Estudo da estrutura subsuperficial da província Borborema com correlação de ruído sísmico

Ambient seismic noise has traditionally been considered as an unwanted perturbation in seismic data acquisition that "contaminates" the clean recording of earthquakes. Over the last decade, however, it has been demonstrated that consistent information about the subsurface structure can be extracted from cross-correlation of ambient seismic noise. In this context, the rules are reversed: the ambient seismic noise becomes the desired seismic signal, while earthquakes become the unwanted perturbation that needs to be removed. At periods lower than 30 s, the spectrum of ambient seismic noise is dominated by microseism, which originates from distant atmospheric perturbations over the oceans. The microsseism is the most continuous seismic signal and can be classified as primary – when observed in the range 10-20 s – and secondary – when observed in the range 5-10 s. The Green‘s function of the propagating medium between two receivers (seismic stations) can be reconstructed by cross-correlating seismic noise simultaneously recorded at the receivers. The reconstruction of the Green‘s function is generally proportional to the surface-wave portion of the seismic wavefield, as microsseismic energy travels mostly as surface-waves. In this work, 194 Green‘s functions obtained from stacking of one month of daily cross-correlations of ambient seismic noise recorded in the vertical component of several pairs of broadband seismic stations in Northeast Brazil are presented. The daily cross-correlations were stacked using a timefrequency, phase-weighted scheme that enhances weak coherent signals by reducing incoherent noise. The cross-correlations show that, as expected, the emerged signal is dominated by Rayleigh waves, with dispersion velocities being reliably measured for periods ranging between 5 and 20 s. Both permanent stations from a monitoring seismic network and temporary stations from past passive experiments in the region are considered, resulting in a combined network of 33 stations separated by distances between 60 and 1311 km, approximately. The Rayleigh-wave, dispersion velocity measurements are then used to develop tomographic images of group velocity variation for the Borborema Province of Northeast Brazil. The tomographic maps allow to satisfactorily map buried structural features in the region. At short periods (~5 s) the images reflect shallow crustal structure, clearly delineating intra-continental and marginal sedimentary basins, as well as portions of important shear zones traversing the Borborema Province. At longer periods (10 – 20 s) the images are sensitive to deeper structure in the upper crust, and most of the shallower anomalies fade away. Interestingly, some of them do persist. The deep anomalies do not correlate with either the location of Cenozoic volcanism and uplift - which marked the evolution of the Borborema Province in the Cenozoic - or available maps of surface heat-flow, and the origin of the deep anomalies remains enigmatic.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

O ruído sísmico tem sido tradicionalmente considerado como uma perturbação não desejada do ambiente que ―contamina‖ a aquisição de dados de terremotos. Mas ao longo da última década tem sido mostrado que informações coerentes sobre a estrutura do subsolo podem ser extraídas a partir de correlações cruzadas do ruído sísmico de ambiente. Neste contexto, as regras são reversas, sendo os terremotos o que necessitamos excluir dos dados. Os principais causadores do ruído sísmico de ambiente são os microssismos oceânicos e perturbações atmosféricas. A períodos menores que 30 s, o espectro do ruído sísmico de ambiente é dominado por energia microssísmica. O microssismo é o sinal sísmico mais contínuo da Terra e pode ser classificado como primário (observado na faixa 10-20 s) e secundário (observado na faixa 5-10 s). A função de Green do meio de propagação entre dois receptores pode ser reconstruída através da correlação cruzada do ruído sísmico de ambiente registrado simultaneamente nesses dois receptores. A reconstrução da função de Green é geralmente proporcional à porção de ondas de superfície do campo de onda sísmico, já que a energia microssísmica viaja principalmente como ondas de superfície. Neste trabalho, são apresentadas 194 funções de Green obtidas a partir de correlações cruzadas de 1 mês de registro da componente vertical do ruído sísmico de ambiente para diferentes pares de estações sísmicas do Nordeste do Brasil. As correlações cruzadas diárias foram empilhadas utilizando a técnica não linear tf-PWS que realça sinais coerentes fracos através da redução de ruído incoerente. As correlações cruzadas mostram que o sinal emergido é dominado por ondas Rayleigh nas componentes verticais e que as velocidades de dispersão podem ser medidas confiavelmente para uma faixa de períodos entre 5 e 20 s. O estudo inclui tanto estações permanentes para monitoramento sísmico, quanto estações temporárias de experimentos passivos na região, formando uma rede combinada de 33 estações separadas por distâncias entre 60 e 1311 km, aproximadamente. Estas medidas de velocidades de dispersão de ondas Rayleigh em seguida são usadas na elaboração de imagens tomográficas da Província Borborema do Nordeste do Brasil. As tomografias de ruído sísmico obtidas aqui permitem mapear satisfatoriamente feições estruturais existentes na região. As imagens tomográficas de períodos mais curtos (~5 s) mostram a estrutura crustal rasa e claramente definem as bacias sedimentares marginais e intracontinentais, bem como as partes de zonas de cisalhamento importantes que atravessam a Província Borborema. As imagens tomográficas de períodos mais longos (10 - 20 s) atingem profundidades da crosta superior e a maior parte das anomalias desaparece. Algumas delas localizada no interior da Província Borborema, no entanto, persistem. A evolução Cenozóica da Província Borborema foi marcada por episódios de vulcanismo Cenozóico e elevação, mas nenhuma correlação é observada com estas características Cenozóicas e as anomalias profundas. As anomalias não se correlacionam com mapas disponíveis de fluxo de calor superficial na Provínica Borborema, e a origem das anomalias profundas permanece enigmática.