Uma nova abordagem para interpretação de anomalias gravimétricas regionais e residuais aplicada ao estudo da organização crustal: exemplo da Região Norte do Piauí e Noroeste do Ceará

A interpretação de anomalias gravimétricas é de grande importância no estudo de feições geológicas que ocorrem na crosta terrestre. Esta interpretação é, no entanto, dificultada pelo fato das anomalias gravimétricas serem resultantes da soma total dos efeitos produzidos por todos os contrastes de densidades de subsuperfície. Desse modo, com o intuito de separar efeitos de feições mais profundas de efeitos de feições mais rasas, bem como a caracterização da geometria desses dois conjuntos de feições, apresentamos um método de separação das componentes regional e residual do campo e a subsequente interpretação de cada componente. A separação regional-residual de dados gravimétricos é efetuada através da aproximação do campo regional por um polinômio ajustado ao campo observado por um método robusto. Este método é iterativo e usa como aproximação inicial a solução obtida através do ajuste polinomial pelo método dos mínimos quadrados. O método empregado minimiza a influência de observações contendo forte contribuição do campo residual no ajuste do campo regional. A componente regional obtida a partir da separação regional-residual é transformada em um mapa de distâncias verticais em relação a um nível de referência. Esta transformação compreende duas etapas. A primeira consiste na obtenção da continuação para baixo da componente regional, que é pressuposta ser causada por uma interface suave separando dois meios homogêneos, representando a interface crosta-manto, cujo contraste de densidade é supostamente conhecido. A segunda consiste na transformação do mapa de continuação para baixo em um mapa de distâncias verticais entre o nível de continuação (tomado como nível de referência) e a interface. Este método apresenta duas dificuldades. A primeira está ligada à instabilidade, havendo portanto a necessidade do emprego de um estabilizador o que acarreta a perda de resolução das feições que se desejam mapear. A segunda, inerente ao método gravimétrico, consiste na impossibilidade da determinação das profundidades absolutas da interface em cada ponto, bastando entretanto o conhecimento da profundidade absoluta em um ponto, através de informação independente, para que todas as outras profundidades absolutas sejam conhecidas. A componente residual obtida a partir da separação regional-residual é transformada em um mapa de contrastes de densidade aparente. Esta transformação consiste no cálculo do contraste de densidade de várias fontes prismáticas através de uma inversão linear pressupondo que as fontes reais estejam das a uma placa horizontal, com contrastes de densidade variando apenas nas direções horizontais. O desempenho do método de separação regional-residual apresentado foi avaliado, através de testes empregando dados sintéticos, fornecendo resultados superiores em relação aos métodos dos mínimos quadrados e da análise espectral. O método de interpretação da componente regional teve seu desempenho avaliado em testes com dados sintéticos onde foram produzidos mapeamentos de interfaces bem próximas das estruturas reais. O limite de resolução das feições que se desejam mapear depende não só do grau do polinômio ajustante, como também da própria limitação inerente ao método gravimétrico. Na interpretação da componente residual é necessário que se postule ou tenha informação a priori sobre a profundidade do topo e espessura da placa onde as fontes estão supostamente confinadas. No entanto, a aplicação do método em dados sintéticos, produziu estimativas razoáveis para os limites laterais das fontes, mesmo na presença de fontes interferentes, e pressupondo-se valores para profundidade do topo e espessura da placa, diferentes dos valores verdadeiros. A ambiguidade envolvendo profundidade do topo, espessura e densidade pode ser visualizada através de gráficos de valores de densidade aparente contra profundidade do topo presumida para a placa para vários valores postulados para a espessura da placa. Estes mesmos gráficos permitem, pelo aspecto das curvas, a elaboração de uma interpretação semi-quantitativa das profundidades das fontes reais. A seqüência dos três métodos desenvolvidos neste trabalho foi aplicada a dados gravimétricos da região norte do Piauí e noroeste do Ceará levando a um modelo de organização crustal que compreende espessamentos e adelgaçamentos crustais associados a um evento compressivo que possibilitou a colocação de rochas densas da base da crosta a profundidades rasas. Este modelo ê compatível com os dados geológicos de superfície. É ainda sugerida a continuidade, por mais 200 km em direção a sudoeste, do Cinturão de Cisalhamento Noroeste do Ceará por sob os sedimentos da Bacia do Parnaíba, com base nas evidências fornecidas pela interpretação da anomalia residual. Embora esta seqüência de métodos tenha sido desenvolvida com vistas ao estudo de feições crustais de porte continental, ela também pode ser aplicada ao estudo de feições mais localizadas como por exemplo no mapeamento do relevo do embasamento de/bacias sedimentares onde os sedimentos são cortados por rochas intrusivas mais densas.

Wave equation depth migration using complex Padé approximation

Propomos um novo método de migração em profundidade baseado na solução da equação da onda com densidade constante no domínio da freqüência. Uma aproximação de Padé complexa é usada para aproximar o operador de evolução aplicado na extrapolação do campo de ondas. Esse método reduz as imprecisões e instabilidades devido às ondas evanescentes e produz imagens com menos ruídos numéricos que aquelas obtidas usando-se a aproximação de Padé real para o operador exponencial, principalmente em meios com fortes variações de velocidades. Testes em dados de afastamento nulo do modelo de sal SEG/EAGE e nos dados de tiro comum 2-D Marmousi foram realizados. Os resultados obtidos mostram que o método de migração proposto consegue lidar com fortes variações laterais e também tem uma boa resposta para refletores com mergulhos íngremes. Os resultados foram comparados àqueles resultados obtidos com os métodos split-step Fourier (SSF), phase shift plus interpolarion (PSPI) e Fourier diferenças-finitas (FFD).

Interpretação gravimétrica-magnética da zona de fratura dupla Bode Verde

Em Janeiro de 1980, foi realizada a Operação Bode Verde I do Projeto CENTRATLAN, que constou da coleta de dados geofísicos e geológicos na área central da Cadeia Mesoatlântica (CMA), a sul da Ilha de Ascensão. Esta operação fez parte de um convênio firmado entre a Marinha Americana e a Marinha Brasileira, cujo objetivo era investigar o Oceano Atlântico Sul, especialmente a área onde se estende a província fisiográfica da Cadeia Mesoatlântica. Com o objetivo de estudar a Zona de Fratura Dupla Bode Verde, e assim conhecer melhor esta feição tão marcante no fundo oceânico e margem continental, foram tratados e interpretados os dados batimétricos, gravimétricos e magnéticos colhidos na operação anteriormente citada. A análise dos dados batimétricos permitiu uma definição para esta zona de fratura, com o seu caráter duplo marcado pela presença de duas calhas contínuas, paralelas entre si, e separadas por um alto que tem o seu próprio "rift-valley". As anomalias gravimétricas encontradas confirmam o caráter duplo, com os dois mínimos observados correspondendo às duas calhas da fratura. Estas calhas separam um bloco crustal de aproximadamente 40 km de largura. Com base nos dados gravimétricos, foram construídas nove seções crustais sobre a zona de fratura, que permitiram observar que a interface crosta-manto sofre um afinamento crustal embaixo das paredes da fratura. Esta interface, que encontra-se normalmente a uma profundidade de 8-9 km, passa a atingir profundidades de 5.5-6.0 km abaixo das paredes da fratura, com a crosta apresentando uma espessura de 2.0 km nestas partes. Este afinamento crustal é causado pela subida de material do manto. A extensiva alteração hidrotermal que ocorre na depressão central da fratura, pode ser a responsável pelo menor afinamento crustal observado nesta parte da zona de fratura. Para a interpretação dos dados magnéticos, foi usada uma escala de tempo de polaridade magnética entre o Cretáceo Inferior e o Cenozóico, e uma taxa de espalhamento oceânico de 2.0 cm/ano. Para a camada de basalto, que é responsável por parte das anomalias magnéticas observadas, foi usada uma espessura média de 0.5 km. Nas paredes da zona de fratura, ocorre uma diminuição na espessura desta camada, havendo uma interrupção da mesma na depressão central da fratura.

Inversão de dados de sísmica de refração profunda a partir da curva tempo-distância

O trabalho em pauta tem como objetivo o modelamento da crosta, através da inversão de dados de refração sísmica profunda, segundo camadas planas horizontais lateralmente homogêneas, sobre um semi-espaço. O modelo direto é dado pela expressão analítica da curva tempo-distância como uma função que depende da distância fonte-estação e do vetor de parâmetros velocidades e espessuras de cada camada, calculado segundo as trajetórias do raio sísmico, regidas pela Lei de Snell. O cálculo dos tempos de chegada por este procedimento, exige a utilização de um modelo cujas velocidades sejam crescentes com a profundidade, de modo que a ocorrência das camadas de baixa velocidade (CBV) é contornada pela reparametrização do modelo, levando-se em conta o fato de que o topo da CBV funciona apenas como um refletor do raio sísmico, e não como refrator. A metodologia de inversão utilizada tem em vista não só a determinação das soluções possíveis, mas também a realização de uma análise sobre as causas responsáveis pela ambiguidade do problema. A região de pesquisa das prováveis soluções é vinculada segundo limites superiores e inferiores para cada parâmetro procurado, e pelo estabelecimento de limites superiores para os valores de distâncias críticas, calculadas a partir do vetor de parâmetros. O processo de inversão é feito utilizando-se uma técnica de otimização do ajuste de curvas através da busca direta no espaço dos parâmetros, denominado COMPLEX. Esta técnica apresenta a vantagem de poder ser utilizada com qualquer função objeto, e ser bastante prática na obtenção de múltiplas soluções do problema. Devido a curva tempo-distância corresponder ao caso de uma multi-função, o algoritmo foi adaptado de modo a minimizar simultaneamente várias funções objetos, com vínculos nos parâmetros. A inversão é feita de modo a se obter um conjunto de soluções representativas do universo existente. Por sua vez, a análise da ambiguidade é realizada pela análise fatorial modo-Q, através da qual é possível se caracterizar as propriedades comuns existentes no elenco das soluções analisadas. Os testes com dados sintéticos e reais foram feitos tendo como aproximação inicial ao processo de inversão, os valores de velocidades e espessuras calculados diretamente da interpretação visual do sismograma. Para a realização dos primeiros, utilizou-se sismogramas calculados pelo método da refletividade, segundo diferentes modelos. Por sua vez, os testes com dados reais foram realizados utilizando-se dados extraídos de um dos sismogramas coletados pelo projeto Lithospheric Seismic Profile in Britain (LISPB), na região norte da Grã-Bretanha. Em todos os testes foi verificado que a geometria do modelo possui um maior peso na ambiguidade do problema, enquanto os parâmetros físicos apresentam apenas suaves variações, no conjunto das soluções obtidas.

Mapeamento de uma interface separando dois meios homogêneos através da reconstituição gravimétrica compacta: aplicação a dados do LEPLAC-IV

O problema do mapeamento de uma interface separando dois meios homogêneos tem sido tradicionalmente resolvido através da continuação para baixo da anomalia gravimétrica observada. Este procedimento requer a utilização de um filtro passa-baixa ou de um parâmetro de amortecimento, que tendem a diminuir a resolução do relevo estimado da interface. Além disso, o uso da continuação para baixo implica supor (desnecessariamente) que a interface é uma superfície harmônica. Desta forma, a utilização da continuação para baixo é restrita a interfaces que apresentam um relevo suave relativamente à sua profundidade média. As restrições impostas pela continuação para baixo do campo gravimétrico são reduzidas na técnica de inversão proposta para este estudo, cujo objetivo é mapear a interface crosta-manto baseada na incorporação de informações a priori sobre o mínimo momento de inércia da fonte causadora, em relação a um eixo de concentração de massa pré-estabelecido e coincidente com o topo da fonte anômala. Além da introdução de informações sobre o mínimo momento, foi incluída também a possibilidade de haver variação lateral e em profundidade de densidade em setores previamente estabelecidos, o que permite estender a aplicação desta técnica a situações geológicas mais complexas que envolvam a reconstituição de corpos justapostos, que sejam de diferentes naturezas, tais como aqueles presentes em zonas de transição crustal. O método de inversão apresentado foi avaliado em testes usando dados sintéticos e os resultados obtidos mostraram a eficiência desta técnica em recuperar corpos alongados horizontalmente, que apresentem como topo ou base, interfaces arbitrárias a serem mapeadas. Foi também constatada a eficácia do método em reconstituir corpos que comportem variação lateral de densidade que pudessem retratar situações em que se deseja investigar a natureza do embasamento em regiões de transição crustal. Com base nos resultados destes testes, a técnica foi então empregada na inversão gravimétrica de cinco perfis do LEPLAC IV que cruzam a região oceânica adjacente à margem continental sudeste brasileira. Os resultados desta aplicação permitiram inferir a natureza dos corpos que constituem o arcabouço estrutural da região onde encontram-se inseridas a Dorsal de São Paulo e a Zona de Fratura de Porto Alegre, assim como mapear a Moho subjacente.

Química mineral do vulcano-plutonismo paleoproterozoico da região de São Félix do Xingu (PA), Cráton Amazônico

As formações Sobreiro e Santa Rosa são resultado de intensas atividades vulcânicas paleoproterozoicas na região de São Félix do Xingu (PA), SE do Cráton Amazônico. A Formação Sobreiro é composta por rochas de fácies de fluxo de lava andesítica, com dacito e riodacito subordinados, além de rochas que compõem a fácies vulcanoclástica, caracterizadas por tufo, lapilli-tufo e brecha polimítica maciça. Essas rochas exibem fenocristais de clinopiroxênio, anfibólio e plagioclásio em uma matriz microlítica ou traquítica. O clinopiroxênio é classificado predominantemente como augita, com diopsídio subordinado, e apresenta caracterísiticas geoquímicas de minerais gerados em rochas de arco magmático. O anfibólio, representado pela magnesiohastingsita, foi formado sob condições oxidantes e apresenta texturas de desequilíbrio, como bordas de oxidação vinculadas à degaseificação por alívio de pressão. As rochas da Formação Santa Rosa foram extravasadas em grandes fissuras crustais de direção NE-SW, têm características de evolução polifásica e compõem uma fácies de fluxo de lava riolítica e riodacítica e uma fácies vulcanoclástica de ignimbritos, lapilli-tufos, tufos de cristais félsicos e brechas polimíticas maciças. Diques métricos e stocks de pórfiros graníticos e granitoides equigranulares completam essa suíte. Fenocristais de feldspato potássico, plagioclásio e quartzo dispersos em matriz de quartzo e feldspato potássico intercrescidos ocorrem nessas rochas. Por meio de análises químicas pontuais dos fenocristais em microssonda eletrônica, foram estimadas as condições de pressão e temperatura de sua formação, sendo que o clinopiroxênio das rochas intermediárias da Formação Sobreiro indica profundidade de formação variável entre 58 e 17,5 km (17,5 - 4,5 kbar), a temperaturas entre 1.294 e 1.082 ºC, enquanto o anfibólio cristalizou-se entre 28 e 15 km (7,8 - 4,1 kbar), o que sugere uma evolução polibárica. Assim, propõe-se um modelo de geração de magma basáltico hidratado com base na fusão parcial de cunha mantélica e no acúmulo na crosta inferior em uma zona quente, a partir da qual os magmas andesíticos e dacíticos são formados pela assimilação de crosta continental e cristalização fracionada.

Geocronologia e evolução crustal da área do depósito de Cu-Au Gameleira, Província Mineral de Carajás (Pará), Brasil

O depósito de Cu-Au Gameleira está hospedado nas rochas do Grupo Igarapé Pojuca, pertencente ao Supergrupo Itacaiúnas, Província Mineral de Carajás, SE do Cráton Amazônico. Esse grupo está representado principalmente por rochas metavulcânicas máficas (RMV), anfibolitos, biotita xistos, formações ferríferas e/ou hidrotermalitos, cortadas por rochas intrusivas máficas (RIM), bem como por granitos arqueanos (2,56 Ga, Granito Deformado Itacaiúnas) e paleoproterozóicos (1,87 - 1,58 Ga, Granito Pojuca e Leucogranito do Gameleira). Cristais de zircão de um saprolito (2615 ± 10 Ma e 2683 ± 7 Ma) e de uma amostra de RIM (2705 ± 2 Ma), mostraram ser contemporâneos aos dos gabros do depósito Águas Claras. Datações Pb-Pb em rocha total e calcopirita de RMV indicaram idades de 2245 ± 29 Ma e 2419 ± 12 Ma, respectivamente, enquanto lixiviados de calcopirita indicaram idades de 2217 ± 19 Ma e 2180 ± 84 Ma. Essas idades são interpretadas como rejuvenescimento parcial provocado pelas intrusões graníticas proterozóicas (1,58 e 1,87 Ga) ou pelas reativações tectônicas associadas aos Sistemas Transcorrentes Carajás e Cinzento, ou total, provocada pelas últimas. As idades-modelo T_DM de 3,12 e 3,33 Ga para as RMV e RIM e os valores de _εNd (t) de -0,89 a -3,26 sugerem contribuição continental de rochas mais antigas e magmas gerados possivelmente em um ambiente de rifte continental ou de margem continental ativa.