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Marcelo Belentani de Bianchi
Variacoes da estrutura da crosta, litosfera e mantopara a plataforma Sul Americana atraves de funcoes
do receptor para ondas P e S
Sao Paulo
2008
Marcelo Belentani de Bianchi
Variacoes da estrutura da crosta, litosfera e mantopara a plataforma Sul Americana atraves de funcoes
do receptor para ondas P e S
Tese apresentada ao Instituto de Astronomia,Geofısica e Ciencias Atmosfericas da Univer-sidade de Sao Paulo para a obtencao do tıtlo deDoutor em Ciencias na area de Geofısica
Orientador:
Marcelo S. de Assumpcao
UNIVERSIDADE DE SAO PAULO
INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFISICA E CIENCIAS ATMOSFERICAS
Sao Paulo
2008
Agradecimentos
Este trabalho de doutorado e resultado dos meus estudos nos ultimos quatro anos que foramfinanciados diretamente e indiretamente por diversas instituicoes e, mais importante, nessesanos eu convivi com pessoas maravilhosas, que me apoiaram e ajudaram nesse perıodo as quaiseu gostaria de agradecer.
Agradeco ao meu orientador, Prof. Marcelo Assumpcao, pela amizade, confianca, pacienciae apoio durante todos os momentos do meu doutorado. O seu conhecimento e profissionalismosao inigualaveis. Obrigado por acreditar em mim nos momentos que eu ja tinha perdido asesperancas.
Agradeco ao Instituto de Astronomia, Geofısica e Ciencias Atmosfericas e a Universidadede Sao Paulo pela oportunidade de realizacao do curso de doutorado e toda a infra estruturae pessoal disponibilizados durante esses anos. Em especial ao tecnico Sr. Jose Roberto pelocuidado na instalacao das estacoes e “carinho” com os dados coletados que foram utilizadosneste trabalho, as secretarias do departamento Teca, Virginia e Magda pelo suporte constante eas tecnicas do laboratorio de sismologia Cleusa e Celia pela amizade e apoio desde a graduacao.
Agradeco a Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP) pela bolsade doutorado direto (04/04958-5) concedida e o apoio financeiro durante todo o desenvolvi-mento deste trabalho.
Agradeco ao Dr. Benjamin Heit, Dr. Xiaohui Yuan e Prof. Reiner Kind pela oportuni-dade unica de fazer parte de um fantastico grupo de sismologia, pelas valiosas instrucoes e portodo apoio e amizade durante a minha estada no instituto GeoForschungsZentrum (GFZ) emPotsdam/Alemanha.
Agradeco ao instituto GFZ pelo apoio financeiro e “logıstico” durante a minha estada emPotsdam.
Agradeco aos bons amigos Benjamin, Flor, Rainer, Liane, Suleyman, Forough, Xiaohui,Xueqing, Barbara, Ivan, America, Manfred e muitos outros que com certeza espero um diave-los novamente. Obrigado por todo apoio, companhia e excelentes momentos juntos.
Agradeco a todos os grandes amigos, que como eu foram alunos do IAG, pela companhia,conversas, discussoes e comentarios nos mais diversos assuntos durante todo o tempo em queficamos aqui. Em especial, queria agradecer aqueles que tiveram a paciencia de dividir a salacomigo, obrigado Thiago (pimpao), Afonso, Marcos (Marquinhos), Franklin, Marcus e Danillopelos momentos divertidos e descontraıdos, e pelos comentarios e discussoes nos momentosdifıceis.
Em especial queria agradecer as pessoas mais importantes da minha vida, o meu pai, minhamae e minha namorada e companheira (Liliane) por me apoiarem e acreditarem em mim, tendoa paciencia de entender os momentos pelos quais passei e mesmo assim continuarem ao meulado de forma incondicional. Eu amo todos voces.
Resumo
BIANCHI, M. B. Variacoes da estrutura da crosta, litosfera e manto para a plataforma SulAmericana atraves de funcoes do receptor para ondas P e S. 2008. 133 f. Tese (Doutorado)– Instituto de Astronomia, Geofısica e Ciencias Atmosfericas, Universidade de Sao Paulo, SaoPaulo, 2008.
Utilizamos neste trabalho duas metodologias distintas, a funcao do receptor com ondas Pe a funcao do receptor com ondas S, para mapear variacoes da crosta e interfaces do manto(litosfera-astenosfera, 410 km e 660 km) em diferentes estacoes sismograficas na placa Sul-Americana. No estudo da interface litosfera-astenosfera, por ser o primeiro realizado nestaregiao, utilizamos as estacoes temporarias do IAG/USP em conjunto com as estacoes perma-nentes da rede mundial cobrindo toda a placa Sul-Americana. O estudo para as outras in-terfaces (Crosta-Manto, 410 km e 660 km) foi feito com carater regional, buscando detalharcaracterısticas da crosta e manto na regiao estavel da placa. Para ambos os metodos os tracos(sismogramas) foram rotacionados para o sistema LQT, deconvolvidos, agrupados por pontosde perfuracao e por estacoes, e finalmente empilhados. Nos tracos empilhados as fases conver-tidas de interesse (Ps, Ppps, Ppss+Psps e Sp) foram identificadas e interpretadas. Para a parteestavel da placa obtivemos um valor medio de espessura da crosta de 39.4± 0.6 km, variandodesde 31.0± 0.5 km para a provıncia Borborema, ate 41.3± 1.0 km para a bacia do Parana,onde aplicamos uma correcao para descontar o efeito do sedimento. A razao de velocidadepara a crosta, vp/vs, apresentou valores mais altos para a bacia do Parana (≈ 1.75± 0.08) eregiao litoranea oriental (> 1.74), enquanto que as regioes cratonicas (craton Sao Francisco eAmazonico) apresentaram valores de vp/vs baixos (< 1.72), chegando ate 1.68. O valor mediode vp/vs para todas as estacoes analisadas foi de 1.73± 0.02. As variacoes dos tempos paraas interfaces do manto mostraram boa correlacao com resultados de tomografia sısmica de ou-tros trabalhos, indicando alteracoes de ate 5% na velocidade das ondas sısmicas para o mantosuperior sob os cratons, uma deflexao de ate 15 km na interface de 660 km para a regiao Sulda bacia do Parana e se mostraram bem correlacionadas com as medias globais para as outrasregiao estudadas. Por fim, a espessura da litosfera apresentou valores desde ≈ 40 km, sob asregioes de ilhas oceanicas, ate≈ 160 km, sob as regioes mais estaveis. Para as regioes oceanicasa espessura da litosfera se mostra correlacionada com a idade da placa. A medida que adentra-mos a parte continental, o limite litosfera–astenosfera se torna menos proeminente, atingindoprofundidades maiores no interior dos continentes e menores para as regioes marginais. Para azona de subduccao, observamos duas possıveis litosferas, uma oceanica, subduzindo junto coma placa de Nazca, e outra pertencente a parte continental.
Palavras chave: Funcao do receptor para ondas P, Funcao do receptor para ondas S, Espessurada Crosta, Razao de Velocidades, Espessura da Litosfera, Descontinuidades do Manto, PlacaSul-Americana
Abstract
BIANCHI, M. B. Variations in the crustal, lithosphere and mantle structure for the SouthAmerican platform using P- and S-waves receiver functions. 2008. 133 p. Thesis (Doctor)– Instituto de Astronomia, Geofısica e Ciencias Atmosfericas, Universidade de Sao Paulo, SaoPaulo, 2008.
Two distinct methodologies, the P- and S-wave receiver functions, are used to map va-riations in the crustal parameters (thickness and vp/vs ) and mantle interfaces (lithosphere-asthenosphere, 410 km and 660 km) on a number of different seismograph stations located in theSouth American plate. The results of the S receiver function for the lithosphere-asthenosphereboundary are the first of this kind ever performed in South American continent and showed thelarge scale variations of this interface. To perform this study we analyze data from various glo-bal permanent stations together with all available data from temporary stations operated by theIAG/USP during the last15 years. For both methods the traces (seismograms) were rotated tothe LQT system, deconvolved, grouped by piercing points and stations, and finally stacked. Inthe stacked traces, the converted phases (Ps, Ppps, Ppss+Psps and Sp) were identified and in-terpreted. Inside the stable part of the plate we found a mean crustal thickness of 39.4±0.6 km,ranging from 31.0± 0.5 km in Borborema Province up to 41.3± 1.0 km in the Parana Basin,where we applied a correction to remove the sediment effects on the crustal estimates. Thecrustal velocity ratios, vp/vs, showed higher values for the Parana Basin (≈ 1.75± 0.08) andRibeira belt (> 1.74), while the cratonic regions (Sao Francisco and Amazon cratons) showedlow values of vp/vs (< 1.72), down to 1.68. The average vp/vs obtained for all stations wasequal to 1.73± 0.02. The observed times of the converted mantle phases presented a goodcorrelation with other tomographic studies, indicating that the upper mantle for the cratonicroots may be characterized by a variation up to 5% in seismic velocities, a 15 km deflectionin the South Parana 660 km discontinuity (probably due to a decreased temperature caused bythe subducted slab); for other regions the converted times were close to the global average. Asa final result, the lithospheric thickness presented values ranging from ≈ 40 km under oceanicislands, to 160 km under the stable continental regions. We found that for the oceanic islandsthe thickness of the lithosphere is correlated with the age of the plate. When we go further in-side the continents, the lithosphere-asthenosphere boundary becomes less sharp, reaching largerdepths inside the continents and shallower depths near the continental margin. In the Andeansubduction area, we observed two possibles lithospheres, one oceanic, subducting together withthe Nazca plate, and another belonging to the Continent, parallel to the crust interface.
Keywords: P wave receiver function, S wave receiver function, Crustal thickness, Velocityratio, Lithosphere thickness, Mantle discontinuity, South American plate
Conteudo
Lista de Figuras
Lista de Tabelas
Lista de abreviaturas e siglas
Lista de sımbolos
1 Introducao p. 18
1.1 Principais interfaces sismologicas estudadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 18
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 21
1.2.1 Plataforma Sul-Americana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 23
1.3 Principais estudos anteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 27
1.3.1 Funcao do receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 28
1.3.2 Tomografia sısmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 30
1.3.3 Ondas de Superfıcie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 31
1.4 Sobre este trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 32
2 Funcao do Receptor para ondas P p. 33
2.1 Metodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 33
2.1.1 Obtencao da funcao do receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36
2.1.2 Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 40
2.2 Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 41
2.2.1 Estacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 41
2.2.2 Correcao do banco de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 41
2.2.3 Selecao dos eventos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 43
2.2.4 Deconvolucao, obtendo os tracos de funcao do receptor . . . . . . . . p. 46
2.2.5 Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 50
2.3 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 55
2.3.1 Empilhamento de funcoes do receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 55
2.3.2 Crosta, profundidade da Moho e razao de velocidades . . . . . . . . p. 65
2.3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km . . . . . . . . . . . . . p. 77
3 Funcao do receptor para ondas S p. 90
3.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 90
3.2 Dados & Resultados (LAB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 92
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 95
4 Discussao p. 101
4.1 Crosta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 101
4.1.1 Incerteza relacionada a velocidade vp adotada . . . . . . . . . . . . . p. 101
4.1.2 Comparacoes dos resultados com trabalhos anteriores . . . . . . . . . p. 103
4.1.3 Padroes regionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 104
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 106
4.2.1 Funcao do receptor para ondas P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 106
4.2.2 Funcoes do receptor para ondas S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 115
5 Conclusoes p. 118
Bibliografia p. 121
Anexo A Copia do trabalho publicado na revista GRL p. 128
Lista de Figuras
1.1 Variacao das profundidades previstas pelas mudancas de estrutura da Olivina
nas descontinuidades 410 km e 660 km com a variacao da temperatura (T) e
velocidade (V) na zona de transicao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 21
1.2 Mapa indicando as principais feicoes tectonicas da regiao de estudo incluindo
os limites (linhas brancas) das principais placas tectonicas (Bird, 2003) junto
com a idade das placas oceanica (Muller et al., 2008). Em destaque (linha
vermelha) mostramos o limite da regiao do cinturao Andino a oeste e da
plataforma Sul-Americana (regiao estavel) a leste. . . . . . . . . . . . . . . . p. 22
1.3 Mapa indicando os principais terrenos que juntos formam a plataforma Sul-
Americana junto com o limite em relacao a regiao Andina. . . . . . . . . . . p. 24
2.1 Esquema simplificado indicando os trajetos para ondas P geradas em ter-
remotos para diferentes distancias epicentrais e as fases convertidas identi-
ficaveis durante a analise de funcao do receptor. Sao elas: 1. Pp, 2. Ps, 3.
Psps+Ppss, 4. Ppps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 35
2.2 Esquema simplificado mostrando as direcoes de cada um dos eixos para cada
um dos sistemas de rotacao em relacao ao sistema de aquisicao. O azimute
reverso (“back-azimute”) do evento para este esquema foi assumido como
sendo de 225◦, e o angulo de incidencia (angulo entre a direcao de propagacao
e a vertical) perto de 45◦. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36
2.3 Exemplo de sismograma utilizado para a obtencao da funcao do receptor. O
tempo 0 s e o tempo teorico de chegada da onda P, dado pelo modelo IASP91. p. 38
2.4 Funcoes do receptor obtidas a partir da deconvolucao utilizando: a) Metodo
de deconvolucao Iterativo b) Metodo de deconvolucao espectral utilizando
nıvel de agua igual a 0.001 (fracao do valor maximo do denominador). c)
Utilizando o metodo de deconvolucao impulsiva para componente R por Z
(conjunto superior) e Q por L (conjunto inferior). . . . . . . . . . . . . . . . p. 39
2.5 Mapa da distribuicao das estacoes utilizadas neste trabalho. Ac=craton Ama-
zonico, Am=bacia Amazonica, Ch=bacia do Chaco-Parana, Pt=bacia do Pan-
tanal, Pr=bacia do Parana, SFc=craton Sao Francisco, Pb=bacia do Parnaıba. . p. 42
2.6 Perıodo disponıvel de dados de cada uma das estacoes analisadas. Estao
representados os dados do banco de dados da sismologia antes da correcao
(vermelho), depois da correcao (azul) e os dados em si (preto). . . . . . . . . p. 44
2.7 Exemplo de selecao para estacao TRRB. Em a), os eventos selecionados ape-
nas com os parametros de busca, em b), eventos selecionados apos inspecao
visual individual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 45
2.8 Calculo da relacao S/R da componente L deconvolvida utilizada para escolha
do melhor filtro inverso para a estimativa da funcao do receptor. RMS indica
o valor medio absoluto calculado para uma determinada janela. . . . . . . . . p. 47
2.9 Exemplo da analise grafica realizada com os parametros da deconvolucao
para a estacao TRRB. Nos dois graficos acima a linha em verde indica o valor
teorico dos parametros (Azimute e Incidencia) calculados a partir das coor-
denadas do evento e estacao, os pontos com barras de incerteza sao os valores
estimados pela diagonalizacao da matriz de coerencia. . . . . . . . . . . . . . p. 48
2.10 Tracos de funcoes do receptor para a componente Q da estacao TRRB corrigi-
dos para o parametro de raio 6.4 s/grau para fase Ps. a) Antes da inspecao
visual. b) Depois da inspecao. c) Tracos removidos durante a inspecao. To-
dos os tracos foram filtrados por um filtro passa baixa 1.5 Hz. O traco acima
da secao representa o traco empilhado (soma linear) de todos os tracos apre-
sentados abaixo. A esquerda dos tracos e indicado o nome da estacao e a
direita do quadro central sao indicadas as distancias epicentrais (cırculos pre-
tos) e os azimutes reversos (linha vermelha) para cada funcao do do receptor
apresentada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 49
2.11 Mapa mostrando os eventos utilizados neste trabalho. Eventos1 sao os even-
tos efetivamente utilizados, isto e: eventos que resultaram em bons tracos de
funcao do receptor que nao foram eliminados em nenhuma etapa de inspecao
descrita no texto. Eventos2 sao os eventos que foram eliminados com a
remocao dos tracos de funcao do receptor que nao passaram na inspecao vi-
sual como explicado no texto. Cada evento pode ter sido registrado por mais
de uma estacao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 53
2.12 Fluxograma de processamento desde a selecao dos dados ate a obtencao do
conjunto de tracos de funcao do receptor que sera utilizado neste trabalho. . . p. 54
2.13 Representacao da variacao dos tracos de funcao do receptor com a distancia
epicentral. a) Como a funcao do receptor amostra o modelo de camadas. b)
Curva teorica para a variacao do tempo de chegada da fase Ps com a distancia
do evento para uma camada a 35 km de profundidade. Eventos simulados
com uma profundidade de 0 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 56
2.14 Tracos resultantes do empilhamento da secao apresentada para a estacao RI-
FB. a) comparacao para janela contendo a conversao Ps da Moho entre os
tracos empilhados usando o empilhamento linear com direcao 0 graus2/s,
pwss com direcao 0 graus2/s e pwss com direcao 0.06 graus2/s. b) Idem a),
mas com os tracos normalizados para maxima amplitude igual a 1. c) Idem
a) para uma janela de 25 s a 120 s com um filtro passa baixa de 2 s. d) Secao
dos dados originais para a estacao RIFB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 57
2.15 Secao de empilhamento pwss referente ao parametro de raio p = 7.7 graus2/s
para estacao RIFB. As fases indicadas sao: A) Ps convertida da Moho, B)
Conjunto de multiplas (Ppps e Psps+Ppss) para a conversao da Moho, C)
Fase Ps de uma interface perto dos 269 km, D) Fase Ps da descontinuidade
de 410 km e E) Fase Ps da descontinuidade de 660 km. . . . . . . . . . . . . p. 59
2.16 Diagrama hk para a estacao CPUP calculado com os pesos w1 = 0.7, w2 = 0.2
e w3 = 0.1. Na secao ao lado sao apresentados os dados utilizados para o
calculo do diagrama hk apresentado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 61
2.17 Diagramas hk calculados para a estacao CPUP. Pesos, velocidade e valores
obtidos indicados em cada um dos casos individualmente. . . . . . . . . . . . p. 62
2.18 Exemplo de correcao de uma funcao do receptor obtida para a estacao PPDB.
O traco original (linha verde), com um parametro de raio 8.68 s/grau foi
convertido no traco referente ao parametro de raio 6.4 s/grau (linha preta).
As setas indicam como as amostras do traco original sao deslocadas para o
novo traco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 63
2.19 Secao com os 32 tracos de funcao do receptor disponıveis para a estacao
PPDB. Os tracos originais (linha verde) estao sobrepostos aos tracos corrigidos
(linha preta) para um parametro de raio 6.4 s/grau e fase Ps. A seta indica
se o traco original foi comprimido (←) ou esticado (→). A correcao foi
realizada utilizando o modelo IASP91 como referencia. . . . . . . . . . . . . p. 64
2.20 Grupos de tracos corrigido e empilhados. Cada traco corresponde ao empi-
lhamento de um sub-conjunto dos dados originais para a estacao PPDB. Em
a) foram gerados 10 sub-conjuntos, b) 35, c) 75 e d) 120. Para cada grupo e
indicado o numero de sub-conjuntos considerados (G), a media dos tempos
(tm) para a fase Ps lida (indicada em vermelho) e sua incerteza (σ ) estimada
pelo desvio padrao das mesmas medidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 65
2.21 Secao de funcoes do receptor corrigidas (p=6.4 s/grau) e empilhadas por
estacao. A marca em preto indica o tempo para a fase Ps estimada a partir
dos parametros apresentados na Tabela 2.2. Cada grupo apresentado cor-
responde de forma aproximada a uma determinada grande regiao geologica.
Da esquerda para direita temos: faixa Brasılia, faixa Ribeira, serra da Man-
tiqueira, regiao Norte, craton Sao Francisco, bacia do Pantanal e bacia do
Parana. O numero entre colchetes e o numero de tracos empilhados. . . . . . p. 69
2.22 Mapa para a espessura dos sedimentos (contornos em vermelho) da bacia do
Parana interpolado a partir de medidas em pocos profundos. Os triangulos
indicam a localizacao das estacoes que sofreram correcao para a espessura
do sedimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 71
2.23 Mapas da distribuicao dos valores de razao de velocidade apresentados na
Tabela 2.2. Em (a) sao representados os Valores medios (indicados como
V M), (b) os valores obtidos pelo metodo pwss (pwss) e em (c), os valores
obtidos pelo metodo hk (hk). Idem para as incertezas nos mapas (d), (e) e (f). p. 74
2.24 Mapas da distribuicao dos valores de espessura apresentados na Tabela 2.2.
Em (a) sao representados os Valores medios (indicados como V M), (b) os
valores obtidos pelo metodo pwss (pwss) e em (c), os valores obtidos pelo
metodo hk (hk). Idem para as incertezas nos mapas (d), (e) e (f). . . . . . . . p. 76
2.25 Esquema ilustrando os pontos de perfuracao (cırculos) de cinco eventos (1, 2,
3, 4 e 5) em duas profundidades diferentes. Os pontos de perfuracao servem
como guias durante a escolha dos eventos que devem ser empilhados para
realcar cada uma das tres regioes destacadas (a, b ou c). . . . . . . . . . . . . p. 77
2.26 Esquema e equacoes utilizadas para calcular a distancia do ponto de perfura-
cao a estacao para um modelo com apenas uma camada. A distancia do ponto
de perfuracao e definida como sendo a variavel xs. . . . . . . . . . . . . . . . p. 78
2.27 Grafico da razao da distancia do ponto de perfuracao pela profundidade da
interface imaginaria pela profundidade imaginaria para eventos com tres pa-
rametros de raio distintos p = 8.6 s/grau, p = 6.4 s/grau e p = 4.5 s/grau
correspondentes a distancias epicentrais iguais a 35◦, 67◦ e 95◦. . . . . . . . p. 79
2.28 Pontos de perfuracao (cırculos) calculados para os 1189 eventos processa-
dos considerando tres profundidades de interesse. As regioes coloridas de-
limitadas indicam o numero de pontos de perfuracao em um retangulo de
≈1.9◦x2.25◦. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 81
2.29 Regioes selecionadas para o empilhamento das funcoes do receptor na bacia
do Parana. Para cada regiao delimitada no mapa e apresentado um traco de
funcao do receptor empilhado nas secoes abaixo, onde o numero do traco
corresponde a regiao de selecao. O numero a direita da secao e o numero de
tracos empilhados, as linhas pontilhadas, os tempos teoricos para as desconti-
nuidades do manto (410 km e 660 km) e as marcas em verde sobre cada fase,
indica o tempo medio (cırculo) e seu desvio padrao (barras) obtidos com o
“bootstrap”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 84
2.30 Idem Figura 2.29 para a regiao central do Brasil, craton Sao Francisco e faixa
Ribeira/Mantiqueira. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 86
2.31 Idem Figura 2.29 para a as estacoes na regiao Norte e Nordeste do Brasil. . . p. 87
2.32 Idem Figura 2.29 agrupando os dados por grandes regioes. Na secao em
535 km tambem e indicado o tempo teorico para uma conversao a 40 km de
profundidade pelo modelo IASP91. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 88
3.1 A funcao do receptor para ondas S. A) Esquema das fases (Ss ou simples-
mente S e Sp) observaveis na SRF. B) Esquema das componentes L e Q para
uma onda incidente S impulsiva. O tempo na SRF considera que a fase S
chega em 0 s logo os tempos das fases Sp serao dados em funcao da chegada
da fase S. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 91
3.2 Distribuicao da densidade de eventos dentro dos limites de distancia e mag-
nitude compatıveis com o estudo da SRF quando considerados a) a fase S e
b) a fase SKS. O cırculo indica o ponto de maxima densidade e o quadrado
indica o ponto de menor densidade em cada mapa. . . . . . . . . . . . . . . . p. 93
3.3 Secao SRF para as estacoes da bacia do Parana. Todos os tracos estao corri-
gidos para um parametro de raio igual a 6.4 s/grau. O traco na parte superior
representa o traco empilhado onde e possıvel identificar as conversoes para a
Moho, 410 km e 660 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 97
3.4 Tracos empilhados de SRF por regiao. Os tracos foram corrigidos para um
parametro de raio igual a 6.4 s/grau e empilhados. As fases lidas e inter-
pretadas sao indicadas por um cırculo em vermelho. As siglas usadas sao:
PR = Grupo Parana, CS = Grupo costa (faixa da Ribeira), SFc = craton Sao
Francisco, FX = Grupos das faixas dobradas (faixa Brasılia e Serra da Man-
tiqueira), NNE = Grupo Norte/Nordeste, S = Empilhamento considerando
somente ondas S e SKS = Empilhamento considerando somente ondas SKS.
As setas indicam os tempos teoricos (modelo IASP91) para as descontinui-
dades de 410 km e 660 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 98
3.5 Analise tipo “bootstrap” para os conjuntos de dados da bacia do Parana (a) e
da Faixa Ribeira (b). A leituras dos maximos para cada fase em cada grupo e
indicada por um cırculo em vermelho. A media e o desvio padrao para cada
conjunto de leituras sao indicados acima de cada secao. . . . . . . . . . . . . p. 99
4.1 Dependencia dos parametros obtidos pelo metodo da funcao do receptor com
a velocidade para a onda P adotada para a camada. Acima sao apresentadas
as variacoes para a espessura da camada (h) e a razao de velocidades (k), e
abaixo, as incertezas (dh e dk) em funcao da velocidade media da crosta. . . . p. 102
4.2 Comparacao da espessura da crosta e razao de velocidades obtidos nesta
tese com de An & Assumpcao (2006), Assumpcao et al. (2004), Franca &
Assumpcao (2004) e resultados nao publicados obtidos por outros pesquisa-
dores (George Sand, Universidade de Brasılia e Marcelo Assumpcao, Uni-
versidade de Sao Paulo/IAG). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 103
4.3 Comparacao das medias por regiao para os valores de vp/vs e h. A ? ao lado
do nome da regiao indica que algumas estacoes foram desconsideradas para
o calculo das medias em questao. Parana Cr. indica a regiao da bacia do
Parana quando aplicadas as correcoes pelo sedimento (2.3.2, p.70), o valor
de h nessa regiao e como nas outras, a espessura crustal total, incluindo a
espessura dos sedimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 104
4.4 Histogramas dos tempos lidos nos tracos de funcao do receptor empilhados
para a descontinuidade de 410 km (a) e de 660 km (b). O tempo predito pelo
modelo IASP91 e indicado com uma linha pontilhada. . . . . . . . . . . . . p. 107
4.5 Diferenca esperada nos tempos de chegada para as fases Ps das descontinui-
dades 410 km e 660 km em funcao de uma alteracao percentual na velocidade
das ondas P e S ate uma profundidade de 410 km. As diferencas foram calcu-
ladas em relacao ao modelo IASP91, isto e, tempo dado pelo modelo IASP91
menos o tempo dado por cada modelo modificado. Os modelos modificados
utilizados para o calculo sao apresentados ao lado. . . . . . . . . . . . . . . . p. 109
4.6 Tempos observados (pontos) com sua incerteza (“bootstrap”) sobrepostos aos
tempos preditos pelos modelos alterados. Grupo (a) corresponde aos dados
lidos da secao na Figura 2.29, (b) da Figura 2.30 e (c) da Figura 2.31. O
numero da medida corresponde a regiao delimitada dos pontos de perfuracao
nos mapas correspondentes. Os conjuntos destacados sao: Pt = Bacia do
Pantanal, Pn = bacia do Parana central e norte, Ps = bacia do Parana sul, Oc =
Manto Oceanico, Fb = faixa Brasılia, SFc = craton Sao Francisco, Rb = faixa
Ribeira, Am = craton Amazonico e Ne = regiao Norte/Nordeste. . . . . . . . p. 109
4.7 Localizacao das regioes utilizadas para selecao dos pontos de perfuracao para
o empilhamento das funcoes de receptor em funcao da tomografia sısmica
(Rocha, 2008) para as profundidades de 400 km, mapas (i) e (ii) e para a
profundidade de 650 km, mapas (iii) e (iv). Ac = craton Amazonico, SFc =
craton Sao Francisco, Pt = bacia do Pantanal e Pr = bacia do Parana. . . . . . p. 112
4.8 Comparacao entre os tracos de funcao do receptor para ondas S (fase SKS
somente) empilhados para as regioes Parana (PR), craton Sao Francisco (SFc)
e Norte/Nordeste (NNE) junto com os tempos lidos nos tracos de funcao do
receptor para ondas P (Figura 4.6 (a), (b) e (c)). Os numeros referem-se aos
tracos de funcao do receptor para onda P da Figura 4.6. . . . . . . . . . . . . p. 116
Lista de Tabelas
2.1 Lista das estacoes utilizadas durante a analise da Funcao do Receptor para
ondas P. Nd e o numero de eventos deconvolvidos por estacao, N f o numero
de bons eventos selecionados apos inspecao visual de todos os tracos e App.
a porcentagem de aproveitamento dos eventos por estacao. . . . . . . . . . . p. 51
2.2 Espessura (h) e razao de velocidades (vp/vs) para a crosta para as 63 estacoes
analisadas. A coluna “Valores medios” e a media ponderada pelas incertezas
entre o metodo pwss e hk e sua respectiva incerteza propagada. As colu-
nas “diferencas” mostram as diferencas obtidas entre os dois metodos. Nas
ultimas tres linhas sao apresentados os valores medios, mınimos e maximos
de cada uma das colunas; a incerteza nesta estimativa e considerada indepen-
dente do seu valor associado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 67
2.3 Valores de profundidade para Moho (h) e razao de velocidades (vp/vs) ob-
tidas pelo metodo pwss para as estacoes na bacia do Parana com (“Corrigi-
dos”) e sem (“Sem correcao”) correcao para a espessura dos sedimentos (hs).
A coluna ∆h apresenta a diferenca entre os valores de espessura com e sem
correcao. O valor de h apresentado ja inclui a espessura dos sedimentos. . . . p. 72
3.1 Tempos lidos (t) e profundidade estimada (h) para as conversoes identificadas
na Figura 3.4. Os tempos foram convertidos em profundidade utilizando o
modelo IASP91. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 99
Lista de abreviaturas e siglas
ASCII American Standard Code for Information Interchange.
BLSP Brazillian Lithospheric Seismological Project.
BANJO Broadband Andean Joint experiment.
GFZ Instituto GeoForschungsZentrum em Potsdam/Alemanha.
hk Refere-se ao metodo proposto por (Zhu & Kanamori, 2000) (h re-
presenta a espessura e k a razao de velocidades.
IAG Instituto de Astronomia, Geofısica e de Ciencias Atmosfericas.
IRIS Incorporated Research Institutions for Seismology.
LAB Lithosphere Asthenosphere Bondary – limite Litosfera Astenos-
fera.
NEIC National Earthquake Information Center, http://earthquake.
usgs.gov/regional/neic/.
NMO Normal move out.
PDE Preliminary Determinations of Epicenters – Nome do catalogo do
NEIC.
PRF Funcao do receptor para ondas P.
pwss Phase weighted slant stacking.
QED Quick epicenter determinantion.
REFUCA Receiver Function Central Andes experiment.
RMS Root mean square ou em portugues, valor quadratico medio.
S/R Sinal/Ruıdo.
SVD Singular Value Decomposition – Decomposicao em valores singu-
lares.
SRF Funcao do receptor para ondas S.
USP Universidade de Sao Paulo.
UNESP Universidade Estadual Paulista.
Lista de sımbolos
h Espessura da camada (normalmente referindo-se a crosta).h Hora.m Minuto.
mb Magnitude de ondas de corpo compressionais, ondas P, como de-
finido pelo NEIC.
MPa Mega-Pascal (Unidade de medida de pressao).
k Razao de velocidades vp/vs.
K Kelvin, unidade de medida de temperatura.
L Indica a componente longitudinal de registro (ondas P).
Q Componente perpendicular a componente L no plano contendo a
vertical de registro (ondas S).
GPa Giga-Pascal (Unidade de medida de pressao).
p Parametro de raio (s/grau ou s/km).
P Pressao.
R Indica a componente radial de registro.
T Pode estar indicando a temperatura, como em ∆P/∆T , ou simples-
mente a componente tangencial de um sismograma rotacionado.
t Tempo, normalmente em segundos.
vp Velocidade para ondas P.
vs Velocidade para ondas S.
vp/vs Razao de velocidades para ondas P e S.
Z Indica a componente vertical de registro.
Φ Auto-correlacao ou correlacao cruzada.
δ Funcao delta de Dirac (δ = 1 se t = 0 e 0 caso contrario).
∆ Distancia epicentral, medida em graus sobre a superfıcie da Terra.
? Convolucao
≈ Aproximadamente
∝ Proporcional.
18
1 Introducao
O principal objetivo deste trabalho e estudar a crosta e o manto superior sob a regiao conti-
nental da plataforma Sul-Americana, sua estrutura e variacoes de propriedades correlacionaveis
com grandes feicoes tectonicas. A estrutura das camadas da Terra podem sofrer alteracoes de-
pendendo da evolucao tectonica de cada terreno. Cada camada, e por definicao uma porcao do
planeta com uma profundidade e espessura definida, na qual os materiais la contidos apresentam
propriedades semelhantes (fısicas ou quımicas).
1.1 Principais interfaces sismologicas estudadas
A sismologia, atraves do estudo das ondas P (primarias/compresivas) e S (secundarias/cisa-
lhantes) emitidas por terremotos, consegue estudar as variacoes de velocidade para os diferentes
terrenos e identificar interfaces (regioes em profundidade de contato de camadas) onde ocorrem
variacoes abruptas de velocidades. Estas regioes de variacoes abruptas sao responsaveis por
refratar e refletir as ondas sısmicas, fazendo com que uma onda P divida a sua energia em
ondas P e S transmitidas e refletidas e, em geral, sao associadas a regioes onde as propriedades
quımicas e/ou estruturais dos materiais sofrem as maiores variacoes.
Dentro do escopo deste trabalho podemos definir quatro interfaces de primeira ordem (vi-
sıveis globalmente) conhecidas, que definem diferentes regioes da parte mais superficial do
nosso planeta. Sao elas: A descontinuidade de Moho que representa o limite Crosta-Manto.
A descontinuidade Litosfera-Astenosfera (LAB), o limite entre a Litosfera e a Astenosfera, ou
melhor, o limite inferior das placas tectonicas. E as descontinuidades do manto em 410 km
e 660 km, correspondentes as regioes do manto superior onde ocorre um maior aumento na
velocidade para as ondas P e S (Fowler, 1990; Stein & Wysession, 2003; Kennett & Engdahl,
1991).
1.1 Principais interfaces sismologicas estudadas 19
Descontinuidade de Mohorovicic
A descontinuidade de Mohorovicic, tambem chamada de descontinuidade de Moho e a in-
terface que define o limite das rochas pertencentes a crosta continental (basicamente granitoides,
rochas com alto teor de Sılica) ou oceanica (Gabros) das rochas do manto (Peridotitos). Sua es-
pessura varia de 30 km a 70 km nos continentes, e de 7 km a 8 km para os oceanos (Fowler, 1990;
Stein & Wysession, 2003). Essa descontinuidade marca dessa forma uma mudanca quımica na
composicao das rochas que e acompanhada por uma mudanca abrupta de velocidades. O mo-
delo IASP91 (Kennett & Engdahl, 1991) que e mais representativo para as regioes continentais
(as estacoes se encontram em sua grande parte nos continentes), define a crosta como tendo
uma espessura total de 35 km com uma velocidade media para ondas P de 6.15 km/s (3.55 km/s
para S), ja o manto, apresenta para a sua primeira camada uma velocidade para onda P igual
a 8.04 km/s (4.47 km/s). Acreditamos que uma boa aproximacao seria dizer que as rochas da
crosta teriam velocidades de ate 7.0 km/s, enquanto que o manto, velocidades maiores do que
7.8 km/s.
Limite Litosfera–Astenosfera
A litosfera normalmente e definida como a parte superficial mais rıgida da Terra, enquanto
que a Astenosfera, uma parte ductil, apresenta um comportamento visco-elastico permitindo
que as placas tectonicas (litosfera ?) “flutuem” sobre ela (Fowler, 1990). Essa definicao esta
baseada apenas nas caracterısticas mecanicas (relativas ao comportamento reologico) dessas
camadas, e foram uteis para explicar de forma geral a teoria de placas. A litosfera contem assim
a crosta e mais uma parte do manto superior.
Atualmente, os termos Litosfera e Astenosfera podem ser utilizados de diferentes manei-
ras (Anderson, 1995), considerando outras mudancas de propriedades como a velocidade e
atenuacao das ondas sısmica, a viscosidade dos materiais, sua composicao quımica e tempe-
ratura. Neste trabalho, com dados sismologicos, nossos resultados estao relacionados com a
distribuicao da velocidade de propagacao das ondas e assim, buscamos a profundidade onde
ocorre uma inversao de velocidade no topo da camada de baixa velocidade que considera-
mos como sendo o indicador do limite Litosfera-Astenosfera, onde as placas poderiam estar
sendo desacopladas do manto. Em alguns modelos globais de velocidade, como o PREM (Dzi-
ewonski & Anderson, 1981), esta inversao de velocidade e explıcita entre 40 km (base da crosta)
e 220 km. Ja para o modelo IASP91, amplamente utilizado para a localizacao de eventos nos
grandes centros de sismologia, esta inversao de velocidades nao e explicitamente definida pois
tal inversao causa problemas durante o tracamento de raios tornando inviavel a sua utilizacao
1.1 Principais interfaces sismologicas estudadas 20
para este proposito. A solucao adotada neste caso, foi manter a velocidade para as ondas P e S
praticamente constante entre 35 km e 120 km.
A parte controversa desta definicao e entao que a LAB como adotada, como sendo o topo
da zona de baixa velocidade, pode nao coincidir com a base da parte rıgida da placa. A LAB de-
terminada pela sismologia quando comparada com outros metodos, ira retornar uma espessura
exagerada, pois o metodo aqui empregado mede efetivamente o ponto de maior gradiente nega-
tivo (inversao de velocidades) para a velocidade dentro da zona de baixa velocidade, enquanto
que os outros metodos, estariam medindo a real LAB1 mecanica (Anderson, 1995).
De qualquer forma, como estamos trabalhando com apenas um metodo na determinacao da
espessura da litosfera nosso objetivo maior e estudar as variacoes regionais da LAB e nao os va-
lores absolutos. Ressaltamos que e necessaria uma maior atencao no caso de serem comparados
os resultados aqui obtidos com outros trabalhos sobre a determinacao da espessura da placa.
Interfaces do manto a 410 km e 660 km
As descontinuidades do manto sao preditas pelos modelos globais de velocidade que defi-
nem uma mudanca abrupta de velocidade (≈ 4% para a descontinuidade de 410 km e 6% para
a 660 km) a 410 km e 660 km de profundidade. Essas variacoes de velocidade sao explicadas
por alteracoes da estrutura cristalina dos minerais no manto devido a forte influencia da pressao
e temperatura. As mudancas de estrutura foram pela primeira vez observadas na decada de 60
(Ringwood & Major, 1966).
Atualmente, sabemos que com o aumento da pressao e da temperatura ocorre uma compac-
tacao e quebra seguida de compactacao na estrutura cristalina dos principais materiais consti-
tuintes do manto, a Olivina ([Mg,Fe]2SiO4) e o Piroxenio ([Mg,Fe]SiO3).
A aproximadamente 12 GPa, na profundidade da descontinuidade de 410 km, a Olivina se
converte para β -espinelio (uma forma modificada da estrutura do Espinelio) e gradualmente
ate ≈ 590 km essa forma modificada de β -espinelio se converte em γ-espinelio. A 24 GPa
(660 km de profundidade) o γ-espinelio sofre uma nova modificacao, sendo “quebrado” em dois
compostos, a Perovesquita (“Perovskite”) e a Magnesiovustita (“Magnesionwustite”)(Stein &
Wysession, 2003). O mesmo ocorre com o Piroxenio, so que de uma forma mais suave, ele a
partir dos 200 km comeca a se transformar em uma forma com estrutura parecida com Grana-
das (“Garnet”) passando por uma fase intermediaria chamada de “Ilmenite” e a 660 km ele se
transforma em Perovesquita (Stein & Wysession, 2003). Como essa mudanca e gradual para
1O ponto onde as rochas deixam de ser rıgidas e passam a ser ducteis
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo 21
praticamente todo o manto, o Piroxenio e responsavel por uma mudanca na inclinacao do gra-
diente medio da velocidade do manto, e nao seria entao responsavel pelas descontinuidades
em 410 km e 660 km. Como aproximadamente 92% o manto superior e composto por Oli-
vina, e mais especificamente 90% e Forsterita (Mg2SiO4)(Fowler, 1990; Stein & Wysession,
2003), uma forma mais simplificada de ver todo o processo e dizer que as descontinuidades do
manto sao resultado da mudanca de Olivina (Forsterita) para β -espinelio a 410 km e entao, para
peroveskita em 660 km.
Um fato comprovado mais tarde (Bina & Helffrich, 1994; Helffrich & Wood, 2001) foi
que essas transformacoes de fase tem coeficientes de Clapeyron (∆P/∆T ) opostos, resultando
que a profundidade das descontinuidades imageadas vao depender da temperatura do manto
de maneiras diferentes. Bina & Helffrich (1994) propoe valores de coeficientes de Clapeyron
iguais a ≈ 3 MPa/K para a transicao em 410 km e ≈−2 MPa/K em 660 km. Para ilustrar esta
importante caracterıstica das descontinuidades do manto, no esquema apresentado na Figura 1.1
sao indicadas as direcoes das variacoes da profundidade para as descontinuidades de 410 km
e 660 km com uma alteracao na temperatura (T ) da zona de transicao. Como mostrado, a
espessura da zona de transicao aumenta para uma diminuicao de temperatura e diminui para um
aumento da mesma.
Figura 1.1: Variacao das profundidades previstas pelas mudancas de estrutura da Olivina nasdescontinuidades 410 km e 660 km com a variacao da temperatura (T) e velocidade (V) na zonade transicao.
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo
A area de estudo deste trabalho compreende em sua grande parte a regiao estavel da placa
Sul-Americana (Figura 1.2), tambem chamada de plataforma Sul-Americana, onde estao loca-
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo 22
lizadas a maior parte das estacoes utilizadas. Durante os estudos para a espessura da litosfera,
como forma de complementar os dados na plataforma dado o carater de grande escala deste
trabalho, utilizamos adicionalmente estacoes permanentes da rede mundial localizadas tambem
em ilhas oceanicas e na zona de subduccao Andina.
−110˚
−110˚
−100˚
−100˚
−90˚
−90˚
−80˚
−80˚
−70˚
−70˚
−60˚
−60˚
−50˚
−50˚
−40˚
−40˚
−30˚
−30˚
−60˚ −60˚
−50˚ −50˚
−40˚ −40˚
−30˚ −30˚
−20˚ −20˚
−10˚ −10˚
0˚ 0˚
10˚ 10˚
20
20
20
40
40
60
60
80
80
80
100
100
Scotia
Nazca
Sul−Am
eric
ana
Cocos
Antártica
Caribe
Estações temporárias (IAG)Estações permanentes da rede mundial
0 50 100 150 200Idade (m.y.)
cin
urão
dino
t
An
Plataforma
Sul−Americana
Patag
ônia
Figura 1.2: Mapa indicando as principais feicoes tectonicas da regiao de estudo incluindo oslimites (linhas brancas) das principais placas tectonicas (Bird, 2003) junto com a idade dasplacas oceanica (Muller et al., 2008). Em destaque (linha vermelha) mostramos o limite daregiao do cinturao Andino a oeste e da plataforma Sul-Americana (regiao estavel) a leste.
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo 23
A plataforma Sul-Americana corresponde a parte continental oriental da placa Sul-Ame-
ricana que e limitada a leste, pela cordilheira Meso-Oceanica Atlantica alternando limites de
falhas transformantes e zonas de espalhamento de fundo oceanico (limite divergente), e a oeste,
pela placa que Nazca que atualmente esta em subduccao sobre a placa Sul-Americana (limite
convergente) (Bird, 2003; DeMets et al., 1990). Nas regioes Norte e Sul, a placa Sul-Americana
apresenta os mais variados limites, interagindo com diferentes outras placas menores e maio-
res. As placas mais importantes sao as destacadas na Figura 1.2, dentre elas, a placa do Caribe
a noroeste, a placa Norte Americana a Nordeste, a placa Antartica a Sudeste e extremo Sudo-
este e a placa de Scotia a Sudoeste. Outras placas menores sao atualmente propostas (Bird,
2003) para acomodar os diferentes dados geofısicos observados na regiao, mas estas nao estao
representadas na Figura 1.2.
1.2.1 Plataforma Sul-Americana
A plataforma (Figura 1.3) e definida como a parte estavel do continente, formada pelo
grupo de terrenos Arqueanos e Proterozoicos que nao foram afetados de forma significativa
pela orogenese dos Andes e do Caribe, de idades Fanerozoicas. O seu embasamento e composto
por uma colagem de blocos cratonicos, de idade Arqueanas a Proterozoica (craton Sao Fran-
cisco, Sao Luıs e o Amazonico), com faixas dobradas de idades Neoproterozoicas (Provıncia
Tocantins, Borborema e Mantiqueira) agrupadas principalmente durante o ciclo Brasiliano/Pan-
Africano tornando-se estaveis a pelo menos 500 Ma atras (Almeida et al., 2000). Apos a sua
formacao, a plataforma Sul-Americana passou por diversos estagios de evolucao e foi recoberta
por sedimentos formando grandes bacia intra-cratonicas, dentre elas temos a bacia do Solimoes
e Amazonas, bacia do Parana, bacia do Parnaıba, bacia do Chaco-Parana e Pantanal. Mesmo
no seu ultimo estagio, ela foi de certa forma afetada por eventos tectonicos e magmaticos nao
exclusivamente, mais em sua grande parte, causados pela separacao do Gondwana que resul-
tou tambem na abertura do oceano Atlantico no Cretaceo inferior. E importante ressaltar que
estes processos de reativacao do Cretaceo foram causados por fatores externos (fora da area de
estudo), afetando mais a sua borda do que a sua regiao central, mostrando que esses eventos
apenas em sua menor parte afetaram de forma significativa o manto ou mesmo a litosfera no
interior desta regiao.
Craton Sao Francisco
O craton do Sao Francisco e um dos blocos cratonicos indicados na Figura 1.3, locali-
zado na regiao centro-leste da plataforma Sul-Americana, sendo delimitado a Oeste e Sul pela
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo 24
−80˚
−80˚
−70˚
−70˚
−60˚
−60˚
−50˚
−50˚
−40˚
−40˚
−30˚ −30˚
−20˚ −20˚
−10˚ −10˚
0˚ 0˚
10˚ 10˚
ParnaíbaBacia do
Bacia doParaná
Solimões
Bacia do
Baciado
Chaco−Paraná(3)
(1)
(2)
(4)
S
E
DN
A
Bacia do Amazonas (5)
Bloco Paranapanema
Cráton do Amazonas
Cráton do Amazonas
Oce
ano
Atlânt
ico
Fran
cisc
o
Crá
ton
São
Oceano Pacífico
Oceano Atlântico
(1) Província Tocantins(2) Província Borborema(3) Província Mantigueira(4) Bacia do Pantanal(5) Cráton São Luís
Figura 1.3: Mapa indicando os principais terrenos que juntos formam a plataforma Sul-Americana junto com o limite em relacao a regiao Andina.
Faixa Brasılia (parte integrante da Provıncia Tocantins), a leste pela faixa Aracuaı (Provıncia
Mantiqueira) e a norte, pelas faixas Rio Preto, Riacho do Pontal e Sergipiniana (Provıncia Bor-
borema). Embora em sua maior parte ele esteja recoberto por terrenos fanerozoicos existem
blocos expostos do seu embasamento no extremo Sul e na parte leste. Acredita-se que ele se
tornou estavel a pelo menos 1.8 Ga (Alkmim, 2004; Almeida, 1977) datando assim do final do
evento Transamazonico aproximadamente.
Craton do Amazonas
O craton Amazonico tambem obteve a sua estabilidade final no perıodo transamazonico,
sendo formado por colisoes de micro-continentes entre 2.2 Ga a 1.9 Ga (Tassinari & Macam-
bira, 2004). Diferente do craton Sao Francisco, ele se apresenta em seis diferentes provıncias
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo 25
geoestruturais com idades variando desde 2.3 Ga na sua porcao centro-oriental a 1.5−1.3 Ga
a sua porcao ocidental, variando em uma sequencia quase que de leste a oeste (Tassinari &
Macambira, 2004). O craton Amazonico ocupa boa parte da regiao Norte da plataforma Sul-
Americana, sendo delimitado a leste e sul pela faixa Araguaia e Paraguai (Provıncia Tocantins),
e a oeste, por uma sequencia de sedimentos cenozoicos pertencentes a faixa de orogenia An-
dina, o que dificulta a delimitacao exata da sua extensao nesta direcao. Em sua regiao central
sao acomodadas as bacias sedimentares do Solimoes e do Amazonas que separam o chamado
escudo Guapore ao Sul, do escudo das Guianas a norte, ambos sendo parte integrante do craton.
Craton Paranapanema
Alem dos dois grandes cratons ja citados, sob os sedimentos da bacia do Parana existem
evidencias geologicas e geofısicas da existencia de um bloco cratonico (Figura 1.3). Ainda nao
esta certo se o embasamento da Bacia e formado por um unico bloco, chamado como “nucleo
cratonico” (Cordani et al., 1984; Zalan et al., 1990 apud Milani, 1997), “Bloco Parana” (Soares,
1991 apud Milani, 1997) ou ainda, mais recentemente, de bloco Paranapanema (Mantovani et
al., 2005) ou se, seriam diversos blocos menores, como defendido por outros autores como
Milani (1997) ou mesmo Julia et al. (2008). Mantovani et al. (2005) propoe idades de formacoes
destes blocos entre 1000 Ma e 850 Ma. Ao redor deste grande bloco, tambem devem ser
considerados outros blocos menores, como o Rio de La Plata e o Luiz Alves, localizado ao
Sudeste e leste da bacia do Parana (Cordani et al., 2003).
E importante ressaltar que ainda nao foi definido quanto que tais blocos supostamentes
cratonicos foram afetados pelos processos ocorridos durante a era Fanerozoica, como os exten-
sos derrames de lava na bacia do Parana, e a propria abertura do oceano Atlantico. Alem do
mais, como ressaltado por Milani (1997) e Milani & Ramos (1998), e importante notar que o
centro do suposto bloco (Mantovani et al., 2005; Soares, 1991; Zalan et al., 1990; Cordani et
al., 1984) estaria alinhado com o rifte central da bacia do Parana, o que poderia implicar na
reativacao tardia destes blocos durante a formacao ou mesmo a evolucao deste rifte central.
Craton Sao Luis (Oeste Africano)
O craton Sao Luıs se localiza a nordeste da provıncia Borborema, no extremo norte da bacia
do Parnaıba (faixa Gurupi) onde existem evidencias geocronologicas de idades compatıveis
com o craton Oeste-Africano (≈ 2 Ga). Embora muitas perguntas acerca desde bloco cratonico
ainda estejam abertas, principalmente relacionadas a sua evolucao tectonica e sua separacao
durante a quebra do Gondwana, atualmente aceita-se que este bloco seja um fragmento alocado
1.2 Contextualizacao geologica da area de estudo 26
na plataforma Sul-Americana do craton Sao Luıs/Oeste-Africano (Sadowski, 2000) que teria se
rompido durante o processo de abertura do oceano Atlantico no Cretaceo.
Provıncia Tocantins
A provıncia Tocantins foi formada pela convergencia de tres blocos cratonicos, o craton
Amazonico, o Sao Francisco e o Paranapanema. Ela e caracterizada por tres cinturoes de
dobras denominados de Faixa Brasılia ao sul, que representa o limite oeste do craton Sao
Francisco, a faixa Araguaia ao norte, delimitando o limite leste do craton Amazonico, e a
faixa Paraguai a oeste, delimitando o limite Sul do craton Amazonico. Esses terrenos que
compoem o embasamento da provıncia Tocantins foram estabelecidos durante a orogenese do
Brasiliano/Pan-Africano, de 900 Ma ate 500 Ma, e as rochas ali alojadas sofreram grandes
esforcos tectonicos mostrando duas zonas claras definidas como zonas internas (com metamor-
fismos de alto grau) ao centro de cada faixa, e zonas externas (baixo grau de metamorfismo),
nas suas bordas proximas as regioes cratonicas (Bizzi et al., 2003).
Provıncia Borborema
A provıncia Borborema esta localizada ao norte do craton Sao Francisco, beirando a mar-
gem passiva da plataforma Sul-Americana no nordeste do Brasil e delimitada (mas nao limitada)
a oeste, pela bacia Parnaıba. Seu embasamento e composto por um mosaico de faixas e terrenos
com idades do Arqueano (alguns blocos pequenos) ao Neoproterozoico, sendo assim esta rela-
cionada com o ciclo de orogenias Transamazonicas e Brasilianas/Pan-Africanas. A sua primeira
estabilizacao ocorreu durante o ciclo Brasiliano ≈ 540 Ma entre os perıodo Neoproterozoico e
Paleozoico (Neves et al., 2000). Uma suposicao e que a provıncia Borborema seja a regiao que
ligava os craton Sao Francisco/Congo e Sao Luis/Oeste Africano em um super continente an-
tigo durante o Arqueano, por isso e esperado que alguns dos seus terrenos nao estejam limitados
pela borda da bacia Parnaıba, sendo esse, somente o seu limite superficial.
Provıncia Mantiqueira
A provıncia Mantiqueira foi desenvolvida durante o ciclo Brasiliano/Pan-Africano no Neo-
proterozoico, e se estende desde o Sul da Bahia ate o Uruguai com praticamente 3000 km
de extensao Norte-Sul e 200 km de largura (media). Ela e limitada a oeste pelo craton Sao
Francisco na sua parte Norte, e pela bacia do Parana/craton Rio de La Plata em sua parte Sul. A
leste, ela e limitada pelo limite continental da plataforma Sul-Americana, fazendo assim parte
1.3 Principais estudos anteriores 27
da margem passiva. A provıncia Mantiqueira, e composta por um mosaico de terrenos, dentre
eles, a faixa Aracuaı proxima ao craton Sao Francisco no seu limite norte e a faixa Ribeira,
cobrindo a sua parte mais central e Sul. Sua idade varia entre 520 Ma e 900 Ma, com alguns
registros de idades Arqueanas (Silva et al., 2005; Bizzi et al., 2003) em blocos isolados.
Bacia Sedimentares
Dada a vasta extensao da plataforma Sul-Americana, muitos dos seus cratons e faixas Pro-
terozoicas foram cobertos por grandes bacias de idade Paleozoica. As principais bacias estao
indicadas na Figura 1.3 onde podemos destacar as seguintes caracterısticas: (a) bacia do Pa-
rana, com ate 7 km de sedimentos teve seu inicio de sedimentacao no perıodo Ordoviciano
(≈ 440 Ma) e termino no Neocretaceo (≈ 60 Ma) (Milani, 1997; Milani & Ramos, 1998).
Como ja discutido, supoe-se que abaixo dos sedimentos exista um (ou mais) nucleo cratonico,
bloco Paranapanema, com caracterısticas fısicas e distribuicao ainda nao totalmente confirma-
dos. Alem disso, a bacia do Parana tem quase que 2/3 da sua area coberta por lavas de idades
Mesozoicas. (b) bacia do Parnaıba, com ate 3.5 km de sedimentos teve o possıvel inıcio da
sua sedimentacao no perıodo Cambriano (≈ 100 Ma antes do que a bacia do Parana), esta ba-
cia atualmente e limitada a norte pela margem passiva do continente, guardando assim uma
grande correlacao com bacias analogas no continente Africano (Milani & Thomaz, 2000). (c)
Bacia do Amazonas / Bacia do Solimoes, sao bacias de profundidades intermediarias locali-
zadas sobre o craton do Amazonas, com ate 5 km de profundidade. Tiveram o seu inicio de
deposicao tambem no perıodo Ordoviciano/Siluriano, e ate hoje ainda estao em processo de
sedimentacao. (d) Bacia Chaco-Parana e a bacia “vizinha” da bacia do Parana (a sudoeste da
mesma, que guarda grande parte das suas caracterısticas estratigraficas correlacionaveis com
esta. A sua profundidade maxima estimada e de 5 km sendo que atualmente, a bacia do Chaco-
Parana recebe sedimentos do cinturao Andino que ainda estao inconsolidados. Essa cunha de
sedimentos recentes representa a parte do Chaco desta bacia (Milani & Thomaz, 2000).
1.3 Principais estudos anteriores
Dada a diversidade de terrenos estudados nesta tese, algumas areas ja foram estudadas
por outros autores abrangendo apenas parte da area estudada (em menor escala), ou mesmo
com uma menor resolucao, utilizando assim, apenas parte dos dados aqui processados. Esses
trabalhos nao puderam “ver o todo” da forma como sera apresentada, e podem ser subdivididos
(de acordo com o metodo utilizado) em: analises com funcao do receptor, analises de ondas de
1.3 Principais estudos anteriores 28
superfıcie e analises tomograficas.
1.3.1 Funcao do receptor
Os primeiros trabalhos com funcao do receptor para a crosta na regiao foram apresentados
no artigo Assumpcao et al. (2002) que mostrou uma crosta mais espessa para a bacia do Parana
(40 – 47 km) do que para a regiao do craton Sao Francisco (37 – 43 km), ou mesmo, para a faixa
Ribeira (34 – 42 km). Neste trabalho os autores se limitaram a identificacao da fase Ps apenas,
logo os valores de razao de velocidades (vp/vs) ou foram calculados por outras metodologias
(diagrama de Wadati) ou foram assumidos baseados em valores propostos na literatura (1.732).
Como resultado principal deste artigo, foram propostos dois modelos para tentar explicar a
maior espessura crustal da bacia do Parana: (a) Um crosta inferior mais densa (“underplating”)
ou (b) Um manto superior mais denso, quando comparado com o craton Sao Francisco.
Um outro trabalho da mesma epoca foi elaborado com dados de tres estacoes temporarias
junto com uma estacao permanente (PTGA) do IRIS (Incorporated Research Institutions for Seis-
mology) na regiao da bacia do Amazonas (Kruger et al., 2002). Neste trabalho sao apresentados
resultados de funcao do receptor para a crosta e manto (em apenas 1 estacao, PTGA). Foram ob-
tidos valores de≈ 38 km de espessura da crosta para as estacoes mais ao Sul, sob os sedimentos
do Amazonas, e uma espessura nao esperada, de 48 km, para a estacao de PTGA localizada ao
norte da area de estudo. Para duas das estacoes analisadas foram apresentados valores de vp/vs
(≈ 1.83) obtidos pelo metodo de Zhu & Kanamori (2000). A analise das interfaces do manto
apresentou valores compatıveis com as medias globais (414 km e 659 km).
Um estudo mais abrangente das descontinuidades do manto em 410 km e 660 km foi apre-
sentado por Liu et al. (2003), que apresenta um perfil Leste-Oeste na latitude de 20◦S elabo-
rado pelo empilhamento de diferentes tracos de funcoes do receptor pelos pontos de perfuracao
mostrando as variacoes de topografia para essas descontinuidades na regiao. Dentre os da-
dos processados estao os dados do projeto BLSP92, utilizados por Assumpcao et al. (2002) e
tambem utilizados neste trabalho. Liu et al. (2003) mostraram uma deflexao de ate 40 km para
a descontinuidade de 660 km devido a influencia da placa de Nazca, uma variacao gradual na
descontinuidade de 410 km de oeste para leste, e, descarta uma origem termica como causa da
pluma fossil proposta por VanDecar em 1995 no nordeste da Bacia do Parana (VanDecar et al.,
1995).
Complementando o trabalho de Assumpcao et al. (2002), Franca & Assumpcao (2004)
realizaram um estudo mais detalhado da faixa Ribeira onde foram lidas as fases Ps e Ppps
e obtidas estimativas pontuais das espessuras e razoes de velocidades da crosta nas estacoes
1.3 Principais estudos anteriores 29
analisadas. Os principais resultados permitiram detalhar principalmente a regiao da Serra do
Mar, e serviram como vınculo para trabalhos de tomografia realizados posteriormente.
Um outro estudo realizado com funcoes do receptor na provıncia Tocantins, foi apresen-
tado em Assumpcao et al. (2004) onde foram analisados dados de 6 estacoes sismograficas
distribuıdas entre a zona interna e externa da faixa Brasılia e no arco magmatico de Goias. Este
foi o primeiro trabalho a utilizar as duas fases multiplas alem da fase Ps refratadas na crosta
para a obtencao de valores de espessura, razao de velocidades e suas respectivas incertezas. E
importante ressaltar que a identificacao das duas multiplas apresenta um vınculo mais robusto
na determinacao da razao de velocidades, pois a diferenca de tempos entre as fases Ps e P deve
ser igual a diferenca de tempo entre as fases Ppss+Psps e Ppps. Os resultados mostraram uma
variacao da espessura crustal (de ≈ 35 km para ≈ 41 km) e da razao de velocidades (de ≈ 1.75
para≈ 1.71) significativas entre o arco magmatico e a zona interna analisada (respectivamente).
Por fim, Julia et al. (2008) apresentaram uma analise conjunta de funcao do receptor com
ondas superfıcie de 17 estacoes sismograficas espalhadas por toda a regiao norte e central da
bacia do Parana para obter os parametros da crosta sob os sedimentos. Os resultados reportados
apresentaram valores de espessura entre 41 e 48 km e razao de velocidades entre 1.70 e 1.78
para toda a crosta. Esta analise permitiu obter um melhor entendimento dos processos ocorridos
durante a evolucao Paleozoica da bacia, e uma melhor definicao de como estariam configurados
os possıveis blocos cratonicos na bacia do Parana. A funcao do receptor neste trabalho foi
analisada utilizando o metodo de Zhu & Kanamori (2000), como no trabalho apresentado por
Kruger et al. (2002).
Os trabalhos apresentados (Assumpcao et al., 2002; Kruger et al., 2002; Liu et al., 2003;
Franca & Assumpcao, 2004; Assumpcao et al., 2004; Julia et al., 2008) mostram a evolucao dos
metodos utilizados e fases interpretadas na funcao do receptor. Em termos da regiao estudada,
cada trabalho abrange apenas uma pequena regiao individualmente, as vezes se prendendo a
variacoes locais dos parametros obtidos que nem sempre apresentam uma boa correlacao com
tectonica regional, pois a funcao do receptor representa uma medida pontual que pode ser influ-
enciada por efeitos locais em cada estacao analisada. Alem disso, com excecao de um2 trabalho
(Liu et al., 2003), todos os outros sao focados no estudo da crosta em particular, mostrando
assim uma deficiencia de informacoes para a estrutura do manto e litosfera na plataforma Sul-
Americana e suas variacoes de acordo com as regioes tectonicas previamente definidas.
2Kruger et al. (2002) analisou apenas 1 estacao para as interfaces do manto que, inclusive, ja tinha apresen-tado um resultado duvidoso para a crosta, o que gera uma certa inseguranca em interpretar os resultados para asinterfaces mais profundas
1.3 Principais estudos anteriores 30
1.3.2 Tomografia sısmica
O primeiro estudo (VanDecar et al., 1995) importante de tomografia local obtido para a
regiao estavel da placa Sul-Americana foi resultado da leitura dos tempos de chegadas das
fases P e S nos eventos registrados pelas primeiras 12 estacoes do projeto BLSP92 operadas
na regiao leste da bacia do Parana, incluindo uma parte (sul) do craton Sao Francisco e uma
faixa da provıncia Mantiqueira. As principais caracterısticas do modelo obtido foram altas
velocidades do manto na regiao do craton Sao Francisco para ate 300 km de profundidade e
baixas velocidades para um conduto aproximadamente cilındrico interpretado como sendo uma
pluma fossil (“Tristan da Cunha”) de idade Cretacea.
Utilizando-se do mesmo metodo, mas com um aumento significativo tanto do numero de
dados quanto da regiao estudada, Schimmel et al. (2003), Rocha (2003) e Rocha (2008) refi-
naram os resultados propostos inicialmente por VanDecar et al., chegando a incluir nos traba-
lhos mais recentes boa parte da bacia do Parana, provıncia Tocantins, provıncia Mantiqueira e
craton Sao Francisco totalizando 19000 leituras entre ondas P e S. No trabalho apresentado por
Schimmel et al. com mais de 10000 fases lidas foi confirmada a presenca da anomalia de baixas
velocidades no manto relacionada a presenca da pluma fossil de “Tristan da Cunha” (VanDecar
et al., 1995), destacando que com o aumento de dados foi possıvel mostrar que esta anomalia
se encontra totalmente limitada ao manto superior. Outros resultados foram: uma tendencia
de baixas velocidades para as regiao de faixas moveis nas profundidades litosfericas indicando
uma zona de temperatura mais elevada relacionada com a reativacao mais recente de tais terre-
nos. Observaram novamente a tendencia de velocidades maiores para o craton Sao Francisco,
e identificaram uma tendencia de anomalias N-S consistente com a presenca da placa de Nazca
subduzida na regiao do manto inferior para a regiao estudada. No trabalho mais recente apresen-
tado por Rocha (2008) foi utilizado o metodo estatıstico “Jackknife” (Efron & Tibshirani, 1991)
para realizar um estudo da robustez dos resultados alem de praticamente duplicar o numero de
leituras para ondas S utilizadas durante a inversao.
Utilizando-se de uma inversao conjunta com curvas de dispersao para ondas Rayleigh
(modo fundamental) e forma de onda para ondas S e Rayleigh Feng et al. (2007) mapeou e
correlacionou importantes feicoes tectonicas, algumas delas ja observadas com um menor grau
de detalhamento por outras inversoes tomograficas regionais (VanDerLee et al., 2001; Heintz et
al., 2005) ou mesmo globais (Ritzwoller et al., 2002). Os resultados confirmados por Feng et al.
que sao comuns entre outros trabalhos (VanDerLee et al., 2001; Ritzwoller et al., 2002; Heintz
et al., 2005) sao: velocidade elevada para a litosfera sob as regioes dos cratons Sao Francisco e
do Amazonas, velocidades extremamente baixas no manto abaixo das regioes de alta topografia
1.3 Principais estudos anteriores 31
nos Andes e baixas velocidades no manto para as regioes do Chaco, Pantanal e parte ocidental
da bacia do Parana.
Ao utilizar as curvas de dispersao (modo fundamental) para aumentar significativamente
o numero de percursos, junto com a modelagem de forma de onda para aumentar a sensibili-
dade do modelo em profundidade, Feng et al. (2007) deu um passo importante na tomografia
e permitiu, que novas contribuicoes importantes fossem feitas, principalmente caracterizando e
limitando feicoes antes nao “enxergadas” dentro da plataforma Sul-Americana devida a baixa
densidade de percursos principalmente na regiao norte e nordeste da plataforma (VanDerLee et
al., 2001) ou mesmo, por serem utilizados percursos muito longos e baixos perıodos somente
(Heintz et al., 2005). As importantes adicoes feitas por Feng et al. (2007) foram: (a) a es-
pessura crustal na bacia do Amazonas e a mesma que a espessura crustal nos escudos Guianas
e Guapore, (b) velocidades altas entre 100 – 150 km de profundidade para as regioes das ba-
cias do Amazonas, Parnaıba e Parana, (c) a litosfera na regiao do craton Amazonico apresenta
profundidades de≈ 160 km e (d) delimitou uma zona de baixa velocidade ate≈ 200 km de pro-
fundidade separando os cratons Sao Francisco e do Amazonas. Uma implicacao importante dos
resultados foi definir que o craton Amazonico nao foi fortemente afetado pelo processo de rifte
da bacia amazonica, excluindo a possibilidade da bacia do Amazonas representar um limite de
um possıvel bloco cratonico ao sul separado de outro ao norte.
1.3.3 Ondas de Superfıcie
Uma terceira categoria de trabalhos utilizados para o estudo da estrutura da crosta e manto
litosferico na regiao sao aqueles utilizando metodos de inversao de curvas de dispersao para
ondas de superfıcie (Snoke & James, 1997; An & Assumpcao, 2004; An & Assumpcao, 2006),
normalmente utilizando a funcao do receptor como vınculo.
Tanto Snoke & James quanto An & Assumpcao realizaram estudos deste tipo para a regiao
da bacia do Parana, sendo que An & Assumpcao (nos dois trabalhos publicados) limitaram-se
apenas a regiao central da bacia, perto do rifte central, enquanto que Snoke & James realiza-
ram um estudo mais abrangente, utilizando estacoes espalhadas por toda a bacia do Parana ate
a regiao do Chaco. Os resultados, embora em resolucoes diferentes, apontam uma maior es-
pessura para a crosta na regiao da bacia do Parana, 42 km segundo Snoke & James (1997) e
40 – 46 km segundo An & Assumpcao (2006). Os valores de velocidade obtidos por ambos
autores se correlacionam muito bem, mostrando uma tendencia de valores menores do que a
media global para a crosta inferior e valores maiores para o manto superior. A bacia do Chaco,
como nos modelos de tomografia, apresentou um comportamento distinto mostrando valores de
1.4 Sobre este trabalho 32
velocidade menores do que a media global para o manto superior (4.2 km/s) e uma crosta mais
fina (32 km) do que os valores encontrados para a bacia do Parana (Snoke & James, 1997).
1.4 Sobre este trabalho
Neste trabalho iremos apresentar um estudo com funcoes do receptor tanto para ondas P
quanto para ondas S para a plataforma Sul-Americana com um enfoque na espessura da litos-
fera e nas descontinuidades do manto na profundidade da zona de transicao (410 km e 660 km),
tentando suprir a deficiencia de informacoes a respeito dessas interfaces na regiao estudada.
Adicionalmente a esses resultados tambem sera apresentada uma analise da espessura e razao
de velocidades da crosta para todas as estacoes analisadas (com funcoes do receptor para ondas
P). Foi feito um esforco muito grande em sempre definir as incertezas associadas com cada me-
dida/parametro apresentado, por que acreditamos que os valores aqui apresentados so poderao
ter alguma utilidade se acompanhados de uma incerteza. Durante as interpretacoes, procuramos
identificar nos resultados padroes regionais (baseados nas incertezas e nas medias espaciais) que
pudessem caracterizar os terrenos tectonicos apresentados e que pudessem nos ajudar a definir
melhor seus limites, e mesmo sua caracterısticas.
Dessa forma, o trabalho esta organizado em 5 capıtulos, um capıtulo introdutorio para ca-
racterizar a regiao de estudo, os objetivos e trabalhos anteriores relacionados com temas seme-
lhantes. No segundo e terceiro capıtulos, apresentamos os resultados das analises da funcao
do receptor para ondas P (capıtulo 2) e S (capıtulo 3), mostrando o metodo, os dados e os re-
sultados para cada uma das interfaces estudadas sem nos focar na interpretacao dos resultados.
No quarto capıtulo e que iremos retomar os dados apresentados e efetivamente apresentar as
interpretacoes, mostrando as correlacoes obtidas e comparando os nossos resultados com os
trabalhos anteriores relevantes. Por fim, no quinto e ultimo capıtulo, apresentamos de forma
sucinta as principais conclusoes da tese.
33
2 Funcao do Receptor para ondas P
O metodo da funcao do receptor para ondas P e utilizado neste estudo tanto para caracterizar
as interfaces do manto assim como as variacoes de estrutura crustal encontradas na parte conti-
nental estavel da placa Sul Americana. Um segundo objetivo e a caracterizacao de variacoes na
zona de transicao (Capitulo 1) que e definida como a regiao entre os dois saltos de velocidade
para as ondas de corpo nas profundidades de 410 km e 660 km aproximadamente, que irao gerar
conversoes de ondas P para S quando atravessadas por uma onda P.
2.1 Metodo
A funcao do receptor para ondas P e aproximadamente a resposta S da estrutura sob a
estacao sismografica para um pulso de onda P incidente (Langston, 1979; Owens et al., 1984;
Owens & Zandt, 1985; Ammon, 1991). Em um caso particular ela pode ser definida como
R(t)/Z(t), onde / denota a deconvolucao, R a componente radial e Z vertical. Isso quer di-
zer: em um traco de funcao do receptor cada pulso (“spike”) representa uma conversao de
onda P para S (conversao direta ou reverberacoes) em uma determinada profundidade h, sendo
esta profundidade dada pela diferenca dos tempos entre as fases P direta e s convertida (Zandt
et al., 1995). Como sabemos cada componente do registro pode ser representado como uma
convolucao:
Z(t) = S(t)? I(t)?Hz(t) (2.1)
R(t) = S(t)? I(t)?Hr(t) (2.2)
T (t) = S(t)? I(t)?Ht(t) (2.3)
onde “?” denota convolucao, Z, R e T as componentes vertical, radial e tangencial, S re-
presenta a assinatura da fonte, I a resposta do instrumento e H a resposta da estrutura em cada
uma das componentes (vertical, radial ou tangencial). No caso de uma onda P incidente, e con-
2.1 Metodo 34
siderando que o angulo de incidencia seja baixo, isso implica que Hz(t) ≈ δt e Ht = 0, logo as
equacoes se transformam em:
Z(t)≈ S(t)? I(t) (2.4)
R(t) = S(t)? I(t)?Hr(t) (2.5)
T (t) = 0 (2.6)
resolvendo para Hr(t),
Fr(t) =R(t)Z(t)
≈ Hr(t) =R(t)
S(t)? I(t)(2.7)
onde Fr e o que definimos como sendo a funcao do receptor para ondas P, e a divisao
representa a deconvolucao do numerador pelo denominador.
Na analise da funcao do receptor estamos interessados apenas na parte proxima a estacao,
e um fator crucial para fazermos com que o angulo de incidencia seja pequeno e a utilizacao de
distancias epicentrais (∆) maiores do que 30◦ na selecao dos eventos. Alem disto, a deconvolu-
cao, elimina dos registros toda a influencia da fonte e percurso afastado da estacao.
Nos tracos de funcao do receptor resultantes queremos identificar as fases convertidas de
onda P para onda S, fase Ps e suas multiplas, nas diversas descontinuidades abaixo da estacao.
No esquema da Figura 2.1 mostramos que para diversos terremotos ocorridos a diferentes
distancias epicentrais sempre vai existir um ramo de onda P que deixa a fonte a uma deter-
minada inclinacao e azimute para se dirigir a estacao. Ainda, quanto mais distante estiver o
evento, menor o angulo de incidencia na estacao.
Nas proximidades da estacao a onda P, representada no detalhe da Figura 2.1, ao incidir
em uma descontinuidade ira se refratar dando origem a diversas fases que, com o auxılio da
metodologia da funcao do receptor, sao identificaveis no registro sismografico. As fases iden-
tificaveis sao: 1. A fase Pp ou simplesmente fase P direta (onda P que e transmitida pelas
camadas), 2. A fase Ps (onda P convertida em S), 3. As fases multiplas Psps+Ppss que chegam
juntas (fase resultante da multipla reflexao da onda S na camada), 4. A fase multipla Ppps (fase
resultante da multipla reflexao da onda P na camada).
Considerando agora um modelo de n camadas planas, o tempo de cada fase (representada
no detalhe da Figura 2.1) refratada na camada m ≤ n, em relacao a fase P direta e dado pelas
seguintes equacoes:
2.1 Metodo 35
Figura 2.1: Esquema simplificado indicando os trajetos para ondas P geradas em terremotospara diferentes distancias epicentrais e as fases convertidas identificaveis durante a analise defuncao do receptor. Sao elas: 1. Pp, 2. Ps, 3. Psps+Ppss, 4. Ppps.
tmPs− tP =
m
∑i=1
(ais−ai
p) (2.8)
tmPpps− tP =
m
∑i=1
(aip +ai
s) (2.9)
tmPsps+Ppss− tP =
m
∑i=1
2ais (2.10)
tmPsps+Ppss− tPpps =
m
∑i=1
(2ais−ai
p−ais) =
m
∑i=1
(ais−ai
p) = tmPs− tP (2.11)
com
ais = hi[(vi
s)−2− p2]1/2 (Atraso para onda S na camada i) (2.12)
aip = hi[(vi
p)−2− p2]1/2 (Atraso para onda P na camada i) (2.13)
Onde vp e vs sao as velocidades de cada camada i, h sua espessura, e p o parametro de
raio (p = dt/d∆ = 1/vap = sen( ji)/vi, ji e o angulo de incidencia na camada i) para a onda P
incidente.
Na funcao do receptor teremos sempre tres fases para cada camada alem da fase P que e
unica para todas as camadas (a onda incidente). No caso de existirem mais camadas, as fases
irao se sobrepor, e em muitos casos uma fase multipla de uma camada mais rasa pode mascarar
uma fase Ps de uma camada mais profunda.
2.1 Metodo 36
E importante notar que, para uma mesma camada, as diversas fases refratadas sao originadas
em pontos diferentes em sub superfıcie como indicado na Figura 2.1 pelos numeros 1, 2, 3 e
4. Caso a interface refratora apresente uma topografia ou inclinacao, havera uma mudanca de
referencia entre as fases, causando uma variacao nos tempos de chegada. Como as distancias
entre os pontos 1 a 4 diminuem com a distancia epicentral, eventos mais distantes sao menos
afetados pela simplificacao de camadas horizontais uniformes.
Por fim, adotamos uma distancia maxima de 95◦ na selecao dos eventos pois com o aumento
da distancia ocorre uma diminuicao da relacao sinal/ruıdo (S/R) da funcao do receptor devido
a diminuicao da amplitude da conversao das ondas P-para-S, alem do que, 95◦ esta proximo ao
limite imposto pela zona de sombra para ondas P.
2.1.1 Obtencao da funcao do receptor
O primeiro passo na obtencao da funcao do receptor e a separacao das ondas P e S. Isso
pode ser feito pela rotacao das componentes ZNE (Z para a direcao vertical, N para a direcao
Norte e E, para a direcao Leste) registradas (Figura 2.2) para um sistema baseado na direcao de
polarizacao das ondas P e S.
Figura 2.2: Esquema simplificado mostrando as direcoes de cada um dos eixos para cada um dossistemas de rotacao em relacao ao sistema de aquisicao. O azimute reverso (“back-azimute”) doevento para este esquema foi assumido como sendo de 225◦, e o angulo de incidencia (anguloentre a direcao de propagacao e a vertical) perto de 45◦.
Rotacao
No metodo da funcao do receptor podem ser utilizados dois tipos diferentes de rotacao. Em
um deles considera-se apenas a rotacao do sistema ZNE (sistema de aquisicao) para o sistema
ZRT , usando o azimute do evento em relacao a estacao (azimute reverso) calculado a partir das
2.1 Metodo 37
coordenadas do evento e da estacao. A componente Z e a direcao vertical, a componente R e a
direcao radial (apontando no sentido da propagacao da onda), e a componente T a direcao tan-
gencial (perpendicular a Z e R). O outro sistema de rotacao, chamado de rotacao LQT (Vinnik,
1977), usa o azimute do evento para a obtencao das componentes ZRT , e em seguida, utilizam-
se os parametros hipocentrais com um modelo de velocidades para obter o angulo aparente de
incidencia da onda P na estacao. Com este angulo, o sistema ZRT e rotacionado para o sistema
LQT onde a componente L esta na direcao da onda P, a componente Q na direcao da onda Sv
(apontando para baixo) e a componente T , na direcao da onda Sh.
Uma variacao utilizada dos metodos de rotacao descritos e ao inves de calcular os angulos
a partir de dados hipocentrais, utilizamos uma janela de registro estreita, contendo apenas a
onda P, e determinamos a direcao de maxima polarizacao da onda atraves da diagonalizacao da
matriz de coerencia das componentes registradas. Os angulos desta direcao com o sistema ZNE
sao utilizados para realizar a rotacao do sistema de registro para o sistema ZRT ou mesmo LQT.
Para ilustrar a separacao das ondas P e S em componentes diferentes, na Figura 2.3 apre-
sentamos um evento ocorrido no dia 2 de junho de 1997 as 21h24m registrado pela estacao
TRRB.
Na Figura 2.3(a) identificamos a chegada da fase P nas tres componentes registradas (ZNE)
perto dos 3 s. O primeiro passo foi a rotacao das componentes ZNE para as componentes
ZRT utilizando o azimute reverso (164◦) calculado a partir dos parametros hipocentrais (Figura
2.3(b)). Nessa figura vemos que o sinal da onda P desapareceu da componente T ficando isolado
nas componentes Z e R.
A rotacao para o sistema LQT , isola a onda P na componente L (maximizando sua ampli-
tude) e a onda S na componente Q (Svenningsen & Jacobsen, 2004). O angulo de incidencia
calculado utilizando o modelo IASP91 (Kennett & Engdahl, 1991) para este evento a 37.8◦ de
distancia e profundidade de 33 km foi de 26.9◦. Apos a rotacao obtivemos os tracos apresenta-
dos na Figura 2.3(c) onde ja e possıvel identificar a conversoes de P para S ocorridas na base da
crosta chegando na componente Q em ≈8 s (5 s apos a P direta), pois a onda P ficou totalmente
isolada na componente L.
Deconvolucao
Depois de rotacionadas as componentes de registro, a obtencao da funcao do receptor de-
pende da remocao das seguintes respostas: resposta da fonte, resposta dos efeitos de percurso
distantes e resposta dos instrumentos de registro. Essa remocao e feita pela deconvolucao da
2.1 Metodo 38
−40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40
Tempo (s)
0.01 volts
TRRB −Z
TRRB −N
TRRB −E
(a) Componentes de registro ZNE.
−40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40
Tempo (s)
0.01 volts
TRRB −Z
TRRB −R
TRRB −T
(b) Componentes ZRT rotacionadas utilizando o azimute reverso (teorico, calculado pelas coordenadas do eventoem relacao a estacao) igual a 164◦.
−40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40
Tempo (s)
0.01 volts
TRRB −L
TRRB −Q
TRRB −T
(c) Componentes LQT rotacionadas utilizando um azimute reverso igual a 164◦ e um angulo de incidencia a 26.9◦.
Figura 2.3: Exemplo de sismograma utilizado para a obtencao da funcao do receptor. O tempo0 s e o tempo teorico de chegada da onda P, dado pelo modelo IASP91.
2.1 Metodo 39
onda P (componente L) da onda S (componente Q).
A deconvolucao deve ser entendida como sendo uma “busca” da forma da onda P na com-
ponente onde temos somente onda S, pois a onda P ao refratar na interface ira gerar uma onda
S com uma forma exatamente igual a sua, embora polarizada transversalmente a direcao de
propagacao. Para cada vez que a busca sucede, o processo de deconvolucao adiciona um “spike”
para indicar que naquele tempo, aconteceu uma conversao.
Na pratica existem diferentes metodos para realizar-se a deconvolucao (Oldenburg, 1981).
Alguns metodos sao baseados no domınio do tempo, como a deconvolucao iterativa (Ligorria &
Ammon, 1999) ou a deconvolucao impulsiva (spiking deconvolution – Leinbach (1995)) outros,
baseados no domınio da frequencia que se utilizam do teorema da convolucao (Bracewell, 1999;
Weisstein, 2008) para transformar a deconvolucao em uma divisao espectral equalizada por um
nıvel de agua (Ammon, 1991; Clayton & Wiggins, 1976).
Para bons eventos, quando existe uma quantidade grande de dados e boa relacao S/R, todos
os metodo de deconvolucao funcionam de maneira apropriada, fornecendo resultados similares.
Para ilustrar realizamos a deconvolucao com cada um dos metodos citados para as componentes
Q e R apresentadas na Figura 2.3. O resultado e apresentado na Figura 2.4.
−5 0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (s)
c)
b)
a)
R/Z
impulsiva
freqüência
iterativa
Pp Ps Funções filtradas com um filtro passa baixa de 2hz
−5 0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (s)
c)
b)
a)
Q/L
impulsiva
freqüência
iterativa
Pp Ps Funções filtradas com um filtro passa baixa de 2hz
Figura 2.4: Funcoes do receptor obtidas a partir da deconvolucao utilizando: a) Metodo dedeconvolucao Iterativo b) Metodo de deconvolucao espectral utilizando nıvel de agua igual a0.001 (fracao do valor maximo do denominador). c) Utilizando o metodo de deconvolucaoimpulsiva para componente R por Z (conjunto superior) e Q por L (conjunto inferior).
2.1 Metodo 40
A diferenca principal entre as funcoes do receptor obtidas pela rotacao LQT e ZRT e o
“spike” em 0 s, resultante da componente da onda P na direcao R, identificada pela decon-
volucao no sistema ZRT . Esse pico na origem tende a ser 4-5 vezes maior (dependendo da
distancia epicentral do evento) do que a conversao de interesse Ps, alem do que, conversoes
proximas a origem podem ser mascaradas por esta chegada. Comparando somente os processos
de deconvolucao, existem apenas pequenas diferencas entre os tracos (a), (b) e (c) de cada
um dos dois conjuntos da Figura 2.4, ou seja, os tres metodos de deconvolucao apresentaram
resultados compatıveis considerando-se o nıvel da relacao S/R, que pode ser conferido antes do
tempo 0 s nos tracos (b) e (c) de cada grupo. Neste exemplo, a deconvolucao iterativa tem um
ruıdo ligeiramente menor do que deconvolucao espectral. Para o traco (a), antes do tempo 0 s
nao ha sinal pois o programa que realiza a deconvolucao impoe esta condicao. Olhando para
todos os tracos juntos (dos dois conjuntos), percebe-se algumas pequenas diferencas resultantes
do sistema de rotacao escolhido, como ja discutido, mas em geral os tracos guardam em comum
as principais feicoes.
2.1.2 Comentarios
A utilizacao de um ou outro metodo para a rotacao e deconvolucao como mostrado nao
altera o resultado significativamente. Embora nem sempre explıcito, alguns autores utilizam
o sistema de rotacao ZRT (maioria Americanos) enquanto que outros utilizam o sistema LQT
(maioria Europeus). Nao existe uma confirmacao de que um modo seja superior em relacao ao
outro para o calculo da funcao do receptor, e uma questao de costume.
Mesmo assim e importante notarmos que existe uma diferenca marcante entre a funcao
do receptor obtida pela deconvolucao das componentes ZRT e LQT: O traco para a funcao do
receptor utilizando a rotacao LQT nao apresenta um “spike” na origem, resultante da chegada
da fase P na componente R como obtido na deconvolucao das componentes ZRT. Esse “spike”
pode se misturar a fases proximas a origem alem do que ele apresenta uma amplitude muito
maior do que a fase de interesse.
Tambem como mostrado, a escolha do metodo para a deconvolucao nao afeta o resultado
desde que os dados sejam escolhidos de forma coerente, selecionando sempre eventos claros.
A interpretacao nao deve se basear em apenas um traco de funcao do receptor mas sim, em uma
secao ou traco empilhado como veremos durante a analise dos dados.
Por fim, devido as circunstancias de processamento, estaremos utilizando neste trabalho a
rotacao LQT com deconvolucao impulsiva exceto onde for explicitamente citado. Os angulos
para a rotacao LQT foram obtidos de forma automatica pela diagonalizacao da matriz 3D de
2.2 Dados 41
coerencia utilizando-se do metodo SV D, onde a direcao do auto-vetor com o maior auto-valor
e adotada como direcao L durante a rotacao.
2.2 Dados
A selecao e pre-processamento dos dados e uma parte crucial para a obtencao de bons
resultados com o metodo da funcao do receptor. Como indicado na metodologia e importante
utilizar eventos a distancias telessısmicas, que tenham uma incidencia verticalizada na estacao.
Para garantir eventos com uma relacao S/R favoravel, ainda e importante restringir o limite
mınimo de magnitude a pelos menos 5.0 mb, ou em alguns casos, dependendo do nıvel de ruıdo
da estacao e quantidade de dados disponıveis, a magnitudes ≥ 5.5 mb.
2.2.1 Estacoes
Neste trabalho foram processados todos os dados ja pre cortados disponıveis no banco de
dados do laboratorio de sismologia do IAG ate o final do ano de 2005. O banco de dados do IAG
vem sendo formado desde 1992, quando foram instaladas as primeiras estacoes banda larga do
projeto BLSP (Brazillian Lithospheric Seismological Project). Para complementar o trabalho
foram utilizadas ainda uma estacao da Rede mundial (CPUP), uma estacao da rede gerenciada
pelo Prof. Dourado na Universidade Estadual de Sao Paulo (UNESP) em Rio Claro (RCLB) e
uma outra estacao fixa pertencente ao laboratorio de sismologia da USP (VABB) nao ligada ao
projeto BLSP.
Na Figura 2.5 apresentamos a distribuicao das estacoes utilizadas. Cada estacao do projeto
BLSP operou durante aproximadamente 2 anos, a estacao CPUP no Paraguai vem sendo operada
desde 1994, a estacao RCLB esta localizada no horto florestal da cidade de Rio Claro (interior do
estado de Sao Paulo) e foi instalada em meados de 2002. Por fim, a estacao VABB e uma versao
banda larga temporaria da estacao permanente VAO do grupo de sismologia da USP localizada
em Valinhos, interior do estado de Sao Paulo.
2.2.2 Correcao do banco de dados
O banco de dados disponıvel no IAG e composto de duas partes: Um conjunto de arquivos
de forma de onda e os arquivos de ındice em formato ASCII. Os arquivos de forma de onda
contem cada um uma janela de ate 5000 s referente a um evento registrado por uma determinada
estacao e os arquivos de ındice em formato ASCII contem uma linha por evento por estacao.
2.2 Dados 42
cpup
rclb
vabb
agvb
aqdbareb
atdb
bamb
barb
beb
brsb
bscb
cacbcamb
canbcapb
caub2
caub
cdsb
corb
crjb
crtb
cs6b
cv1b
cv3b
frmb
furb
gnsb
ibib
igab
igcb
itab
itpb
jatb
jfob
jnrb
juqb
natb
navb
novb
nupb
olib
pacb
parb
pazb
pdcb
popb
porb
pp1b
ppdb
prcb
ptmb
rifb
rstb
slmb
snvb
stmb
trib
trmb
trrb
trsb
cdcb
daeb
Ch
Pt
Pr
SFc
Am
Pb
Ac
Ac
Legenda
Estações (BLSP) Estações (Outras)Regiões Cratônicas Bacia Sedimentar
Limites geológicos
60˚W
60˚W
55˚W
55˚W
50˚W
50˚W
45˚W
45˚W
40˚W
40˚W
35˚W
35˚W
30˚S 30˚S
25˚S 25˚S
20˚S 20˚S
15˚S 15˚S
10˚S 10˚S
5˚S 5˚S
0˚ 0˚
Figura 2.5: Mapa da distribuicao das estacoes utilizadas neste trabalho. Ac=craton Amazonico,Am=bacia Amazonica, Ch=bacia do Chaco-Parana, Pt=bacia do Pantanal, Pr=bacia do Parana,SFc=craton Sao Francisco, Pb=bacia do Parnaıba.
2.2 Dados 43
Para elaborar os arquivos contendo as janelas de dados e utilizado o catalogo de epicentros
QED (quick epicenter determination) do Servico Geologico dos Estados Unidos. A partir das
listas de eventos, para cada estacao disponıvel no perıodo, sao preparados arquivos cortados
de forma de onda, chamados de “slices”, contendo apenas a janela de dados do evento. Para
cada arquivo de “slice” preparado e adicionada uma linha no arquivo de ındice para indicar que
aquele evento esta disponıvel no conjunto de dados. Neste arquivo de ındice sao armazenadas
informacoes hipocentrais do evento junto com a distancia epicentral e azimute reverso referente
a estacao. Desta forma, para cada estacao temos uma lista de eventos ja pre cortados disponıveis.
Alguns problemas foram encontrados com o banco de dados. Com o passar do tempo, o
formato dos arquivos de ındice sofreram pequenas alteracoes. Os dados estavam espalhados
em inumeros discos diferentes do sistema de servidores da sismologia. Alguns dados foram
perdidos, ou em alguns casos o proprio arquivo de forma de onda de algumas das estacoes
se perderam, tornando todo o esquema de busca de eventos no banco de dados complexo e
impreciso. Dessa forma antes de selecionarmos os eventos para a analise da funcao do receptor
optamos por reestruturar o banco de dados.
O resultado da reestruturacao do banco de dados e apresentado na Figura 2.6. Neste grafico
mostramos a disponibilidade de eventos em cada estacao. Para cada estacao sao indicadas tres
series temporais, em preto, vermelho e azul. Em preto, indicamos o perıodo referente aos
dados realmente disponıveis (sismogramas), informacao obtida diretamente dos arquivos de
forma de onda. Em vermelho, a informacao indicada pelos arquivo de ındice antigos, ainda nao
reestruturados, e em azul, o resultado dos ındices depois da reestruturacao.
Como mostrado na Figura 2.6 a reestruturacao do banco de dados corrigiu todas as falsas
indicacoes de dados que nao existiam (p. ex. estacao CANB no inıcio de 1999, NUPB no final de
2000), ao mesmo tempo que gerou a listagem dos eventos para arquivos de forma de onda que
ja estavam cortados mas que nao constavam dos ındices (p. ex. estacao BAMB em meados de
2003, AREB inıcio de 1999).
A reestruturacao do banco de dados garantiu grande agilidade na busca por eventos propı-
cios para o metodo da funcao do receptor, alem de garantir que estarıamos utilizando todos os
eventos disponıveis que satisfizessem os criterios de busca.
2.2.3 Selecao dos eventos
A selecao de eventos foi feita baseada em dois criterios, a distancia epicentral e a magni-
tude do evento. Como indicado na secao 2.1 queremos apenas eventos com um baixo angulo de
2.2 Dados 44
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Arq
uivo
s de
For
ma
de o
nda
Ban
co d
e da
dos
rege
nera
dos
Ban
co d
e da
dos
orig
inai
s
agvb
apob
aqdb
areb
atdb
bam
bbarb
brsb
bscb
cacbca
mb
canb
capb
caub
cdcb
cdsb
corb
crjb
crtb
cs6b
cv1b
cv3b
daeb
frm
bfu
rbgn
sbib
ibig
abig
cbita
bitp
bja
tbjfo
bjn
rbju
qbna
tbnavb
novbno
vb*
nupb
olib
pacb
parb
pazb
pdcb
popb
porb
pp1b
ppdb
prcb
ptm
brc
lbrif
brs
tbslm
bsn
vbst
mb
tribtr
mb
trrb
trsb
vabb
vaob
Per
íodo
de
Reg
istr
o
Figura 2.6: Perıodo disponıvel de dados de cada uma das estacoes analisadas. Estao representa-dos os dados do banco de dados da sismologia antes da correcao (vermelho), depois da correcao(azul) e os dados em si (preto).
2.2 Dados 45
incidencia na estacao e ainda, queremos eventos que apresentem uma conversao identificavel
da onda P na componente S. Com esses requisitos em mente, limitamos as distancias epicen-
trais entre 30◦ e 95◦ e como temos disponıvel uma grande quantidade de eventos, fixamos a
magnitude mınima em 5.5 mb.
Aplicando os criterios de selecao apresentados aos dados disponıveis para a estacao TRRB
foram selecionados os 144 eventos apresentados na Figura 2.7(a). A maior parte dos eventos
mostram uma fase P clara (em 0 s), mas muitos dos tracos ainda precisam ser eliminados antes
de realizarmos a estimativa da funcao do receptor. Na Figura 2.7(b) apresentamos os 60 eventos
resultantes da selecao visual realizada. O objetivo dessa selecao e filtrar apenas os eventos
mais claros (relacao S/R mais alta), removendo eventos com problemas de registro em uma
das componentes e tambem, eventos com um sinal de fonte complicado (por exemplo duracao
muito grande), que poderiam trazer dificuldades durante a deconvolucao.
−100 −50 0 50 100 150 200
Tempo (s)(a) Eventos selecionados apenas pelosparametros de busca, 30◦ ≤ ∆ ≤ 95◦ e magni-tude ≥ 5.5 mb para a estacao TRRB componenteZ apenas. Foram selecionados um total de 144eventos.
−100 −50 0 50 100 150 200
Tempo (s)(b) Componente Z da estacao TRRB. Eventos se-lecionados apos inspecao visual para eliminartracos com problemas de registro ou com umarelacao S/R muito baixa. Para esta estacao so-braram 60 eventos.
Figura 2.7: Exemplo de selecao para estacao TRRB. Em a), os eventos selecionados apenas comos parametros de busca, em b), eventos selecionados apos inspecao visual individual.
2.2 Dados 46
2.2.4 Deconvolucao, obtendo os tracos de funcao do receptor
Os dados selecionados de cada estacao que passaram pela inspecao foram deconvolvidos.
Antes da deconvolucao, todos os dados foram pre-processados com as seguintes operacoes:
remocao da tendencia linear, filtragem utilizando um filtro passa alta de perıodo 50 s (0.02 Hz)
e deslocamento em tempo de forma a alinhar a chegada teorica da onda P em 0 s.
A obtencao dos angulos (azimute reverso/inclinacao) de rotacao para o sistema LQT foi
feita automaticamente utilizando o metodo descrito em 2.1.1 em uma janela de −10 s a 10 s
(janela contendo a onda P) para cada evento. Em seguida calculamos para cada evento tres
filtros inversos ( f ) referentes a tres tamanhos de janelas diferentes como indicado:
• Janela A: entre −10 s e 90 s, total 100 s
• Janela B: entre −10 s e 70 s, total 80 s
• Janela C: entre −10 s e 40 s, total 50 s
O filtro inverso, utilizado na deconvolucao impulsiva, e definido como sendo o filtro que
convolvido com a componente L, ira transforma-la em uma funcao delta. Deseja-se entao f tal
que:
L(t)? f (t) = δ (t) (2.14)
Onde L e a componente onde isolamos a onda P de evento, f o filtro inverso desejado e δ a
funcao delta de Dirac (δ = 1 se t = 0 e 0 caso contrario). Para resolver o sistema dado, devemos
entao minimizar a diferenca entre o lado direito esquerdo da equacao:
I = ∑t(δ (t)−L(t)? f (t))2 (2.15)
Resultando em um sistema de mınimos quadrados dado pela expressao:
ΦLL(τ)? f (τ) = ΦLδ (τ) (2.16)
Onde ΦLL e a auto-correlacao da componente L registrada, e ΦLδ a correlacao cruzada
entre a componente L registrada e o delta de Dirac. Para estabilizar a estimativa do filtro in-
verso, a diagonal principal da matriz de auto-correlacao e multiplicada por uma regularizacao
2.2 Dados 47
igual a 2, que tem o mesmo efeito de utilizarmos um filtro passa baixa durante o processo de
deconvolucao. O sistema e resolvido pelo metodo de Levinson para solucao de sistema envol-
vendo matrizes do tipo “toeplitz” (Press et al., 2007).
Como discutido, a funcao do receptor e entao dada pela deconvolucao impulsiva da compo-
nente Q pela componente L, que pode ser obtida pela convolucao de componente Q pelo filtro
inverso f estimado. Ou seja:
Fr =QL
= Q? f (2.17)
Seguindo este raciocınio cada evento foi deconvolvido tres vezes, cada vez com um dos
filtros inversos estimados. A melhor deconvolucao foi aquela que apresentou a maior relacao
S/R para uma janela de 2 s (Janela 1) centrada em 0 s na componente L deconvolvida como
ilustrado na Figura 2.8. A relacao sinal ruıdo foi estimada pela razao do valor medio absoluto
(RMS) calculado dentro das janelas 1 e 2 (Figura 2.8). No final da deconvolucao de todos os
eventos de uma estacao elaboravamos um grafico resumo dos parametros utilizados durante a
deconvolucao. Na Figura 2.9 apresentamos um exemplo para a estacao TRRB.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo (s)
Janela 1 Janela 2
S/R = rms(janela1)rms(janela2)
TRRB −L
Figura 2.8: Calculo da relacao S/R da componente L deconvolvida utilizada para escolha do me-lhor filtro inverso para a estimativa da funcao do receptor. RMS indica o valor medio absolutocalculado para uma determinada janela.
Os graficos preparados com o resumo dos parametros da deconvolucao (como mostrado na
Figura 2.9) foram utilizados inicialmente para controle dos angulos escolhidos automaticamente
durante a rotacao LQT. Em alguns casos, como na estacao BEB (Belem, PA), conseguimos a par-
tir desses graficos identificar problemas serios na rotacao e deconvolucao dos eventos devido a
influencias de outros fatores fora do nosso controle nos registros. Sempre que foram encontra-
dos parametros anomalos na analise desses graficos a deconvolucao para o evento em questao
era conferida manualmente, e quando necessario o evento era eliminado.
Com as funcoes do receptor calculadas e os erros grosseiros eliminados, foram preparadas
secoes corrigidas para o parametro de raio igual a 6.4 s/grau de funcoes do receptor por estacao.
2.2 Dados 48
0 20 40 60 80
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Inci
dênc
ia
Evento
Estimado (± 10°)Teórico
0 90
180 270 360
Azi
mut
e R
.
0 5
10 15 20 25 30 35 40
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0
50
100
150
200
250
300
350
A. I
ndid
ênci
a
Azi
mut
e R
.
S/N (ampl. pico/ampl. traço)
ângulo de incidênciaazimute reverso
0 10 20 30 40 50 60 40
50
60
70
80
90
100
110
Evento
tamanho da janela
Figura 2.9: Exemplo da analise grafica realizada com os parametros da deconvolucao para aestacao TRRB. Nos dois graficos acima a linha em verde indica o valor teorico dos parametros(Azimute e Incidencia) calculados a partir das coordenadas do evento e estacao, os pontos combarras de incerteza sao os valores estimados pela diagonalizacao da matriz de coerencia.
Um conjunto de exemplos para a estacao TRRB e mostrado na Figura 2.10.
Nas secoes apresentadas na Figura 2.10 apresentamos diferentes informacoes. No quadro
central, sao mostrados os tracos de funcao do receptor para componente Q corrigidos para um
parametro de raio igual a 6.4 s/grau e fase Ps para a estacao TRRB cujo nome e indicado a
esquerda. No quadro superior da secao apresentamos a funcao do receptor empilhada, isto e,
a somatoria amostra a amostra dos tracos mostrados no quadro central, e por fim, a direita do
quadro central sao indicadas as distancias epicentrais (cırculos pretos) e os azimutes reversos
teoricos (linha vermelha) para cada funcao do receptor apresentada.
Essas secoes foram uma a uma inspecionadas visualmente buscando estabelecer a coerencia
das fases Ps identificaveis. Como exemplo, nas secoes a), b) e c) da Figura 2.10 apresentamos
respectivamente a secao com todos os dados deconvolvidos, a secao somente com os dados que
passaram na inspecao e a secao para os dados eliminados para a estacao TRRB.
Durante a inspecao eram eliminados tracos de funcao do receptor com ausencia ou deslo-
camento anormal da fase Ps para a Moho, que normalmente e claramente identificavel perto
2.2 Dados 49
0 10 20 30 40 50 60 70
TRRB
50 75∆
0
10
20
30
40
50
60
NE SE SWNW
0 10 20 30 40 50 60 70
Traço Empilhado
Tempo (s)
(a) Eventos resultantes da deconvolucao automatica.
0 10 20 30 40 50 60 70
TRRB
50 75∆
0
10
20
30
40
50
NE SE SWNW
0 10 20 30 40 50 60 70
Traço Empilhado
Tempo (s)
(b) Eventos restantes apos inspecao visual.
0 10 20 30 40 50 60 70
TRRB
50 75∆
0
10
NE SE SWNW
0 10 20 30 40 50 60 70
Traço Empilhado
Tempo (s)
(c) Eventos removidos durante inspecao visual.
Figura 2.10: Tracos de funcoes do receptor para a componente Q da estacao TRRB corrigidospara o parametro de raio 6.4 s/grau para fase Ps. a) Antes da inspecao visual. b) Depois dainspecao. c) Tracos removidos durante a inspecao. Todos os tracos foram filtrados por um filtropassa baixa 1.5 Hz. O traco acima da secao representa o traco empilhado (soma linear) de todosos tracos apresentados abaixo. A esquerda dos tracos e indicado o nome da estacao e a direitado quadro central sao indicadas as distancias epicentrais (cırculos pretos) e os azimutes reversos(linha vermelha) para cada funcao do do receptor apresentada.
2.2 Dados 50
dos 5 s com uma amplitude em geral maior do que outras conversoes. Tambem eliminavam-
se tracos com efeitos de oscilacao exagerado (“ringing”) causado por instabilidades durante a
deconvolucao.
No exemplo dado, Figura 2.10, e possıvel conferir as caracterısticas apontadas na secao
apresentada em 2.10(c) (dos dados eliminados). Com a remocao destes dados obteve-se uma
pequena melhora no traco empilhado da secao 2.10(b) em relacao do mesmo traco apresentado
na secao 2.10(a), pois esta estacao apresenta uma quantidade grande de eventos. Em estacoes
com uma menor quantidade de dados, a inspecao visual dos dados deconvolvidos e importante
para garantir a qualidade do resultado final.
2.2.5 Comentarios
O processo descrito nesta secao foi aplicado para cada uma das 63 estacoes indicadas.
A unica excecao foi a estacao CPUP para a qual ja obtivemos os tracos de funcao do receptor
deconvolvidos e entao, so realizamos a inspecao visual das secoes corrigidas para um parametro
de raio igual a 6.4 s/grau para eliminarmos os tracos que apresentavam uma qualidade muito
baixa ou uma das caracterısticas ja citadas anteriormente.
Apos a selecao e preparacao dos dados foi possıvel estimar algumas estatısticas sobre os
dados disponıveis para a execucao do trabalho em si. Na Tabela 2.1 apresentamos o nome,
coordenadas (longitude, latitude e altitude), numero de eventos disponıveis para deconvolucao
(Nd), numero de eventos finais (N f ), aproveitamento dos dados selecionados e uma descricao
sucinta da localizacao para cada uma das estacoes processadas.
O numero de eventos disponıveis para cada estacao e o numero de eventos disponıveis para
realizarmos a deconvolucao, isto e, sao os eventos selecionados e inspecionados por bons regis-
tros e relacao S/R adequada. O numero de eventos finais representa o numero de eventos que
chegaram ate o final do processo de deconvolucao, ou seja, os dados efetivos que vamos traba-
lhar daqui para frente, e o aproveitamento, nada mais e do que a razao dos eventos finais pelos
disponıveis. Eu acredito que o aproveitamento de eventos seja um parametro classificatorio da
qualidade da estacao e dos registros disponıveis para cada estacao. Na ultima linha da Tabela
2.1 apresentamos o numero total de eventos disponıveis (1598) versos o numero total de even-
tos finais (1189) para todas as estacoes processadas, o que define um aproveitamento medio de
74%.
Um outro parametro que ate o momento nao foi discutido e a distribuicao dos eventos em
relacao a nossa rede de estacoes. A posicao do Brasil em relacao aos eventos, guardadas as
2.2 Dados 51
limitacoes de distancia epicentral, faz com que a maioria dos eventos processados/utilizados
sejam originarios da regiao Andina (a Oeste do Brasil). Em geral eventos de Leste sao mais
escassos e de menor magnitude.
Tabela 2.1: Lista das estacoes utilizadas durante a analise da Funcao do Receptor para ondas
P. Nd e o numero de eventos deconvolvidos por estacao, N f o numero de bons eventos
selecionados apos inspecao visual de todos os tracos e App. a porcentagem de aproveitamento
dos eventos por estacao.
Est. Long. Lat. Alt. Nd N f App Descricao
agvb -50.23 -19.74 450.0 040 032 80% Agua Vermelha, MG
aqdb -55.70 -20.48 155.0 007 007 100% Aquidauana, MS
areb -46.12 -21.36 980.0 038 030 78% Areado
atdb -42.86 -21.29 550.0 052 036 69% Astolfo Dutra, MG
bamb -46.03 -20.04 703.0 028 016 57% Bambuı, MG
barb -43.80 -21.22 1140.0 019 011 57% Barbacena
beb -48.44 -1.45 2.0 013 012 92% Belem, PA
brsb -45.59 -22.54 1800.0 034 025 73% Brasopolis, MG
bscb -44.76 -21.00 965.0 021 014 66% Bom Sucesso
cacb -46.73 -21.68 1381.0 043 032 74% Caconde, Divinolandia
camb -41.43 -21.78 148.0 011 009 81% Campos, RJ
canb -50.38 -22.97 442.0 032 025 78% Canoas
capb -51.02 -22.81 340.0 013 009 69% 1o. de Maio, PR
caub2 -36.01 -8.18 493.0 067 056 83% Caruaru, PE
caub -36.01 -8.18 479.0 003 003 100% Caruaru, PE
cdcb -44.72 -20.24 860.0 040 031 77% Carmo do Cajuru, MG
cdsb -52.84 -18.77 754.0 006 005 83% Chapadao do Sul, MS
corb -48.69 -17.74 950.0 043 027 62% Corumba, Caldas Novas, GO
cpup -57.33 -26.33 105.0 066 056 84% Villa Florida, Paraguay
crjb -50.15 -6.17 757.0 015 008 53% Carajas, PA
crtb -44.58 -13.43 542.0 014 009 64% Correntina, BA
cs6b -38.67 -5.49 110.0 053 039 73% Castanhao, CE
cv1b -47.38 -13.81 790.0 020 012 60% Cavalcante 1, GO
cv3b -47.22 -13.76 681.0 012 008 66% Cavalcante 3, GO
daeb -46.21 -23.69 775.0 016 013 81% DAE, Jacarei, SP
... continua na proxima pagina
2.2 Dados 52
Continuando ...
Est. Long. Lat. Alt. Nd N f App Descricao
frmb -45.64 -20.49 785.0 026 021 80% Formiga, MG
furb -46.28 -20.68 850.0 022 014 63% Furnas, MG
gnsb -49.09 -15.26 1069.0 029 020 68% Goianesia, GO
ibib -48.81 -21.78 440.0 010 008 80% Ibitinga, SP
igab -46.12 -23.25 677.0 018 016 88% Igarata
igcb -47.61 -1.13 55.0 011 007 63% Igarape-Assupcao, PA
itab -52.34 -27.31 459.0 023 020 86% Ita, RS
itpb -39.63 -15.99 307.0 015 012 80% Itapebi, BA
jatb -51.49 -17.89 819.0 028 022 78% Jataı, GO
jfob -43.33 -21.73 776.0 018 013 72% Juiz de Fora, RJ
jnrb -44.51 -15.47 572.0 015 009 60% Januaria, MG
juqb -47.72 -24.09 484.0 011 009 81% Juquia
natb -42.00 -21.05 265.0 036 026 72% Natividade, RJ
navb -54.18 -21.43 404.0 010 009 90% Nova Alvorada, MS
novb -49.56 -28.61 135.0 018 011 61% Nova Veneza, SC
nupb -47.69 -20.66 678.0 019 015 78% Nuporanga, SP
olib -48.93 -20.88 480.0 007 006 85% Olımpia, SP
pacb -51.26 -21.61 347.0 022 014 63% Pacaembu, SP
parb -45.62 -23.34 767.0 014 011 78% Paraibuna, SP
pazb -50.87 -15.16 370.0 031 020 64% Araguapaz, GO
pdcb -39.12 -12.53 220.0 033 027 81% Pedra do Cavalo, BA
popb -52.84 -22.46 283.0 031 019 61% Porto Primavera
porb -49.08 -13.33 365.0 024 015 62% Porangatu, GO
pp1b -54.88 -17.60 370.0 033 028 84% Sonora, MS
ppdb -51.31 -22.03 419.0 048 032 66% Presidente Prudente, SP
prcb -46.82 -17.27 777.0 023 018 78% Paracatu, MG
ptmb -57.48 -21.46 240.0 011 007 63% Porto Murtinho, MS
rclb -47.53 -22.42 660.0 034 026 76% Rio Claro, SP
rifb -47.50 -20.07 860.0 055 043 78% Rifaina, SP
rstb -48.83 -24.70 173.0 014 010 71% DAE, Jacarei, SP
slmb -50.35 -16.57 700.0 013 010 76% S.L. Montes Belos, GO
snvb -51.88 0.91 248.0 031 024 77% Serra do Navio, AP
... continua na proxima pagina
2.2 Dados 53
Continuando ...
Est. Long. Lat. Alt. Nd N f App Descricao
stmb -54.96 -2.75 195.0 003 003 100% Santarem, PA
trib -51.33 -20.67 290.0 030 024 80% Tres Irmaos,
trmb -44.93 -18.09 800.0 019 013 68% Tres Marias, MG
trrb -43.20 -22.15 222.0 060 048 80% Tres Rios, RJ
trsb -42.71 -4.87 125.0 031 022 70% Teresina, PI
vabb -46.97 -23.00 808.0 016 012 75% Valinhos, SP
Total de eventos: 1598 1189 74%
Na Figura 2.11 apresentamos um mapa indicando a localizacao dos eventos utilizados neste
trabalho. Cada evento no mapa da Figura 2.11 pode ter sido registrado por mais de uma estacao,
resultando assim em mais de um traco de funcao do receptor.
Neste mapa (Figura 2.11) sao indicados dois grupos de eventos. O primeiro deles (Even-
tos1) sao os eventos que originaram os 1189 tracos finais de funcoes de receptor analisados
durante o trabalho. O segundo grupo de eventos (Eventos2) sao os eventos de tracos de funcoes
do receptor que foram eliminados durante a inspecao visual das secoes de funcao do receptor.
180˚
180˚
90˚W
90˚W
0˚
0˚
90˚E
90˚E
90˚S 90˚S
60˚S 60˚S
30˚S 30˚S
0˚ 0˚
30˚N 30˚N
60˚N 60˚N
90˚N 90˚N
∆ ≤ 95° ∆ ≥ 95° EstaçõesEventos1 Eventos2
Figura 2.11: Mapa mostrando os eventos utilizados neste trabalho. Eventos1 sao os eventosefetivamente utilizados, isto e: eventos que resultaram em bons tracos de funcao do receptor quenao foram eliminados em nenhuma etapa de inspecao descrita no texto. Eventos2 sao os eventosque foram eliminados com a remocao dos tracos de funcao do receptor que nao passaram nainspecao visual como explicado no texto. Cada evento pode ter sido registrado por mais de umaestacao.
2.2 Dados 54
Como citado, embora existam eventos originarios de todas as direcoes para a nossa rede
de estacoes a maioria sao originarios da regiao Andina, sendo assim limitados a uma distancia
epicentral e azimutes restritos. Dos 406 eventos apresentados (Eventos1) temos que: aproxima-
damente 33% estao a Leste enquanto que 67% deles estao a oeste da rede de estacoes. Ainda, e
importante realcar que a nossa selecao visual de eventos deconvolvidos removeu de forma equi-
librada eventos de todas as distancias e azimutes, ou seja removeu de forma aleatoria (como o
ruıdo deve ser) os eventos mal registrados.
Como resumo final, para ilustrar as etapas discutidas, a Figura 2.12 mostra o fluxograma de
processos realizados durante a selecao e preparacao dos dados.
Figura 2.12: Fluxograma de processamento desde a selecao dos dados ate a obtencao do con-junto de tracos de funcao do receptor que sera utilizado neste trabalho.
2.3 Resultados 55
2.3 Resultados
Os tracos de funcao do receptor para ondas P apresentam informacoes tanto para a parte
mais superficial (crosta) quanto para a parte mais profunda (manto e zona de transicao). Nesta
secao apresentamos os resultados para Crosta e Manto individualmente pois a correta interpre-
tacao desses resultados depende cada um de tecnicas de empilhamento diferentes.
2.3.1 Empilhamento de funcoes do receptor
Uma das formas de se aumentar a relacao S/R e realizando o empilhamento1 de diferentes
tracos de funcao do receptor para diminuir o ruıdo aleatorio ressaltando as feicoes de interesse.
Como visto na secao 2.1 a funcao do receptor representa a estrutura sob a estacao vista de
um determinada direcao dada pela posicao relativa do evento em relacao a estacao. Caso o
nosso modelo de camadas seja plano, ou seja sem variacao lateral, a funcao do receptor (mais
precisamente o tempo de chegada e amplitude das fases) deve variar apenas com o parametro de
raio (p) como indicado nas equacoes 2.8 ate 2.11. O parametro de raio por sua vez, guarda uma
dependencia inversa com a distancia epicentral e com a profundidade do evento (p=p(∆,H)).
Para ilustrar essa dependencia na Figura 2.13 e apresentado um esquema indicando a vari-
acao da funcao do receptor com a distancia epicentral.
Como mostrado na Figura 2.13 (a), a posicao das fases convertidas na funcao do receptor
dependem do parametro de raio da onda P incidente, que determina como a funcao do receptor
amostra a camada. Para parametros de raio cada vez menores a funcao do receptor tende a amos-
trar a camada cada vez mais perpendicularmente, chegando ao caso limite que esta indicado no
traco de numero 3 do esquema. Para parametros de raio maiores (raios 2 e 1 do esquema), a
funcao do receptor e “esticada” em tempo. Para ilustrar de uma outra forma o mesmo efeito,
na Figura 2.13 b) calculamos para cada distancia epicentral o tempo de chegada de uma fase Ps
convertida em uma camada a 35 km de profundidade (os eventos foram todos considerados a
uma profundidade de 0 km) que ilustra o comportamento nao linear dos tempos de chegada.
Dessa forma, durante esse trabalho utilizamos tres metodos diferentes para correlacionar
diferentes tracos de funcoes do receptor corrigindo o efeito causado pela variacao do parametro
de raio. Os metodos sao:
• Empilhamento inclinado ponderado pela fase (pwss)
1Entende-se por empilhamento a soma amostra a amostra de diversos tracos que amostraram o mesmo espaco(ou ponto) em momentos diferentes
2.3 Resultados 56
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Tem
po (
s)
30 45 60 75 90
Distância (graus)
a) b)
Figura 2.13: Representacao da variacao dos tracos de funcao do receptor com a distancia epi-central. a) Como a funcao do receptor amostra o modelo de camadas. b) Curva teorica para avariacao do tempo de chegada da fase Ps com a distancia do evento para uma camada a 35 kmde profundidade. Eventos simulados com uma profundidade de 0 km.
• Empilhamento Profundidade vs. Razao de Velocidade (hk)
• Correcao de parametro de raio (move-out/NMO)
O metodo pwss (phase weighted slant stacking)
Neste metodo e realizada uma busca em direcoes lineares de empilhamento das fases corre-
lacionaveis em secoes de funcao do receptor. Como apresentado um primeiro problema e a nao
linearidade da relacao entre o tempo de chegada das fases de interesse (Ps, Ppps ou Psps+Ppss)
com a distancia epicentral, ou mesmo com o parametro de raio, em tracos de funcao do receptor.
Para resolver esse problema este metodo propoe a utilizacao do parametro de raio quadrado que
ira linearizar as equacoes 2.8 a 2.11 em primeira aproximacao para um modelo de uma camada.
A ideia principal do metodo pode ser apresentada pela seguinte transformacao:
f (t,∆)→ f (t, p2) (2.18)
Onde f e uma funcao de duas variaveis representando uma secao de funcoes do receptor.
Ao realizarmos a mudanca de ∆ para p2 uma fase particular de interesse podera ser identificada
como uma linha reta em f com uma determinada inclinacao (∆t/∆p2) em graus2/s. Dessa
forma, o empilhamento da secao f na direcao correta ira gerar um traco de funcao do receptor
2.3 Resultados 57
empilhado onde uma determinada fase e destacada e outras fases (que nao foram alinhadas)
suprimidas. Variando a direcao de empilhamento obtem-se diversos tracos cada um com uma
determinada fase em destaque.
Para aumentar a eficiencia do empilhamento neste metodo ao inves de utilizarmos um em-
pilhamento linear, onde cada amostra de cada traco e somada e o resultado final dividido pelo
numero de tracos, utilizamos o empilhamento ponderado pela fase (pws), onde a variacao da
fase instantanea das amostras a serem empilhadas e utilizada como peso na media final. Ou seja,
caso uma determinada chegada que esteja alinhada na nossa secao f apresente uma variacao da
fase instantanea ao longo da direcao, essa chegada sera atenuada no traco final. Este metodo de
empilhamento e descrito em Schimmel & Paulssen (1997).
Na Figura 2.14 apresentamos um exemplo do empilhamento das funcoes do receptor para
a estacao RIFB em duas direcoes diferentes: 0 graus2/s e 0.06 graus2/s sendo que para a
direcao 0 graus2/s apresenta-se o resultado para o empilhamento linear e pwss. A direcao de
empilhamento 0.06 graus2/s foi escolhida por estar proxima a direcao teorica para a conversao
Ps da descontinuidade 410 km, e por apresentar a maior amplitude para o pico em questao.
−10 0 10 20 30 40Tempo (s)
LINEAR DIR=0.00 (1)
PWSS DIR=0.00 (2)
PWSS DIR=0.06 (3)
−10 0 10 20 30 40Tempo (s)
Normalizado = 1
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Tempo (s)
410km em ~ 45s
Este traço está com uma escala 10x menor
a) b)
c)
d)
LINEAR DIR=0.00 (1)
PWSS DIR=0.00 (2)
PWSS DIR=0.06 (3)
0 25Tempo (s)
Par
âmet
ro d
e R
aio
Seção RIFB
Figura 2.14: Tracos resultantes do empilhamento da secao apresentada para a estacao RIFB. a)comparacao para janela contendo a conversao Ps da Moho entre os tracos empilhados usando oempilhamento linear com direcao 0 graus2/s, pwss com direcao 0 graus2/s e pwss com direcao0.06 graus2/s. b) Idem a), mas com os tracos normalizados para maxima amplitude igual a 1.c) Idem a) para uma janela de 25 s a 120 s com um filtro passa baixa de 2 s. d) Secao dos dadosoriginais para a estacao RIFB.
Comparando os tracos 1 e 2 na Figura 2.14(a) vemos que a fase Ps da Moho, chegando
2.3 Resultados 58
em ≈ 5 s, e ligeiramente atenuada pelo pwss. O pws, como qualquer filtro, ao suprimir o ruıdo
acaba por atenuar os sinais de interesse, mas a comparacao dos tracos 1 e 2 normalizados em
2.14 (b), o ruıdo esta sendo mais suprimido do que o sinal; melhorando assim a relacao S/R do
traco final.
Uma outra caracterıstica do pwss e a direcao de empilhamento otima para uma fase, que
alem de depender do tipo de conversao (Ps, Ppps ou Psps+Ppss), tambem depende da pro-
fundidade de conversao. Para um mesmo tipo de conversao, camadas mais rasas irao empilhar
em direcoes mais proximas de zero, enquanto que camadas mais profundas terao direcoes de
empilhamento cada vez maiores.
Comparando os tracos 2 e 3 da Figura 2.14(a,b) podemos ver esse efeito, a fase Ps para o
sedimento que e claramente apresentada para um tempo de ≈ 0.5 s no traco 2, foi suprimida
com a alteracao da direcao de empilhamento de 0 graus2/s para 0.06 graus2/s como mostrado
no traco 3, ao mesmo tempo que a fase Ps para a descontinuidade de 410 km aos 45 s e des-
tacada para o traco de numero 3 da Figura 2.14(c). A direcao de empilhamento esperada para
uma camada sedimentar, para a descontinuidade de Moho, descontinuidade de 410 km e des-
continuidade de 660 km sao respectivamente 0.0004 grau2/s, 0.005 grau2/s, 0.08 grau2/s e
0.17 grau2/s pelo o modelo IASP91.
Como cada fase (Ps ou multipla) para cada profundidade somente e empilhada corretamente
em um determinado tempo e direcao de empilhamento um procedimento comum e apresentar
o resultado do pwss como uma secao onde no eixo x e representado o tempo (em segundo) e
no eixo y a direcao de empilhamento (em graus2/s). Um exemplo deste tipo de resultado e
apresentado na Figura 2.15 para a estacao RIFB. Uma vantagem deste tipo de representacao e
a possibilidade de serem identificadas na mesma secao todas as fases coerentes para um de-
terminado conjunto de tracos. Do mesmo modo como os tempos dependem do parametro de
raio em um traco de funcao do receptor, o mesmo acontece na secao elaborada pelo pwss, cada
secao esta vinculada a um parametro de raio especifico que sempre deve ser adotado como o
parametro de raio medio dos dados disponıveis para o empilhamento (Bianchi, 2003).
Analisando a secao da Figura 2.15 vemos uma das vantagens do metodo pwss, que e distin-
guir o tipo de fase convertida nas secoes de funcao do receptor pela direcao de empilhamento.
As fases Ps convertidas em quaisquer camadas sempre vao apresentar um empilhamento coe-
rente para uma direcao positiva (> 0 graus2/s), pois a medida que aumentamos o parametro
de raio (ou diminuımos a distancia epicentral) aumentamos o tempo de chegada da fase Ps e
assim ∆t/∆p2 > 0. Para as fases multiplas a relacao e inversa, fazendo com que elas sempre
sejam empilhadas para direcoes de empilhamento negativas, isolando-as na parte inferior da
2.3 Resultados 59
−0.30
−0.24
−0.18
−0.12
−0.06
0.00
0.06
0.12
0.18
0.24
0.30
−0.30
−0.24
−0.18
−0.12
−0.06
0.00
0.06
0.12
0.18
0.24
0.30
−5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
−5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Tempo (s)
Dire
ção
[gra
us2 /
s]
AB
CD
E
Figura 2.15: Secao de empilhamento pwss referente ao parametro de raio p = 7.7 graus2/s paraestacao RIFB. As fases indicadas sao: A) Ps convertida da Moho, B) Conjunto de multiplas(Ppps e Psps+Ppss) para a conversao da Moho, C) Fase Ps de uma interface perto dos 269 km,D) Fase Ps da descontinuidade de 410 km e E) Fase Ps da descontinuidade de 660 km.
secao pwss.
Essa caracterıstica do pwss e uma das suas maiores virtudes pois um dos objetivos do es-
tudo de funcoes do receptor e a busca e confirmacao de novas interfaces ainda nao mapeadas,
principalmente na regiao do manto superior em que uma conversao Ps poderia ser facilmente
confundida com uma fase multipla de alguma interface mais rasa. Um exemplo de uma possıvel
interface mantelica identificada na estacao RIFB e o sinal em 30.2 s na Figura 2.14 e marcada
com uma letra (C) na Figura 2.15. Como apresenta o seu maximo empilhamento em uma
direcao positiva (≈ 0.03 graus2/s) esta fase e uma conversao Ps de uma interface a 269 km
de profundidade (30.2 s no modelo IASP91). Alem disso, como a amplitude da conversao e
positiva ela representa uma variacao normal da velocidade, ou seja, aumentando com a profun-
didade.
A conversao dos tempos lidos para profundidade e razao de velocidades e realizada atraves
da aplicacao das formulas 2.8 a 2.11, individualmente ou em grupos, dependendo da quantidade
de informacoes obtidas na secao pwss. Caso seja identificada somente a conversao Ps, sera
necessario assumir um valor para a velocidade vp e a razao de velocidade vp/vs para estimar a
profundidade da conversao. No caso de realizarmos duas leituras na secao pwss, e assumirmos
um valor para a vp ou vs, ja e possıvel obter um valor para profundidade e um valor para a razao
de velocidades (em geral assume-se o valor da velocidade para a onda P, e estima-se os valores
de h e vp/vs).
2.3 Resultados 60
Na melhor situacao, quando as tres fases para uma mesma camada sao identificadas, e
possıvel pela combinacao duas a duas das leituras obter tres valores diferentes para h e vp/vs,
que combinados fornecem um valor medio e uma incerteza para cada um dos parametros dese-
jados.
O metodo hk
O metodo de empilhamento hk (Zhu & Kanamori, 2000) obtem diretamente das secoes
de funcao do receptor o valor da profundidade (h) e razao de velocidades (k=vp/vs) para um
modelo de uma camada que melhor ajusta todos os tracos fornecidos. O metodo consiste em
maximizar a seguinte funcao objetivo:
S(h,vp/vs) =n
∑i=1
w1Ai1 +w2Ai
2−w3Ai3 (2.19)
onde h e a profundidade da camada, vp/vs a razao de velocidade, w1, w2 e w3 sao pesos
variando de 0 a 1 tal que w1 + w2 + w3 = 1 e Ai1, Ai
2 e Ai3 sao respectivamente os valores de
amplitude do i-esimo traco de funcao do receptor para os tempos correspondentes as conversoes
Ps, Ppps e Psps+Ppss calculados pelas equacoes 2.8 a 2.11. Definindo-se os valores dos pesos
pode-se controlar quais fases terao maior ou menor importancia durante a busca dos parametros
do melhor modelo (dado pelo maximo de S).
Na Figura 2.16 e mostrada a funcao objetivo S calculada para a estacao CPUP (esse grafico
e chamado de diagrama hk) juntamente com uma secao dos dados disponıveis. Os parametros
do modelo que melhor ajustam os dados e obtido de forma muito simples, por outro lado nao
existe um traco de funcao do receptor empilhado que, de alguma forma, represente uma media
dos dados originais.
A incerteza associada a cada um dos parametros obtidos pelo metodo hk e estimada geral-
mente pelo metodo “bootstrap” (Efron & Tibshirani, 1991). A partir do conjunto original de
funcoes do receptor o programa gera subconjuntos contendo tracos sorteados aleatoriamente.
O metodo hk e repetido para cada subconjunto, resultando em um conjunto de parametros h e
vp/vs. A media e desvio padrao desses valores nos fornecem um valor medio e uma estima-
tiva da incerteza associada a determinacao. Nao existe uma regra para determinar o numero
de subconjuntos que devem ser gerados, o importante e buscar um valor que faca com que as
estimativas estabilizem, inclusive as incertezas. De modo geral utilizamos um valor entre 100 e
200 subconjuntos dependendo da quantidade de tracos disponıveis durante o “bootstrap”.
2.3 Resultados 61
0.50.60.70.80.91.0
20
30
40
50
Pro
f. (k
m)
1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
vp/vs
CPUPVp=6.40 km/s
H=34.0 ± 0.7 vp/vs=1.760 ± 0.025
0 25
Tempo (s)
Par
âmet
ro d
e R
aio
Seção CPUP
Figura 2.16: Diagrama hk para a estacao CPUP calculado com os pesos w1 = 0.7, w2 = 0.2 ew3 = 0.1. Na secao ao lado sao apresentados os dados utilizados para o calculo do diagrama hkapresentado.
A parte mais delicada do empilhamento hk e a escolha dos pesos. Zhu & Kanamori (2000)
sugerem que os pesos 1, 2 e 3 devem ser definidos como 0.7, 0.2 e 0.1 respectivamente, o que
faz com que o maior peso seja depositado na fase Ps, normalmente a mais clara e de maior
amplitude. Acontece que apenas a fase Ps nao determina a profundidade da camada e a razao
de velocidades, mas sim, determina uma “crista” de correlacao entre as duas variaveis como
mostrado na Figura 2.17(a).
As fases multiplas entram na hora de delimitar nesta “crista” a real posicao do maximo. A
escolha de um peso maior ou menor para estas fases pode alterar o resultado ou mesmo aumentar
ou diminuir suas incertezas. Na Figura 2.17(b) e mostrado o empilhamento dos mesmos dados
como apresentado na Figura 2.16, mas agora, dando maior importancia ao tempo das fases
multiplas.
Para a escolha dos pesos devemos considerar cada estacao com sua qualidade e quantidade
de dados. Um peso maior para as fazes multiplas em geral resulta numa maior incerteza (Figuras
2.16 e 2.17(b)), pois o ruıdo associado a estas fases e sempre maior do que da fase Ps. Por outro
lado, quando o peso das fases multiplas e diminuıdo a amplitude do pico chega ao nıvel da
“crista” criada pela fase Ps, tornando o metodo instavel.
2.3 Resultados 62
0.50.60.70.80.91.0
20
30
40
50
Pro
f. (k
m)
1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
vp/vs
CPUP
(a) w1 = 1.0, w2 = 0.0 e w3 = 0.0
0.50.60.70.80.91.0
20
30
40
50
Pro
f. (k
m)
1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
vp/vs
CPUPVp=6.40 km/s
H=34.0 ± 0.8 vp/vs=1.750 ± 0.035
(b) w1 = 0.2, w2 = 0.4 e w3 = 0.4
Figura 2.17: Diagramas hk calculados para a estacao CPUP. Pesos, velocidade e valores obtidosindicados em cada um dos casos individualmente.
Correcao de parametro de raio, move-out de funcoes do receptor
Para estudar uma certa conversao Ps, o metodo de correcao de parametro de raio permite
converter um traco de funcao do receptor de um parametro de raio para outro. Com ele e
possıvel transformar todo um conjunto de funcoes do receptor, cada uma com um parametro de
raio diferente, para um mesmo parametro de raio (em geral 6.4 s/grau) e apos transformados, os
tracos podem ser empilhados normalmente. Este metodo e equivalente ao metodo de correcao
NMO (“Normal move-out”) em sısmica.
A correcao dos tracos e feita utilizando-se um modelo de velocidades, calculando-se a
diferenca dos tempos de chegada entre os dois parametros de raio: o parametro original (da
funcao do receptor) e o parametro de raio de destino (para o qual se deseja migrar o traco) para
diversas profundidades. A seguir, levando em conta as diferencas de tempo calculadas para
cada profundidade, constroi-se o traco de funcao do receptor para o novo parametro de raio por
interpolacao dos tempos corrigidos.
Na Figura 2.18 apresentamos um exemplo onde o traco de funcao do receptor original
(linha verde), para a estacao PPDB, com parametro de raio igual a 8.68 s/grau e corrigido para
um parametro de raio igual a 6.4 s/grau (linha preta) usando o modelo IASP91 para a fase
Ps. Nesta Figura, as setas em cinza estao indicando como as amostras do traco original foram
deslocadas e depois interpoladas para construir o traco corrigido.
Complementando a Figura 2.18, na Figura 2.19 sao apresentados todos os tracos para a
estacao PPDB corrigidos para um parametro de raio igual a 6.4 s/grau e fase Ps. A seta azul
2.3 Resultados 63
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Tempo (s)
8.68
6.40
p (s
/°)
Traço migradoTraço original
Figura 2.18: Exemplo de correcao de uma funcao do receptor obtida para a estacao PPDB. Otraco original (linha verde), com um parametro de raio 8.68 s/grau foi convertido no tracoreferente ao parametro de raio 6.4 s/grau (linha preta). As setas indicam como as amostras dotraco original sao deslocadas para o novo traco.
esta indicando nesta figura a direcao na qual o traco original foi esticado ou comprimido, note
que para valores de p < 6.4 s/grau o traco esta sendo esticado, enquanto que para valores de
p > 6.4 s/grau o traco original e comprimido.
E importante ressaltar que o processo de correcao so pode ser realizado para uma fase por
vez. Uma secao corrigida para fase Ps ira alinhar somente a fase Ps, enquanto que as multiplas
irao continuar desalinhadas. Dessa forma, o empilhamento de um conjunto de tracos corrigidos
para a fase Ps tende a atenuar o sinal das fases multiplas pela sua ma correlacao, sendo este
efeito cada vez maior quanto maior a profundidade (e tempo) das fases analisadas.
Apos corrigidas e empilhadas o tempo de cada conversao de interesse pode ser obtido pela
leitura da posicao do maximo correspondente a cada uma das camadas. O erro associado a
leitura do maximo tem uma componente da amostragem do traco (assumida como metade do
intervalo de amostragem) e uma componente de ruıdo aleatorio, que pode ser estimado atraves
do metodo “bootstrap” (Efron & Tibshirani, 1991) durante o empilhamento.
Na Figura 2.20 apresentamos 4 diferentes grupos de tracos obtidos por rodadas diferentes
do metodo “bootstrap” para os dados da Figura 2.19. Cada um dos grupos (a, b, c e d) da Figura
2.20 contem um numero diferente de tracos empilhados, cada um, originario do empilhamento
de um sub-conjunto dos dados originais. O numero de sub-conjuntos dos dados originais que
foram utilizados em cada rodada e indicado por G na Figura, por exemplo em a), foram gerados
10 sub-conjuntos, em b) 35, c) 75 e d) 120. Com o aumento do numero de sub-conjuntos
gerados (de (a) para (d)), existe uma convergencia para o tempo medio (tm), estimado como a
2.3 Resultados 64
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo (s)
4.605.816.296.666.846.876.917.017.117.167.247.267.267.407.687.718.188.308.358.418.488.498.548.588.598.638.648.658.688.708.738.78
p (s
/°)
Sismograma migrado (p=6.4 s/°)Sismograma original (p indicado ao lado)Indica a direção que o traço foi "esticado"
Figura 2.19: Secao com os 32 tracos de funcao do receptor disponıveis para a estacao PPDB.Os tracos originais (linha verde) estao sobrepostos aos tracos corrigidos (linha preta) para umparametro de raio 6.4 s/grau e fase Ps. A seta indica se o traco original foi comprimido (←)ou esticado (→). A correcao foi realizada utilizando o modelo IASP91 como referencia.
2.3 Resultados 65
media dos tempos da fase Ps lidos (indicados em vermelho em cada traco empilhado), e da sua
incerteza (σ ), assumida como sendo o desvio padrao das mesmas leituras.
3 4 5 6 7 8Tempo (s)
G=10tm=5.29 s σ=0.06 s
3 4 5 6 7 8Tempo (s)
G=35tm=5.30 s σ=0.05 s
3 4 5 6 7 8Tempo (s)
G=75tm=5.30 s σ=0.04 s
3 4 5 6 7 8Tempo (s)
G=120tm=5.30 s σ=0.04 s
a) b) c) d)
Figura 2.20: Grupos de tracos corrigido e empilhados. Cada traco corresponde ao empilha-mento de um sub-conjunto dos dados originais para a estacao PPDB. Em a) foram gerados 10sub-conjuntos, b) 35, c) 75 e d) 120. Para cada grupo e indicado o numero de sub-conjuntosconsiderados (G), a media dos tempos (tm) para a fase Ps lida (indicada em vermelho) e suaincerteza (σ ) estimada pelo desvio padrao das mesmas medidas.
Por fim, a incerteza final nas leituras dos tempos para a fase Ps na estacao PPDB (0.071 s)
e dado pela composicao quadratica da incerteza instrumental (dt/2 = 0.1/2 = 0.05 s), com a
incerteza obtida pelo metodo do “bootstrap” (0.04 s).
2.3.2 Crosta, profundidade da Moho e razao de velocidades
O principal objetivo da analise dos tracos de funcao do receptor neste estudo sao as inter-
faces do manto e da zona de transicao, mas como estamos trabalhando com um conjunto de
estacoes distribuıdas em uma regiao muito grande, que abrange terrenos com diversas configu-
racoes tectonicas, e importante que sejam consideradas as variacoes da espessura da crosta na
analise.
O modelo de velocidades IASP91 (Kennett & Engdahl, 1991), como qualquer modelo glo-
bal, tenta ajustar de forma media todos os dados existentes (sismogramas) para todas as regioes
do globo, resultando em parametros medios tanto de espessura quanto de velocidades. A regiao
superficial (crosta terrestre) e com certeza a regiao mais heterogenea do globo, a que apre-
senta a maior variacao dos parametros de uma regiao para outra. No modelo IASP91 a crosta
e definida por duas camadas, uma a crosta superior, de espessura h = 20 km com velocidades
2.3 Resultados 66
vp= 5.8 km/s e vs= 3.36 km/s e a outra, a crosta inferior, com uma espessura de h = 15 km
e velocidades vp= 6.5 km/s e vs= 3.75 km/s perfazendo um total de 35 km com velocidades
medias vp= 6.1 km/s e vs= 3.53 km/s.
No entanto, diversos trabalhos de funcao do receptor (Assumpcao et al., 2002; Franca &
Assumpcao, 2004) para a regiao estavel da placa Sul Americana indicam uma espessura media
mais proxima de 40 km, e valores de velocidade media vp em torno de 6.4 km/s. Ja os valores
para a razao de velocidades (vp/vs) sao mais difıceis de determinar, e apresentam uma variacao
maior de regiao para regiao (Christensen & Mooney, 1995; Christensen, 1996).
Com os dados apresentados na secao 2.2, e utilizando-se dos metodos de empilhamento hk
e pwss ja apresentados, foram obtidas duas estimativas independentes para a profundidade (h)
e razao de velocidades (vp/vs) para cada estacao.
Tanto para o metodo hk quanto para o pwss e necessario supor uma velocidade para onda
P durante as analises. Embora a espessura h varia diretamente com vp, a razao vp/vs e pouco
influenciada pela mesma. Os valores de vp utilizados para as diversas estacoes sao apresentados
na Tabela 2.2, e estao de acordo com os trabalhos anteriores Franca & Assumpcao (2004) e
Assumpcao et al. (2004). Nesta mesma tabela tambem sao resumidos os resultados para cada
um dos metodos, colunas h e vp/vs para o grupo hk e pwss, juntamente com sua incerteza (um
desvio padrao) em cada estacao.
Para auxiliar na comparacao dos resultados para os dois metodos, no final da Tabela 2.2 sao
apresentadas estatısticas (valores maximos, mınimos e medios) referentes a cada uma das colu-
nas. As incertezas das estacoes foram consideradas como uma coluna a parte nesta analise onde
querıamos verificar se havia alguma tendencia (“bias”) entre os resultados hk e pwss. Caso isto
fosse verificado, significaria que cada um dos metodos estaria sendo sensıvel a uma determinada
feicao dos dados impedindo assim a sua comparacao direta e interpretacao conjunta.
A analise dos resultados indica que os valores medios, tanto de vp/vs (1.73 e 1.73) quanto
de h (39.6 e 39.2), para ambos os metodos (pwss e hk) sao plenamente compatıveis. Idem para
as suas incertezas. Alem do mais, como esperado, a profundidade media da crosta no Brasil
se apresenta mais compatıvel com 40 km do que com os 35 km, do modelo IASP91. A media
da razao de velocidades esta compatıvel com o valor tradicional de√
3 = 1.732, que e tambem
muito proximo do valor utilizado pelo modelo IASP91.
E importante destacar que os valores maximos e mınimos obtidos por cada um metodos
separadamente correspondem sempre a uma mesma estacao, por exemplo o valor maximo de
vp/vs obtido para o metodo pwss foi para a estacao IBIB (1.94) que tambem corresponde ao
2.3 Resultados 67
valor maximo para o metodo hk (1.92). O mesmo acontece para a profundidade e para os valores
mınimos, o que indica que os valores extremos sao uma feicao contida nos dados e nao algo
que foi gerado pelo metodo em si.
Por fim, tambem e possıvel comparar as diferencas absolutas de vp/vs e h entre os metodos
pwss e hk, apresentadas nas colunas indicadas por “Diferencas” da Tabela 2.2, com as incertezas
medias de cada um dos metodos e mesmo a incerteza final calculada (colunas valores medios).
A media das diferencas (0.02) e a aproximadamente metade do desvio padrao medio (0.04 para
o pwss e 0.03 para o hk) de cada um dos metodos individualmente e e equivalente ao desvio
padrao medio dos valores finais. O mesmo acontece para a diferenca das espessuras estimadas,
o que demonstra que os dois metodos utilizados sao compatıveis.
Tabela 2.2: Espessura (h) e razao de velocidades (vp/vs) para a crosta para as 63 estacoes anali-sadas. A coluna “Valores medios” e a media ponderada pelas incertezas entre o metodo pwss ehk e sua respectiva incerteza propagada. As colunas “diferencas” mostram as diferencas obtidasentre os dois metodos. Nas ultimas tres linhas sao apresentados os valores medios, mınimos emaximos de cada uma das colunas; a incerteza nesta estimativa e considerada independente doseu valor associado.
Est. Vp Valores Medios pwss hk Diferencas
km/s vp/vs±σvp/vs h±σh (km) vp/vs±σvp/vs h±σh (km) vp/vs±σvp/vs h±σh (km) vp/vs h (km)
agvb 6.40 1.73 ± 0.01 43.4 ± 0.3 1.71 ± 0.02 43.6 ± 0.5 1.73 ± 0.01 43.2 ± 0.5 0.02 0.4
aqdb 6.40 1.72 ± 0.03 33.2 ± 0.8 1.74 ± 0.04 33.3 ± 1.0 1.71 ± 0.03 33.0 ± 1.6 0.03 0.3
areb 6.50 1.73 ± 0.02 39.4 ± 0.8 1.69 ± 0.03 40.2 ± 1.0 1.75 ± 0.03 37.9 ± 1.3 0.06 2.3
atdb 6.50 1.75 ± 0.03 41.2 ± 1.0 1.76 ± 0.06 41.2 ± 1.5 1.74 ± 0.03 41.2 ± 1.4 0.02 0.0
bamb 6.50 1.73 ± 0.03 41.1 ± 1.1 1.72 ± 0.07 41.4 ± 2.0 1.73 ± 0.03 41.0 ± 1.3 0.01 0.4
barb 6.50 1.88 ± 0.02 33.9 ± 0.5 1.87 ± 0.02 33.9 ± 0.5 1.89 ± 0.03 33.6 ± 1.5 0.02 0.3
beb 6.40 1.59 ± 0.01 44.8 ± 0.5 1.58 ± 0.01 44.8 ± 0.5 1.61 ± 0.04 43.7 ± 2.7 0.03 1.1
brsb 6.50 1.79 ± 0.02 39.8 ± 0.5 1.79 ± 0.02 39.8 ± 0.5 1.80 ± 0.05 39.1 ± 1.6 0.01 0.7
bscb 6.50 1.64 ± 0.01 38.3 ± 0.5 1.61 ± 0.03 39.5 ± 1.0 1.65 ± 0.01 38.0 ± 0.5 0.04 1.5
cacb 6.50 1.74 ± 0.01 40.5 ± 0.3 1.72 ± 0.02 40.9 ± 0.5 1.74 ± 0.01 40.3 ± 0.3 0.02 0.6
camb 6.40 1.72 ± 0.01 35.2 ± 0.2 1.72 ± 0.01 35.2 ± 0.3 1.72 ± 0.03 35.4 ± 1.7 0.00 0.2
canb 6.40 1.70 ± 0.03 43.3 ± 1.3 1.73 ± 0.09 43.5 ± 2.4 1.70 ± 0.03 43.2 ± 1.6 0.03 0.3
capb 6.40 1.70 ± 0.01 43.1 ± 0.3 1.71 ± 0.02 43.0 ± 0.5 1.70 ± 0.01 43.2 ± 0.4 0.01 0.2
caub2 6.40 1.78 ± 0.01 34.1 ± 0.2 1.78 ± 0.01 34.1 ± 0.3 1.80 ± 0.01 33.6 ± 0.2 0.02 0.1
caub 6.40 1.80 ± 0.01 33.6 ± 0.2 1.78 ± 0.05 34.2 ± 1.3 1.80 ± 0.02 34.0 ± 1.7 0.02 0.6
cdcb 6.50 1.73 ± 0.01 39.3 ± 0.3 1.73 ± 0.04 39.5 ± 1.0 1.73 ± 0.01 39.3 ± 0.3 0.00 0.2
cdsb 6.40 1.74 ± 0.03 40.0 ± 0.9 1.74 ± 0.04 40.0 ± 1.0 1.73 ± 0.11 40.3 ± 3.3 0.01 0.3
corb 6.32 1.81 ± 0.01 38.4 ± 0.2 1.81 ± 0.01 38.4 ± 0.3 1.82 ± 0.05 38.4 ± 2.4 0.01 0.0
cpup 6.40 1.76 ± 0.01 34.0 ± 0.3 1.77 ± 0.04 33.9 ± 1.0 1.76 ± 0.01 34.0 ± 0.3 0.01 0.1
crjb 6.40 1.72 ± 0.03 38.1 ± 1.1 1.72 ± 0.05 38.1 ± 1.3 1.73 ± 0.05 38.0 ± 2.3 0.01 0.1
crtb 6.40 1.74 ± 0.02 39.7 ± 0.7 1.76 ± 0.04 39.3 ± 1.0 1.74 ± 0.02 40.0 ± 0.9 0.02 0.7
cs6b 6.40 1.70 ± 0.01 30.5 ± 0.3 1.72 ± 0.05 30.9 ± 1.0 1.70 ± 0.01 30.5 ± 0.3 0.02 0.4
cv1b 6.40 1.65 ± 0.04 41.9 ± 1.6 1.63 ± 0.09 42.1 ± 2.9 1.66 ± 0.04 41.8 ± 1.9 0.03 0.3
cv3b 6.40 1.70 ± 0.01 39.9 ± 0.4 1.70 ± 0.02 40.0 ± 0.5 1.69 ± 0.03 39.7 ± 1.0 0.01 0.3
daeb 6.40 1.75 ± 0.02 33.7 ± 0.5 1.75 ± 0.02 33.8 ± 0.5 1.80 ± 0.12 32.7 ± 3.5 0.05 1.1
frmb 6.50 1.70 ± 0.02 37.5 ± 0.4 1.69 ± 0.04 38.5 ± 1.0 1.70 ± 0.02 37.2 ± 0.5 0.01 1.3
furb 6.50 1.70 ± 0.03 39.3 ± 0.9 1.70 ± 0.04 39.3 ± 1.0 1.71 ± 0.04 39.0 ± 2.7 0.01 0.3
gnsb 6.37 1.70 ± 0.01 42.9 ± 0.2 1.71 ± 0.02 42.7 ± 0.5 1.69 ± 0.01 42.9 ± 0.3 0.02 0.2
... continua na proxima pagina
2.3 Resultados 68
Continuando ...
Est. Vp Valores Medios pwss hk Diferenca
km/s vp/vs±σvp/vs h±σh (km) vp/vs±σvp/vs h±σh (km) vp/vs±σvp/vs h±σh (km) vp/vs h (km)
ibib 6.40 1.92 ± 0.02 34.6 ± 0.7 1.94 ± 0.12 35.2 ± 2.4 1.92 ± 0.02 34.5 ± 0.8 0.02 0.7
igab 6.40 1.77 ± 0.02 33.7 ± 0.3 1.78 ± 0.05 33.4 ± 1.0 1.77 ± 0.02 33.8 ± 0.4 0.01 0.4
igcb 6.40 1.76 ± 0.02 36.2 ± 0.5 1.75 ± 0.02 36.2 ± 0.5 1.82 ± 0.08 35.0 ± 3.7 0.07 1.2
itab 6.40 1.71 ± 0.01 45.1 ± 0.2 1.72 ± 0.02 44.9 ± 0.5 1.71 ± 0.01 45.1 ± 0.2 0.01 0.2
itpb 6.40 1.77 ± 0.02 41.9 ± 0.8 1.76 ± 0.04 42.1 ± 1.0 1.77 ± 0.02 41.6 ± 1.2 0.01 0.5
jatb 6.40 1.77 ± 0.02 43.6 ± 0.7 1.78 ± 0.10 42.0 ± 2.9 1.77 ± 0.02 43.7 ± 0.7 0.01 1.7
jfob 6.50 1.74 ± 0.03 41.1 ± 0.8 1.72 ± 0.05 41.7 ± 1.5 1.75 ± 0.04 40.9 ± 0.9 0.03 0.8
jnrb 6.40 1.72 ± 0.03 38.8 ± 1.0 1.69 ± 0.05 39.0 ± 1.5 1.73 ± 0.03 38.5 ± 1.4 0.04 0.5
juqb 6.40 1.77 ± 0.01 39.3 ± 0.2 1.77 ± 0.01 39.3 ± 0.3 1.77 ± 0.03 39.1 ± 1.2 0.00 0.2
natb 6.50 1.70 ± 0.01 41.6 ± 0.2 1.70 ± 0.01 41.6 ± 0.3 1.70 ± 0.01 41.6 ± 0.3 0.00 0.0
navb 6.40 1.74 ± 0.04 41.0 ± 1.2 1.73 ± 0.07 42.9 ± 2.0 1.74 ± 0.04 39.6 ± 1.6 0.01 3.3
novb 6.40 1.79 ± 0.02 37.9 ± 0.5 1.80 ± 0.02 37.8 ± 0.5 1.75 ± 0.05 38.6 ± 2.1 0.05 0.8
nupb 6.40 1.74 ± 0.04 43.2 ± 1.0 1.75 ± 0.05 42.6 ± 1.5 1.71 ± 0.07 43.7 ± 1.5 0.04 1.1
olib 6.40 1.74 ± 0.03 44.5 ± 1.1 1.74 ± 0.08 45.6 ± 2.5 1.74 ± 0.03 44.2 ± 1.2 0.00 1.4
pacb 6.40 1.75 ± 0.04 44.1 ± 1.3 1.75 ± 0.05 44.1 ± 1.5 1.74 ± 0.06 44.2 ± 3.0 0.01 0.1
parb 6.40 1.68 ± 0.01 35.4 ± 0.2 1.68 ± 0.01 35.3 ± 0.3 1.67 ± 0.03 35.8 ± 0.7 0.01 0.5
pazb 6.41 1.75 ± 0.03 34.1 ± 1.2 1.74 ± 0.10 36.6 ± 2.4 1.75 ± 0.03 33.3 ± 1.3 0.01 3.3
pdcb 6.40 1.73 ± 0.01 39.1 ± 0.3 1.72 ± 0.05 39.3 ± 1.4 1.73 ± 0.01 39.1 ± 0.3 0.01 0.2
popb 6.40 1.78 ± 0.01 45.1 ± 0.2 1.77 ± 0.01 45.1 ± 0.3 1.79 ± 0.02 44.5 ± 0.9 0.02 0.6
porb 6.41 1.75 ± 0.01 36.5 ± 0.3 1.76 ± 0.02 36.2 ± 0.5 1.74 ± 0.01 36.8 ± 0.5 0.02 0.6
pp1b 6.40 1.70 ± 0.01 33.3 ± 0.2 1.72 ± 0.02 33.0 ± 0.5 1.70 ± 0.01 33.3 ± 0.2 0.02 0.3
ppdb 6.40 1.74 ± 0.02 44.3 ± 0.9 1.74 ± 0.05 44.8 ± 1.5 1.74 ± 0.02 44.0 ± 1.1 0.00 0.8
prcb 6.40 1.71 ± 0.01 40.9 ± 0.5 1.69 ± 0.03 41.1 ± 1.0 1.71 ± 0.01 40.8 ± 0.7 0.02 0.3
ptmb 6.40 1.74 ± 0.04 43.9 ± 0.9 1.74 ± 0.05 43.9 ± 1.3 1.74 ± 0.08 43.9 ± 1.4 0.00 0.0
rclb 6.40 1.72 ± 0.01 41.3 ± 0.5 1.72 ± 0.02 41.3 ± 0.5 1.71 ± 0.02 41.6 ± 1.2 0.01 0.3
rifb 6.40 1.66 ± 0.01 45.3 ± 0.4 1.64 ± 0.03 46.1 ± 1.0 1.66 ± 0.01 45.2 ± 0.4 0.02 0.9
rstb 6.40 1.81 ± 0.03 35.0 ± 0.8 1.82 ± 0.04 35.0 ± 1.0 1.80 ± 0.04 35.1 ± 1.3 0.02 0.1
slmb 6.37 1.72 ± 0.01 33.6 ± 0.2 1.72 ± 0.01 33.7 ± 0.3 1.73 ± 0.01 33.3 ± 0.5 0.01 0.4
snvb 6.40 1.70 ± 0.01 37.9 ± 0.4 1.69 ± 0.02 38.0 ± 0.5 1.71 ± 0.01 37.8 ± 0.5 0.02 0.2
stmb 6.40 1.53 ± 0.02 42.1 ± 1.2 1.51 ± 0.04 43.7 ± 1.4 1.54 ± 0.02 38.4 ± 2.2 0.03 5.3
trib 6.40 1.78 ± 0.01 46.8 ± 0.3 1.77 ± 0.02 47.2 ± 0.5 1.78 ± 0.02 46.4 ± 0.5 0.01 0.8
trmb 6.40 1.75 ± 0.01 38.7 ± 0.4 1.75 ± 0.02 38.7 ± 0.5 1.76 ± 0.02 38.6 ± 0.6 0.01 0.1
trrb 6.50 1.71 ± 0.01 38.3 ± 0.4 1.71 ± 0.04 38.6 ± 1.0 1.71 ± 0.01 38.3 ± 0.4 0.00 0.3
trsb 6.40 1.72 ± 0.01 39.5 ± 0.2 1.70 ± 0.02 40.0 ± 0.5 1.72 ± 0.01 39.4 ± 0.2 0.02 0.6
vabb 6.50 1.64 ± 0.01 46.0 ± 0.5 1.64 ± 0.01 46.0 ± 0.5 1.69 ± 0.06 44.5 ± 4.0 0.05 1.5
Resumo por coluna
Media 1.73 \ 0.02 39.4 \ 0.6 1.73 \ 0.04 39.6 \ 1.0 1.73 \ 0.03 39.2 \ 1.2 0.02 0.7Max. 1.92 \ 0.04 46.8 \ 1.6 1.94 \ 0.12 47.2 \ 2.9 1.92 \ 0.12 46.4 \ 4.0 0.07 5.3
Mın. 1.53 \ 0.01 30.5 \ 0.2 1.51 \ 0.01 30.9 \ 0.3 1.54 \ 0.01 30.5 \ 0.2 0.00 0.0
Os valores dos parametros finais de cada estacao sao indicados nas duas colunas “Valores
Medios” da Tabela 2.2, obtidos pela media ponderada dos valores hk e pwss. Como os dois
metodos representam as mesmas estruturas com a mesma precisao, o valor medio ponderado e
a melhor estimativa final.
A partir dos parametros crustais da Tabela 2.2 foram elaborados modelos individuais para
2.3 Resultados 69
cada estacao. Estes modelos foram baseados no modelo IASP91, onde a crosta do modelo
IASP91 foi substituıda por uma unica camada de velocidade vp, espessura h e razao de ve-
locidade vp/vs dados pelos valores medios da Tabela 2.2. Esses modelos foram utilizados na
correcao para um parametro de raio igual a 6.4 s/grau dos tracos de funcao do receptor que
foram empilhados por estacao, e organizados de acordo com a regiao tectonica. O resultado
e apresentado na Figura 2.21 onde o tempo teorico esperado para a chegada da Ps calculada
com os dados da Tabela 2.2 sao indicados por cırculos pretos sobrepostos aos tracos. Ainda,
embora as fases multiplas tenham grande importancia na determinacao da razao de velocidades,
elas nao estao sendo realcadas na secao da Figura 2.21 pois, como apresentado anteriormente,
o processo de correcao do parametro de raio realca apenas um tipo de conversao de cada vez,
fazendo com que as outras conversoes sejam desalinhadas e consequentemente suprimidas du-
rante o empilhamento.
slm
b [1
0]cv
3b [8
]gn
sb [2
0]co
rb [2
7]ig
ab [1
6]ca
mb
[9]
juqb
[9]
vabb
[12]
jfob
[13]
atdb
[36]
areb
[30]
furb
[14]
cacb
[32]
snvb
[24]
beb
[12]
trsb
[22]
caub
[3]
bscb
[14]
jnrb
[9]
crtb
[9]
itpb
[12]
aqdb
[7]
cpup
[56]
rifb
[43]
nupb
[15]
jatb
[22]
cdsb
[5]
trib
[24]
itab
[20]
agvb
[32]
ppdb
[32]
pazb
[20]
cv1b
[12]
porb
[15]
prcb
[18]
parb
[11]
trrb
[48]
rstb
[10]
daeb
[13]
brsb
[25]
natb
[26]
barb
[11]
frmb
[21]
bam
b [1
6]st
mb
[3]
crjb
[8]
igcb
[7]
cs6b
[39]
caub
2 [5
6]cd
cb [3
1]pd
cb [2
7]trm
b [1
3]pp
1b [2
8]pt
mb
[7]
novb
[11]
ibib
[8]
rclb
[26]
canb
[25]
olib
[6]
capb
[9]
navb
[9]
pacb
[14]
popb
[19]
0
5
10
15
20
25
Tem
po [s
]
Bras. Ribeira SFc ParanáN−NE Pt.Mantiq.
Figura 2.21: Secao de funcoes do receptor corrigidas (p=6.4 s/grau) e empilhadas por estacao.A marca em preto indica o tempo para a fase Ps estimada a partir dos parametros apresentadosna Tabela 2.2. Cada grupo apresentado corresponde de forma aproximada a uma determinadagrande regiao geologica. Da esquerda para direita temos: faixa Brasılia, faixa Ribeira, serrada Mantiqueira, regiao Norte, craton Sao Francisco, bacia do Pantanal e bacia do Parana. Onumero entre colchetes e o numero de tracos empilhados.
As duas caracterısticas mais marcantes da Figura 2.21 sao: a clareza da chegada da fase Ps
convertida na Moho chegando em todos os tracos perto dos 5 s e, para as estacoes da bacia do
Parana (grupo de tracos a direita da Figura 2.21) a chegada da conversao Ps do sedimento perto
de 1 s.
2.3 Resultados 70
Uma outra caracterıstica observada e a variacao do tempo de chegada da fase Ps da Moho
para as estacoes da bacia do Parana, que aumentam (quase que) progressivamente da estacao
CPUP para a estacao PPDB do mesmo modo como aumenta a profundidade do sedimento (os
tracos deste grupo foram ordenados de acordo com o tempo da conversao Ps do sedimento).
Esse tipo de comportamento esta indicando que parte da variacao do tempo de chegada para a
fase Ps da Moho se da devido a bacia em si, e como esta nao foi considerada durante a estimativa
da profundidade da Moho, este tempo acaba por se refletir em uma anomalia exagerada de
profundidade para a Moho na regiao da bacia do Parana.
Correcao para os sedimentos da bacia do Parana
Para obtermos uma determinacao mais precisa da espessura da crosta para as estacoes na
bacia do Parana aplicamos uma correcao na estimativa da profundidade da Moho levando em
conta a espessura conhecida do sedimento em cada uma das estacoes.
Para cada estacao analisada, antes de calcularmos a profundidade e razao de velocidade para
a Moho, como feito na secao anterior, realizamos uma correcao no tempo de percurso de cada
uma das fases utilizadas considerando a velocidade para a onda P no sedimento de 4.5 km/s,
a razao de velocidade de 1.78 e a espessura em cada estacao dada pelo mapa da Figura 2.22.
As correcoes (CPs, CPpps e CPsps+Ppss) aplicada em cada uma das fases Ps, Ppps e Psps+Ppss
foram:
tcPs = tPs−CPs = tPs− (as
s−asp) (2.20)
tcPpps = tPpps−CPpps = tPpps− (as
p +ass) (2.21)
tcPsps+Ppss = tPsps+Ppss−CPsps+Ppss = tPsps+Ppss−2as
s (2.22)
Com
asp = hs
√v−2
ps − p2 (2.23)
ass = hs
√v−2
ss − p2 (2.24)
onde hs e a espessura do sedimento, vps e vss sao as velocidades da onda P e S no sedimento
e p o parametro de raio. Os tempos corrigidos foram utilizados para o calculo da espessura
restante da crosta (sem a camada de sedimento) e razao de velocidade da forma habitual.
2.3 Resultados 71
O mapa da espessura do sedimento e apresentado na Figura 2.22. As espessuras foram
interpoladas a partir de valores obtidos de pocos profundos encontrados na regiao com um erro
menor do que ±100 m. No mapa, os contornos foram feitos a cada 1 km de 0 km a 5 km. As
estacoes corrigidas com estes valores sao indicadas na legenda.
56˚W
56˚W
54˚W
54˚W
52˚W
52˚W
50˚W
50˚W
48˚W
48˚W
46˚W
46˚W
30˚S 30˚S
28˚S 28˚S
26˚S 26˚S
24˚S 24˚S
22˚S 22˚S
20˚S 20˚S
18˚S 18˚S
16˚S 16˚S
0
0
0
2
2
2
4
4 1
2
3
4
56 7
89
10
11
12
13
14
15
16
17
18
01 itab02 novb03 aqdb04 navb05 popb06 capb07 canb08 ppdb09 pacb10 trib11 cdsb12 jatb13 agvb14 olib15 rclb16 nupb17 rifb18 ibib
Figura 2.22: Mapa para a espessura dos sedimentos (contornos em vermelho) da bacia do Paranainterpolado a partir de medidas em pocos profundos. Os triangulos indicam a localizacao dasestacoes que sofreram correcao para a espessura do sedimento.
Na Tabela 2.3 sao apresentados os valores corrigidos de espessura e razao de velocidade
para a Moho e os valores obtidos antes da correcao para cada uma das estacoes da bacia do
Parana. A espessura de sedimento interpolado do mapa da Figura 2.22 e apresentado na coluna
hs. Analisando o resultado da correcao vemos que o vp/vs se mostrou praticamente inalterado,
as variacoes sao apenas significativas para a estacao IBIB, que ja apresentava um valor anomalo
de vp/vs (1.94), e para a estacao POPB que apresenta a maior espessura de sedimentos (hs), sendo
2.3 Resultados 72
assim mais afetada pela correcao. Em geral, a variacao da razao de velocidade obtida foi menor
do que a incerteza associada a medida.
O efeito principal da correcao e observado nas espessuras da crosta (h). A coluna ∆h indica
a diferenca dos resultados com e sem a correcao, que teve uma variacao media de 1.8 km, um
valor maximo de 2.8 km (estacao POPB) e um valor mınimo de 0.1 km. Por fim, mesmo com a
correcao aplicada, as estacoes da bacia do Parana apresentam a maior espessura crustal media
(41.0 km) dentre as estacoes analisadas.
Tabela 2.3: Valores de profundidade para Moho (h) e razao de velocidades (vp/vs) obtidas pelometodo pwss para as estacoes na bacia do Parana com (“Corrigidos”) e sem (“Sem correcao”)correcao para a espessura dos sedimentos (hs). A coluna ∆h apresenta a diferenca entre osvalores de espessura com e sem correcao. O valor de h apresentado ja inclui a espessura dossedimentos.
Corrigido Sem correcaoEstacao hs (km) k h (km) k h (km) ∆h
itab 3.2 1.72 ± 0.02 43.3 ± 0.5 1.72 ± 0.02 44.9 ± 0.5 1.6novb 0.6 1.80 ± 0.02 37.6 ± 0.5 1.80 ± 0.02 37.8 ± 0.5 0.3aqdb 0.1 1.74 ± 0.04 33.2 ± 1.0 1.74 ± 0.04 33.3 ± 1.0 0.1navb 3.7 1.73 ± 0.08 41.0 ± 2.0 1.73 ± 0.07 42.9 ± 2.0 1.9popb 5.5 1.79 ± 0.01 42.3 ± 0.3 1.77 ± 0.01 45.1 ± 0.3 2.8capb 4.3 1.71 ± 0.02 40.8 ± 0.5 1.71 ± 0.02 43.0 ± 0.5 2.3canb 3.5 1.73 ± 0.10 41.7 ± 2.4 1.73 ± 0.09 43.5 ± 2.4 1.8ppdb 4.9 1.75 ± 0.06 42.3 ± 1.5 1.74 ± 0.05 44.8 ± 1.5 2.5pacb 4.7 1.76 ± 0.06 41.7 ± 1.5 1.75 ± 0.05 44.1 ± 1.5 2.4trib 4.2 1.78 ± 0.02 45.1 ± 0.5 1.77 ± 0.02 47.2 ± 0.5 2.1cdsb 3.1 1.74 ± 0.04 38.4 ± 1.0 1.74 ± 0.04 40.0 ± 1.0 1.6jatb 1.6 1.78 ± 0.11 41.2 ± 2.9 1.78 ± 0.10 42.0 ± 2.9 0.8agvb 2.6 1.71 ± 0.02 42.3 ± 0.5 1.71 ± 0.02 43.6 ± 0.5 1.3olib 2.6 1.74 ± 0.09 44.2 ± 2.5 1.74 ± 0.08 45.6 ± 2.5 1.4rclb 1.3 1.72 ± 0.02 40.6 ± 0.5 1.72 ± 0.02 41.3 ± 0.5 0.7nupb 0.8 1.76 ± 0.05 42.2 ± 1.5 1.75 ± 0.05 42.6 ± 1.5 0.4rifb 0.1 1.64 ± 0.03 46.9 ± 1.0 1.64 ± 0.03 47.0 ± 1.0 0.1ibib 2.8 1.97 ± 0.14 33.8 ± 2.5 1.94 ± 0.12 35.2 ± 2.4 1.4
Resumo por colunaMedia 2.8 1.75 \ 0.05 41.0 \ 1.3 1.75 \ 0.05 42.5 \ 1.3 1.4
Valor Maximo 5.5 1.97 \ 0.11 46.9 \ 2.9 1.94 \ 0.12 47.2 \ 2.9 2.8Valor Mınimo 0.1 1.64 \ 0.01 33.2 \ 0.3 1.64 \ 0.01 33.3 \ 0.3 0.1
Grandes feicoes crustais
A seguir, nas figuras 2.23 e 2.24 apresentamos uma sequencia de mapas interpolados para
os valores de razao de velocidades e profundidade obtidos para a crosta. Estes mapas foram
elaborados em tres etapas diferentes utilizando o programa GMT (Wessel & Smith, 2005).
2.3 Resultados 73
A primeira etapa na elaboracao dos mapas interpolados foi a eliminacao das estacoes VABB
(vp/vs=1.64), BARB (1.88), BEB (1.60) e STMB (1.53), pois seus valores de razao de velocidades e
ou profundidade eram inconsistentes com estacoes proximas causando uma instabilidade muito
grande durante a interpolacao.
A segunda etapa, foi o pre-processamento dos dados restantes pelo comando “blockmean”
do programa GMT. Este comando calcula medias dentro de sub-regioes com a finalidade de
homogeneizar o conjunto de dados originais para otimizar o processo de interpolacao. O ta-
manho adotado de cada sub-regiao foi de 4◦ por 4◦ quando estavam sendo processados valores
referentes a razao de velocidades, e, de 2◦ por 2◦ para valores referentes a espessura, o que
nos garantiu uma interpolacao consistente e livre de anomalias pontuais. Os dados resultantes
foram interpolados pelo metodo de mınima curvatura sob tensao ajustavel (comando “surface”
do GMT) com uma tensao igual a 0.25.
Nos mapas da Figura 2.23 e 2.24 alem de representarmos o valor interpolado como um mapa
de cores e contornos, o valor de cada estacao tambem e representado pela cor do ponto. Nem
sempre a cor de cada ponto corresponde ao valor interpolado, pois a interpolacao representa
uma media dos valores na regiao enquanto que o valor do ponto e uma medida pontual. Foi
feito o maximo possıvel para obtermos uma interpolacao coerente dos valores.
Do mesmo modo como os dados sao apresentados na Tabela 2.2 apresentamos os mapas das
Figuras 2.23 e 2.24. Na Figura 2.23 apresentamos a distribuicao para a razao de velocidades,
mapas (a), (b) e (c) e sua incerteza, mapas (d), (e) e (f) de forma independente. Sao apresentados
os valores obtidos pelo metodo pwss (mapas (b) e (e)), pelo metodo hk (mapas (c) e (f)) e os
valores medios dos dois metodos (mapas (a) e (d)).
A partir da analise dos mapas (a), (b) e (c) da Figura 2.23 pode-se destacar as principais
caracterısticas da distribuicao da razao de velocidades para o Brasil. O craton Sao Francisco
apresenta em media valores de razao de velocidade mais baixos (vp/vs< 1.72) do que os terre-
nos ao redor (isso se ve mais claramente no mapa (b) referente ao pwss). A regiao central da
bacia do Parana e a regiao da costa leste do Brasil apresentam valores de vp/vs mais elevados,
em geral maiores do que 1.75, com excecao das estacoes costeiras pertencentes ao craton Sao
Francisco, ou que estao perto do seu nucleo cratonico que apresentam valores em geral mais
baixos do que 1.72, sendo assim compatıveis com os valores de vp/vs para a regiao cratonica.
Por fim, uma terceira caracterıstica e a tendencia de baixos valores de razao de velocidade para
a regiao norte do Brasil, onde existe uma tendencia de valores de vp/vs abaixo de 1.72 con-
trastando com a regiao costeira a leste do Brasil que apresenta em geral valores maiores do que
1.75. No entanto, ha poucos dados na costa Norte para saber se essa tendencia e real.
2.3 Resultados 74
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
1.7
1.72
1.72
1.72
1.72
1.74
1.74
1.74
1.74
1.76
1.76
vm
1.68
1.70
1.72
1.74
1.76
1.78
1.80
1.82
Vp/
Vs
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
1.71.72
1.72
1.72
1.72
1.74
1.74
1.74
1.74
1.74
1.76
pwss
1.68
1.70
1.72
1.74
1.76
1.78
1.80
1.82
Vp/
Vs
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
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−40˚
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−35˚
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−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
1.7
1.72
1.72
1.72
1.72
1.74
1.74
1.74
1.74
1.76
1.76
1.76
1.78
1.8
hk
1.68
1.70
1.72
1.74
1.76
1.78
1.80
1.82
Vp/
Vs
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
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−35˚
−35˚
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−25˚
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−20˚
−15˚
−15˚
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−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
0.01
0.02
0.02
0.02
0.02
vm
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
σ Vp/
Vs
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
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−25˚
−20˚
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−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
0.02
0.03
0.03
0.03
0.03
0.03
0.03
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.05
0.05
pwss
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
σ Vp/
Vs
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
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−35˚
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−30˚
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−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
0.01 0.02
0.02
0.02
0.03
0.03
0.03
0.03
0.04
0.04
0.05
0.06
hk
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
σ Vp/
Vs
a)b)
c)
d)e)
f)
Figura 2.23: Mapas da distribuicao dos valores de razao de velocidade apresentados na Tabela2.2. Em (a) sao representados os Valores medios (indicados como V M), (b) os valores obtidospelo metodo pwss (pwss) e em (c), os valores obtidos pelo metodo hk (hk). Idem para asincertezas nos mapas (d), (e) e (f).
2.3 Resultados 75
Equivalente aos mapas apresentados na Figura 2.23 apresentamos os resultados para a es-
pessura da crosta nos mapas da Figura 2.24. Ao contrario da razao de velocidades, a espessura
da crosta se apresenta mais uniforme e homogenea para toda a regiao de estudo, possibilitando
utilizar regioes menores durante a filtragem com o comando “blockmean” (2◦x2◦).
Os mapas interpolados para espessura da crosta apresentados na Figura 2.24 (a), (b) e
(c) para os diferentes metodos apresentam-se praticamente iguais. As diferencas sao mınimas
sendo visıveis apenas no norte da regiao de estudo onde existem menos estacoes. Comparando
os mapas de contorno para as incertezas (mapas (d), (e) e (f) da Figura 2.24) vemos que para
ambos os metodos a regiao da bacia do Parana e a que apresenta maiores incertezas, sendo esta
feicao mais realcada para o metodo hk.
Analisando os mapas apresentados na Figura 2.24 (a), (b) e (c) e possıvel definir tres gran-
des regioes de profundidades distintas para a descontinuidade Moho no Brasil, uma e a regiao
da bacia do Parana, que apresenta valores de pelo menos 40 km de profundidade chegando a
ate 46 km sem considerar a correcao para os sedimentos da bacia do Parana. De toda forma,
mostramos que a maxima correcao aplicada a profundidade da crosta na bacia do Parana foi
de 2.8 km, o que limitaria a Moho nesta regiao a ≈ 44 km, sendo ainda esta mais profunda do
que qualquer outra regiao presente no mapa. Uma segunda regiao, e a regiao costeira do Brasil,
que apresenta valores ligeiramente inferiores a 38 km, e terceira regiao, que engloba todo o
craton Sao Francisco, com profundidade proximas a 39 km. Por fim, observa-se uma tendencia
de baixos valores, de 32 km a 35 km, acompanhando a regiao do lineamento trans-brasiliano
que tem inıcio em aproximadamente -37.5◦ de longitude com -5◦ de latitude, contorna o craton
Sao Francisco sendo ligeiramente desviado a norte perto da faixa Brasılia e por fim, contorna
a bacia do Parana em direcao a bacia do Chaco. Apesar de poucos dados em Goias esta feicao
esta associada ao Arco-Magmatico de Goias (Assumpcao et al., 2004; Soares et al., 2006).
Com esta analise dos resultados para a espessura da crosta e razao de velocidades foi
possıvel identificar caracterısticas importantes da regiao de estudo ligadas a evolucao tectonica
dos grandes blocos apresentados. Um ponto que e necessario realcar e a falta de estacoes na
regiao amazonica que dificultou a realizacao da interpolacao e mesmo a delimitacao das feicoes
a oeste da faixa Brasılia e norte da bacia do Parana. Uma outra grande feicao que serve como
delimitadora das duas grandes regioes do Brasil e o lineamento Trans-Brasiliano, ainda pouco
amostrado pelas estacoes disponıveis, mas que aparentemente apresenta uma das maiores ano-
malias de profundidade para a descontinuidade de Moho no Brasil.
2.3 Resultados 76
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
32
34
36
36
36
36
38
38
38
40
40
40
42
44
vm
30323436384042444648H
(km
)
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
36
36
36
36
38
38
38
40
40
40
42
44
pwss
30323436384042444648H
(km
)
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
32
34
36
36
36
38
38
38
4040
40
42
44
hk
30323436384042444648H
(km
)
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
vm
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5σ H
(km
)
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
0.5
0.5
1
1
1
1
1
1
1.5
1.5
1.5
2
pwss
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5σ H
(km
)
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−25˚
−25˚
−20˚
−20˚
−15˚
−15˚
−10˚
−10˚
−5˚
−5˚
0˚0˚
0.5
0.5
0.5
0.51
1
11
1
1.5
1.5
1.5
1.5
2
2
2.5
2.5
hk
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5σ H
(km
)
a)b)
c)
d)e)
f)
Figura 2.24: Mapas da distribuicao dos valores de espessura apresentados na Tabela 2.2. Em (a)sao representados os Valores medios (indicados como V M), (b) os valores obtidos pelo metodopwss (pwss) e em (c), os valores obtidos pelo metodo hk (hk). Idem para as incertezas nosmapas (d), (e) e (f).
2.3 Resultados 77
2.3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km
Dependendo da forma de processamento das funcoes do receptor sao ressaltadas feicoes em
diferentes profundidades. A onda sısmica ao percorrer o seu trajeto da fonte a estacao agrega
informacoes de todo o trajeto, que sao isoladas pela metodologia da funcao do receptor. Al-
gumas dessas feicoes (como ja visto) sao somente identificaveis pelo empilhamento coerente
dos tracos. Para as camadas mais superficiais os dados devem ser tratados por estacao, mas
para buscar interfaces mais profundas e necessario rearranjar os tracos de forma que o empilha-
mento ilumine corretamente uma determinada feicao de interesse. Essa tecnica e chamada de
empilhamento pelos pontos de perfuracao (“piercing points”).
Os pontos de perfuracao sao definidos como a posicao do raio sısmico em profundidade
onde a onda de um determinado evento se converte de P-para-S em uma interface imaginaria.
Para pequenas profundidades os pontos de perfuracao ficam mais concentrados abaixo da esta-
cao; a medida em que aumenta a profundidade o ponto de perfuracao se afasta da estacao. A
distancia do ponto de perfuracao a estacao depende do parametro de raio do evento, do modelo
de velocidade adotado e da profundidade da interface como ilustrado na Figura 2.25, onde sao
representadas duas estacoes (triangulos), o percurso de cinco eventos (1, 2, 3, 4 e 5) e os pontos
de perfuracao (cırculos) para duas interfaces, uma representando a Moho (regioes (a) e (b)) e
outra uma descontinuidade no Manto (regiao (c)).
Figura 2.25: Esquema ilustrando os pontos de perfuracao (cırculos) de cinco eventos (1, 2, 3, 4e 5) em duas profundidades diferentes. Os pontos de perfuracao servem como guias durante aescolha dos eventos que devem ser empilhados para realcar cada uma das tres regioes destacadas(a, b ou c).
Como ilustrado na Figura 2.25 para interfaces mais rasas, como nas regioes (a) e (b) ilus-
tradas, nao existe uma sobreposicao dos pontos de perfuracao de duas estacoes distintas, nem
mesmo uma grande variacao da posicao dos pontos de perfuracao de eventos distintos para uma
2.3 Resultados 78
mesma estacao. Com o aumento da profundidade de interesse (ilustrada pela regiao (c)), os
pontos de perfuracao de estacoes distintas se sobrepoem, os eventos de diferentes azimutes nao
mais amostram a mesma regiao, sendo mais coerente considerar os pontos de perfuracao para
agrupar os eventos que serao empilhados em uma analise onde todas as estacoes trabalhadas sao
analisadas em conjunto, e nao, individualmente. Essa mudanca do modo de processamento de-
pende da resolucao buscada e do espacamento medio das estacoes consideradas. De forma geral
e interessante considerar os pontos de perfuracao quando existe uma sobreposicao dos pontos
de perfuracao em baixas profundidades (< 50 km), ou quando estamos interessados em inter-
faces profundas, e entao a distancia do ponto de perfuracao a estacao nao e mais desprezıvel.
Caso contrario, o empilhamento por estacao ainda e a melhor aproximacao possıvel.
O calculo da distancia do ponto de perfuracao a estacao pode ser realizado utilizando a
equacao 2.28 para cada camada de um modelo, similar ao modo apresentado para o calculo do
tempo para a fase Ps na funcao do receptor (Equacoes 2.8 a 2.11). Na Figura 2.26 e apresentada
uma rapida deducao de como se obtem a equacao para a calculo dos pontos de perfuracao para
uma camada. Apos obtido o valor de xs, que no esquema da Figura 2.26 representa a distancia
do ponto de perfuracao ate a estacao, e possıvel utilizar a equacao de “Haversine” (Sinnott,
1984) para calcular a posicao (latitude e longitude) do ponto de perfuracao sobre a superfıcie
da Terra como uma primeira aproximacao.
sin( j) = p vs (2.25)cos2( j) = 1− p2v2
s (2.26)
tan( j) =xs
h=
p vs√1− p2v2
s(2.27)
xs =h · p vs√1− p2v2
s(2.28)
Figura 2.26: Esquema e equacoes utilizadas para calcular a distancia do ponto de perfuracaoa estacao para um modelo com apenas uma camada. A distancia do ponto de perfuracao edefinida como sendo a variavel xs.
Usando o modelo IASP91 e a Equacao 2.28 preparamos o grafico da Figura 2.27 onde e
representada a razao da distancia do ponto de perfuracao (xs) pela profundidade de conversao (h)
em funcao da profundidade da interface imaginaria em tres casos diferentes: um para eventos
proximos (p = 8.6 s/grau), um para eventos distantes (p = 4.5 s/grau) e um para eventos
a uma distancia intermediaria (p = 6.4 s/grau). Para profundidades pequenas, ate 50 km os
pontos de perfuracao estao localizados em media, a menos do que 1/4 da profundidade de
distancia da estacao, ou seja, a menos do que ≈ 15 km de distancia da estacao. Para interfaces
2.3 Resultados 79
mais profundas, a razao apresentada em cada um dos casos aumenta, chegando ate o limite
do ponto de perfuracao se encontrar a uma distancia de 1/2 profundidade de investigacao, que
corresponderia nesse caso a quase 300 km de distancia entre a estacao e um ponto de perfuracao.
No caso de considerarmos dois eventos de azimutes opostos, estes estariam sofrendo refracao a
mais de 600 km de distancia um outro.
0.00
0.25
0.50
Dis
tânc
ia/P
rofu
ndid
ade
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Profundidade (km)
p=4.5 s/°p=6.4 s/°p=8.6 s/°
Figura 2.27: Grafico da razao da distancia do ponto de perfuracao pela profundidade da interfaceimaginaria pela profundidade imaginaria para eventos com tres parametros de raio distintosp = 8.6 s/grau, p = 6.4 s/grau e p = 4.5 s/grau correspondentes a distancias epicentraisiguais a 35◦, 67◦ e 95◦.
Os pontos de perfuracao calculados para os 1189 eventos registrados na nossa rede de
estacoes sao apresentados na Figura 2.28 para tres profundidades diferentes. Em (a) sao apre-
sentados os pontos de perfuracao (cırculos) para uma profundidade de 35 km que na escala do
mapa se sobrepoe ao proprio sımbolo da estacao (triangulo), mostrando que para o espacamento
das estacoes disponıveis nao ha sobreposicao dos pontos de perfuracao para esta profundidade.
Em (b) e (c) apresentamos os pontos de perfuracao para 410 km e 660 km de profundidade.
Nestas profundidades temos uma boa cobertura para as regioes Sudeste e Central do Brasil,
para a regiao Norte e Nordeste existe uma mınima cobertura.
A densidade de pontos de perfuracao para cada regiao de ≈1.9◦x2.25◦ foi calculada e e
representada por retangulos coloridos nos mapas da Figura 2.28. A maior parte da bacia do Pa-
rana apresenta em media entre 30 e 40 pontos de perfuracao por retangulo, ao sul a densidade de
pontos diminuı chegando a 2 ou 3 pontos apenas por retangulo, enquanto que na regiao nordeste
2.3 Resultados 80
da bacia do Parana a densidade aumenta, chegando ate≈ 90 pontos de perfuracao por retangulo.
A regiao sul do craton Sao Francisco tambem apresenta elevados valores de densidade de pon-
tos de perfuracao por retangulo por ser beneficiado pelas estacoes proximas localizadas tanto na
propria bacia do Parana quanto na Faixa Mantiqueira. A Norte, com a diminuicao da densidade
de estacoes, temos uma diminuicao da densidade de pontos de perfuracoes que se apresentam
entre 10 e 20 pontos por retangulo para a toda a regiao central do Brasil, que cobre a faixa
Brasılia, Arco Magmatico de Goias e regiao central do craton Sao Francisco.
Por fim, as regioes Norte e Nordeste embora apresentem uma densidade de pontos media
compatıvel com a regiao central do Brasil, devido ao grande espacamento das estacoes e a
quantidade reduzida das mesmas existe uma baixa quantidade de sobreposicoes de pontos de
perfuracoes para eventos de diferentes estacoes, o que pode de certa forma modificar os resul-
tados por algum efeito local (mudanca de velocidade superficial) de alguma das estacoes.
Resultados
Baseados nos pontos de perfuracao buscamos variacoes do tempo de chegada da conversao
da fase Ps para a descontinuidade de 410 km e 660 km. Para isso, utilizamos um retangulo
de diversos tamanhos para selecionarmos os eventos que apresentavam pontos de perfuracao
proximos para cada uma das profundidades desejadas. Os eventos selecionados dentro de cada
retangulo foram corrigidos para um mesmo parametro de raio, filtrados com passa baixa de
0.25 Hz, e entao empilhados. Como os tracos selecionados foram corrigidos pelos efeitos de
variacao do parametro de raio e, mais importante, sofreram a conversao P-para-S no mesmo
ponto, realcam com exatidao o tempo da conversao para aquela regiao. Caso a interface buscada
sofra alguma variacao lateral, ao deslocar o retangulo lateralmente podemos acompanhar essa
variacao e criar um perfil ao longo de uma direcao desejada. No caso mais simples podemos
simplesmente comparar as variacoes do traco empilhado de diferentes regioes.
A analise dos pontos de perfuracao foi conduzida de forma a analizarmos tres regioes distin-
tas, bacia do Parana (Figura 2.29), craton Sao Francisco (Figura 2.30) e regiao Norte/Nordeste
(Figura 2.31). O tamanho do retangulo usado para selecionar os pontos de perfuracao foi ado-
tado de acordo com a regiao. Para regioes com uma menor quantidade de pontos de perfuracao
utilizamos um retangulo maior, e para regioes com maior quantidade de pontos utilizamos um
retangulo menor. Dentre os retangulos utilizados, o menor valor utilizado foi de 2◦ de lati-
tude por 2◦ de longitude, enquanto que o maior valor utilizado foi de 5◦ de latitude por 6◦ de
longitude.
Para ajudar a identificacao das fases de interesse, junto com cada secao apresentada, e
2.3 Resultados 81
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚ −30˚
−25˚ −25˚
−20˚ −20˚
−15˚ −15˚
−10˚ −10˚
−5˚ −5˚
0˚ 0˚
0 20 40 60 80 100
Traços/região
Ch
Pt
Pr
SFc
Pb
Ac
Ac
35 km
EstaçõesPontos de perfuraçãoLimite BrasilLimites Geológicos
(a) Profundidade de 35 km.
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚ −30˚
−25˚ −25˚
−20˚ −20˚
−15˚ −15˚
−10˚ −10˚
−5˚ −5˚
0˚ 0˚
0 20 40 60 80 100
Traços/região
Ch
Pt
Pr
SFc
Pb
Ac
Ac
410 km
EstaçõesPontos de perfuraçãoLimite BrasilLimites Geológicos
(b) Profundidade de 410 km.
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚ −30˚
−25˚ −25˚
−20˚ −20˚
−15˚ −15˚
−10˚ −10˚
−5˚ −5˚
0˚ 0˚
0 20 40 60 80 100
Traços/região
Ch
Pt
Pr
SFc
Pb
Ac
Ac
660 km
EstaçõesPontos de perfuraçãoLimite BrasilLimites Geológicos
(c) Profundidade de 660 km.
Figura 2.28: Pontos de perfuracao (cırculos) calculados para os 1189 eventos processados con-siderando tres profundidades de interesse. As regioes coloridas delimitadas indicam o numerode pontos de perfuracao em um retangulo de ≈1.9◦x2.25◦.
2.3 Resultados 82
indicado com uma linha pontilhada o tempo teorico de chegada das descontinuidades em 410 km
(≈ 45 s) e em 660 km (≈ 68 s) para o modelo IASP91. Alem disso, a incerteza dos tempos
observados para as fases lidas tambem foi estimada pelo metodo “bootstrap”: para cada traco
empilhado realizamos um ensaio do tipo “bootstrap” com 35 rodadas de onde obtivemos um
valor medio de tempo de chegada e sua incerteza, esses valores sao representados por um cırculo
verde (media dos tempos) e uma barra horizontal cruzando o cırculo (±1 desvio padrao).
Um efeito que deve ser levado em consideracao quando analisados os tracos empilhados e
que a media dos tempos de chegada obtida pelo metodo do “bootstrap” nao e sempre a mesma
do pico identificado em todos os tracos. Esta media foi calculada de forma automatica, bus-
cando sempre a posicao do maximo valor de amplitude entre os tempos de 40− 50 s para a
descontinuidade de 410 km e, entre 63−72 s para a descontinuidade 660 km. Nos casos onde
existiam dois picos com amplitudes proximas dentro dessa mesma janela, o programa poderia
selecionar em cada rodada do “bootstrap” um pico diferente, o que nao acontece quando rea-
lizamos a leitura manual dos tempos de chegada. Essa alternancia na leitura automatica gera
uma media incoerente com o traco final empilhado, que na verdade, representa a melhor medida
disponıvel. Por outro lado, o metodo automatico de estimativa utilizado nos fornece um desvio
padrao da situacao real, isto e, que existem 2 (ou mais) picos de amplitude possıveis, logo a
medida do tempo de chegada depende de uma interpretacao humana e assim, deve apresentar
uma maior incerteza.
Tomamos tambem o cuidado de sempre utilizar a distribuicao correta para os pontos de
perfuracao de acordo com a profundidade da interface que estavamos analisando. As unicas
excecoes ocorreram quando retratamos as duas fases 410 km e 660 km no mesmo traco, como
aconteceu nas secoes que mostramos o traco de funcao do receptor de 30 s a 78 s e no mapa,
onde optamos por retratar a distribuicao dos pontos de perfuracao a uma profundidade media.
Para esses casos utilizamos a distribuicao dos pontos de perfuracao a 535 km por esta ser a
profundidade media entre as duas profundidades de interesse.
A primeira secao elaborada (Figura 2.29) foi para os domınios sedimentares da regiao Sul
do Brasil (bacia do Parana e Pantanal). Para comparacao foram escolhidas 11 regioes diferentes,
cobrindo a maior parte da regiao da bacia do Parana e areas adjacentes. No Mapa sao mostradas
as estacoes (triangulos), os pontos de perfuracao para a profundidade de 535 km (cırculos) e
as regioes delimitadas (retangulos numerados). Abaixo do mapa sao apresentadas tres secoes
sısmicas diferentes.
Na primeira secao (“Pt. p. em 535 km” 2) sao apresentados os tracos de funcao do receptor
2Pt.p.=Pontos de perfuracao
2.3 Resultados 83
empilhados para cada uma das regioes (o numero do traco corresponde a regiao delimitada no
mapa). A segunda secao (“410 km”) foi elaborada com os pontos de perfuracao em 410 km,
como o nome sugere, e e ideal para observarmos a descontinuidade em 410 km de profundi-
dade, a secao seguinte (“660 km”) foi elaborada com os pontos de perfuracao em 660 km de
profundidade, e foi utilizada para destacar a descontinuidade nesta profundidade.
No mapa da Figura 2.29 sao destacadas as regioes analisadas. A regiao 1 foi escolhida
de forma a retratar a bacia do Pantanal, as regioes de 2-6 estao cobrindo grande parte da regiao
Norte e central da bacia do Parana e por fim, as regioes 7 a 10 a porcao sul da bacia do Parana. A
regiao 11 em especial foi escolhida por estar localizada fora dos domınios da bacia do Parana,
e por estar tambem, fora da domınio continental da placa Sul-Americana. Dessa forma esta
regiao deve representar um manto para uma regiao (mais) oceanica, onde espera-se que ele
seja mais homogenio e livre de alteracoes. A variacao do tamanho dos retangulos escolhidos
buscou seguir a distribuicao dos pontos de perfuracao disponıveis, em regioes com uma maior
densidade de pontos (regioes 2-6) utilizamos um retangulo menor, em regioes com uma menor
quantidade utilizamos um retangulo maior o que diminui a resolucao lateral da analise realizada.
Os tracos de funcao do receptor resultantes do empilhamentos dos eventos delimitados no
mapa da Figura 2.29 sao mostrados nas secoes preparadas para as profundidades de 535 km,
410 km e 660 km. Vemos tres caracterısticas marcantes. A primeira esta relacionada ao traco
da regiao 1, da bacia do Pantanal. Neste traco a fase Ps para a descontinuidade de 410 km
apresenta-se ≈ 1 s atrasada em relacao ao tempo teorico do modelo IASP91 (linha pontilhada)
o que e significante dentro de 1 desvio padrao, pois esta fase apresentou um desvio padrao de
≈±0.75 s. Para a descontinuidade de 660 km nao observamos nenhuma alteracao em relacao ao
modelo IASP91 neste mesmo traco, o que indicaria de alguma forma uma anomalia de tempe-
ratura mais localizada no manto superior. A segunda caracterıstica, esta relacionada aos tracos
correspondentes as regioes 2 a 6, que nao apresentam nenhuma anormalidade em relacao ao
modelo IASP91 (consideradas as incertezas), ou seja nao existe nenhuma variacao de estrutura
do manto quando comparado com o modelo IASP91 para as descontinuidades de 410 km e
660 km para a regiao central e Norte da bacia do Parana. Esta caracterıstica ja foi reportada por
Liu et al. (2003) a partir de uma analise similar a esta efetuada na mesma regiao.
A terceira feicao encontrada nas secoes da Figura 2.29 foi um atraso para as conversoes
Ps para ambas as descontinuidades nas regioes 7 a 10. Os resultados foram obtidos com as
tres estacoes disponıveis na regiao (CPUP, ITAB e NOVB). Devido ao baixo numero de eventos
os tracos empilhados se apresentam mais ruidosos do que os anteriores, mas mesmo assim e
possıvel identificar um atraso consistente para estas 4 regioes. Em alguns tracos, devido ao
2.3 Resultados 84
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−33˚ −33˚
−30˚ −30˚
−27˚ −27˚
−24˚ −24˚
−21˚ −21˚
−18˚ −18˚
−15˚ −15˚
Ch
Pt
Pr
12
3
4
5
6
7
8
9
1011
Pontos de perfuração em 535 km
0123456789
101112
30 45 60 75
[25]
[24]
[80]
[73]
[32]
[51]
[29]
[15]
[10]
[15]
[5]
Pt. p. em 535 km
Reg
ião
de e
mpi
lham
ento
Tempo (s)
0
2
4
6
8
10
12
40 45 50
[26]
[20]
[94]
[80]
[40]
[65]
[29]
[13]
[11]
[15]
[5]
410 km
Tempo (s)65 70
[24]
[24]
[74]
[55]
[28]
[63]
[28]
[13]
[12]
[16]
[5]
660 km
Tempo (s)
Figura 2.29: Regioes selecionadas para o empilhamento das funcoes do receptor na bacia doParana. Para cada regiao delimitada no mapa e apresentado um traco de funcao do receptorempilhado nas secoes abaixo, onde o numero do traco corresponde a regiao de selecao. Onumero a direita da secao e o numero de tracos empilhados, as linhas pontilhadas, os temposteoricos para as descontinuidades do manto (410 km e 660 km) e as marcas em verde sobre cadafase, indica o tempo medio (cırculo) e seu desvio padrao (barras) obtidos com o “bootstrap”.
ruıdo excessivo, o deslocamento encontrado nao e consistente com o desvio padrao calculado
pelo “bootstrap”, mas para os seguintes tracos o atraso e confirmado: traco 7, traco 8 fase
410 km, traco 9 fase 660 km e traco 10. Para descartar um erro sistematico no processamento
dos dados para estas estacoes, e como forma de confirmar esse atraso consistente nas regioes
2.3 Resultados 85
de 7 a 10 utilizamos os 5 dados da estacao NOVB que sofreram conversao na parte oceanica,
fora do continente. A funcao do receptor para a regiao 11, como esperado (por ser uma regiao
oceanica, mais homogenia) apresenta as fases 410 km e 660 km totalmente em conformidade
com o modelo IASP91, mostrando que realmente existe algum tipo de modificacao no manto
superior para as regioes de 7 a 10 que esta causando um atraso na chegada das fases Ps.
Seguindo a mesma linha de processamento na Figura 2.30 apresentamos a analise para a
regiao central do Brasil junto com o craton Sao Francisco e faixas vizinhas. Foram selecionadas
8 areas de amostragem, duas na faixa Brasılia e arco magmatico de Goias, tres sobre o craton
Sao Francisco e tres sobre a faixa Ribeira.
Uma primeira caracterıstica observada esta relacionada a qualidade dos tracos empilhados.
Comparando as secoes da Figura 2.30, para o craton Sao Francisco, com as secoes da Figura
2.29, para a bacia do Parana e regioes adjacentes, vemos que mesmo com um numero equiva-
lente de tracos as secoes para as regioes do craton Sao Francisco se apresentam mais limpas,
com fases mais claras e incertezas menores nos tempos lidos. Uma possıvel explicacao seria a
ausencia de sedimentos para a regiao em questao, que causam reverberacoes para cada chegada
mais impulsiva que aconteca. Isto e, o nıvel da coda para onda P na regiao da Figura 2.30 e
menor, criando assim secoes com fases mais definidas.
Analisando os tempos de chegadas para as fases identificadas e levando em consideracao
as incertezas indicadas fica evidente a assinatura do craton Sao Francisco nos tracos de funcao
do receptor para as regioes 2, 3, 4, e 5 na Figura 2.30. Olhando mais de perto o traco para a
regiao 1 vemos que este apresenta a descontinuidade 410 km no tempo esperado, enquanto que
a descontinuidade 660 km se apresenta ligeiramente adiantada em relacao ao modelo IASP91.
Acreditamos que esse efeito possa estar de alguma forma relacionado ao craton Sao Francisco
devido a forma como os dados foram selecionados e seus percursos em profundidade, pois o
craton nao apresenta uma alteracao de velocidade somente na profundidade da descontinuidade
em si, mais sim apresenta toda uma alteracao de velocidade desde a superfıcie ate a regiao da
zona de transicao do manto (como suposto pelos tracos de 2 a 5).
Alguma alteracao poderia ser interpretada para o regiao 6, no norte da Faixa Ribeira, que
apresenta a fase 410 km atrasada e a fase 660 km adiantada em relacao ao modelo IASP91,
mas e importante levarmos em conta que o numero de dados para essa regiao e baixo (27 para
a fase 410 km e somente 10 para a 660 km). De qualquer forma esse tipo de resposta esta
ligado diretamente a uma alteracao da temperatura da zona de transicao, indicando um manto
mais quente para as profundidades entre as duas interfaces. Ja os tracos para as regioes 7 e 8
apresentam a fase Ps em uma profundidade compatıvel com o modelo IASP91.
2.3 Resultados 86
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−24˚ −24˚
−21˚ −21˚
−18˚ −18˚
−15˚ −15˚
−12˚ −12˚
−9˚ −9˚
Pr
SFc1
2
3
4
56
78
Pontos de perfuração em 535 km
01
23456789
30 45 60 75
[52]
[44]
[29]
[28]
[64]
[23]
[63]
[27]
Pt. p. em 535 km
Reg
ião
de e
mpi
lham
ento
Tempo (s)
0
2
4
6
8
40 45 50
[50]
[46]
[32]
[35]
[58]
[27]
[69]
[55]
410 km
Tempo (s)65 70
[57]
[40]
[21]
[20]
[65]
[10]
[41]
[23]
660 km
Tempo (s)
Figura 2.30: Idem Figura 2.29 para a regiao central do Brasil, craton Sao Francisco e faixaRibeira/Mantiqueira.
Alterando ligeiramente o modo como foram definidos os retangulos, na Figura 2.31 apre-
sentamos um perfil para ilustrar a mudanca de domınio observado pela analise das estacoes na
regiao Norte do paıs. Para esta regiao adotamos um retangulo com tamanho dos lados fixos
em 5◦ de latitude por 6◦ de longitude que foi deslocado 1.3◦ de latitude por 2◦ de longitude
em cada passo sobre a regiao de interesse. Com a sobreposicao dos retangulos ao se desloca-
rem as secoes acabam por compartilhar alguns pontos de perfuracao, suavizando assim a secao
sısmica.
Mesmo com a limitada quantidade de dados disponıveis na regiao Norte, ainda assim foi
possıvel elaborar uma secao sısmica onde observamos com clareza as mudancas de carac-
2.3 Resultados 87
terısticas para as descontinuidades do manto. Analisando os tracos de funcao do receptor em-
pilhados apresentados na Figura 2.31 e possıvel observar uma mudanca de comportamento dos
tempos de chegada para as fases do Ps do manto. Nos tracos de 1 a 6 observamos que as fases se
apresentam adiantadas em relacao ao modelo IASP91, caracterıstica identica a observada para
a regiao do craton Sao Francisco (Figura 2.30). Por isso, associamos este efeito aos cratons
Amazonico e Sao Luıs presentes nesta regiao. A seguir, os tracos correspondentes as regioes
7 a 9 nao apresentam essa mesma assinatura, mostrando-se assim compatıveis com o modelo
IASP91.
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−12˚ −12˚
−9˚ −9˚
−6˚ −6˚
−3˚ −3˚
0˚ 0˚
3˚ 3˚
SFc
Pb
12
34
56
78
9
Pontos de perfuração em 535 km
0123456789
10
30 45 60 75
[32]
[25]
[21]
[18]
[13]
[47]
[72]
[85]
[69]
Pt. p. em 535 km
Reg
ião
de e
mpi
lham
ento
Tempo (s)
0
2
4
6
8
10
40 45 50
[27]
[26]
[20]
[20]
[23]
[47]
[72]
[86]
[66]
410 km
Tempo (s)65 70
[24]
[20]
[14]
[17]
[18]
[44]
[65]
[59]
[66]
660 km
Tempo (s)
Figura 2.31: Idem Figura 2.29 para a as estacoes na regiao Norte e Nordeste do Brasil.
Todas as secoes anteriores exploraram cada uma das grandes regioes tectonicas buscando
variacoes significativas nos tempos de chegadas de uma ou duas das descontinuidades do manto.
Na Figura 2.32 fizemos o inverso, agrupamos os dados por regiao, buscando o maior numero
de dados em cada uma das regioes com dois objetivos: 1) realcar a principal caracterıstica en-
2.3 Resultados 88
contrada, de que os cratons representam a maior fonte de alteracao para as descontinuidades do
manto na regiao estavel da placa Sul-Americana, 2) buscar outras caracterısticas nao eviden-
tes nas secoes anteriores, como outras fases do manto tanto superior, como dentro da zona de
transicao.
No mapa da Figura 2.32 apresentamos 5 regioes diferentes: a regiao 1 representa a bacia do
Parana, a regiao 2 o craton Sao Francisco, a regiao 3 o craton Amazonico e Sao Luıs e a regiao
4 os dados das estacoes a norte da regiao de estudo localizados fora da “regiao cratonica”. Por
fim, a regiao 5 delimita todos os dados disponıveis.
−70˚
−70˚
−65˚
−65˚
−60˚
−60˚
−55˚
−55˚
−50˚
−50˚
−45˚
−45˚
−40˚
−40˚
−35˚
−35˚
−30˚
−30˚
−30˚ −30˚
−25˚ −25˚
−20˚ −20˚
−15˚ −15˚
−10˚ −10˚
−5˚ −5˚
0˚ 0˚
5˚ 5˚
Ch
Pt
Pr
SFc
AmPb
Ac
Ac
1
2
3
4
5
Pontos de perfuração em 535 km
0
1
2
3
4
5
6
0 15 30 45 60 75
[419]
[223]
[52]
[104]
[1189]
Pt. p. em 535 km
Reg
ião
de e
mpi
lham
ento
Tempo (s)
0
2
4
6
40 45 50
[396]
[223]
[52]
[104]
[1189]
410 km
Tempo (s)65 70
[449]
[235]
[53]
[95]
[1189]
660 km
Tempo (s)
Figura 2.32: Idem Figura 2.29 agrupando os dados por grandes regioes. Na secao em 535 kmtambem e indicado o tempo teorico para uma conversao a 40 km de profundidade pelo modeloIASP91.
2.3 Resultados 89
Nas secoes da Figura 2.32 nao nos limitamos somente as interfaces do manto, por isso a
secao dos tracos empilhados para os pontos de perfuracao a 535 km foi estendida em tempo
desde 0 s a 80 s. Comparando os tracos apresentados vemos claramente a assinatura das regioes
cratonicas, as fases Ps convertidas nas descontinuidades do manto estao ambas adiantadas para
os tracos das regioes 2 e 3. Para as outras regioes, as descontinuidades do manto se apresentam
absolutamente compatıveis com o modelo IASP91. Indo mais alem, devido ao grande numero
de tracos empilhados nestas secoes, podemos dizer que para a grande placa Sul-Americana
nao foi possıvel observar nenhuma descontinuidade para a regiao interna a zona de transicao.
Tambem, para a regiao do manto superior, entre a crosta e a descontinuidade de 410 km nao
encontramos nenhuma fase clara, que pudesse indicar uma conversao em alguma outra profun-
didade.
De certa forma os domınios delimitados na Figura 2.32 tambem determinam blocos que
apresentam uma variacao da espessura da crosta como apresentado nos mapas da Figura 2.24.
Na secao apresentada para os pontos de perfuracao em 535 km adicionamos a marcacao para
o tempo de chegada teorico para uma crosta de 40 km (4.89 s), baseado nessa linha podemos
destacar as seguinte feicoes que ja foram todas realcadas na analise dos mapas do capıtulo 2:
1. O traco de numero 5, para todos os eventos, apresenta uma crosta de profundidade media
igual a 40 km.
2. A bacia do Parana, representada pelo traco de numero 1, apresenta uma espessura media
da crosta um pouco maior do que 40 km.
3. A regiao Norte/Nordeste (tracos 3 e 4), sao as regioes que apresentam a menor espessura
crustal, menor do que 40 km, com destaque para o traco 4 (nordeste), que se apresenta
ligeiramente adiantado em relacao ao traco 3 (Norte).
90
3 Funcao do receptor para ondas S
Neste capıtulo apresentamos os resultados do artigo Heit et al. (2007) feito em colaboracao
com o grupo de sismologia do instituto GFZ coordenado pelo prof. Dr. Reiner Kind em Pots-
dam/Alemanha que esta anexo a esta tese. Para mais detalhes sobre as analises e resultados
obtidos sugerimos a leitura do anexo.
3.1 Introducao
O metodo de funcao do receptor para ondas S (SRF) foi desenvolvido nos ultimos anos
com a finalidade de se buscar conversoes de interfaces que estariam sendo mascaradas pelas
conversoes multiplas nas funcoes do receptor para ondas P. Desde a decada de 70 diversos
autores ja buscavam por conversoes de S-para-P atraves da identificacao da mudanca de pola-
ridade (Bath & Stefannson, 1966; Smith, 1970; Jordan & Frazer, 1975; Bock, 1991; Bock &
Kind, 1991), mas somente nos ultimos anos e que foram desenvolvidos os primeiros trabalhos
(Farra & Vinnik, 2000; Vinnik & Farra, 2002; Vinnik et al., 2003; Vinnik et al., 2004) propri-
amente ditos de SRF, onde sao aplicados os processos de rotacao e deconvolucao aos registros
de ondas S.
A metodologia empregada para a obtencao da SRF e analoga a teoria para a obtencao de
funcoes do receptor para ondas P (PRF). Os eventos devem ser selecionados por magnitude
mınima, em geral ≥ 6.0 mb, e distancia epicentral adequada dependendo do tipo de fase que
sera analisada (S ou SKS). A seguir deve-se realizar a rotacao para o sistema de coordenadas
LQT e a deconvolucao da componente L pela componente Q. A SRF e definida como sendo a
componente L deconvolvida pela componente Q.
As fases de interesse na SRF sao apresentadas no esquema da Figura 3.1a). A incidencia
de uma onda S sobre uma camada ira gerar uma onda S transmitida, chamada de fase Ss ou
simplesmente S e uma onda P transmitida, a fase Sp. A fase Sp, por ter um angulo de incidencia
na camada 1 maior do que a fase Ss, pode nao existir para eventos em distancias proximas e
3.1 Introducao 91
−50 −40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40 50
L
Q (×3)
SRF
−50 −40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40 50
SRF(corrigida)
A)
C)
B)
Sp
Múltiplas Sp
Múltiplas
Ss
Sp
Figura 3.1: A funcao do receptor para ondas S. A) Esquema das fases (Ss ou simplesmenteS e Sp) observaveis na SRF. B) Esquema das componentes L e Q para uma onda incidente Simpulsiva. O tempo na SRF considera que a fase S chega em 0 s logo os tempos das fases Spserao dados em funcao da chegada da fase S.
interfaces profundas.
Na Figura 3.1 (b) sao apresentadas duas componentes (L e Q) para o sismograma sintetico
calculado com um modelo de uma camada de espessura 42 km e razao de velocidades 1.73 como
indicado na Figura 3.1 (a). Junto as duas componentes do sismograma tambem e apresentada a
SRF obtida pela deconvolucao da componente L pela componente Q. Como na PRF, o tempo
0 s e adotado como sendo o tempo de chegada da fase direta, neste caso a fase Ss. A fase
convertida, Sp, precede a chegada da fase direta, enquanto que as fases multiplas chegam em
um tempo posterior a fase S isolando-se totalmente das fases Sp de interesse. Essa diferenca
da SRF e PRF esta chamando uma grande atencao no meio academico por permitir que picos
registrados entre os tempos de 10 s a 25 s sejam interpretados como novas conversoes e nao
como multiplas de camadas mais rasas, que e uma dificuldade comum na analise de funcoes do
receptor para ondas P. Por fim, para facilitar a comparacao da PRF com a SRF a ultima etapa
da obtencao da SRF e a inversao do tempo e amplitude do traco deconvolvido (Figura 3.1c, SRF
corrigida).
Por outro lado, a SRF apresenta algumas desvantagens. Uma delas vem do fato das ondas
S nao serem a primeira chegada em um registro sısmico, tornando a analise mais complicada.
Uma outra desvantagem e que de modo geral, as ondas S apresentam frequencias predominantes
menores do que a onda P, fazendo com que a resolucao espacial para SRF seja menor do que
para a PRF.
As caracterısticas da SRF foram detalhadamente apresentadas em Yuan et al. (2006), que
a partir de exemplos sinteticos determinou os limites de usabilidade da SRF. Uma primeira
3.2 Dados & Resultados (LAB) 92
caracterıstica sao os limites de distancia da onda S, e da onda SKS. A onda S deve ser utilizada
somente entre distancias de 55◦ a 85◦, enquanto que a onda SKS, para distancias de 85◦ a 115◦.
Para interfaces mais superficiais, como a Moho, poderiam ser utilizados eventos de ate 20◦ de
distancia, mas o problema e que para camadas superficiais a onda S nao apresenta resolucao
suficiente, e para interfaces mais profundas, como a fase Sp apresenta um angulo de incidencia
maior do que a fase S, esta acaba por se refratar criticamente invalidando a metodologia.
Uma outra caracterıstica importante esta relacionada ao valor dos coeficientes de trans-
missao das ondas S-para-P e SKS-para-P em cada uma das interfaces de interesse. Os resulta-
dos apresentados em Yuan et al. (2006) indicam que as ondas S apresentam um coeficiente de
transmissao pelo menos duas vezes maior do que para ondas SKS em cada uma das interfaces,
mas acontece que so e possıvel “enxergar” as descontinuidades do manto com um limite estreito
(75◦-85◦) de ondas S, sendo assim necessaria a utilizacao das ondas SKS, mesmo com um co-
eficiente de transmissao menor. Logo e necessario uma maior quantidade de eventos para uma
boa determinacao de cada interface com uma relacao S/R favoravel. Por fim, e importante des-
tacar que devido aos contrastes de velocidades em 410 km e 660 km as conversoes em 410 km
se apresentam com uma amplitude pelo menos 2x menor do que a descontinuidade em 660 km,
sendo assim mais difıceis de serem observadas.
3.2 Dados & Resultados (LAB)
No artigo em questao (Heit et al., 2007, Figura 1) sao apresentadas as estacoes utilizadas
no trabalho. Como e possıvel ver, a maioria das estacoes temporarias apresentadas no Mapa da
Figura 2.5, utilizadas para a PRF, sao utilizadas tambem neste trabalho: em geral as estacoes
da bacia do Parana, estacoes proximas a costa na regiao da provıncia da Mantiqueira e faixa
Ribeira e estacoes centrais na faixa Brasılia. Outras estacoes permanentes pertencentes a dife-
rentes redes mundiais tambem foram utilizadas, com o intuito de cobrir os tres principais tipos
tectonicos presentes na placa Sul-Americana: regioes de Ilhas oceanicas, regioes em subduccao
e regioes continentais estaveis.
Um problema encontrado durante o processamento dos dados foi a baixa quantidade de
eventos disponıveis. O numero de eventos disponıveis para cada estacao e apresentado em Heit
et al. (2007, Tabela 1). Para a maioria das estacoes permanentes obteve-se em media 30 eventos,
enquanto que para as estacoes temporarias obteve-se entre 5 e 10 eventos (maximo incluindo
ondas S e SKS) por estacao, motivo pelo qual as estacoes temporarias foram agrupadas por
regioes tectonicas (Parana, Central, Costa, REFUCA, Banjo e Puma).
3.2 Dados & Resultados (LAB) 93
Para compreender melhor a baixa densidade de eventos obtidos em cada estacao para
analise no trabalho apresentado, foram preparados dois mapas (Figura 3.2 (a) e (b)) onde sao
apresentadas as densidades de eventos uteis para a SRF com ondas S e ondas SKS, para um
perıodo de 1 ano quando considerado o catalogo PDE do NEIC e os limites de distancia e mag-
nitudes indicados em cada um dos mapas. Para prepara-los utilizamos os dados dos anos de
2000 a 2005.
2
86
0 25 50 75 100 125
Densidade de eventos/ano60° ≤ ∆ ≤ 85°, mb ≥ 6.0
(a) SRF para ondas S
6
97
0 25 50 75 100 125
Densidade de eventos/ano85° ≤ ∆ ≤ 115°, mb ≥ 6.0
(b) SRF para ondas SKS
Figura 3.2: Distribuicao da densidade de eventos dentro dos limites de distancia e magnitudecompatıveis com o estudo da SRF quando considerados a) a fase S e b) a fase SKS. O cırculoindica o ponto de maxima densidade e o quadrado indica o ponto de menor densidade em cadamapa.
3.2 Dados & Resultados (LAB) 94
Os mapas da Figura 3.2 confirmam os resultados apresentados na Tabela Heit et al. (2007,
Tabela 1). A regiao continental da placa Sul-Americana e a que apresenta menor densidade de
eventos registrados para onda S, chegando a um extremo de 2 eventos por ano para a regiao
onde estao instalados os arranjos do projeto REFUCA e BANJO (Heit et al., 2007, Figura 1). A
regiao central do Brasil apresenta (pelo mapa) de 5 a 10 eventos por ano de registro por estacao.
Para a onda SKS a situacao e um pouco melhor, chegando a um total de 25 eventos por ano por
estacao.
Mas, como ja comentado, cada estacao temporaria da rede BLSP operou em media 2 anos,
e devemos considerar que nem todas estacoes funcionaram durante todo o perıodo e ainda, que
o aproveitamento medio dos dados selecionados para ondas S e inferior ao aproveitamento para
ondas P, ou seja inferior a 74%. A soma desses fatores resultou em um total de 2 a 3 bons
eventos para ondas S, e mais, 4 a 5 eventos para ondas SKS, dificultando assim a analise dos
dados principalmente para as estacoes temporarias.
O processamento das estacoes foi realizado como descrito em Kumar et al. (2005a) e Kumar
et al. (2005b). Cada estacao foi interpretada independentemente, mas devido a baixa quantidade
de eventos para a maioria das estacoes temporarias, estas foram agrupadas considerando-se a
posicao geografica e regime tectonico de cada estacao. Dessa forma, obteve-se um traco de
SRF para um grupo de estacoes, representando uma determinada regiao. Esse procedimento
pode ser justificado pela baixa resolucao espacial do metodo em si (se comparada com a PRF),
e tambem, pela proximidade das estacoes agrupadas quando comparadas com o tamanho da
regiao de estudo. Os conjuntos de estacoes processadas podem ser identificados pela legenda
da figura Heit et al. (2007, Figura 1) onde os grupos identificados por “Temporary Stations” e
“BLSP Stations” definem, cada um, uma SRF empilhada resultante nas secoes apresentadas nas
Figuras (Heit et al., 2007, Figuras 3 e 4).
Para a interpretacao dos resultados foram estabelecidas tres grandes regioes tectonicas, onde
foram identificadas caracterısticas unicas tanto na fase convertida para a Moho quanto para a
LAB. Sao elas: regioes de ilhas oceanicas, regioes em subduccao e regioes continentais estaveis.
Os resultados para cada estacao em cada regiao sao apresentados nas Figuras 2, 3 e 4 do artigo.
A diversidade de contextos tectonicos contidos na placa Sul-Americana foi retratada por
cada um dos grupos de estacoes processadas. As SRFs para as estacoes em ilhas oceanicas
(Figuras 2c,d e 3a do artigo) apresentam uma estrutura simplificada, onde ambas as fases Sp
da Moho (M) e da LAB (L) sao claras e bem definidas. Neste grupo foi observado um aumento
da espessura da LAB com distancia da dorsal oceanica chegando a ate 150 km de profundidade
para a estacao EFI (Ilhas Falkland).
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km 95
O grupo de estacoes em regioes continentais estaveis (Figuras 3a e 3b) apresenta uma
maior variacao da espessura e definicao da descontinuidade LAB. Para as estacoes sobre regioes
cratonicas (BDFB e SAML) a LAB se apresenta menos pronunciada e em uma maior profundidade.
Para as estacoes em regioes de margem passiva e na bacia do Parana (RCBR, MPG, CPUP, TRQA e
grupo Parana) a LAB se apresenta mais definida e em uma profundidade mais rasa em relacao as
estacoes em regioes cratonicas, sendo a LAB ligeiramente mais profunda sob a bacia do Parana
do que para as estacoes na borda do continente. Em alguns casos uma dupla LAB foi encontrada
e interpretada como sendo um possıvel limite mais antigo interagindo com uma nova LAB em
desenvolvimento. Essa feicao esta presente principalmente para as estacoes no Brasil que de
certa forma circundam o craton Sao Francisco e o Amazonico.
A SRF para estacoes em zona de subduccao apresentam caracterısticas mais complicadas,
onde identificamos duas LABs, uma interpretada como sendo a LAB continental (marcada como
“?”) que e de certa forma comprimida para as estacoes onde a subduccao e mais rasa (LVC,
NNA e SDV) e outra, indicada como L, a LAB oceanica em subduccao junto com a litosfera da
placa de Nazca. Entre as duas LABs interpretadas, e indicada a conversao Sp teorica ocorrida
na placa de Nazca subduzida (S), como apresentada por Cahill & Isacks (1992), que coincide
perfeitamente com o pico positivo em cada uma das estacoes analisadas.
Por fim, na Figura 4a e apresentado um perfil sısmico integrando os dados dos projetos
BANJO e REFUCA cobrindo a regiao central dos Andes nas latitudes de 20◦S e 21◦S respec-
tivamente. Na Figura 4b e apresentada a migracao deste perfil, onde pode-se acompanhar a
variacao da espessura da Moho por quase todo o perfil, indo de menos de 50 km a leste de
64◦W, chegando uma profundidade de ate 80 km sob o Altiplano, entre 67◦W e 65◦W, e entao,
se confundindo com a subduccao da placa oceanica a oeste de 69◦W. A LAB por outro lado, se
apresenta praticamente paralela a Moho para a regiao dos Andes, sofrendo uma brusca variacao
a leste de 64◦W, quando esta passa de um regime tipicamente de subduccao (ativo) para um
regime mais estavel e assume assim uma profundidade de ate 170 km.
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km
Um aspecto da SRF que nao foi abordado no artigo Heit et al. (2007) sao as interfaces do
manto em 410 km e 660 km. Mesmo com um numero bastante reduzido de eventos, em alguns
grupos de estacoes foi possıvel realizar a identificacao das conversoes de ondas S-para-P nestas
descontinuidades. Para isso, utilizamos todos os dados disponıveis em cada estacao ao inves de
serem utilizados somente os melhores tracos, como feito no artigo. Buscamos sempre a maior
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km 96
quantidade possıvel de eventos em cada um dos grupos de estacoes temporarias consideradas
para aumentar a relacao S/R e realcar as fases de interesse.
Alem dos grupos de estacoes apresentados em Heit et al. (2007, Figura 1) para a regiao
continental do Brasil, tambem foram considerados outros dois grupos. Um, composto pelas
seguintes estacoes: BSCB, CDCB, CRTB, JNRB, PDCB e TRMB sobre o craton Sao Francisco. O
outro, o grupo das estacoes na regiao Norte e Nordeste, composto pelas seguintes estacoes:
BEB, CAUB2, CS6B, SNVB, STMB e TRSB (grupo Norte). Os outros grupos sao como apresentados
no artigo Heit et al. (2007).
Os tracos de SRF para cada grupo de estacoes foram corrigidos para um parametro de raio
igual a 6.4 s/grau, filtrados com um filtro passa baixa de perıodo igual a 6 s e entao empilhados.
Como exemplo, na Figura 3.3 mostramos a secao com todos os tracos disponıveis para a regiao
chamada de Parana. Analisando esta secao apresentada na Figura 3.3 vemos que nenhuma das
fases convertidas do mando podem ser identificadas nos tracos individualmente, enquanto que
no traco empilhado elas sao claramente identificaveis.
Para as regioes estudadas foram obtidos 6 tracos de SRF (Figura 3.4) empilhados que cor-
respondem as seguintes regioes: NNE=Regiao Norte/Nordeste (traco 6), FX=Regiao das faixas
dobradas (estacoes que circundam o craton Sao Francisco, nas faixas de dobramentos) (traco 5)
, SFc=Estacoes sobre o craton Sao Francisco (traco 4), CS=Estacoes na costa do Brasil (Faixa
Ribeira) (traco 3) e PR=Estacoes sobre a bacia do Parana (tracos 1 e 2). Para as estacoes na
bacia do Parana sao apresentadas funcoes do receptor de ondas S e ondas SKS. Para as outras
regioes sao apresentadas somente funcoes do receptor empilhadas para ondas SKS. Por fim,
para auxiliar na identificacao das conversoes, na Figura 3.4 as setas indicam os tempos teoricos
para a chegada das conversoes Sp referentes as profundidades de 410 km e 660 km baseados no
modelo IASP91 para um parametro de raio igual a 6.4 s/grau.
Comparando os tracos 1 e 2 da Figura 3.4 nota-se que eles se apresentam similares ate
≈ 42 s, quando o traco 1 apresenta uma ligeira quebra. Essa quebra acontece porque nem todos
os tracos de SRF onda S conseguem alcancar este tempo apos corrigidos de “move-out”, e entao
sao truncados. O empilhamento dos tracos truncados gera este tipo de marca, que indica que a
partir desse ponto o numero de eventos que contribuem para o empilhamento e reduzido. Dessa
forma, como ja comentado, as funcoes do receptor para ondas S nao conseguem contribuir no
empilhamento para a identificacao das fases convertidas no manto, e e por isso que para as
outras regioes sao somente apresentados os tracos empilhados para as ondas SKS.
Analisando o traco 2 para os tempos alem de 42 s vemos que ele apresenta duas conversoes,
uma em 45.5 s interpretada com sendo a conversao Sp para a descontinuidade de 410 km e a
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km 97
0 10 20 30 40 50 60 70AGVB
CANBCAPBIBIBJA
TBNAVBOLIB
PACB
POPB
PPDB
RIFB
TRIB
RCLB
75 100 125∆
0
10
20
30
40
50
60
NE SE SWNW
0 10 20 30 40 50 60 70
M 410 660
Traço Empilhado
Tempo (s)
Figura 3.3: Secao SRF para as estacoes da bacia do Parana. Todos os tracos estao corrigidospara um parametro de raio igual a 6.4 s/grau. O traco na parte superior representa o tracoempilhado onde e possıvel identificar as conversoes para a Moho, 410 km e 660 km.
outra, muito clara em 68.5 s, interpretada como sendo a conversao Sp na descontinuidade de
660 km. O traco de numero 3, para a provıncia Mantiqueira apresenta as duas conversoes muito
bem delimitadas em 44 s e 68.5 s para as profundidades de 410 km e 660 km respectivamente.
As estacoes do craton Sao Francisco, representadas pelo traco de numero 4, apresentam
apenas a conversao para a descontinuidade de 660 km. Este problema pode ser devido a baixa
quantidade de tracos empilhados, que associado ao baixo coeficiente de refracao nesta descon-
tinuidade (Yuan et al., 2006) faz com que a funcao do receptor nao tenha razao S/R suficiente,
impedindo a definicao de qual pico corresponde a conversao em 410 km. Complementando as
estacoes do craton Sao Francisco, as estacoes da regiao ao redor do mesmo, nas faixas dobradas
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km 98
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tempo (s)
1
2
3
4
5
6
(26 traços)
(58 traços)
(37 traços)
(17 traços)
(17 traços)
(15 traços)
p=6.4 s/°410km 660km
S PR
SKS PR
SKS CS
SKS SFc
SKS FX
SKS NNE
Figura 3.4: Tracos empilhados de SRF por regiao. Os tracos foram corrigidos para umparametro de raio igual a 6.4 s/grau e empilhados. As fases lidas e interpretadas sao indi-cadas por um cırculo em vermelho. As siglas usadas sao: PR = Grupo Parana, CS = Grupocosta (faixa da Ribeira), SFc = craton Sao Francisco, FX = Grupos das faixas dobradas (faixaBrasılia e Serra da Mantiqueira), NNE = Grupo Norte/Nordeste, S = Empilhamento conside-rando somente ondas S e SKS = Empilhamento considerando somente ondas SKS. As setasindicam os tempos teoricos (modelo IASP91) para as descontinuidades de 410 km e 660 km.
que circundam o craton (traco de numero 5), nao apresentam nenhuma das duas conversoes
esperadas.
Por fim o traco de numero 6, para as estacoes na regiao Norte/Nordeste do paıs, apresenta
as duas conversoes das descontinuidades do manto em 43.5 s e 66 s (respectivamente para a
descontinuidade de 410 km e 660 km), alem de apresentar uma conversao para a fase Sp da
Moho claramente mais rasa do que para todos os outros conjuntos de estacoes, o que corrobora
os resultados obtidos pela PRF para as mesmas estacoes.
Os resultados da analise da Figura 3.4 sao resumidos na Tabela 3.1. Nela sao apresentados
os tempos lidos e as profundidades calculadas pela conversao do tempo lido para profundidade
utilizando o modelo IASP91.
Para complementar os dados da Tabela 3.1, foram realizadas duas estimativas de incertezas
com os grupos onde existem uma maior quantidade de dados. Na Figura 3.5 e apresentado este
estudo da variabilidade do traco resultante do empilhamento das funcoes do receptor para a
regiao da bacia do Parana (a) e para a regiao da faixa Ribeira (b) atraves de um ensaio do tipo
“bootstrap”, onde foram gerados 35 conjuntos aleatorios a partir dos dados originais para cada
regiao. Cada sub-conjunto foi empilhado e representa um traco na Figura 3.5.
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km 99
Tabela 3.1: Tempos lidos (t) e profundidade estimada (h) para as conversoes identificadas naFigura 3.4. Os tempos foram convertidos em profundidade utilizando o modelo IASP91.
Tr. Localizacao Onda n. tr. t410 (s) t660 (s) h410 (km) h660 (km)1 Bacia do Parana S 26 – – – –2 Bacia do Parana SKS 58 45.5 ± 1.2 68.5 ± 0.4 424 6643 Faixa Ribeira SKS 37 44.0 ± 1.3 68.5 ± 0.5 409 6644 Craton S. Francisco SKS 17 – 67.5 - 6535 Faixas Dobradas SKS 17 – – – –6 Reg. Norte/Nordeste SKS 15 43.5 66.0 404 637
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tempo (s)
todos
35 e
stim
ativ
as d
e bo
otst
rap
t410=46.0 ± 1.2 t660=68.4 ± 0.4
(a) Parana
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tempo (s)
todos
35 e
stim
ativ
as d
e bo
otst
rap
t410=44.1 ± 1.3 t660=68.5 ± 0.5
(b) Faixa Ribeira (Grupo CS)
Figura 3.5: Analise tipo “bootstrap” para os conjuntos de dados da bacia do Parana (a) e daFaixa Ribeira (b). A leituras dos maximos para cada fase em cada grupo e indicada por umcırculo em vermelho. A media e o desvio padrao para cada conjunto de leituras sao indicadosacima de cada secao.
Como indicado nas figuras com um circulo em vermelho, foram lidos os tempos de chegada
para os picos correspondentes as descontinuidades de 410 km e de 660 km (apenas nos tracos
onde o pico era distinto), e, a incerteza foi estimada a partir da variancia destas leituras. Os
3.3 Descontinuidades do manto, 410 km e 660 km 100
resultados (media e desvio padrao das leituras) estao indicados acima de cada um dos conjuntos
de dados na Figura 3.5. Com este ensaio foi possıvel atribuir uma incerteza de ≈ 1.5 s para a
leitura dos tempos da descontinuidade de 410 km, e uma incerteza de ≈ 0.5 s para os tempos
associados a descontinuidade de 660 km. Essas incertezas em tempo podem ser convertidas em
uma incerteza de profundidade utilizando o modelo IASP91. Fazendo a conversao, foi obtida
uma incerteza de ≈ 15 km para a descontinuidade de 410 km e uma incerteza de ≈ 5 km para a
descontinuidade de 660 km.
Por fim, analisando os resultados obtidos nesta secao podemos fazer as seguintes observa-
coes preliminares que devem ser consideradas durante a interpretacao:
1. As estacoes da bacia do Parana, a princıpio apresentaram um atraso consideravel para a
descontinuidade de 410 km, o que poderia estar indicando uma regiao mais quente locali-
zada nesta regiao para a profundidade de 410 km. Ja a descontinuidade de 660 km se mos-
tra mais compatıvel com o modelo IASP91, apresentando apenas uma ligeira diferenca
com o mesmo, menor do que a incerteza obtida pelo metodo do “bootstrap”.
2. Ja para a regiao da faixa Ribeira, estacoes da costa, nao existe nenhuma variacao de
profundidade para as descontinuidades de 410 km e de 660 km em relacao ao modelo
IASP91. Os tempos obtidos se apresentam absolutamente “normais”.
3. Na regiao do craton Sao Francisco, a identificacao das descontinuidades esta muito com-
prometida devido a baixa quantidade de dados (apenas 17 tracos de funcao do receptor).
A descontinuidade de 410 km nao pode ser identificada, enquanto que a descontinuidade
de 660 km se apresenta adiantada em relacao ao modelo IASP91.
4. Por fim, as estacoes da regiao Norte/Nordeste apresentam os tempos menores do que o
modelo IASP91 tanto para a descontinuidade de 410 km quanto para a 660 km mostrando-
se compatıveis com os resultados obtidos pela PRF na regiao do craton Amazonico.
101
4 Discussao
Neste trabalho mostramos a versatilidade da metodologia da funcao do receptor para ondas
P e S em estudar diferentes feicoes tectonicas, desde a crosta ate interfaces mais profundas,
como as descontinuidades do manto. Nas funcoes do receptor para ondas P foram identifica-
das as conversoes Ps, Ppps e Ppss+Psps (fases multiplas) para a crosta e conversoes Ps para
as descontinuidades de 410 km e 660 km que definem a zona de transicao no manto. Com a
funcao do receptor para ondas S, dada a ausencia de fases multiplas crustais interferindo com a
chegadas das fases Ps de interfaces mais profundas, conseguimos realizar as primeiras medidas
de espessura da litosfera para a placa Sul-Americana a partir das leituras das fases Sp conver-
tidas. Mesmo com a baixa disponibilidade de eventos favoraveis ainda foi possıvel identificar
em algumas regioes as conversoes Sp para as descontinuidades do manto.
4.1 Crosta
No capıtulo 2 apresentamos os resultados para espessura e razao de velocidades da crosta
para cada estacao em cada uma das regioes estudadas. Foram elaborados mapas interpolados
para os valores obtidos, e destacadas feicoes regionais e locais tanto da espessura quanto da
razao de velocidade. A seguir vamos discutir feicoes caracterısticas dos dados, parametros
observados e apresentar algumas interpretacoes.
4.1.1 Incerteza relacionada a velocidade vp adotada
A conversao dos tempos em profundidade e razao de velocidades para crosta foi feita
utilizando-se das equacoes 2.8 a 2.11, onde foi assumido um valor para a velocidade da onda
P. Embora os valores para a velocidade tenham sido adotados com referencia a trabalhos an-
teriores, a escolha desses valores esta sujeita a uma incerteza que nao foi considerada para os
resultados apresentados. Para complementar as determinacoes realizadas nos graficos da Figura
4.1 apresentamos um estudo da variacao dos parametros (espessura, h, e razao de velocidades,
4.1 Crosta 102
k =vp/vs) em funcao da velocidade para a onda P, e suas respectivas derivadas em funcao da
velocidade (∂h/∂vp e ∂ (vp/vs)/∂vp) vezes um valor de 0.5 km/s, que consideramos como
sendo a maxima diferenca entre o valor adotado para a velocidade media da crosta e o seu valor
real. Neste estudo supomos os tempos teoricos para as chegadas das fases Ps e Ppps iguais a
4.356 s e 15.133 s respectivamente, que correspondem a uma camada de h = 35 km e k = 1.73
no modelo IASP91 para o parametro de raio p = 6.4 s/grau.
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
h (k
m)
Vp (km/s)
2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 3.50 3.60 3.70 3.80 3.90
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0dh (
km)
= 0
.5 V
p (k
m/s
) *
dh/d
v (s
)
Vp (km/s)
1.660
1.680
1.700
1.720
1.740
1.760
1.780
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
k
Vp (km/s)
-0.018-0.017-0.016-0.015-0.014-0.013-0.012-0.011-0.010-0.009-0.008
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
dk =
0.5
Vp
(km
/s)
* dk
/dv
(s/k
m)
Vp (km/s)
Figura 4.1: Dependencia dos parametros obtidos pelo metodo da funcao do receptor com avelocidade para a onda P adotada para a camada. Acima sao apresentadas as variacoes paraa espessura da camada (h) e a razao de velocidades (k), e abaixo, as incertezas (dh e dk) emfuncao da velocidade media da crosta.
A comparacao dos graficos na Figura 4.1 com os valores das incerteza medias obtidas
(Capıtulo 2, Tabela 2.2) mostra que a influencia da velocidade adotada e maior na estimativa da
espessura que na razao de velocidades quando comparadas com a incerteza obtida em cada um
dos casos. As observacoes da Tabela 2.2 resultaram em uma media das incertezas na espessura
de 0.6 km, que e ≈6x menor do que a variacao da profundidade, dh ≈ 3.3 km, devido a uma
variacao de 0.5 km/s na velocidade (Figura 4.1). Para a razao de velocidades, a influencia da
velocidade escolhida (0.015≈ 0.013) e menor do que a media das incertezas observadas (0.02).
Estes resultados ja haviam sido apontados por Zhu & Kanamori (2000), mas estao quantificados
4.1 Crosta 103
aqui.
4.1.2 Comparacoes dos resultados com trabalhos anteriores
Das 63 estacoes processadas neste trabalho, 28 foram analisadas em trabalhos anteriores, ou
mesmo ja foram processadas por outras pessoas que se utilizaram dos mesmos dados com meto-
dologias semelhantes. Dentre esses trabalhos estao os de An & Assumpcao (2006), Assumpcao
et al. (2004) e Franca & Assumpcao (2004), utilizados inclusive como referencia para a veloci-
dade media da crosta. A comparacao dos nossos resultados com aqueles trabalhos e mostrada
na Figura 4.2.
vabb
barb
parb
ppdb
França et. al. 2004Assumpção et. al. 2004não publicadosAn et. al. 2006
reta a 45°
30
35
40
45
Est
e tr
abal
ho (
km)
30 35 40 45
Outros trabalhos (km)
h
barb
vabb
parb
ppdb
França et. al. 2004Assumpção et. al. 2004não publicadosAn et. al. 2006
reta a 45°
1.6
1.7
1.8
1.9E
ste
trab
alho
1.6 1.7 1.8 1.9
Outros trabalhos
Vp/Vs
Figura 4.2: Comparacao da espessura da crosta e razao de velocidades obtidos nesta tese comde An & Assumpcao (2006), Assumpcao et al. (2004), Franca & Assumpcao (2004) e resulta-dos nao publicados obtidos por outros pesquisadores (George Sand, Universidade de Brasılia eMarcelo Assumpcao, Universidade de Sao Paulo/IAG).
Os nossos resultados, tanto para espessura da crosta (h) quanto para a razao de velocidades
(vp/vs), se mostram mais compatıveis com os valores obtidos por Assumpcao et al. (2004), que
utilizaram as duas fases multiplas convertidas, e com o trabalho de An & Assumpcao (2006)
do que com os resultados apresentados por Franca & Assumpcao (2004) que utilizaram uma
unica reflexao multipla (fase Ppps). Alem disso, Franca & Assumpcao (2004) nao forneceram
uma estimativa de incerteza para seus resultados de vp/vs. Para algumas das estacoes, as medi-
das obtidas neste trabalho nao se encontraram compatıveis com os resultados apresentados em
Franca & Assumpcao (2004), entre eles os resultados de h para as estacoes VABB e BARB e os
resultados de vp/vs para as estacoes VABB, BARB e PARB. As outras estacoes, apresentam resul-
4.1 Crosta 104
tados compatıveis com os resultados de outros autores se considerada uma maxima incerteza de
2σ .
Quanto as incertezas para os valores de h vemos claramente que, de modo geral, os nossos
resultados apresentam valores 2 a 3 vezes menores do que dos outros trabalhos. Isso se deve
em parte do fato de nao termos considerado a incerteza devida a escolha da velocidade para
onda P que, como apresentado na Figura 4.1, aumentaria consideravelmente os valores para as
incertezas calculadas. Para os valores de vp/vs, as nossas incertezas estao compatıveis com os
valores apresentados por Assumpcao et al. (2004).
4.1.3 Padroes regionais
Uma forma de interpretar os resultados de espessura crustal e razao de velocidades e cal-
culando medias por grupos de estacoes nas mesmas provıncias geologicas. Para interpretar os
dados da Tabela 2.2 apresentamos na Figura 4.3 medias para alguns grupos de estacoes. Para
cada grupo foram calculados os valores medios de h e vp/vs, e os seus desvios padroes da media
(σm) indicados como barras de incerteza.
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
H (
km)
1.65
1.70
1.75
1.80
Vp/
Vs
Vp/Vs HVp/Vs de referência (1.732)
Barras representam ±1σm
Toda
s es
taçõ
esN
orte
/Nor
dest
eN
orte
✶
Faix
as R
b.+B
r.C
rato
n SF
cPa
raná
Para
ná ✶
Para
ná C
r.Pa
raná
Cr.
✶
Figura 4.3: Comparacao das medias por regiao para os valores de vp/vs e h. A ? ao lado donome da regiao indica que algumas estacoes foram desconsideradas para o calculo das mediasem questao. Parana Cr. indica a regiao da bacia do Parana quando aplicadas as correcoes pelosedimento (2.3.2, p.70), o valor de h nessa regiao e como nas outras, a espessura crustal total,incluindo a espessura dos sedimentos.
4.1 Crosta 105
A primeira caracterıstica investigada foram os baixos valores para a espessura atribuıdos a
regiao Norte/Nordeste. O grupo norte? da Figura 4.3 mostra as medias para todas as estacoes da
regiao Norte sem as estacoes do Nordeste CAUB, CAUB2 e CS6B. Essas estacoes foram removidas
da media por apresentarem valores de espessura crustal consideravelmente inferiores as outras
estacoes da regiao Norte. Alem disso, as estacoes CAUB e CAUB2 apresentam valores de vp/vs≈1.79, bastante diferentes das medias observadas para as outras estacoes da regiao norte.
Com a remocao das estacoes citadas a espessura media aumenta quase 3 km, enquanto
que o valor de vp/vs abaixa mais um pouco, indo de ≈ 1.70 para ≈ 1.68. O resultado principal
dessa comparacao e que a regiao de crosta mais fina somente ocorre na regiao nordeste. A media
obtida para o grupo norte? (39.7±1.4 km) e a mesma da media geral de todas as estacoes (39.5±0.5 km). Na regiao da provıncia Borborema (Pernambuco e Ceara) temos um afinamento crustal
significativo. Ja os baixos valores para vp/vs para as outras estacoes sao atribuıdos a presenca
do craton Amazonico e Sao Luıs, que representa uma crosta mais felsica, e talvez ao fato do
processo de abertura do Oceano Atlantico nao ter retrabalhado a crosta nesta regiao (abertura
com menos extensao crustal “pre-rift”), diferentemente da costa oriental (faixa Ribeira) da placa
Sul-Americana, que apresenta valores mais elevados de vp/vs.
A segunda caracterıstica observada na Figura 4.3 foram as maiores espessuras crustais na
bacia do Parana. Para isso, os dados disponıveis (com e sem correcao pelo sedimento) foram
separados em quatro grupos: Parana e Parana?, que correspondem aos dados sem a correcao
pelo efeito dos sedimentos (Tabela 2.2), e Parana Cr. e Parana Cr.?, para os dados com a
correcao aplicada (Tabela 2.3). Nos grupos marcados com ? foram descartadas as estacoes:
IBIB por apresentar vp/vs exagerado (1.92) e espessura inconsistente com estacoes proximas;
RIFB por tambem apresentar valores anormais de vp/vs e h, e AQDB que, pelas caracterısticas
de profundidade crustal e localizacao (no limite ocidental da bacia), consideramos representar
mais a bacia do Pantanal do que a bacia do Parana em si.
A correcao aplicada resultou em uma espessura total da crosta (sedimento+embasamento)
menor (a variacao entre os dados com e sem correcao foi de ≈ 1.5 km). Mesmo assim e im-
portante realcar que em todos os casos a espessura media na bacia do Parana esta pelo menos
um desvio padrao acima da media geral (ou de qualquer um dos outros grupos). Um fenomeno
nao esperado, observado pela correcao dos sedimentos, foi um ligeiro aumento (0.01) da razao
de velocidade media. Com a correcao esperavamos obter valores de vp/vs mais baixos, pois
e comum pensar que o vp/vs medio da crosta na regiao da bacia seria intermediario entre os
valores de vp/vs do sedimento e do embasamento. Como os valores de vp/vs sao mais altos
para o sedimento (1.78) do que para rochas ıgneas do embasamento, era esperado que a razao
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 106
de velocidades apos a correcao fosse diminuir. Esse resultado, embora ainda nao totalmente
compreendido, mostra que a obtencao de vp/vs a partir dos tempos lidos na funcao do receptor
e um processo mais complicado do que imaginado onde nao se pode supor que o vp/vs para
toda a crosta e uma media entre os valores do vp/vs do sedimento e embasamento.
A ultima feicao clara na Figura 4.3 e a comparacao das estacoes sobre o craton do Sao
Francisco com as faixas retrabalhadas (Ribeira e Mantiqueira). O grupo “Craton SFc” inclui
estacoes efetivamente sobre a regiao atualmente delimitada como cratonica: JNRB, CDCB, BSCB,
PDCB, BAMB, TRMB, CRTB e FRMB e as estacoes proximas ao limite oeste do craton: CV1B, CV3B
e PRCB. Este conjunto de estacoes apresentam valores de vp/vs menores do que a media de
todas as estacoes (regiao mais fria, com uma maior quantidade de materiais felsicos). A regiao
das faixas retrabalhadas apresenta um vp/vs comparavel com os valores da bacia do Parana, ou
mais interessante, a bacia do Parana apresenta valores compatıveis com as faixas retrabalhadas,
dando indıcios de que e pouco provavel e existencia de um grande nucleo cratonico (Cordani et
al., 1984; Zalan et al., 1990; Soares, 1991 apud Milani, 1997) sob os sedimentos da bacia da
mesma forma como e hoje caracterizado o craton do Sao Francisco ou o craton Amazonico. De
qualquer forma, os nossos resultados representam uma caracterıstica regional e nao descartam
a possibilidade de existirem pequenos blocos como proposto por Milani & Ramos (1998) e
coerente com os estudos de Julia et al. (2008).
Por fim, os resultados de baixos valores de vp/vs para o grupo “Craton SFc”, que inclui as
estacoes na sua borda ocidental, apoia a hipotese de continuacao dos limites do craton a oeste,
sobre os sedimentos da faixa Brasılia. Quanto as espessuras da crosta, as faixas retrabalhadas
apresentam valores de espessura menores (≈ 38 km), e o craton, valores perto da media global
de (≈ 39.5 km). As discussoes acima levam em conta as incertezas apresentadas para cada
regiao.
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao
Ao contrario da crosta, o estudo das interfaces do manto e zona de transicao (TZ) ocorreram
em duas etapas, por duas metodologias diferentes que iremos abordar aqui em separado.
4.2.1 Funcao do receptor para ondas P
Os tempos observados das interfaces do manto definidas em 410 km e 660 km de profun-
didade apresentaram variacoes de ate 2 s em relacao ao tempo esperado pelo modelo IASP91.
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 107
Essas variacoes como ja mostrado nas Figuras 2.29 a 2.31 ocorrem de forma sistematica, e por-
tanto podem ser associadas a feicoes tectonicas previamente discutidas. As fases observadas
podem ter o seu tempo alterado em duas situacoes diferentes: uma, quando a interface se apre-
senta em uma profundidade diferente da esperada, e a outra, quando a velocidade de propagacao
das ondas entre a superfıcie e a descontinuidade estiver alterada. Neste caso, a onda sera mais
afetada quanto maior a profundidade da descontinuidade.
Para obtermos uma maior precisao na leitura dos tempos, realizamos a “picagem”1 das fa-
ses convertidas nos tracos de funcao do receptor empilhados mostrados nas figuras 2.29 a 2.31.
Os tempos lidos sao apresentados na Figura 4.4, com quatro histogramas para cada descontinui-
dade. O conjunto indicado por (a) refere-se aos tempos lidos para a descontinuidade 410 km, e
(b), as leituras referentes a descontinuidade 660 km. No primeiro histograma de cada conjunto
(“todos os dados”) estao representados os dados para todas as regioes juntas (blocos 1 a 11 para
a regiao Parana, Figura 2.29; blocos 1 a 8 para a regiao do craton Sao Francisco, Figura 2.30;
e blocos 1 a 9 para a regiao norte/nordeste, Figura 2.31). Nos outros histogramas, sao apresen-
tados os mesmos dados organizados segundo as regioes indicadas em cada histograma (Parana,
craton Sao Francisco e regiao norte/nordeste, que inclui o craton Amazonico).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Con
tage
m
42 43 44 45 46
Tempo (s)
Todos os dados
a) 410 km
0
2
4 Paraná
0
2
4 Cráton SFc
0
2
4
42 43 44 45 46
Tempo (s)
Norte/Nordeste
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
65 66 67 68 69 70
Tempo (s)
Todos os dados
b) 660 km
0
2
4 Paraná
0
2
4 Cráton SFc
0
2
4
65 66 67 68 69 70
Tempo (s)
Norte/Nordeste
Figura 4.4: Histogramas dos tempos lidos nos tracos de funcao do receptor empilhados paraa descontinuidade de 410 km (a) e de 660 km (b). O tempo predito pelo modelo IASP91 eindicado com uma linha pontilhada.
Pela Figura 4.4 as diferencas chegam a 1.5 s para 410 km e 2 s para 660 km, com uma
distribuicao aproximadamente simetrica. As variacoes sistematicas sao destacadas nos histogra-
1Leitura manual dos tempos de chegada de uma determinada fase nos tracos sısmicos analisados.
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 108
mas separados de cada uma das regioes. Para ambas as fases (410 km e 660 km) e notavel que
para as regioes cratonicas existem grupos de tracos com tempos de chegada sistematicamente
menores do que o predito. Para a regiao da bacia do Parana, os tempos observados concentram-
se entre o valor predito pelo modelo IASP91 e, para alguns tracos, vemos uma tendencia a
valores maiores, indicando um atraso sistematico nas chegadas. Para a regiao Norte/Nordeste,
os tempos sao sistematicamente menores que do que os preditos pelo modelo IASP91 em ambas
as descontinuidades para a maioria dos dados.
Uma problema encontrado durante a interpretacao das variacoes dos tempos observados
foi quantificar quantos segundos uma onda pode ser adiantada ou atrasada por uma variacao
simplesmente da velocidade do modelo em questao. Ou seja, sera que as variacoes observadas
poderiam ser explicadas somente pela alteracao da velocidade para as ondas P ou S acima da
fase de transicao ? E uma segunda pergunta, qual a maxima porcentagem de variacao aceitavel
para a variacao das velocidades aplicavel em todo mando superior ? — Dessas duas perguntas,
a segunda podemos responder simplesmente analisando modelos de velocidade obtidos por
inversoes tomograficas de tempo de percurso ou mesmo de forma de onda. Na nossa regiao de
estudo, os trabalhos sobre tomografia mais relevantes sao os trabalhos de Rocha (2008) e Feng
et al. (2007). No primeiro trabalho, Rocha mostra em seus resultados anomalias entre ±1%
para ondas P (±1.5% para ondas S), enquanto que Feng et al. apresenta anomalias entre ±7%
para ondas S.
Considerando que os resultados de Rocha ajustam apenas 60% dos dados e tem forte in-
fluencia de regularizacoes e suavizacoes (como discutido com o autor) assumimos um valor
maximo para as anomalias no manto de±5% do valor da velocidade do modelo IASP91. Dessa
forma, na Figura 4.5 apresentamos um grafico das diferencas de tempo pela variacao da veloci-
dade porcentual da onda P e S para o modelo IASP91, considerando que as anomalias chegam
ate uma profundidade maxima de 410 km. Pelo grafico apresentado, como as anomalias nao
entram na zona de transicao, ambas as fases sao afetadas do mesmo modo pela alteracao nas
velocidades propostas. Ou seja, ambas as fases apresentam uma mesma variacao com um va-
lor maximo de ≈ ±2 s, compatıvel com o maximo valor obtido a partir das leituras realizadas
(Figura 4.4).
Para facilitar a comparacao, na Figura 4.6 sao apresentados os dados lidos junto com sua
incerteza obtida pelo metodo do “bootstrap” durante o empilhamento como descrito no capıtulo
2. Os dados foram inicialmente agrupados em tres grupos (a), (b) e (c) correspondentes as Figu-
ras 2.29, 2.30 e 2.31. Para cada grupo sao apresentados tres graficos, um mostrando os tempos
da Ps de 410 km (tps410), outro de 660 km (tps660), e um terceiro mostrando a diferenca dos
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 109
−3
−2
−1
0
1
2
3∆t
(s)
−5 0 5Alteração da Velocidade (%)
tps410km tps660km
Velocidade menor Velocidade maior
Che
ga d
epoi
sC
hega
ant
es
0
100
200
300
400
500
600
700
Pro
fund
idad
e (k
m)
6 8 10Vp (km/s)
Modelos
−5%−3%−1%0%+1%+3%+5%
Figura 4.5: Diferenca esperada nos tempos de chegada para as fases Ps das descontinuidades410 km e 660 km em funcao de uma alteracao percentual na velocidade das ondas P e S ateuma profundidade de 410 km. As diferencas foram calculadas em relacao ao modelo IASP91,isto e, tempo dado pelo modelo IASP91 menos o tempo dado por cada modelo modificado. Osmodelos modificados utilizados para o calculo sao apresentados ao lado.
tempos entre as fases, chamado de ∆T z por estar de certa forma representando a espessura da
zona de transicao. Nos graficos, a linha em preto indica o tempo predito pelo modelo IASP91,
e as linhas em vermelho, os tempos preditos por modelos com velocidades alteradas variando
de −5% a 5%. Para identificacao dos pontos, no eixo das abcissas apresentamos o numero
de referencia do traco que corresponde a regiao utilizada na selecao dos pontos de perfuracao
dentro de cada um dos grupos, refletindo caracterısticas proprias que variam de regiao a regiao
(os pontos de perfuracao podem ser conferidos nas figuras 2.29 a 2.31). Por fim, cada traco ou
conjunto de tracos com caracterısticas equivalentes sao realcados e nomeados (Pt, Pn, Ps, Oc,
Fb, SFc, Rb, Am e Ne) de acordo com a regiao tectonica representada.
De forma geral, a maioria dos pontos lidos se apresentaram dentro dos limites de tempo
preditos pelos modelos modificados em ate ±5%. As poucas excecoes (alguns tracos do con-
Figura 4.6 (proxima pagina): Tempos observados (pontos) com sua incerteza (“bootstrap”) so-brepostos aos tempos preditos pelos modelos alterados. Grupo (a) corresponde aos dados lidosda secao na Figura 2.29, (b) da Figura 2.30 e (c) da Figura 2.31. O numero da medida corres-ponde a regiao delimitada dos pontos de perfuracao nos mapas correspondentes. Os conjuntosdestacados sao: Pt = Bacia do Pantanal, Pn = bacia do Parana central e norte, Ps = bacia doParana sul, Oc = Manto Oceanico, Fb = faixa Brasılia, SFc = craton Sao Francisco, Rb = faixaRibeira, Am = craton Amazonico e Ne = regiao Norte/Nordeste.
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 110
Fb
SF
cR
bA
mN
eP
nP
sO
cP
t
4045
Tps 410 (s)
01
23
45
67
89
1011
12
No.
de
refe
rênc
ia d
o tr
aço
−5
%−
3 %
−1
%1
%3
%5
%
6570
Tps 660 (s)
01
23
45
67
89
1011
12
No.
de
refe
rênc
ia d
o tr
aço
−5
%−
3 %
−1
%1
%3
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%
2025
∆Tz (s)
01
23
45
67
89
1011
12
No.
de
refe
rênc
ia d
o tr
aço
a) P
aran
á
4045
Tps 410 (s)
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ia d
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2025
∆Tz (s)
01
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No.
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refe
rênc
ia d
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aço
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Tps 660 (s)
01
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No.
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rênc
ia d
o tr
aço
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%−
3 %
−1
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%
b) S
ão F
ranc
isco
2025
∆Tz (s)
01
23
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10
No.
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rênc
ia d
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aço
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Tps 660 (s)
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No.
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%
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Tps 410 (s)
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de
refe
rênc
ia d
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aço
−5
%−
3 %
−1
%1
%3
%5
%
c) R
egiã
o N
orte
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 111
junto Am) apresentaram uma grande incerteza para os tempos lidos e, assim, ainda estariam
compatıveis com as variacoes maximas de ±5%. Por outro lado, analisando o sinal (atrasos ou
adiantamentos) das anomalias, vemos que alguns conjuntos com pequenas incertezas apresenta-
ram um comportamento nao descrito somente pelas variacoes na velocidade do manto superior.
Os conjuntos Rb e Ne apresentam um deslocamento sistematico das fases em direcoes opostas,
isto e quando a descontinuidade de 410 km esta adiantada, a descontinuidade de 660 km esta
atrasada, e vice-versa. A TZ no Nordeste (Ne) estaria mais espessa, e a da Faixa Ribeira (Rb),
mais fina. Dentre os outro conjuntos, existem quatro outras caracterısticas dos tempos lidos:
temos conjuntos que se apresentam compatıveis com o modelo IASP91 (Pn e Oc), conjuntos
que apresentam chegadas sistematicamente adiantadas (SFc e Am), conjuntos que se apresen-
tam sistematicamente atrasados (Ps) e por fim, conjuntos que apresentam alguma variacao em
somente uma das fases (Pt e Fb).
A interpretacao das variacoes obtidas ficam mais claras quando comparadas com os resul-
tados da tomografia obtidos por Rocha (2008). Na Figura 4.7 apresentamos a localizacao das
regioes utilizadas para selecionar os pontos de perfuracao sobrepostas ao modelo tomografico
de Rocha. Os numeros das regioes da Figura 4.7 sao os mesmos das figuras 2.29 e 2.30 e da
Figura 4.6.
Considerando agora a tomografia apresentada (Figura 4.7) e as respostas dos tempos na
funcao do receptor tanto para uma variacao de velocidade (Figura 4.5) quanto para uma variacao
de temperatura na zona de transicao (Bina & Helffrich, 1994) podemos chegar as seguintes
conclusoes para cada uma das regioes analisadas.
Sobre o grupo (a) da Figura 4.6
O conjunto Pt (Figura 4.6) apresentou um comportamento diferenciado dos outros conjun-
tos do grupo (a) da Figura 4.6. Este unico traco mostra um atraso significativo para o tempo da
descontinuidade de 410 km e apenas um leve efeito na descontinuidade de 660 km. Este atraso
deve ser interpretado como uma regiao localizada de alta temperatura perto da descontinuidade
de 410 km, e estaria associado aos valores de baixa velocidade obtidos por Rocha como mos-
trado no mapa ii (para ondas S a 400 km) da Figura 4.7 (a) ou mesmo, como sugerido por Feng
et al. que apresenta valores de baixa velocidade (alta temperatura) ate praticamente 400 km na
regiao do Patanal/Chaco e borda oeste da bacia do Parana.
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 112
−56
˚−
52˚
−48
˚−
44˚
−40
˚
−28
˚
−24
˚
−20
˚
−16
˚
−12
˚
12
3 45
6
8
910
11
Pt
Pr
SFc
Ac
Ond
a P
em
650
km
iii)
−56
˚−
52˚
−48
˚−
44˚
−40
˚
−28
˚
−24
˚
−20
˚
−16
˚
−12
˚
12
3 45
6
8
910
11
Pt
Pr
SFc
Ac
Ond
a S
em
650
km
iv)
−56
˚−
52˚
−48
˚−
44˚
−40
˚
−28
˚
−24
˚
−20
˚
−16
˚
−12
˚
12
3 45
6
8
910
11
Pt
Pr
SFc
Ac
Ond
a P
em
400
km
i)
−0.
80.
00.
8
Vel
. Ond
a P
%
−56
˚−
52˚
−48
˚−
44˚
−40
˚
−28
˚
−24
˚
−20
˚
−16
˚
−12
˚
12
3 45
6
8
910
11
Pt
Pr
SFc
Ac
Ond
a S
em
400
km
ii)
−1.
20.
01.
2
Vel
. Ond
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Reg
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num
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1a
11co
mo
mos
trad
asna
Figu
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29
−56
˚−
52˚
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˚−
44˚
−40
˚
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˚
−24
˚
−20
˚
−16
˚
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2
3
4
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78
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Ac
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650
km
iii)
−56
˚−
52˚
−48
˚−
44˚
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˚
−28
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−24
˚
−20
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Pt
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650
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−48
˚−
44˚
−40
˚
−28
˚
−24
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˚
−12
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2
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56
78
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400
km
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˚−
52˚
−48
˚−
44˚
−40
˚
−28
˚
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˚
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˚
−16
˚
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Reg
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Figu
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km,m
apas
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apr
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dida
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650
km,m
apas
(iii)
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Ac
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aton
Am
azon
ico,
SFc
=cr
aton
Sao
Fran
cisc
o,Pt
=ba
cia
doPa
ntan
ale
Pr=
baci
ado
Para
na.
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 113
Os tempos na regiao norte e central da bacia do Parana (conjunto Pn, Figura 4.6) nao indi-
cam nenhuma anomalia significativa para nenhuma das descontinuidades, ao contrario de Rocha
(2008) que, para a regiao oriental da bacia do Parana, apresenta uma regiao de baixa velocidade
tanto em 400 km quanto a 650 km. Isto poderia indicar que as anomalias de velocidade de Rocha
(2008) sao devidas a composicao e nao somente a um efeito de temperatura.
Os atrasos observados no conjunto Ps (Figura 4.6), principalmente para a descontinuidade
de 660 km, correspondem com as altas velocidades em 400 km e 650 km na tomografia da
regiao sul da bacia do Parana (Figura 4.7), que estao correlacionadas com a interferencia da
placa subduzida de Nazca nestas regioes. A placa de Nazca, por ser mais fria do que o manto
ao seu redor, causa uma instabilidade nas descontinuidade do manto, onde a descontinuidade
de 660 km normalmente e rebaixada no ponto onde e atingida pela placa subduzida, atrasando
assim a fase Ps como observada. Tal fenomeno tambem foi observado por Liu et al. (2003)
para uma regiao muito proxima a nossa (60◦W 24◦S), alem do que, casos similares ja foram
observados em outras zonas de subduccao, como por exemplo Li et al. (2000) no Japao. Os
atrasos observados na descontinuidade de 660 km, de ate 1.5 s, implicam em um aumento de
≈ 15 km na profundidade desta interface na regiao, o que corresponderia a uma diminuicao da
temperatura em ate ≈ 190 K Bina & Helffrich (1994).
Por fim, o unico dado na regiao da borda passiva do continente, conjunto Oc (Figura 4.6),
se apresenta coerente com o modelo IASP91. A maior importancia desse dado foi garantir que
as alteracoes impostas pela placa de Nazca eram reais e nao apenas um artifıcio gerado pela
baixa quantidade de dados, e tambem, impor um limite oriental para a influencia da placa de
Nazca subduzida na descontinuidade de 660 km.
Sobre o grupo (b) da Figura 4.6
O primeiro traco para o grupo (b) da Figura 4.6 e para o conjunto da faixa Brasılia, Fb, onde
notamos uma resposta compatıvel com o craton Sao Francisco. Acreditamos que tal fenomeno
possa estar relacionado a uma extensao do craton a oeste por debaixo dos sedimentos da faixa
Brasılia como ja indicado pelas analises para a crosta e proposto tambem por Assumpcao et al.
(2004) e Rocha (2008).
O conjunto SFc (Sao Francisco), amostra as descontinuidades do manto sob o craton Sao
Francisco apresentando tempos adiantados em ate 2 s (Figura 4.6). A explicacao mais provavel
e que esses tempos sao adiantados devido a um aumento de 3% a 5% das velocidades do manto
superior (em relacao ao modelo IASP91), sem que seja necessaria alteracoes nas profundidades
reais das descontinuidades. Essa alteracao, como ja mostrada, e plausıvel (Figura 4.5) e supor-
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 114
tada pelos resultados obtidos por Rocha (Figura 4.7 (b)). Outros autores, como Bostock (1996)
para o Canada, Li et al. (1998) para o craton Norte Americano e Niu et al. (2004) para o craton
Kaapvaal na Africa do Sul tambem reportam comportamento equivalente para as descontinui-
dades do manto e zona de transicao nessas regioes de onde concluımos que tal comportamento
(adiantamento da Ps de 410 km e 660 km) e tıpico de zonas cratonicas.
Contrastando com o craton Sao Francisco, os blocos selecionados para a faixa Ribeira,
tracos 6, 7 e 8 da Figura 4.6 (b) apresentam tempos mais compatıveis com o modelo IASP91,
embora com caracterısticas distintas. Esses tracos (mais especificamente os tracos 6 e 8) apre-
sentam chegadas ligeiramente atrasadas para a descontinuidade de 410 km e, adiantadas para a
660 km. Essa diminuicao da TZ, caso confirmada, pode ser associada a um aumento na tempe-
ratura da zona de transicao que deveria estar elevada em no maximo 90 K, que corresponderia a
variacao de 5 km observada para a descontinuidade de 660 km (0.5 s em tempo) se considerados
os coeficiente de Clapeyron como indicados em Bina & Helffrich (1994). O resultado da tomo-
grafia de Rocha (2008), no entanto, indica velocidades baixas apenas para o conjunto 8 (Figura
4.7 (b)).
Uma outra hipotese, seria atribuir as anomalias encontradas principalmente na desconti-
nuidade de 660 km a um “resıduo” do empilhamento causado pela proximidade do craton,
principalmente do traco de numero 6, e ignorar a tendencia de valores maiores para a descon-
tinuidade de 410 km. De qualquer forma, esse resultado mostra uma clara diferenca entre o
terreno cratonico e a faixa Ribeira e Aracuaı, que deve ser estudado com mais detalhe em um
trabalho futuro.
Sobre o grupo (c) da Figura 4.6
A regiao Norte/Nordeste dentre as regioes estudadas e a maior em extensao Leste–Oeste
e uma das regioes com a menor quantidade de estacoes disponıveis (apenas 8 estacoes). A
interpretacao das funcoes do receptor da Figura 2.31 delimitou duas areas com caracterısticas
distintas ao longo da costa equatorial.
O primeiro conjunto de funcoes do receptor, chamado de Am (craton Amazonico) na Figura
4.6, apresentou tempo para as fases convertidas com caracterısticas identicas as observadas no
craton Sao Francisco (Figura 4.6 (b) conjunto SFc), isto e, fases 410 km e 660 km consistente-
mente adiantadas em relacao do modelo IASP91, que delimita assim, os domınios cratonicos
ao longo do perfil. Essa assinatura consistente foi observada desde o traco 1 ate o traco 6, o que
implicaria em um limite oriental para a regiao cratonica em 39◦±3◦ de longitude oeste. O traco
6 corresponde a bacia do Parnaıba, especialmente os dados da estacao TRSB (Teresina), e seus
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 115
tempos adiantados sao compatıveis o craton Sao Luıs/Oeste Africano (Sadowski, 2000), com
um nucleo cratonico no embasamento da bacia (Cordani et al., 1984) e tambem, com as altas
velocidades S na litosfera observadas por Feng et al. (2007). Dessa forma, a interpretacao mais
direta deste resultado e que os tempos observados sao causados pelas velocidades do manto mais
elevadas na regiao do craton Amazonico e do craton Sao Luis/Oeste Africano. Um problema
encontrado e que devido a baixa quantidade de dados na regiao nao foi possıvel estabelecer um
limite claro de separacao destes blocos cratonicos, embora, para a descontinuidade de 660 km e
possıvel observar uma ligeira inflexao dos tempos adiantados para o traco de numero 3, o que
de certa forma coincide com o limite oeste do craton Amazonico como imposto pela provıncia
Tocantins.
A partir do setimo traco na Figura 4.6 (c) observamos uma mudanca no comportamento
das fases, que se apresentam ligeiramente adiantadas para a descontinuidade de 410 km e ligei-
ramente atrasadas para a 660 km, compatıvel com uma regiao um pouco mais fria para a zona
de transicao. As amplitudes das diferencas observadas (em media 0.2 s) em relacao ao modelo
IASP91 embora menores do que as diferencas observadas para as regioes cratonicas, aparente-
mente tem o mesmo nıvel de significancia, devido as suas baixas incertezas obtidas pelo metodo
do “bootstrap”. Por outro lado, essa variacao de 0.2 s nos tempos para as descontinuidades em
questao implicam em uma variacao de apenas 2 km na profundidade de cada interface e, no-
vamente admitindo os coeficientes de Clapeyron, indicariam uma variacao menor do que 30 K
para a temperatura da zona de transicao.
4.2.2 Funcoes do receptor para ondas S
A funcao do receptor para ondas S (SRF) seria utilizada inicialmente como um metodo
complementar a funcao do receptor para ondas P (PRF) para o estudo das fases do manto e es-
pessura da litosfera, mas devido a baixa quantidade de eventos disponıveis para analise (Figura
3.2 e Tabela 3.1) vamos nos limitar apenas a comparar os resultados para as descontinuidades
do manto.
Uma comparacao entre os resultados de SRF e PRF e mostrada na Figura 4.8 onde apre-
sentamos os tracos de funcao do receptor para ondas S (como na Figura 3.4) para as regioes
Parana, craton Sao Francisco e regiao Norte/Nordeste junto com os tempos lidos nas funcoes
do receptor para ondas P, os tempos sao os mesmos mostrados na Figura 4.6 (a), (b) e (c).
De forma geral vemos que os picos na SRF coincidem com os grupos de tempos para a
PRF. Nas regioes cratonicas a SRF se mostra mais adiantada do que o IASP91, coincidindo
com os tempos para os tracos da PRF sobre os cratons (tempos 1 a 6 para a regiao NNE e
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 116
40 50 60 70
Tempo (s)
(58 traços)
(17 traços)
(15 traços)
p=6.4 s/°410km 660km
SKS PR
SKS SFc
SKS NNE
9 6 3 11 2 5 10 4 7 1 8 6 5 3 11 1 2 4 10 8 9 7
4 3 5 1 2 8 7 6 3 4 2 5 8 6 1 7
5 4 6 3 1 2 8 7 9 5 1 4 2 3 6 8 7 9
Figura 4.8: Comparacao entre os tracos de funcao do receptor para ondas S (fase SKS somente)empilhados para as regioes Parana (PR), craton Sao Francisco (SFc) e Norte/Nordeste (NNE)junto com os tempos lidos nos tracos de funcao do receptor para ondas P (Figura 4.6 (a), (b) e(c)). Os numeros referem-se aos tracos de funcao do receptor para onda P da Figura 4.6.
tempos 2 a 5 para o SFc), com excecao da descontinuidade de 410 km para a regiao do craton
Sao Francisco que, como ja discutido, nao foi bem identificada.
Para a regiao da bacia do Parana a comparacao nao e clara. A descontinuidade de 410 km
na SRF se apresenta mais atrasada do que os tempos lidos na PRF, no melhor dos casos, a SRF
poderia ser compatıvel com o tempo de numero 8 da PRF. Ja a descontinuidade de 660 km na
SRF para a bacia do Parana, apresenta um pico compatıvel com os tempos de numeros 8 e 10
da PRF, mostrando assim um ligeiro atraso em relacao ao modelo IASP91.
Desse modo, dada a baixa quantidade de dados disponıveis para a SRF, nao e possıvel fazer
analises mais detalhadas com os resultados para as descontinuidades do manto nas profundida-
des de 410 km e 660 km. A SRF para a regiao estavel da placa Sul-Americana nao parece ser
um metodo de grande aplicabilidade para o estudo destas descontinuidades. Acreditamos que
o principal motivo que inviabilizou a utilizacao da SRF para o estudo das descontinuidades do
manto foi a baixa quantidade de eventos disponıveis pela ma colocacao da placa Sul-Americana
em funcao das principais fontes sismogenicas do planeta. Alem disso, as ondas SKS apresen-
tam um coeficiente de conversao de S para P muito pequeno (pouco energia e convertida para
a componente L na interface) comparado com o coeficiente de conversao em profundidades
menores sofridas pelas ondas S (Yuan et al., 2006), como na identificacao da LAB.
Para a determinacao da espessura da litosfera, como foi possıvel utilizar ondas S e SKS,
alem de obtermos uma maior quantidade de tracos em cada empilhamento, as SRF se mostra-
ram mais coerentes, fornecendo tracos empilhados com uma relacao sinal ruıdo mais favoravel.
Com isso, o trabalho elaborado como parte deste doutorado (Heit et al., 2007) foi o primeiro
4.2 Interfaces do manto e zona de transicao 117
estudo deste tipo para a placa Sul-Americana (com funcoes do receptor para ondas S para a
determinacao da espessura da litosfera). Mesmo com a baixa quantidade de dados, foram obti-
dos resultados coerentes, como uma tendencia de menor espessura da LAB para ilhas oceanicas
(40−80 km) e maior espessura no interior do continente (80−160 km). Outros resultados in-
teressantes foram o aumento gradual da profundidade da LAB com a idade da placa oceanica,
uma tendencia de baixos valores para estacoes localizadas em regioes de margem passiva ou
ativa (zonas de subduccao) e mesmo, a identificacao da LAB “continental” (entre a Moho e a
placa subduzida de Nazca) e da LAB da placa de Nazca subduzida, que claramente acompanha
a subduccao na regiao ocidental da placa Sul-Americana. Um outro resultado nao totalmente
entendido ainda, foi a obtencao de uma LAB mais fina para a estacao CPUP (Figura 2.5) para a
regiao da bacia do Chaco-Parana. Esse resultado de litosfera mais fina se correlaciona com uma
anomalia de baixa velocidade encontrada por Feng et al. (2007).
118
5 Conclusoes
Com os resultados apresentados nesta tese acreditamos que aumentamos consideravelmente
a quantidade de informacoes disponıveis sobre a estrutura das interfaces do manto, litosfera e
crosta na plataforma Sul Americana e mostramos variacoes bem correlacionadas com as prin-
cipais feicoes tectonicas. Aqui vamos realcar as caracterısticas que julgamos mais importantes
dentre os resultados apresentados e as consideracoes finais sobre o trabalho apresentado.
A crosta na plataforma Sul Americana mostrou uma espessura mais uniforme, com varia-
coes mais sutis, quando comparada com as variacoes observadas para a razao de velocidades. A
sua espessura media observada foi de 39.4±0.6 km com os maiores valores atribuıdos a regiao
do rifte central da bacia do Parana e os menores para a o extremo oriente da provıncia Bor-
borema. Os valores de vp/vs mostram caracterısticas claras, delimitando importantes regioes
tectonicas. Os cratons (Amazonico, Sao Francisco e Sao Luıs) mostraram valores extremamente
baixos enquanto que as faixas Proterozoicas, valores mais elevados. Verificamos tambem uma
diferenca clara dos valores de vp/vs entre a margem continental oriental (vp/vs altos) em relacao
ao segmento norte/nordeste (vp/vs baixos), o que poderia estar refletindo os diferentes meca-
nismos de abertura do Atlantico. A bacia do Parana mostrou valores de vp/vs crustais muito
proximos das provıncias Proterozoicas, o que contrasta com a presenca de um suposto emba-
samento cratonico para esta regiao, ou pelo menos implica, que este seja fragmentado como
sugerido por outros trabalhos mais recentes.
As interfaces do manto se mostraram bastante uniformes para a regiao estudada, sofrendo
alteracao significativa somente na parte Sul da bacia do Parana, que foi associada a presenca da
placa de Nazca subduzida na profundidade de 660 km. Para os cratons, os tempos lidos indicam
alteracoes de ate 5% nas velocidades do manto superior, caracterıstica esta comum dos modelos
tomograficos apresentados, e de onde concluımos, que nestas regioes as variacoes observadas
podem ser explicadas totalmente por uma alteracao na velocidade do manto superior excluindo
assim variacoes topograficas causadas por uma mudanca de temperatura no manto perto da zona
de transicao. Na regiao norte, embora esteja claro no perfil apresentado (Figura 4.6) o limite
oriental (39◦±3◦W) dos terrenos cratonicos, nao foi possıvel identificar o limite entre o craton
5 Conclusoes 119
Amazonico e o craton Sao Luıs devido a baixa quantidade de estacoes disponıveis. Outras
alteracoes menos significativas, que ainda necessitam de confirmacao, tambem foram observa-
das. Por exemplo, observamos indıcios de um afinamento da zona de transicao para a regiao
Neoproterozoica da faixa Aracuaı (Provıncia Mantiqueira) o que indica um manto mais quente
para esta regiao. Este resultado so podera ser confirmado com o aumento de estacoes nesta
regiao, dada a caracterıstica local deste evento e a sua proximidade do craton Sao Francisco que
poderia estar interferindo nos resultados obtidos.
A espessura da litosfera apresentada neste trabalho foram as primeiras estimativas do tipo
realizadas na placa Sul-Americana e na placa de Nazca e mostraram uma boa correlacao com
a idade dos terrenos estudados dentro da plataforma Sul Americana. As regioes cratonicas no
interior dos continentes mostraram uma profundidade maior para a espessura da litosfera (SAML,
BDFB) enquanto que as regioes correlacionadas com as faixas proterozoicas mostraram valores
menores (CPUP, PARANA1, COAST+SPB2, RCBR, TRQA). Fora da parte da plataforma os resultados
tambem estao coerentes com tectonica de cada regiao. Para as ilhas oceanicas, a espessura da
litosfera aumenta com a distancia da dorsal, mostrando assim um espessamento da litosfera com
a idade da placa. Para a regiao de subduccao Andina, a funcao do receptor para ondas S alem
de identificar positivamente a litosfera oceanica (em subduccao) mostrou-se capaz de delimitar
a propria placa de Nazca subduzida e a possıvel litosfera continental posicionada entre a placa
subduzida e o limite crosta-manto que tambem foi observado para todas as estacoes analisadas.
Quanto as metodologias utilizadas notamos que a funcao do receptor para onda P ja e um
metodo bem estabelecido para o estudo das interfaces da crosta e manto apresentando recursos
muitas vezes derivados da sısmica, por exemplo “move-out”, que dao versatilidade e funciona-
lidade ımpares ao metodo. Ja a funcao do receptor para ondas S, e um metodo relativamente
novo que, embora tenha herdado funcionalidades da funcao do receptor para ondas P, ainda
necessita maior desenvolvimento para alcancar o mesmo nıvel de maturidade, principalmente
na parte de identificacao e leitura de fases multiplas.
Para futuros estudos na regiao da America do Sul com funcoes do receptor para onda S
sugerimos especial atencao a baixa quantidade de dados disponıveis para ondas S e SKS com-
patıveis com a metodologia que, como mostrado neste trabalho, praticamente impossibilita a
utilizacao de estacoes temporarias individuais, isto e, muitas vezes e necessario agrupar diver-
sas estacoes para se obter o numero suficiente de eventos que possibilite a identificacao clara
das fases de interesse, perdendo assim resolucao espacial nos parametros buscados. Um outro
problema encontrado foi a limitacao de utilizacao de ondas SKS para o estudo das interfaces
1Parana nao e uma estacao e sim representa o grupo de estacoes na bacia do Parana.2Como para o grupo Parana, Coast representa as estacoes da Faixa Mantiqueira
5 Conclusoes 120
do manto na zona de transicao que, associado a baixa quantidade de eventos e ao baixo angulo
de incidencia dessas fases, comprometeu fortemente a identificacao das interfaces buscadas.
Alem do mais, e importante levar em conta que os limites de distancia epicentrais para os even-
tos compatıveis com a funcao do receptor para ondas S sao maiores (55◦–85◦ para ondas S e
85◦–115◦ para ondas SKS). Uma consequencia direta disso e que a funcao do receptor para
ondas S apresenta um conteudo de altas frequencias reduzido quando comparada com a funcao
do receptor para ondas P (a Terra age como um filtro passa baixa, quanto mais longe estiver o
evento, menor a quantidade de frequencias registradas), que tem implicacao direta na espessura
mınima da camada a ser identificada.
121
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128
ANEXO A
Copia do trabalho publicado na revista “Geophysicalresearch letters” com o tıtulo “An S receiver function
analysis of the lithospheric structure in SouthAmerica”
Anexo A Copia do trabalho publicado na revista GRL 129
Anexo A Copia do trabalho publicado na revista GRL 130
Anexo A Copia do trabalho publicado na revista GRL 131
Anexo A Copia do trabalho publicado na revista GRL 132
Anexo A Copia do trabalho publicado na revista GRL 133
