Medium change monitoring using ambient seismic noise and coda wave interferometry: examples from intraplate NE Brazil and the Mid-Atlantic Ridge

This thesis presents and discusses the results of ambient seismic noise correlation for two different environments: intraplate and Mid-Atlantic Ridge. The coda wave interferometry method has also been tested for the intraplate data. Ambient noise correlation is a method that allows to retrieve the structural response between two receivers from ambient noise records, as if one of the station was a virtual source. It has been largely used in seismology to image the subsurface and to monitor structural changes associated mostly with volcanic eruptions and large earthquakes. In the intraplate study, we were able to detect localized structural changes related to a small earthquake swarm, which main event is mR 3.7, North-East of Brazil. We also showed that the 1-bit normalization and spectral whitening result on the loss of waveform details and that the phase auto-correlation, which is amplitude unbiased, seems to be more sensitive and robust for our analysis of a small earthquake swarm. The analysis of 6 months of data using cross-correlations detect clear medium changes soon after the main event while the auto-correlations detect changes essentially after 1 month. It could be explained by fluid pressure redistribution which can be initiated by hydromechanical changes and opened path ways to shallower depth levels due to later occurring earthquakes. In the Mid-Atlantic Ridge study, we investigate structural changes associated with a mb 4.9 earthquake in the region of the Saint Paul transform fault. The data have been recorded by a single broadband seismic station located at less than 200 km from the Mid-Atlantic ridge. The results of the phase auto-correlation for a 5-month period, show a strong co-seismic medium change followed by a relatively fast post-seismic recovery. This medium change is likely related to the damages caused by the earthquake’s ground shaking. The healing process (filling of the new cracks) that lasted 60 days can be decomposed in two phases, a fast recovery (70% in ~30 days) in the early post-seismic stage and a relatively slow recovery later (30% in ~30 days). In the coda wave interferometry study, we monitor temporal changes of the subsurface caused by the small intraplate earthquake swarm mentioned previously. The method was first validated with synthetics data. We were able to detect a change of 2.5% in the source position and a 15% decrease of the scatterers’ amount. Then, from the real data, we observed a rapid decorrelation of the seismic coda after the mR 3.7 seismic event. This indicates a rapid change of the subsurface in the fault’s region induced by the earthquake.

Strength of the Iberian intraplate lithosphere: Cenozoic deformations and seismicity

Previous studies about the strength of the lithosphere in the Iberia centre fail to resolve the depth of earthquakes because of the rheological uncertainties. Therefore, new contributions are considered (the crustal structure from a density model) and several parameters (tectonic regime, mantle rheology, strain rate) are checked in this paper to properly examine the role of lithospheric strength in the intraplate seismicity and the Cenozoic evolution. The strength distribution with depth, the integrated strength, the effective elastic thickness and the seismogenic thickness have been calculated by a finite element modelling of the lithosphere across the Central System mountain range and the bordering Duero and Madrid sedimentary basins. Only a dry mantle under strike-slip/extension and a strain rate of 10-15 s-1, or under extension and 10-16 s-1, causes a strong lithosphere. The integrated strength and the elastic thickness are lower in the mountain chain than in the basins. These anisotropies have been maintained since the Cenozoic and determine the mountain uplift and the biharmonic folding of the Iberian lithosphere during the Alpine deformations. The seismogenic thickness bounds the seismic activity in the upper–middle crust, and the decreasing crustal strength from the Duero Basin towards the Madrid Basin is related to a parallel increase in Plio–Quaternary deformations and seismicity. However, elasto–plastic modelling shows that current African–Eurasian convergence is resolved elastically or ductilely, which accounts for the low seismicity recorded in this region.

Avaliação do impacto das condições de operação na qualidade do sinal : processamento de dados de reflexão sísmica de multicanal

Através do processamento de dados sísmicos convertem-se registos de campo em secções sísmicas com significado geológico, que revelam informações e ajudam a delinear as camadas geológicas do subsolo e identificar estruturas soterradas. Portanto, a interpretação dos dados sísmicos só é boa se o processamento também o for. Este trabalho é resultado de um estágio curricular na empresa de prospecção geofísica GeoSurveys, que consistiu principalmente em processar 18 linhas de dados de sísmica de reflexão multicanal de alta resolução adquiridas na ilha de Pulau Tekong em Singapura, que têm como finalidade investigação do solo da baia desta mesma ilha. Estes dados foram cedidos à GeoSurveys para fins académicos, caso em que se inclui esta dissertação. Para atingir os objectivos propostos que consistiam em avaliar o impacto das condições de operação na qualidade do sinal sísmico e interpretação das linhas, fez-se o processamento das linhas utilizando um fluxo processamento padrão utilizado na empresa, com recurso ao software Radex Pro. Este fluxo de processamento tem como mais-valia o método de correcções estáticas, o UHRS trim statics, além das técnicas habituais utilizadas para melhorar a resolução das secções sísmicas como é o caso da desconvolução, a atenuação de ruído através do stacking, correcções de NMO, e migração, entre outras técnicas. A interpretação das linhas sísmicas processadas foi feita no software Kingdom Suite (IHS), através da distinção da configuração interna dos reflectores em cada secção sísmica, estabelecendo deste modo as principais unidades sismo-estratigráficas e identificando as zonas de interface que delimitam os horizontes principais. Foi feito ainda um estudo geológico sumário da área de pesquisa e da evolução geodinâmica da região.

Análisis de anomalías gravimétricas y modelación cortical 2D de la región volcánica del Campo de Calatrava (Ciudad Real, España)

La región volcánica de Campo de Calatrava se ha interpretado como un proceso de volcanismo intraplaca desarrollado durante el Neógeno. Se han propuesto dos modelos geodinámicos contrapuestos para explicar el origen de este volcanismo: a) un proceso de rifting en un contexto extensional con un adelgazamiento localizado de corteza; b) un proceso flexural de la litosfera en un contexto compresivo débil sin adelgazamiento de corteza. El análisis de las anomalías gravimétricas de Bouguer y una modelización gravimétrica 2D a escala cortical contribuyen a discriminar entre los modelos geodinámicos propuestos para el origen del volcanismo. Los modelos gravimétricos se han constreñido en base a los estudios sísmicos profundos existentes en la zona y a la cartografía geológica regional. Los modelos gravimétricos descartan un adelgazamiento cortical, lo que cuestiona el modelo de rifting abortado y apoyan la hipótesis alternativa del proceso flexural de la litosfera en régimen compresivo débil como origen del volcanismo bético.

O Impacto dos Grandes Sismos em Portugal

Furacões, Tornados, Sismos, Cheias, Secas, Erupções Vulcânicas, Tsunamis, entre outros, são fenómenos naturais que fazem parte do quotidiano do nosso planeta. Todos eles tem capacidade para devastarem repentinamente qualquer zona do planeta, deixando clara a nossa vulnerabilidade e fragilidade perante estes eventos extremos. É uma vulnerabilidade que em cada ano responde por milhares de mortos, feridos, desaparecidos e desalojados que em cada ano afetam a humanidade e destroem as economias e meios de subsistência. Há que sublinhar que, nas últimas décadas, milhões de pessoas perderam a vida em consequência destes desastres e o quadro tende a agravar-se como indicam as estimativas das Nações Unidas que apontam para que, nos próximos anos, estas catástrofes provoquem, perdas médias anuais, de 100.000 vidas e custos de 250.000 milhões de euros. Os sismos exercem claramente um impacto de grande gravidade, a curto e longo prazo, na vida económica e social das regiões. Os seus efeitos adversos afectam as infra-estruturas, a economia, o património material, natural e cultural, o ambiente e o turismo. Por outras palavras, os sismos têm um impacto negativo global na coesão económica e social das regiões. Em Portugal continental, a sismicidade histórica e instrumental revela-nos a existência de eventos geradores de destruição no território nacional. É uma sismicidade dispersa, reveladora da atividade de algumas das falhas cartografadas. É na região a sudoeste do Cabo de S. Vicente, entre o Banco de Gorringe e a costa oeste Portuguesa que se encontra uma das zonas sismogénicas mais ativas.

Intensidades máximas observadas nos Açores (Portugal): resultados preliminares.

O Arquipélago dos Açores é uma região sismicamente activa. Desde o seu povoamento no séc. XV o arquipélago foi afectado por 33 sismos de intensidade máxima (Io) ≥ VII. O obejctivo é apresentar o primeiro mapa de intensidades máximas observadas (IMO) do arquipélago dos Açores. A elaboração do IMO visa identificar as áreas afectadas no passado por eventos de grande magnitude. Do catálogo sísmico (1915-2003) foram selecionados as intensidades máxima dos eventos ≥ V. Foram adicionados 14 sismos históricos com Io ≥ VII que ocorreram entre 1522 e 1912. Os clusters sísmicos associados a erupções vulcânicas (1957/58 e 1964) assim como réplicas foram removidos para evitar o enviesamento dos resultados. Utilizou-se o método de krigagem ([1], [2]) para fazer a interpolação para obter os valores de intensidade dos pontos desconhecidos com base dos pontos e intensidades conhecidas. O mapa IMO mostra que a parte oriental das ilhas de São Jorge e Graciosa têm os valores de intensidade mais elevados, XI e IX, respectivamente. Nas ilhas da Terceira e Pico as IMO, com intensidades VIII e VII, respectivamente, estão limitadas aos extremos oriental e ocidental. No Faial, uma faixa com direcção NW-SE apresenta os valores de intensidade (X) mais elevada. Em S. Miguel as IMO (VII e X) estão localizadas na parte ocidental, sudeste e norte da ilha. Por fim, só a parte oriental da ilha de Santa Maria apresenta os valores mais elevados de IMO (VI). Não apresentamos resultados para as ilhas Flores e Corvo, devido à reduzida sismicidade que não preenche os critérios estabelecidos para a selecção de sismos com Io ≥ V. Os mapas IMO não têm capacidade para descriminar os efeitos de sítio, apesar de mostrarem as áreas com elevado movimento do solo.

EVENTOS SÍSMICOS NO BRASIL. PERCEPÇÃO DE RISCO DE DISCENTES DE GEOGRAFIA FRENTE A EVENTOS PSEUDO-REMOTOS

Nas últimas duas décadas a temática ambiental adquiriu corpo no Brasil e, ainda que em descompasso com relação aos Estados Unidos da América e Europa, trouxe a necessidade de análises intersetoriais e interdisciplinares dos problemas derivados da ação antrópica. Uma das facetas desta ascensão temática à agenda política do país foi a elaboração da Política Nacional de Defesa Civil (Resolução CONDEC n.º 2, de 12 de dezembro de 1994) e do Sistema Nacional de Defesa Civil, o SINDEC (através do Decreto Federal nº. 5.376 de 17 de fevereiro de 2005). Ao lado de determinados alarmismos, e em um cenário dominado por incertezas (ou certezas probabilísticas), as ações da Defesa Civil deveriam se pautar por um pragmatismo responsável. O vasto campo de sua atuação previu, através da Classificação e da Codificação de Desastres (CODAR), os desastres naturais ligados a sismologia e os desastres mistos ligados a sismicidade induzida. Tais eventos, e suas referências, sempre constituíram uma espécie de literatura cinzenta em se tratando de um país “isento de terremotos”. Para confrontar a percepção de risco dos estudantes de Geografia com as evidências dos principais centros de pesquisas sísmicas, aplicamos um questionário por correio eletrônico aos discentes das principais faculdades de Geografia do país.