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metadata.dc.type: Tese
Issue Date: 18-Dec-1989
metadata.dc.creator: BELTRÃO, Jacira Felipe
metadata.dc.contributor.advisor1: SILVA, João Batista Corrêa da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: HASUI, Yociteru
Title: Uma nova abordagem para interpretação de anomalias gravimétricas regionais e residuais aplicada ao estudo da organização crustal: exemplo da Região Norte do Piauí e Noroeste do Ceará
metadata.dc.description.sponsorship: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos
Citation: BELTRÃO, Jacira Felipe. Uma nova abordagem para interpretação de anomalias gravimétricas regionais e residuais aplicada ao estudo da organização crustal: exemplo da Região Norte do Piauí e Noroeste do Ceará. 1989. 156 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará, Centro de Geociências, Belém, 1989. Curso de Pós-Graduação em Geofísica.
metadata.dc.description.resumo: A interpretação de anomalias gravimétricas é de grande importância no estudo de feições geológicas que ocorrem na crosta terrestre. Esta interpretação é, no entanto, dificultada pelo fato das anomalias gravimétricas serem resultantes da soma total dos efeitos produzidos por todos os contrastes de densidades de subsuperfície. Desse modo, com o intuito de separar efeitos de feições mais profundas de efeitos de feições mais rasas, bem como a caracterização da geometria desses dois conjuntos de feições, apresentamos um método de separação das componentes regional e residual do campo e a subsequente interpretação de cada componente. A separação regional-residual de dados gravimétricos é efetuada através da aproximação do campo regional por um polinômio ajustado ao campo observado por um método robusto. Este método é iterativo e usa como aproximação inicial a solução obtida através do ajuste polinomial pelo método dos mínimos quadrados. O método empregado minimiza a influência de observações contendo forte contribuição do campo residual no ajuste do campo regional. A componente regional obtida a partir da separação regional-residual é transformada em um mapa de distâncias verticais em relação a um nível de referência. Esta transformação compreende duas etapas. A primeira consiste na obtenção da continuação para baixo da componente regional, que é pressuposta ser causada por uma interface suave separando dois meios homogêneos, representando a interface crosta-manto, cujo contraste de densidade é supostamente conhecido. A segunda consiste na transformação do mapa de continuação para baixo em um mapa de distâncias verticais entre o nível de continuação (tomado como nível de referência) e a interface. Este método apresenta duas dificuldades. A primeira está ligada à instabilidade, havendo portanto a necessidade do emprego de um estabilizador o que acarreta a perda de resolução das feições que se desejam mapear. A segunda, inerente ao método gravimétrico, consiste na impossibilidade da determinação das profundidades absolutas da interface em cada ponto, bastando entretanto o conhecimento da profundidade absoluta em um ponto, através de informação independente, para que todas as outras profundidades absolutas sejam conhecidas. A componente residual obtida a partir da separação regional-residual é transformada em um mapa de contrastes de densidade aparente. Esta transformação consiste no cálculo do contraste de densidade de várias fontes prismáticas através de uma inversão linear pressupondo que as fontes reais estejam das a uma placa horizontal, com contrastes de densidade variando apenas nas direções horizontais. O desempenho do método de separação regional-residual apresentado foi avaliado, através de testes empregando dados sintéticos, fornecendo resultados superiores em relação aos métodos dos mínimos quadrados e da análise espectral. O método de interpretação da componente regional teve seu desempenho avaliado em testes com dados sintéticos onde foram produzidos mapeamentos de interfaces bem próximas das estruturas reais. O limite de resolução das feições que se desejam mapear depende não só do grau do polinômio ajustante, como também da própria limitação inerente ao método gravimétrico. Na interpretação da componente residual é necessário que se postule ou tenha informação a priori sobre a profundidade do topo e espessura da placa onde as fontes estão supostamente confinadas. No entanto, a aplicação do método em dados sintéticos, produziu estimativas razoáveis para os limites laterais das fontes, mesmo na presença de fontes interferentes, e pressupondo-se valores para profundidade do topo e espessura da placa, diferentes dos valores verdadeiros. A ambiguidade envolvendo profundidade do topo, espessura e densidade pode ser visualizada através de gráficos de valores de densidade aparente contra profundidade do topo presumida para a placa para vários valores postulados para a espessura da placa. Estes mesmos gráficos permitem, pelo aspecto das curvas, a elaboração de uma interpretação semi-quantitativa das profundidades das fontes reais. A seqüência dos três métodos desenvolvidos neste trabalho foi aplicada a dados gravimétricos da região norte do Piauí e noroeste do Ceará levando a um modelo de organização crustal que compreende espessamentos e adelgaçamentos crustais associados a um evento compressivo que possibilitou a colocação de rochas densas da base da crosta a profundidades rasas. Este modelo ê compatível com os dados geológicos de superfície. É ainda sugerida a continuidade, por mais 200 km em direção a sudoeste, do Cinturão de Cisalhamento Noroeste do Ceará por sob os sedimentos da Bacia do Parnaíba, com base nas evidências fornecidas pela interpretação da anomalia residual. Embora esta seqüência de métodos tenha sido desenvolvida com vistas ao estudo de feições crustais de porte continental, ela também pode ser aplicada ao estudo de feições mais localizadas como por exemplo no mapeamento do relevo do embasamento de/bacias sedimentares onde os sedimentos são cortados por rochas intrusivas mais densas.
Abstract: Despite its great importance to the study of global geologic structures, interpreting gravity anomalies is not a trivial task because the observed gravity field is the resultant of every gravity effect produced by every elementary density contrast. Therefore, in order to isolate the effects produced by shallow sources from those produced by deep sources, I present a new method for regional-residual separation and methods for interpreting each isolated component. The regional-residual separation is perfomed by approximating the regional field by a polynomial fitted to the observed field by a robust method. This method is iterative and its starting value is the least-squares fitting. Also, the influence of observations containing substantial contributions of the residual field in the regional field fitting is minimized. The computed regional field is transformed into a map of vertical distances relative to a given datum. This transformation consists of two stages. The first one is the downward continuation of the regional field which is assumed to be produced by a smooth interface separating two homogeneous media: the crust and the mantle. The density contrast between the media is presumably known. The second stage consists in transforming the downward continued field into a map of vertical distances relative to a given datum by means of simple operations. This method presents two difficulties. The first one is related to the instability inherent to the downward continuation operation. The use of a stabilizer is therefore mandatory, leading to an inevitable loss of resolution of the features being mapped. The second difficulty, inherent to the gravity method, is the impossibility of determining the interface absolute depths. However, the knowledge of the absolute depth at one single point of the interface by independent means allows the computation of all absolute depths. The computed residual component is transformed into an apparent density map. This transformation consists in calculating the intensity of several prismatic sources by linear inversion, assuming that the real sources are confined to a horizontal slab and have density contrasts varying only along the horizontal directions. The performance of the regional-residual separation method was assessed in tests using synthetic data, always producing better results as compared either with polynomial fitting by least-squares or with the spectral analysis method. The method for interpreting the regional component was applied to synthetic data producing interfaces very close to the true ones. The limit of resolution of the features being mapped depend not only on the degree of the fitting polynomial, but also on the limitation imposed by the gravity method itself. In interpreting the residual component, a priori information is needed about the depth and thickness of the slab confining the true sources. However, results of tests using synthetic data showed that reasonable estimates for the h6rizontal limits of the sources can be obtained, even when the depth and thickness of the slab are not known. The ambiguity involving depth to the top, thickness and the apparent density can be visualized by means of curves of apparent density as a function of the presumed depth to the top of the slab, each curve corresponding to a particular assumed value for the slab thickness. An analysis of the configuration of the curves allows a semi-quantitative interpretation of the real sources depths. The sequence of all three methods described above was applied to gravity data from northern Piauí and northwestern Ceará state. As a result, a crustal organization model was obtained consisting of crustal thickenings and thinnings related to a compressive event which caused the raise of dense, lower crust rocks to shallower depths. This model is consistent with surface geological information. Also, the .gravity interpretation suggests the continuity of the Northwestern Ceará Shear Belt for more than 200 km under the Parnaíba Basin sedimentary cover. Although the sequence of methods presented here has been developed for the study of large scale crustal structures, it could also be applied to the interpretation of smaller structures, as, for example, the basement relief of a sedimentary basin where the sediments have been intruded by mafic rocks.
Keywords: Gravidade - Medição
Anomalias
Piauí - Estado
Ceará - Estado
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOFISICA::GRAVIMETRIA
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
metadata.dc.publisher.initials: UFPA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Geociências
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Geofísica
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:Teses em Geofísica (Doutorado) - CPGF/IG

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