP de três formas distintas: via FTP, em fita
exabyte (backup do FTP) e em um disco JAZ contendo a cópia integral das fitas
utilizadas nos registradores SGR durante o experimento. A princípio esperava-se
trabalhar na linha sísmica de Minas Gerais (L3) com os dados das sete explosões:
EX31, EX32, EX33, EX34, EX35, EX36 e EX37 (de sudoeste à nordeste,
respectivamente). Entretanto, os dados de quatro explosões (EX32, EX33, EX35 e
EX36) aparentemente não foram registrados pelos sismógrafos SGR, que foram a
maioria dos equipamentos utilizados (90%). Todas as explosões foram registradas
pelos sismógrafos do IAG/USP.
Os dados originais que vieram no disco JAZ foram transferidos para um CD-
ROM, assim estes dados tornaram-se mais acessíveis, pois o IAG/USP não possui
unidade que lê discos JAZ. Entretanto, não foi possível analisar estes dados, devido
ao fato do IAG ainda não possuir o software necessário para ler os dados
registrados originalmente nos sismógrafos SGR.
Devido a tudo isso, resolveu-se trabalhar com os dados das três explosões
restantes: tiros das extremidades e o central (EX31, EX37 e EX34, respectivamente).
Além disso, estes dados não apresentam uma boa qualidade, por exemplo, os
dados dos tiros das extremidades têm uma qualidade pobre para os pontos de
registros com distâncias superiores a 200 km. Em particular, os dados da explosão
EX37 tem sinais mais fracos que os da explosão EX31.
Para explicar a possível falta dos dados nos sismógrafos SGR nas quatro
explosões mencionadas acima e a qualidade pobre dos dados registrados nas
outras três explosões, apontam-se as seguintes prováveis causas:
42
O primeiro problema, seria que os registradores teriam aberto suas janelas
num instante diferente da hora de origem das explosões que não foram registradas.
Isto poderia ter ocorrido porque os laptops que são utilizados para programar os
registradores SGR entraram em pane, logo no início do experimento, por problemas
técnicos no cabo de transmissão de dados do laptop para o SGR, que queimava a
placa do laptop. Dos quatro laptops que foram levados para o experimento, dois
ficaram permanentemente danificados e a situação só não ficou pior porque o
problema foi descoberto e sanado pelos engenheiros eletrônicos do IAG/USP que
faziam parte da nossa equipe. Dessa forma o experimento pôde continuar nesta
linha e nas linhas de Goiás que foram executadas nas semanas seguintes. Tudo
indica que os registradores funcionaram normalmente nas linhas em Goiás, por isso
deduzimos que o problema técnico foi resolvido. Entretanto, com toda a agitação
causada pela demora para resolver os problemas técnicos na linha em Minas
Gerais, poderia ter ocorrido falha humana na programação da hora de abertura das
janelas dos SGR.
O que explicaria o segundo problema, ou seja, a qualidade pobre dos dados
registrados, seria a carga insuficiente de explosivo nos poços e a qualidade do meio
onde foram perfurados os poços, com maior quantidade de sedimentos
inconsolidados, comparado com as linhas de Goiás, os quais não teriam
apresentado uma boa coesão para os tiros. Esta causa afeta, principalmente, os
tiros das extremidades, pois a qualidade do sinal sísmico diminui rapidamente a
medida que os pontos de registro se afastam da fonte. As características geológicas
da região também podem ter influenciado na atenuação rápida dos sinais, pois a
mesma quantidade de explosivos foi utilizada nas linhas de refração sísmica no
estado de Goiás e foram registrados ótimos sinais sísmicos ao longo de toda a
43
extensão das linhas, principalmente na L1 (de São José do Araguaia até Minaçu,
norte de Goiás).
No decorrer do processamento dos dados surgiram algumas dúvidas a
respeito das coordenadas geográficas de algumas estações de registro e de um
ponto de tiro. As dúvidas apareceram durante o processamento e análise dos sinais
sísmicos. Alguns pequenos erros poderiam ter sido introduzidos durante o cálculo
das coordenadas dos pontos com o software do GPS que utiliza o método DGPS
(Differential GPS). Este cálculo é executado para se obter uma coordenada mais
precisa, porém durante este procedimento são utilizados diversos parâmetros
definidos pelo usuário, portanto havia um certo temor em terem sido calculadas
coordenadas com uma imprecisão maior que 20 metros, definido como erro máximo
aceitável na posição dos pontos de registro neste experimento, ou seja,
correspondente a 0.002 s na leitura do tempo nos sismogramas. Deste modo, a
integridade da leitura de tempo é mantida até a segunda casa decimal e é
compatível com a precisão na leitura do tempo devido a amostragem utilizada, como
veremos mais adiante (Seção 5.3.1).
Durante o estágio de campo do experimento, alguns pontos tiveram que ser
ocupados novamente com o GPS, devido aos dados originais não permitirem o
processamento diferencial pela insuficiência de satélites registrados. Em alguns
casos não houve tempo suficiente para verificar se esse problema teria sido
resolvido, de modo que alguns destes pontos tiveram que ser re-ocupados. Por este
motivo retornou-se para a região do experimento a fim de medir-se novamente a
posição dos pontos em que as coordenadas não correspondiam aos tempos lidos.
Apesar de ter passado aproximadamente um ano após o experimento conseguimos
desta vez determinar com uma boa precisão a localização dos pontos que haviam
44
sido ocupados na época do levantamento de dados. Estas novas coordenadas
foram confirmadas nos mapas e através das leituras dos sinais sísmicos.
Foram elaborados alguns testes com os aparelhos de GPS (inclusive no
próprio terraço do IAG) e trocadas algumas informações com a assistência técnica
destes aparelhos, desse modo ratificou-se que o erro estimado para cada
coordenada utilizando o método DGPS, era inferior a 10 metros, segundo o que a
assistência técnica havia informado.
5.3 Processamento dos Dados
5.3.1 Padronização dos Arquivos
Os dados foram convertidos, no USGS de Menlo Park, EUA, do formato
utilizado pelos registradores SGR para um arquivo único com os dados de todas as
explosões, no formato SEGY, que, por sua vez, é convertido automaticamente pelo
pacote SU (Seismic Unix; Stockwell, 1999) para o seu próprio formato. Um arquivo
único, para cada linha sísmica, com todas as explosões, seria muito grande e nada
prático para ser trabalhado. A primeira providência foi dividi-lo em sete partes, uma
para cada explosão com 107 sismogramas (registrados nos SGRs), perfazendo um
total de 707 traços no caso da linha L3, depois de tirar os sismógrafos que não
operaram direito, porém incluindo todas as 7 explosões (101 registros em SGR de
cada explosão) que deveriam ter sido registradas. Posteriormente, foram atualizados
os cabeçalhos dos traços, neste processo são inseridos os campos com
coordenadas, nomes e números das estações e hora origem. Este processo é
relativamente lento por causa do volume de dados e do tempo gasto para a
conferência.
45
Os dados registrados nos sismógrafos SGR tinham um formato de
digitalização de 500 amostras por segundo (a/s). Durante a conversão destes dados
para o formato SEGY, eles foram decimados numa proporção de 1/3 que resultou
numa nova amostragem de 166,67 a/s. O procedimento de decimação foi necessário
devido ao formato utilizado nos Estados Unidos, para transportar os dados das fitas
originais para o disco rígido dos computadores de processamento.
A análise dos dados no IAG/USP, iniciou-se com o pacote SU devido ao
volume de dados e a característica deste programa de facilitar a visualização de
seções sísmicas com um grande número de dados. Entretanto, quando começou a
etapa de identificar as primeiras chegadas e aplicar os filtros e ganhos do SU,
sentiu-se uma certa dificuldade em utilizar este pacote porque não era possível
melhorar a qualidade dos traços na seção sísmica de uma forma geral. Foi
contatado o autor do pacote SU, Dr. John Stockwell, que aconselhou que fosse
adquirida (por download) a versão beta do programa, que estava sendo
desenvolvida, por essa possuir uma rotina de normalização de dados, que
possivelmente ajudaria visualizar os dados de uma forma mais clara. Esta versão foi
adquirida, compilada e utilizada. De fato, a visualização dos dados das explosões
EX31, EX34 e EX37 melhorou ligeiramente, mas não o esperado (ver Figuras 5.1,
5.2 e 5.3). Foi nesta fase que decidiu-se abandonar as quatro explosões (EX32,
EX33, EX35 e EX36) que não apresentavam sinais na análise inicial e trabalhar
somente com os dados dos tiros extremos e central.
50100150200250300
50 100 150 200 250 x (km)
t (s)
Figura 5.1 - Seção Sísmica da Explosão EX31.Observar os sinais chegando em 0 km
ao redor de 4 segundos, 50 km em 10 s e assim sucessivamente ( ).
46
Fig
ura
5.2
-S
eção
Sís
mic
ad
aE
xp
losão
Ex34,co
mo
rig
em
em
0km
esin
ais
cla
ros
até
-70
km
(Su
do
este
)e
+50
km
(No
rdeste
).
x(k
m)
t(s)
47
Figura 5.3 - Seção Sísmica da Explosão Ex37, mostrando sinaisaté aproximadamente 50 km a partir da origem.
250 200 150 100 50 x (km)
t (s)
48
49
Apesar do SU facilitar na análise preliminar e a construção de seções
sísmicas que permitem uma visualização geral dos dados e identificar as diferentes
inclinações indicadas pelas primeiras chegadas que correspondem às camadas
existentes no subsolo, achou-se melhor, devido a qualidade pobre dos sinais na
linha L3, analisar cada traço correspondente a um ponto de registro de forma
individual utilizando o programa SAC, que já se encontrava disponível para utilização
no Laboratório de Sismologia do IAG/USP. Ambos pacotes de programas são
similares em termos de recursos operacionais, embora o SAC, mais antigo, não
apresentar o mesmo grau de interatividade do SU, é mais eficaz para tratar os traços
sísmicos individualmente (ver Figuras 5.4, 5.5 e 5.6). A maior parte da análise dos
dados foi feita com o programa SAC (o SU foi utilizado para visualização conjunta
das seções). Para o modelamento preliminar foi utilizado o programa TVEL e para o
modelamento final o pacote de programas SEIS (Cerveny, 1977).
Os registros obtidos com o equipamento do IAG/USP (registradores SSR1 e
Pragmática), foram transformados para o formato SAC com uma amostragem de
200a/s, diferente da amostragem dos traços dos dados dos registros nos SGR que é
166,67a/s. Por este motivo foi preciso uniformizar a amostragem e o tamanho dos
registros de todos os traços sísmicos.
Para colocar todos os dados na mesma amostragem foi trabalhoso porque os
dados dos SGR precisaram ser interpolados e depois decimados, sendo que cada
passo foi monitorado afim de minimizar o erro cometido com estas operações. Foi
necessário converter os arquivos no formato do SU para o formato do SAC.
AmplitudeDistância
Tem
po
(s)
Fig
ura
5.4
-R
eg
istr
od
om
esm
op
on
toco
mo
mesm
oin
terv
alo
de
tem
po
vis
ualizad
on
oS
AC
(acim
a)
en
oS
U(a
baix
o).
-
L31001
L31001
50
Figura 5.5 - Sismogramas dos três primeiros registros da Ex31 visualizados no programa SU.
Tem
po
(s)
Posição
51
Fig
ura
5.6
-O
sm
esm
os
sis
mo
gra
mas
da
Fig
ura
5.5
vis
ualizad
os
no
SA
C(O
trata
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toin
div
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alizad
od
ad
oao
traço
sp
elo
SA
Cm
elh
ora
ad
efi
niç
ão
).
Tem
po
(s)
Amplitude
52
53
Não existe uma rotina que faça isso automaticamente (de SAC para SEGY e
de SEGY para SU existe uma rotina) de modo que foi necessário transformar os
arquivos do SU (ou binário) em ascii e de ascii para SAC, pois o SAC possui uma
rotina que transforma os dados das amplitudes que estão em formato ASCII para o
seu próprio formato, ficando a edição dos cabeçalhos para ser feita manualmente.
Também foi necessário dividir os arquivos com 101 registros do SU em arquivos
com registros individuais.
Para dividir estes arquivos e convertê -los para ASCII foi elaborado um
programa escrito em UNIX compatível com o programa SU. Este programa além de
otimizar a rotina de conversão também evita a possibilidade de erro de trocar a
posição de algum registro na linha, já que o corte e a nomenclatura dos arquivos é
automática. Ao transformar os arquivos de binário para ascii foi observado que neste
processo era criado um certo ruído no início dos arquivos, provavelmente devido aos
cabeçalhos, isto foi observado nos primeiros testes realizados para avaliar se esta
conversão seria possível sem perda na qualidade dos dados. Este problema foi
resolvido removendo esses pontos problemáticos criados no início dos arquivos.
Com todos os arquivos separados individualmente e colocados em formato
SAC, começou-se o processo de igualar o tamanho dos arquivos (número total de
amostras) e o intervalo de tempo entre as amostras registradas (∆t, em segundos)
dos arquivos vindos do SU e daqueles que já estavam em formato SAC.
O primeiro passo foi igualar os intervalos de amostragem (∆t). Os registros do
IAG (aqueles que já estavam em formato SAC) possuem um ∆t de 0,005s (200a/s) e
os registros dos SGR (os que estão em formato SU) possuem um ∆t de 0,006s
(166,67a/s).
54
Como a quantidade de pontos de registro efetuados com os sismógrafos do
IAG/USP é menor, o ideal seria converter estes sismogramas para a mesma
amostragem dos dados provindos dos registradores SGR. Ou seja, passar os dados
com ∆t 0,005s e 17920 amostras, correspondentes a uma janela de 89,6 segundos
de registro, para o mesmo ∆t e a mesma quantidade de amostras dos dados
registrados nos SGR (∆t 0,006s e 16001 amostras, correspondente a uma janela de
96s).
A solução seria interpolar os registros dos IAG/USP para 500a/s ou 1000a/s e
depois decimá-los por 3 ou por 6 (isto é, dividir o número de amostras por 3 ou por
6), pois não é possível fazer uma decimação por um valor não inteiro. Como o SAC
não informa se aplica filtros para esta tarefa, poderia ocorrer na interpolação um erro
de deslocamento do traço em tempo, isto é, o traço ficaria com a mesma forma em
amplitudes, porém com uma certa defasagem de tempo em relação ao arquivo
original. Para a decimação este problema não preocupou, pois, para esta tarefa o
SAC automaticamente aplica um filtro afim de evitar esta migração. Foram testadas
duas alternativas: a primeira, interpolar diretamente do ∆t de 0,005s (200a/s) para
0,002s (500a/s) e decimar por um fator 3, e a segunda, interpolar de 0,005s (200a/s)
para 0,001s (1000a/s) e decimar por um fator 6. Nenhuma dessas opções foi
possível pois o SAC possui um limite máximo no número de pontos criados na
interpolação dos registros e este limite era inferior ao necessário para fazer a
decimação. Por exemplo:
Amostras no arquivo inicial do SAC
Amostras necessárias após a interpolação
Número máximo de amostras permitidas pelo SAC
17920 (∆t 0,005s) 96006 (∆t 0,001s) 85595
48003 (∆t 0,002s) 44798
55
Esses números de amostras eram necessários porque dividindo-se 96006 por
6 (ou 48003 por 3) obtém-se 16001 amostras que é o número de amostras dos
registros em formato SU. Mesmo sabendo-se que os arquivos do SU possuem 4
segundos de registro antes da hora origem das explosões, de nada adiantaria cortar
esses 4 segundos e interpolar porque mesmo assim o número de amostras
permitidas pelo SAC seria insuficiente, já que neste caso os registros necessitariam
de 92006 (> 85595) para ∆t de 0,001s e de 46003 (> 44798) para ∆t de 0,002s.
Devido a essa limitação decidiu-se converter todos os arquivos dos
sismógrafos SGR que estavam no formato SU, e que já foram convertidos para o
formato SAC, para a mesma amostragem de 0,005s dos registradores do IAG/USP.
Depois do intervalo de amostragem ter sido igualado em todos os arquivos foi
necessário igualar também o número total de amostras, já que os arquivos do IAG
eram mais curtos e os dos SGR além de mais curtos iniciavam 4 segundos antes de
cada explosão. A solução foi a de remover os 4 segundos iniciais dos arquivos dos
SGR e cortar os segundos finais de todos os arquivos, de modo que ficaram com a
mesma hora de início de registros e com o mesmo número e intervalo de amostras
(17120 pontos, 200a/s, 85,6 segundos de registro), sem a perda de dados.
5.3.2 Modelos Preliminares
O estágio de leituras das fases começou pela explosão EX31, extremidade
sudoeste da linha, que havia sido tentada no ambiente SU, foi melhor sucedida no
ambiente SAC, pois tem-se a possibilidade de visualizar traço a traço com uma
definição melhor que a do SU, e deduzir melhor que filtro de freqüência aplicar para
identificação das fases. Também, pode-se comparar o traço filtrado com o original
mais facilmente e ter-se uma idéia de como se comporta o filtro observando se o
56
filtro enfatiza ou atenua o sinal sísmico no traço, assim como comparar os traços
próximos de forma mais nítida que utilizando o pacote SU. (ver Figura 5.7)
A análise dos dados utilizando o pacote SAC é mais lenta que com o pacote
SU, porém é necessária devido a qualidade pobre dos dados da linha L3. A linha
sísmica foi dividida em duas seções: a Seção 1 entre as explosões EX31 e a EX34
(tiro direto, EX31-EX34, e tiro reverso, EX34-EX31), e a Seção 2 entre as explosões
EX34 e EX37 (tiro direto, EX34-EX37), cada uma com 150 km de extensão.
Para se obter uma avaliação geral das seções foram analisados no ambiente
SAC, os sismogramas de conjuntos de 5 em 5 pontos de registro para ver a
qualidade dos dados e o nível de ruído de fundo. Foram selecionados os registros
de melhor qualidade e os outros foram filtrados para tentar recuperar o sinal. Em
alguns casos os registros filtrados em freqüência, onde se esperava e não foi
possível identificar nenhum sinal, não foram incluídos na análise. Seguidamente, os
registros foram analisados individualmente e lidos os tempos das primeiras
chegadas e algumas fases secundárias mais claras. Esta rotina foi auxiliada por
planilhas criadas no Excel que eram preenchidas com os nomes das estações, as
distâncias e os valores das fases lidas (ver Anexo II). Este procedimento auxiliava na
observação do comportamento das chegadas das fases iniciais e também na
precisão da leitura dessas fases, pois embora o tempo dessas chegadas aparecesse
no monitor do computador com milésimos de segundo de precisão, no arquivo
gerado com o SAC esta precisão chegava somente até centésimos de segundo.
Com essas leituras e as coordenadas dos pontos de registro foram construídos
os gráficos caminho-tempo preliminares.
Tem
po
(s)
Amplitude
Fig
ura
5.7
-R
eg
istr
os
da
mesm
aesta
ção
,o
rig
inale
filt
rad
o(f
iltr
od
efr
eq
üên
cia
15-3
0H
z),
vis
ualizad
os
no
SA
C.
Filtr
op
assa-b
an
da
de
15-3
0H
z
L34039
L34039
57
58
No tiro direto EX31-EX34 da Seção 1, os dados permitiram leituras confiáveis
das primeiras chegadas, somente até os primeiros 100 km de distância. Na
seqüência, foram analisados, seguindo o procedimento acima referido, os registros
do tiro reverso EX34-EX31, onde se conseguiu leituras das primeiras chegadas até
perto do final da linha (140 km). Com esses dados foram elaborados os modelos
preliminares dos tiros direto e reverso da Seção 1 fazendo a regressão linear de
agrupamentos dessas leituras para o cálculo das velocidades e dos tempos de
intersecção (ver Figuras 5.8 e 5.9)
5.4 Interpretação e Refinamento dos Modelos
5.4.1 Generalidades
A condição fundamental para efetuar a análise dos dados que resulte numa
interpretação mais realística, nos experimentos de refração sísmica profunda, é a
precisão na determinação das coordenadas dos pontos de explosões e de registro,
bem como no registro da hora de origem das explosões afim de ter certeza de que
uma determinada fase de um registro, está chegando naquele instante e naquela
posição. Outra condição é a identificação correta da fase e a leitura precisa de seu
instante de chegada, que está diretamente relacionada à qualidade dos dados.
Para o refinamento preliminar dos modelos foi utilizado o programa TVEL.
Este programa possibilita a construção de modelos unicamente com camadas
horizontais e gradientes lineares de velocidade definido arbitrariamente de acordo
com as variações do modelo. Para a sua utilização é necessário criar um arquivo de
entrada contendo o modelo preliminar com as espessuras das camadas, suas
respectivas velocidades e as leituras efetuadas nos sismogramas registrados. As
59
velocidades são obtidas nos gráficos caminho-tempo das seções sísmicas e as
espessuras das camadas são calculadas através de:
nn
n avx
t +=, onde ∑
−
=
=1n
1j j
jnjn v
icosh2a
Onde n é o número de camadas, tn e vn são o tempo de intersecção e a
velocidade na camada n, h j e vj são a espessura e a velocidade na j-ésima camada e
o
=
n
jjn V
Vi arcsen (Lei de Snell). Dado um modelo preliminar, o programa traça as
curvas caminho-tempo das ondas diretas, refratadas e refletidas desse modelo, e
mostra os pontos correspondentes às fases lidas. Pela característica interativa deste
programa, é possível ir modificando o modelo (espessuras ou velocidades das
camadas) até obter-se a coincidência das curvas caminho-tempo geradas no
programa com as leituras reais.
5.4.2 Resultados
No caso da linha L3, além do provável efeito da fonte de energia, que não
permitiu o registro de sinais claros ao longo de toda a linha sísmica, existiram outros
motivos que podem ter provocado, em alguns pontos de registro, uma deficiência
adicional que afetou a qualidade dos dados. Existem algumas lacunas nessas
seções que podem ter sido provocadas pela existência de ruído nas proximidades
de alguns pontos (veículos transitando perto desses pontos), ou pelas características
desfavoráveis do terreno onde foi instalado o sismômetro, ou até pelo mal
funcionamento do equipamento nesses pontos. Essas lacunas deixadas nas seções
sísmicas provocam uma imprecisão no cálculo da velocidade de propagação da
onda nos refratores afetados do modelo preliminar, o que dificulta a interpretação
60
correta dos resultados. Foram utilizados os modelos preliminares dos tiros direto e
reverso da Seção 1 para a criação de dois modelos parciais refinados.
Além das velocidades determinadas, e das espessuras das camadas
calculadas nos modelos preliminares, utilizou-se também dados da literatura para
compor o modelo preliminar alimentado na entrada do programa TVEL. Por exemplo,
no setor da linha referente ao tiro direto, que se inicia sobre a Bacia do Paraná e
chega até a Faixa Brasília, sabe-se que a bacia possui camadas de baixa
velocidade. Estas camadas não podem ser percebidas diretamente através de
observações dos registros nas seções sísmicas, fato este que provoca imprecisão
nos valores obtidos para a profundidade das camadas subsequentes e faz-se
necessário a utilização de informações adicionais para a construção de um modelo
preliminar mais preciso. As informações sobre as velocidades superficiais e,
principalmente, a velocidade correspondente à camada de baixa velocidade foram
obtidas da tese de Higashi (1999). Já as informações sobre a estrutura da porção
nordeste da Bacia do Paraná foram obtidas de um trabalho publicado por Melfi et al
(1988).
Os modelos preliminares refinados foram conseguidos depois de várias
interações do programa TVEL. Nas Figuras 5.10 e 5.11 mostram-se as saídas do
programa TVEL correspondentes aos modelos do tiro direto e do tiro reverso da
Seção 1, respectivamente. Nas Figuras 5.12 e 5.13, são mostradas as seções
reduzidas dos tiros direto e reverso, respectivamente, onde estão indicados as
curvas caminho-tempo obtidas no refinamento dos modelos preliminares através do
programa TVEL.
Fig
ura
5.8
-C
urv
as
cam
inh
o-t
em
po
da
Seção
1(T
iro
Dir
eto
)-
Vre
d=
6.0
km
/s.
61
Se
çã
o1
(EX
31
-EX
34
)V
red
=6
.0k
m/s
Losangos
y=
0.0
272x
+0.0
772
R2
=0.9
769
V=5,1
5km
/s
Quadra
dos
y=
0.0
09x
+0.2
047
R2
=0.9
86
V=5,7
km/s
Círculo
s
y=
-0.0
245x
+1.6
266
R2
=0.5
676
V=7,0
3km
/s
Triângulo
s
y=
-0.0
057x
+0.7
253
R2
=0.2
324
V=
6,2
km/s
-2
-1,5-1
-0,50
0,51
1,52
01
02
03
04
05
06
07
08
09
01
00
11
01
20
13
01
40
15
0
Dis
tân
cia
(km
)
t-X/6(s)
Fig
ura
5.9
-C
urv
as
cam
inh
o-t
em
po
da
Seção
1(T
iro
Revers
o)
-V
red
=6.0
km
/s.
62
Se
çã
o1
-T
iro
Re
ve
rso
-V
red
=6
.0k
m/s
Lo
sa
ng
os
y=
0,0
27
1x
+0
,03
11
R2
=0
,95
87
V=
5,1
5k
m/s
Qu
ad
ra
do
s
y=
-0,0
05
3x
+0
,21
05
R2
=0
,90
98
V=
6,1
8k
m/s
Triâ
ng
ulo
s
y=
-0,0
25
1x
+1
,67
8
R2
=0
,99
75
V=
7,0
6k
m/s
-2-1012
01
02
03
04
05
06
07
08
09
01
00
11
01
20
13
01
40
15
0
Dis
tân
cia
(km
)
t-X/6(s)
2.0
1.2
0.5
-0.3
-1.00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tempo (s) x dist.(km)
20
16
12
8
4
0
1.0 2.7 4.5 6.3 8.0
prof.(km) x vel.(km/s)prof.(km) x vel.(km/s)
Figura 5.10 - Modelo Teórico para a Seção 1 - Tiro Direto
63
Figura 5.11 - Modelo Teórico para Seção 1 - Tiro Reverso
300 0 15060 90 1208642
18
24
30
12
0 3
26
1
0
-1
-2
tempo (s) x dist.(km)prof.(km) x vel.(km/s)prof.(km) x vel.(km/s)
64
020
40
60
80
100
120
140
-2-1012
5.1
km
/s
5.7
km
/s
6.6
km
/s
7.2
km
/s
(t-/6.0)(s) D
Dis
tân
cia
(km
)
Fig
ura
5.1
2-
Se
çã
oR
ed
uzid
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iro
Dir
eto
(S
eç
ão
1).
65
14
01
20
10
08
06
04
02
00
-1012 -2
7.1
km
/s
6.2
km
/s
5.2
km
/s
Fig
ura
5.1
3-
Seção
Red
uzid
ad
oT
iro
Revers
o(S
eção
1).
(t-/6.0)(s) D
Dis
tân
cia
(km
)
66
67
Na Tabela 5.1 estão indicados os valores correspondentes aos modelos
preliminares refinados da Seção 1.
Tabela 5.1 – Modelos preliminares obtidos com o programa TVEL.
EX31-EX34 EX34-EX31
Camadas Prof. (km) V (km/s) Prof. (km) V (km/s)
1 0 2,0 0 2,0
2 0,06 5,1 0,06 5,2
3 0,4 4,2 0,8 6,2
4 0,9 5,7 8,5 7,1
5 5,4 6,6
6 9,8 7,2
Apesar do SU permitir a elaboração de seções sísmicas mais facilmente que
o SAC, as seções apresentadas estão sendo geradas no SAC, porque são mais
claras estética e qualitativamente, devido a qualidade pobre de nossos dados, como
se explicou anteriormente. O SAC possui uma rotina para gerar seções sísmicas,
mas também utilizou-se um programa em ambiente SAC (macro) cedido pelo Dr.
Martin Schimmel, pós-doutorando no IAG/USP, que após de serem realizadas
pequenas alterações, adaptou-se perfeitamente para o propósito de construir seções
sísmicas preliminares. (ver Figuras 5.12 e 5.13)
Esses modelos preliminares refinados não foram relacionados para obter-se
um modelo único, com camadas inclinadas e espessuras mais precisas, devido a
insegurança das leituras preliminares, além dos traços não serem claros ao longo de
toda essa seção e da presença da camada de baixa velocidade.
6. MODELAGEM FINAL E INTERPRETAÇÃO
6.1 Introdução
Os problemas de propagação de ondas desempenham um papel importante
em vários ramos da Geofísica, entre os quais está o método de investigação do
campo das ondas elásticas dentro da crosta e do manto superior da Terra, cuja
estrutura é muito complicada. Em muitas regiões a velocidade das ondas sísmicas
muda consideravelmente em todas as direções, regiões estas que são de grande
interesse para estudos contemporâneos de Geodinâmica. Além disso, existem
descontinuidades estruturais nas camadas mais superficiais da Terra que
apresentam formas geométricas e propriedades físicas das mais complicadas.
Para estudar a propagação das ondas elásticas em estruturas complicadas
podem ser utilizados métodos analíticos de aproximação, tais como o método do
raio. Nas aplicações sismológicas este método foi utilizado inicialmente para
investigar principalmente a estrutura interna da Terra a partir das curvas de tempos
de percurso das body waves e para calcular raios e tempos de percurso teóricos, em
vários tipos de meio, para, finalmente, compará-los com os dados observados.
Uma das limitações na aplicação do método do raio é que dá resultados
aproximados, mesmo assim é o método que permite obter respostas aproximadas
para muitos problemas da propagação das ondas sísmicas de volume em meios
com modelos complicados. A grande utilidade do método de raio e, conjuntamente,
do pacote SEIS, é possibilitar a modelagem de meios lateralmente heterogêneos
com interfaces curvas.
69
6.2 O Pacote SEIS
O pacote SEIS consiste em uma série de programas que auxiliam na
modelagem numérica de um campo de ondas sísmicas em estruturas de camadas
em duas dimensões, através do método de propagação de raios e da elaboração de
sismogramas sintéticos, que foi originalmente elaborado na Charles University,
Praga- Rep. Tcheca. (Cerveny & Psencik, 1988). Este pacote possui os programas
fontes abertos dando possibilidade de qualquer pesquisador alterá-los de acordo
com as suas necessidades, desse modo, com o passar dos anos é possível
encontrar várias versões desse pacote.
O pacote SEIS é constituído de seis programas. O programa principal
SEIS88, calcula as trajetórias dos raios, a partir de um modelo inicial, com seus
respectivos tempos de percurso e as amplitudes para a construção dos
sismogramas sintéticos. Os programas RAYPLOT, SYNTPL e SEISPLOT são
utilizados para construir os gráficos dos dados calculados no SEIS88, ou seja, eles
permitem principalmente a visualização dos modelos com o traçado de raios, as
curvas caminho-tempo e os sismogramas sintéticos. Estes programas possibilitam a
utilização da escala de tempo em tempo reduzido (Seção 2.5.1). Finalmente, os
programas SMOOTH e POLARPLOT tem por finalidade auxiliar na construção de
modelos de velocidade e para construir o diagrama de movimento de uma partícula,
respectivamente.
Para cada programa é necessário criar um arquivo de entrada. Nestes
arquivos de entrada são colocadas as informações básicas como o modelo
estrutural, grade de velocidades, posições dos registradores, escalas de tempo e de
distância para os gráficos dos modelos, densidade do meio e fator de qualidade,
entre as principais. Todos estes dados são colocados em arquivos formato ASCII,
70
estruturados para que o pacote localize em cada posição do arquivo os valores que
deverão ser utilizados para determinado processamento.
Um ponto positivo do pacote de programas SEIS é que ele proporciona o
processamento de modelos relativamente complicados. Permite a elaboração de
modelos com interfaces inclinadas e curvas, regiões em forma de lente, camadas
com quinas, além de poder considerar gradientes verticais e variações laterais de
velocidades. A limitação numérica do programa, no caso da grade de velocidades é
de 1000 pontos para todas as camadas, consideradas no modelo, o que é suficiente
para descrever uma estrutura complexa. O traçado de raios, que está limitado a 400
pontos por raio, e o número total de estações de registro que está limitado a 99
posições. O limite de 400 pontos força-nos, algumas vezes, a reduzir a precisão do
traçado do raio (curvatura) ou ampliar o círculo de precisão de chegada do raio em
torno do registrador, para que haja uma convergência. O problema do número
máximo de registradores pode ser contornado diminuindo-se o número de
registradores concentrando-os nas regiões da maior interesse do modelo. No caso
dos modelos das Seções 1 e 2, estes problemas não chegaram a afetar tanto,
porque os raios tem uma distância menor para percorrer se comparados aos raios
do modelo para uma seção com 300 km. No caso da seção de 300 km de extensão
é necessário reduzir a amostragem dos raios e o número de posições de registro,
pois no nosso caso, existem mais de 99 posições de registro e os raios percorrem
trajetórias mais extensas. Os raios que excedem os 400 pontos são
desconsiderados automaticamente.
Outro ponto positivo deste pacote é a quantidade de documentos explicativos
(manuais) que ele possui, dando respaldo para os iniciantes e para quem deseja
alterar o seu código fonte.
71
Para determinar os raios que chegam aos registradores é utilizado o método
de traçado de raios entre dois pontos (two-point ray tracing): o programa faz partir
um raio da fonte sísmica até determinado registrador e depois, se o raio atingir um
círculo ao redor do registrador com um diâmetro que é estipulado pelo usuário, faz o
caminho de volta até a fonte. Desta forma, o programa vai gerando raios com
distâncias próximas ao registrador até conseguir o raio mais próximo da posição do
registrador. Este raio é armazenado em um arquivo. Se não é obtido êxito em um
certo número de iterações (também determinado pelo usuário), ou se o raio passar
de 400 pontos, esta posição de registrador é desconsiderada, então o programa não
cria um raio para esta posição. O tempo de percurso para um determinado
registrador é obtido através de uma interpolação linear entre os tempos de percurso
dos raios mais próximos, em ambos os lados da posição do registrador em questão
e é utilizada a amplitude do raio mais próximo.
Quanto a distribuição de velocidades em cada camada, o pacote SEIS utiliza
a aproximação bicubic spline interpolation, que é a mais utilizada neste tipo de
modelamento. Esta aproximação consiste numa interpolação suave dos valores de
velocidade na interface (as primeiras e segundas derivadas são contínuas). Este
procedimento é utilizado quando é necessário efetuar uma interpolação em um
intervalo razoavelmente grande, dividindo este intervalo em intervalos menores e
utilizando polinômios de graus baixos (geralmente do 3º grau) para fazer a
interpolação nestes intervalos menores. Finalmente, unem-se estes intervalos
menores, cada uma com a sua interpolação, voltando a formar o intervalo original
totalmente interpolado. Esse processo garante uma interpolação bem suave.
O programa também possui em sua documentação uma tabela de código de
erros que ocorrem com mais freqüência. Esta tabela é muito útil para direcionar a
72
construção dos arquivos de entrada no caminho certo, entretanto muitas mensagens
não são diretas, por exemplo, se uma mensagem indica que o raio não consegue
alcançar a superfície o problema pode estar no gradiente de velocidade escolhido,
ou na posição da fonte, ou na escolha do intervalo dos ângulos dos raios que saem
da fonte, ou seja, é exigido um conhecimento razoável da lógica do programa para
identificar onde estariam as prováveis fontes de erro.
Este pacote, possui a opção de gerar automaticamente ondas diretas e
refletidas, do tipo P e/ou S. Também permite gerar manualmente ondas refletidas e
as diving waves através de um código simples definido por seus programadores.
Neste código indica-se o tipo de raio (refletido ou transmitido), o número de
elementos que os raios terão e por quais camadas passarão. Os códigos que iniciam
com 1 indicam reflexão e os que iniciam com 0 indicam transmissão, e o segundo
algarismo indica o número de componentes que o raio possuirá. Por exemplo, o
código 1 4 1 2 2 1, indica que o raio é refletido na segunda interface, tem quatro
elementos e passará duas vezes pela primeira e duas vezes pela segunda camada.
No caso das ondas “refratadas”, o código 0 1 1, indica que o raio será transmitido,
que tem um elemento e que passará pela primeira camada e pelas seguintes
camadas, dependendo da distância epicentral considerada, desse modo, o
programa gerará todos os raios com estas características que o modelo permitir.
Observando-se os exemplos de códigos de raios acima, pode-se perceber
que no caso do código 0 1 1, é mencionado que o raio é transmitido e não refratado,
o que significa que o programa não traça as refrações críticas seguindo as
interfaces, mas sim uma sucessão de raios que mergulham e curvam-se em várias
profundidades da mesma camada, devido ao gradiente de velocidade. Desse modo,
o código acima (0 1 1) é suficiente para o programa traçar todas os raios
73
transmitidos possíveis para um determinado modelo, pois os raios iniciais (primeira
camada) são transmitidos para as demais camadas e, de acordo com os gradientes,
são curvados e redirecionados à superfície quando for o caso. Assim, ajustando-se o
gradiente de velocidade para um valor adequado obtêm-se raios que simulam com
precisão satisfatória as refrações críticas.
Outra limitação do pacote SEIS é que não mostra nos gráficos caminho-
tempo, as curvas correspondentes as ondas refletidas em conjunto com as diving
waves. As reflexões são mostradas somente nos sismogramas sintéticos.
Além de utilizar o programa SEIS, foram utilizados também diversos pacotes
de programas instalados nas estações de trabalho do Laboratório de Sismologia do
IAG/USP, tais como: GMT, para a construção das seções sísmicas e traçado das
curvas caminho-tempo teóricas nessas seções; XMGR, para visualizar o refinamento
dos modelos e alguns scripts elaborados em Unix por diversos autores, que
permitem transformar os arquivos do SAC em formato ASCII e utilizá-los no GMT.
Todos estes pacotes acima citados são de grande auxílio no processo de
modelagem, pois permitem uma visualização rápida dos traços em conjunto com as
linhas correspondentes às velocidades sísmicas.
6.3 Modelagem dos Dados
Iniciou-se com o programa SEIS dos dados relativos à Seção 1 (tiros direto e
reverso). O primeiro modelo considerado foi o modelo refinado obtido
preliminarmente com o programa TVEL. Desta vez, delimitou-se melhor a interface
relativa à Bacia do Paraná, considerando camadas inclinadas, e utilizou-se um
gradiente de velocidade mais realístico, 0.01km/s (Mooney et al., 1983), que o
utilizado anteriormente no programa TVEL. A partir deste modelo começou-se o
74
aperfeiçoamento contínuo do modelo através da comparação entre os resultados
teóricos, gerados do modelo, e os dados reais obtidos no campo.
Para cada modelo (Seção 1) foram gerados o diagrama de raios, o gráfico
com as curvas caminho-tempo e os sismogramas sintéticos para fazer a
comparação com os dados reais. Como o programa SEIS88 salva em arquivos
ASCII as tabelas para a construção do gráficos, fica facilitada a leitura dos tempos
teóricos de chegada que o programa calculou para as fases principais. Desse modo,
pode-se comparar os valores calculados com os tempos de chegada observados
originais e ir modificando o modelo, sucessivamente.
Os modelos finais conseguidos, utilizando o pacote SEIS, estão apresentados
nas Figuras 6.1a e 6.1b, correspondentes, respectivamente, ao gráfico das curvas
caminho-tempo e ao traçado de raios do tiro direto da Seção 1. Na Figura 6.2 se
apresentam os sismogramas sintéticos correspondentes a esse tiro. Na Figura 6.3
são apresentados resultados semelhantes para a porção inicial da linha
correspondente ao tiro direto. Os resultados correspondentes ao tiro reverso da
Seção 1 são apresentados nas Figuras 6.4 e 6.5.
Nas Figuras 6.6 e 6.7 são apresentados, respectivamente, os gráficos
caminho-tempo/traçado de raios e os sismogramas sintéticos do tiro direto da Seção
2 (EX34-Ex37). O modelo apresentado nessas figuras foi extrapolado do tiro reverso
da Seção 1
A.
B.
Figura 6.1 - A) Curvas Caminho-Tempo - Seção 1 - Tiro Direto - Modelo Final(Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
Figura 6.1 - B) Traçado de Raios - Seção 1 - Tiro Direto - Modelo Final
75
Figura 6.2 - Sismogramas Sintéticos com ondas refratadas e refletidas - Seção 1 - Tiro Direto -Modelo Final (Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
76
A.
B.
Figura 6.3 - A) Curvas Caminho-Tempo - Seção 1 - Tiro Direto - Tempo Reduzido (Vred = 6km/s)
Figura 6.3 - B) Traçado de Raios - Seção 1 (Região da Bacia do Paraná) - Tiro Direto
77
A.
B.
Figura 6.4 - A) Curvas Caminho-Tempo - Seção 1 - Tiro Reverso - Modelo Final(Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
Figura 6.4 - B) Traçado de Raios - Seção 1 - Tiro Reverso - Modelo Final
78
Figura 6.5 - Sismogramas Sintéticos com ondas refratadas e refletidas - Seção 1 - Tiro Reverso-Modelo Final (Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
79
A.
B.
Figura 6.6 - A) Curvas Caminho-Tempo - Seção 2 - Tiro Direto(Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
Figura 6.6 - B) Traçado de Raios - Seção 2 - Tiro Direto
80
Figura 6.7 - Sismogramas Sintéticos com ondas refratadas e refletidas - Seção 2 - Tiro Direto -(Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
81
82
Foi elaborado um modelo teórico preliminar para a linha sísmica integral entre
as explosões EX31 e EX37, principalmente para ser utilizado como orientação na
identificação de algumas reflexões de ângulo amplo de refletores mais profundos
(20km e 40km), utilizando como base o modelo obtido na porção superficial da
Seção 1 e complementado com dados da porção mais profunda da crosta
publicados em trabalhos anteriores (Giese & Schutte, 1975; Pedreschi, 1989;
Alarcon, 1989; Assumpção, 1994). Nos registros originais da linha L3 aparecem
alguns sinais relativamente claros, com tempos superiores a 30 segundos e
distâncias superiores a 150 km, sugerindo tratar-se de prováveis reflexões de
camadas mais profundas. Através deste modelo preliminar tenta-se neste trabalho
identificar essas prováveis reflexões. Os resultados correspondentes a este modelo
são apresentados nas Figuras 6.8 (gráficos das curvas caminho-tempo e traçado de
raios) e 6.9 (sismogramas sintéticos). Nas Figuras 6.10 e 6.11 pode-se observar as
reflexões da camada cuja velocidade inicial é de 8 km/s (descontinuidade de Moho),
que não aparece nas figuras anteriores por uma limitação numérica do programa.
6.4 Resultados Finais
6.4.1 Seção 1
A Seção 1, de 150 km de extensão, entre os tiros EX31 e EX34, como foi dito
anteriormente, é importante porque cruza a interface da Bacia do Paraná com a
Faixa de Dobramentos Brasília. Durante o processo de modelagem e verificação dos
traços iniciais das primeiras chegadas, foram observadas fases secundárias
importantes que ajudaram a definir os parâmetros do modelo. Isso auxiliou na
reformulação da grade de velocidades, tornando-a mais realística.
A.
B.
Figura 6.8 - A) Curvas Caminho-Tempo - Seção Total - Tiro Direto - Modelo Final(Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
Figura 6.8 - B) Traçado de Raios - Seção Total - Tiro Direto - Modelo Final
83
Figura 6.9 - Sismogramas Sintéticos - Seção Total (ref. Figura 6.8) - Tiro Direto -Modelo Final (Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
84
A.
Reflexão MOHO
Figura 6.10 - A) Curvas Caminho-Tempo - Seção Total - Tiro Direto - Modelo Final(Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
Figura 6.10 - B) Traçado de Raios enfatizando a reflexão na descontinuidade de MOHOSeção Total - Tiro Direto - Modelo Final
B. MOHO
85
Figura 6.11 - Sismogramas Sintéticos incluindo a reflexão na descontinuidade de MOHO -Seção Total - Tiro Direto - Modelo Final (Tempo Reduzido com Vred = 6km/s).
86
87
Os resultados apresentados nas Figuras 6.1 a 6.3 foram obtidos através de
diversas tentativas de comparação entre os dados reais com os dados teóricos do
modelo, até conseguir-se a melhor aproximação entre esses dados, como se mostra
na Figura 6.12 (modelo final), que corresponde ao tiro direto da Seção 1. De forma
semelhante, para o tiro reverso da Seção 1, os resultados apresentados nas Figuras
6.4 e 6.5 foram obtidos através das comparações como as mostradas na Figura 6.13
(modelo final). Esse procedimento tornou-se de grande utilidade para a conseguir o
modelo final, considerando-se a qualidade pobre dos sinais desta linha de RSP.
Os tempos de percurso teóricos, dos primeiros 60 km do tiro direto da Seção
1 mostrados na Figuras 6.3, concordam, em grande parte, com os tempos de
percurso reais. Entretanto, não é possível identificar a reflexão da camada de baixa
velocidade nos sismogramas registrados devido a sua proximidade com outras fases
secundárias, apesar dessa camada ter sido incluída no modelo.
6.4.2 Seção 2
Nas Figuras 6.6 e 6.7 foram apresentados os resultados parciais do tiro direto
da Seção 2. O modelo apresentado nessas figuras foi extrapolado do tiro reverso da
Seção 1. Esse modelo não chegou a ser refinado, principalmente, devido a
qualidade dos dados (Figura 5.3) ser inferior aos da Seção 1 (Figuras 5.1 e 5.2).
6.4.3 Seção Total
Para o modelo de 300 km de extensão não foram elaboradas grades de
velocidades específicas. Foi utilizada a grade da Seção 1, extrapolando a penúltima
88
camada dessa grade e para as camadas mais profundas foram utilizados dados
retirados de modelos existentes na literatura.
Neste caso, da mesma forma que nas seções anteriores, os resultados
mostrados nas Figuras 6.8 e 6.9 foram conseguidos de ajustes obtidos através de
gráficos como o da Figura 6.14, que mostra o resultado final dessa seção.
6.5 Interpretação dos Resultados
Os resultados obtidos para a Seção 1 não permitiram a elaboração de um
modelo único representativo dessa seção. Isto foi devido a baixa qualidade dos
sinais que não atingiram a extensão completa desta seção em ambos sentidos. Além
disso, a presença da Bacia do Paraná num extremo desta seção dificultou o cálculo
das profundidades devido a presença da camada de baixa velocidade sob a camada
de basalto. Por este motivo o modelo final proposto para esta seção é apresentado,
na Tabela 6.1, para os tiros direto e reverso.
Tabela 6.1 – Modelos finais para a Seção 1 (150km)
Seção 1 – Tiro Direto Seção 1 – Tiro Reverso
Camada Prof. (km) V (km/s) Camada Prof. (km) V (km/s)
1 0 2,00 1 0 2,0
2 0,086 5,15 2 0,060 5,69
3 0,350 4,60 3 0,860 6,25
4 0,650 5,75 4 16,5 6,7
5 4,00 6,07 5 41,5 8,00
6 20,00 6,70
7 40,00 8,00
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6.1
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Fig
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6.1
3-
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Tiro
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TempoReduzido(s)-[tr=t-X/6]
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l-Tiro
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Da
do
sLi
do
s
Curv
as
Teo
rica
s
92
Na Tabela 6.1 as fases definidas com as primeiras chegadas estão diferen-
ciadas das definidas com chegadas secundárias (sombreadas), em ambos os tiros.
A Bacia do Paraná é a feição tectônica dominante na região do tiro direto da
Seção 1. Ela está presente nos primeiros 125 km da porção superficial SW dessa
seção, como pode ser observado na Figura 6.1, porém com mais detalhe na Figura
6.3. Os dados reais também mostram a presença dessa bacia, como se observa na
Figura 6.12. Na seção da Figura 6.16 aparece uma curva correspondente a reflexão
no topo da camada de baixa velocidade, porém esta fase não foi identificada nos
sismogramas reais.
As seções das Figuras 6.15 e 6.16, em escala de tempo normal e reduzido,
respectivamente, não mostram uma correlação clara entre os sinais registrados e as
curvas caminho-tempo teóricas, devido a baixa qualidade dos dados como se
explica anteriormente e a escala em que os dados são representados. Essa
correlação pode ser observada no gráfico da Figura 6.12 que mostra as mesmas
curvas caminho-tempo teóricas juntamente com as leituras das fases identificadas
nos sismogramas reais.
Os sismogramas sintéticos foram utilizados principalmente para identificar
algumas fases através do tempo de percurso teórico das mesmas, no entanto eles
também podem ser utilizados para correlacionar as amplitudes dos sismogramas
sintéticos e as amplitudes das fases reais observadas.
Nas Figuras 6.18 e 6.18 são apresentadas as seções em tempo normal e
reduzido para o tiro reverso da Seção 1, respectivamente. Nestas seções observa-se
a melhor qualidade dos sinais correspondentes a explosão EX34 que foi efetuada
num poço perfurado numa rocha competente (granitóide da Formação Araxá),
apesar de ter sido utilizada uma carga de 500 kg de explosivo, ou seja, a metade da
carga utilizada na explosão EX31. Outro fator que pode ter influenciado na qualidade
pobre dos sinais do tiro direto, além da falta de coesão no local do tiro, é a geologia
da Bacia do Paraná que teria atenuado os sinais da carga de 1000 kg da explosão
93
EX31. O gráfico da Figura 6.13 também mostra uma correlação melhor entre os
dados teóricos e reais do que os dados mostrados nas seções das Figuras 6.17 e
6.18.
O gráfico da Figura 6.13 apresenta algumas peculiaridades que podem
corresponder a feições geológicas existentes em algumas porções desta seção. Por
exemplo, o tiro reverso apresenta, em torno dos 25 km a partir da origem, uma
distribuição de pontos formando uma curva com tempos de chegada mais rápidos
que a velocidade sugerida pelos pontos anteriores e posteriores a essa porção da
linha. Esta feição resultou na opção de uma velocidade média maior que a dos
pontos extremos, que talvez não seja a mais apropriada para esta camada.
Finalmente, a Seção Total (tiro direto) com dados da explosão EX31. Nas
Figuras 6.19 e 6.20, são mostradas as seções com tempo normal e reduzido,
respectivamente, juntamente com as curvas caminho-tempo teóricas
correspondentes ao modelo apresentado na Tabela 6.1 (tiro direto). Na seção da
Figura 6.19 foi possível observar algumas fases secundárias (prováveis reflexões)
em torno dos 150 km e dos 200 km e outras mais que ajudaram a definir um modelo
preliminar para a crosta sob a região de estudo. Estas fases podem ser verificadas
no gráfico da Figura 6.14, o modelo é apresentado na Tabela 6.2.
Tabela 6.2 – Modelo final para a Seção Total
Seção Total – Tiro Direto
Camada Prof. (km) V (km/s)
1 0 2,00
2 0,086 5,15
3 0,350 4,60
4 0,650 5,75
5 4,00 6,07
6 20,00 6,70
7 40,00 8,00
94
Fig
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6.1
5-
Seção
Sís
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da
Seção
1.
01234567891
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12
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15
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000-501
001-503002-508
003-509
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005-511
006-512
007-513
008-515
010-518
011-533
012-521
013-522
015-525
019-534
020-535
023-538
025-540
027-542
029-543
030-SSR1
032-SSR1
035-552
036-553
037-554
038-558
039-559
040-560
041-561
043-569
044-570
045-572
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047-578
049-580
050-581
051-582
053-584
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055-585056-SSR1
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95
Fig
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6.1
6-
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011-533
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037-554
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046-575
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96
Fig
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6.1
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037-554
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041-561
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043-569
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055-585056-SSR1
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Fig
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6.1
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011-533
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017-531
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033-549
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Fig
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6.1
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Seção
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077-603078-604079-605080-606 081-608 082-609
086-615087-616 088-617090-PRG1091-619092-620094-622
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6.2
0-
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066-594067-SSR1068-596
071-SSR3072-598073-599074-600075-601
077-603078-604079-605080-606 081-608 082-609083-612
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094-622095-PRG2096-623
100-625101-626102-627103-628104-629105-630106-631107-633108-641
110-643
115-656
t-X/6(s)
7. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES
O experimento de RSP apresentado neste trabalho é um experimento
pioneiro no Brasil, que além da dimensão da linha levantada (300 km), pela primeira
vez foi utilizado, de forma simultânea, um número relativamente grande (120) de
sismógrafos com registro digital, explosões próprias com controle da hora de origem,
garantia na precisão do tempo de origem e de chegada das ondas sísmicas e na
localização das coordenadas geográficas dos pontos.
A etapa de aquisição de dados foi bastante educativa, tendo em vista que ela
foi desenvolvida em um tempo bastante curto (em torno de 1 semana) quando foram
efetuadas diversas atividades, desde a familiarização com o equipamento
sismográfico SGR emprestado pelo Programa PASSCAL até executar as próprias
explosões. O resultado das atividades nesta etapa foi satisfatório considerando que
somente 10 % dos sismógrafos instalados não funcionaram por algum motivo.
No entanto, a quantidade de dados registrados não correspondeu a eficiência
conseguida na operação dos equipamentos. Um problema nos laptops de
comunicação com os sismógrafos provocou a perda de 4 explosões em todos os
sismógrafos SGR. Por outro lado, o sinal dos tiros registrados deixou muito a
desejar, principalmente as explosões efetuadas nos extremos da linha, que foram
disparadas em poços perfurados em terreno composto por sedimentos soltos e solo.
Com isso, o alcance dos sinais úteis dessas explosões, foi muito reduzido, tanto
assim que os sinais da explosão EX31 foram observados até pouco mais de 100 km
e na explosão EX37 não chegou a 70 km. No caso do tiro central (EX34) os sinais
registrados foram de melhor qualidade que os sinais dos tiros extremos, apesar da
carga desta explosão ter sido a metade daquelas, principalmente no sentido do tiro
101
EX31 que chegou praticamente no final da linha. Uma conseqüência dessa má
qualidade de dados foi a dificuldade na modelagem e na obtenção de melhores
resultados.
Apesar dessas dificuldades foi possível, no presente trabalho, aplicar na
análise e processamento desses dados, pacotes de programas que são
normalmente utilizados em trabalhos de refração sísmica profunda no meio
acadêmico. O mérito deste trabalho está em ter utilizado, pela primeira vez, no
Laboratório de Sismologia do IAG/USP, os pacotes SU e SEIS na análise e
processamento de dados de refração sísmica profunda que até agora eram
utilizados somente para o processamento de dados de reflexão sísmica.
Os resultados obtidos neste trabalho, que estão apresentados no capítulo
anterior, mostram no extremo SE da Seção 1 a presença da porção NE dos estratos
superiores da Bacia do Paraná e da interface desta bacia com a Faixa de
Dobramentos Brasília. Durante a modelagem foi incluída a presença da camada de
baixa velocidade, com base em dados geológicos e geofísicos existentes, entretanto
ela não pode ser observada nos sismogramas reais. Esta camada é formada pelos
arenitos da Formação Botucatu que é subjacente aos basaltos da Formação Serra
Geral. Na porção NE da Seção 1, os resultados indicam a presença de um meio de
maior velocidade, que corresponderia as rochas metamórficas do Grupo Araxá.
Apesar dos dados não terem permitido uma modelagem satisfatória com base
nas primeiras chegadas ao longo de toda linha, foi possível interpretar um modelo
até profundidades correspondentes a MOHO utilizando a presença de algumas
fases secundárias. O modelo final resultou em camadas profundas que estão em
concordância com as propostas em modelos de trabalhos anteriores.
102
Considerando o exposto acima, podemos concluir que os resultados obtidos
neste trabalho sobre a estrutura da crosta na região de estudo são confiáveis para
as camadas mais superficiais da Seção 1 e que os resultados propostos para
camadas mais profundas da crosta não são muito diferentes que os resultados
conseguidos em trabalhos anteriores. A metodologia para a análise e
processamento de dados de refração sísmica profunda, através dos pacotes SAC,
SU e SEIS foi aplicada da melhor forma possível e ficou implementada no sistema
de informática do Laboratório de Sismologia do IAG/USP.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alarcon, S. , Modelo Preliminar de Estrutura Crustal com Dados da Linha de Refração Sísmica Caraiba (BA) – Trindade (PE), Trabalho de Graduação IAG/USP, 1989.
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Wyrobek, S. M., Application of delay and intercept times in the interpretation of multilayer refraction time-distance curves, Geophys. Prosp., 4, pp.112-130, 1956.
ANEXO I
Sismômetros e Rádio-transmissor para Telemetria.
Sismográfos Pragmática (azuis) e SSR1 (cinzas).
107
Catalogando fitas dos SGR’s.
Arranjo Telemétrico.108
Laptops laptopsMaster clocks
(grafite) para processamento de dados, (beges, ao fundo) para programaçãodos SGR’s e (azuis).
Master clock (azul) e Unidade de Tiro, com controle de tempo preciso.
109
Planejamento e localização dos pontosde registo para cada equipe.
Revestimento do poço após o tirocom um aparelho de GPS ao lado.
Acidentes! Parati (atolada) sendo rebocada pela Toyota.110
ANEXO II
112
Leituras referentes à explosão EX31
Distância (km) tempo (s) t - X/6 (s)
0,067 0,07 0,0588333
3,012 0,62775 0,12575
4,868 0,9878 0,176467
7,391 1,46995 0,238117
9,644 1,83005 0,222717
9,644 1,90705 0,299717
11,02 2,10195 0,265283
11,02 2,48175 0,645083
14,87 2,7403 0,261967
14,87 2,9163 0,437967
19,93 3,63625 0,314583
19,93 3,81025 0,488583
24,91 4,4675 0,315833
24,91 4,6185 0,466833
27,39 4,90245 0,33745
27,39 5,01145 0,44645
29,76 5,2959 0,3359
29,76 5,4339 0,4739
32,14 5,7314 0,374733
56,65 9,78334 0,341676
56,65 10,0943 0,652676
56,65 11,2623 1,82067
62,05 10,6983 0,356619
62,05 11,0503 0,708619
62,05 12,0683 1,72662
67,63 11,5531 0,28139
67,63 11,9061 0,63439
67,63 12,8611 1,58939
71,78 12,2239 0,260524
71,78 12,6799 0,716524
71,78 13,5169 1,55353
136,5 22,513 -0,237
136,5 22,777 0,027
136,5 24,504 1,754
138,3 22,859 -0,191
138,3 23,186 0,136
138,3 23,346 0,296
Distância (km) tempo (s) t - X/6 (s)
138,3 24,42 1,37
146 24,045 -0,288333
146 24,202 -0,131333
146 25,454 1,12067
146,4 24,088 -0,312
146,4 24,25 -0,15
146,4 25,583 1,183
150,8 24,773 -0,360333
150,8 24,914 -0,219333
150,8 25,082 -0,0513333
150,8 26,035 0,901667
150,8 26,246 1,11267
168,5 27,502 -0,581333
168,5 27,621 -0,462333
168,5 27,838 -0,245333
168,5 28,302 0,218667
168,5 28,684 0,600667
175,3 28,474 -0,742667
175,3 28,653 -0,563667
175,3 29,002 -0,214667
175,3 29,1 -0,116667
175,3 29,55 0,333333
198,8 31,912 -1,22133
198,8 32,075 -1,05833
198,8 32,414 -0,719333
198,8 32,569 -0,564333
198,8 32,833 -0,300333
270,9 40,933 -4,217
270,9 42,583 -2,567
270,9 42,989 -2,161
270,9 43,733 -1,417
113
Leituras referentes à explosão EX34
Distância (km) tempo (s) t - X/6 (s) Dist. 2
146,407 0,04 0,0245 0,093
144,814 0,37 0,089 1,686
142,949 0,71 0,118167 3,551
137,459 1,69 0,183167 9,041
135,76 1,97 0,18 10,74
133,39 2,36 0,175 13,11
130,85 2,75 0,141667 15,65
130,85 2,882 0,273667 15,65
127,26 3,34 0,133333 19,24
126,58 3,41 0,09 19,92
123,67 3,85 0,045 22,83
123,67 4,125 0,32 22,83
120,67 4,33 0,025 25,83
120,67 4,632 0,327 25,83
116,75 5,013 0,0546667 29,75
116,75 5,331 0,372667 29,75
114,18 5,423 0,0363333 32,32
114,18 5,783 0,396333 32,32
111,47 5,857 0,0186667 35,03
106,91 6,57 -0,028333 39,59
106,91 7,059 0,460667 39,59
101,88 7,396 -0,040667 44,62
101,88 8,004 0,567333 44,62
99,69 7,72 -0,081667 46,81
96,76 8,33 0,04 49,74
96,76 14,816 6,526 49,74
93,68 8,78 -0,023333 52,82
89,32 9,44 -0,09 57,18
86,85 9,87 -0,071667 59,65
81,84 10,708 -0,068667 64,66
74,26 11,928 -0,112 72,24
71,78 12,447 -0,006333 74,72
49,54 16,73 0,57 96,96
49,54 19,692 3,532 96,96
34,9 18,468 -0,132 111,6
34,9 18,778 0,178 111,6
31,6 18,946 -0,204 114,9
114
Distância (km) tempo (s) t - X/6 (s) Dist. 2
31,6 19,358 0,208 114,9
24,4 20,536 0,186 122,1
24,4 22,49 2,14 122,1
16,7 21,642 0,0086667 129,8
Distância do EX34 = 146.5 km
Dist. 2 -> Distância relativa ao ponto de tiro EX34, em km
115