Sismitos como ferramentas no estudo da história tectônica de bacias sedimentares

Estruturas de deformação sinsedimentar identificadas como sismitos possuem várias aplicações em potencial no estudo da história tectônica de bacias sedimentares, e, por conseguinte, foram a principal ferramenta utilizada na reconstrução da história tectônica das unidades litoestratigráficas estudadas. Possíveis indicadores de campos de paleotensões à época da deposição dos sedimentos são de especial importância. Dessa forma, na discussão a seguir será dado destaque para a possível relação entre diques clásticos de injeção e o campo de tensões à epoca do evento.

Caráter penecontemporâneo das estruturas de liquidificação

Liquidificação ocorre em sedimentos inconsolidados, ou em rochas sedimentares não-litificadas, ou seja, são estruturas formadas num estágio precoce da diagênese (Van Loon 2009). Mesmo um pequeno grau de litificação reduz drasticamente a suscetibilidade do sedimento à liquidificação. Dessa forma, sismitos sensu strictu necessariamente se formam penecontemporaneamente à sedimentação, o que permite o posicionamento estratigráfico de eventos tectônicos afetando uma bacia sedimentar.

Estruturas de liquidificação como indicadoras da magnitude do abalo

Embora a liquidificação de sedimentos possa ocorrer em terremotos a partir da magnitude 5, ela só se torna comum em terremotos a partir de M = 5,5-6 (Obermeier 1996b, Joly & Lonergan 2002, Obermeier et al. 2005). Dessa forma, a própria existência de um sismito impõe uma magnitude mínima para o evento que o formou. Além disso, as características e distribuição espacial das estruturas podem ser usadas para estimar a magnitude do evento. Segundo Obermeier (1996b) os seguintes métodos podem ser utilizados para determinação da magnitude do evento gerador da liquidificação:

Associação com a Escala Mercalli Modificada de Intensidade: liquidificação pode ocorrer em sismos classificados

como V na Escala Mercalli Modificada de Intensidade, mas esta só se torna comum em terremotos a partir de VII; valores entre VIII e IX são necessários antes que colapso de solo causado por liquidificação danifique seriamente edificações. Assim, a utilização da Escala Mercalli permite uma estimativa grosseira da intensidade do abalo.

Relação entre distância e magnitude: A maior distância na qual a liquidificação ocorre está relacionada à

intensidade do sismo (figura 31). Para aplicação em estudos de paleossismicidade, este método exige a determinação da região epicentral do sismo. Obermeier (1996b) sugere o uso do padrão regional da deformação, especialmente da ocorrência de diques clásticos, como um meio de obter a localização aproximada dessa região, já que as maiores concentrações e espessuras de diques devem ocorrer próximo ao epicentro. Em locais onde há boas exposições, o autor sugere o uso da soma das espessuras dos diques normalizada pela extensão do afloramento.

Figura 31

Relação entre a magnitude de momento (M_W) de um terremoto e a maior distância em que ocorre liquidificação; redesenhado de Obermeier (1996b).

A zonação da intensidade da deformação têm sido utilizada por outros autores para a estimativa da magnitude do terremoto, bem como para associar a ocorrência de sismitos a determinadas zonas de falha e para a determinação da possível região do epicentro (por exemplo, Guiraud & Plaziat 1993, Hilbert-Wolf et al. 2009).

Nos casos em que não é possível determinar a região epicentral, pode-se estimar de forma conservadora a magnitude do sismo assumindo-se um epicentro a meio caminho entre os pontos mais distantes em que foi observada liquidificação de sedimentos de um mesmo horizonte deformado.

3. Materiais e métodos Chamani, M. A. C. - Tectônica sinsedimentar no Siluro-Devoniano da Bacia do Parnaíba

Sismitos como indicadores do intervalo de recorrência de sismos

Uma das principais aplicações práticas de estudos de paleossismicidade é a determinação de intervalos de recorrência de terremotos, especialmente em regiões onde a história sísmica é pouco conhecida (e.g. Sims 1975; Sieh 1978; Marco et al. 1996).

Sismitos como marcos cronoestratigráficos

A formação de sismitos é um evento praticamente instantâneo no tempo, e os horizontes por eles afetados podem ter uma extensa distribuição em área; dessa forma, sismitos podem funcionar como marcos cronoestratigráficos. Cojan & Thiry (1992), por exemplo, identificam um mesmo nível de sismitos afetando sedimentos marinhos rasos e eólicos na Bacia de Paris.

Sismitos também podem ser utilizados em correlações mais gerais; por exemplo, uma concentração de níveis indicadores de paleossimicidade pode funcionar como um marco temporal em escala de bacia.

Sismitos como indicadores de campos de paleotensões

Conforme discutido no item xx da revisão bibliográfica, considera-se que diques clásticos de injeção estão associados ao fraturamento hidráulico de uma camada selante sobrejacente (Jolly & Lonergan 2002, Hurst et al. 2011).

A orientação e distribuição espacial das fraturas geradas por fraturamento hidráulico depende da magnitude do esforço diferencial (isto é, da diferença entre o esforço principal máximo, σσσσσ₁, e o esforço principal mínimo, σσσσσ

3), da orientação do campo de esforços e das propriedades da rocha (em especial sua

força de coesão) (Cosgrove, 1995, 2001). Se o esforço diferencial for grande (maior que 4T, onde T é o limite de resistência à tração do material) são gerados pares conjugados de fraturas cisalhantes. Para valores pequenos do esforço diferencial (menores que 4T) são geradas fraturas trativas. Se o esforço diferencial for relativamente grande (próximo a 4T) serão gerados arranjos paralelos de fraturas. À medida que o esforço diferencial se aproxima de zero, a orientação das fraturas se torna cada vez mais aleatória (Cosgrove 1995). Segundo Jolly & Lonergan (2002), na maioria das bacias sedimentares, o esforço vertical (σσσσσ_v) é maior do que o esforço horizontal mínimo (σσσσσ_h). Experimentos em poços mostram que rochas sedimentares se rompem antes que as pressões de fluidos excedam a pressão litostática ou de sobrecarga. Assim, as intrusões clásticas tendem a ser verticais, formando-se perpendicularmente à direção do esforço horizon- tal mínimo. A orientação dos diques é controlada pela orientação dos esforços horizontais máximo (σσσσσ

H) e

mínimo (σσσσσ_h); quando estes são significativamente diferentes, conjuntos orientados de diques paralelos se formam (figura 32).

A tendência de diques clásticos ocorrerem na forma de enxames de corpos subparalelos já é notada pelos primeiros autores a mencionarem essas estruturas na literatura, por exemplo, Lyell (1849), Diller (1890) e Fuller (1912). Diller (1890) mediu a orientação de cerca de 30 diques clásticos e associou a orientação dos diques à localização do epicentro do terremoto.

Mais recentemente, diversos autores associaram a orientação de diques clásticos a campos de esforços tectônicos. A tabela 01 mostra de forma resumida uma seleção de trabalhos e suas conclusões.

Alguns cuidados, porém, devem ser tomados antes de associar a orientação de diques clásticos a campos de esforços tectônicos. Em primeiro lugar, muitos dos estudos são feitos utilizando-se complexos de injectitos gerados a partir de camadas-fontes situadas a profundidades consideráveis e portanto envolvendo grandes diferenciais de pressão (por exemplo, o Panoche Giant Injection Complex, com uma camada- fonte situada a cerca de 1.500m de profundidade [Vigorito & Hurst 2010]). Não é claro se os mesmos fatores que determinam a orientação desse tipo de intrusão se aplicam às intrusões rasas (com camada- fonte tipicamente a profundidades de poucos metros) associadas a terremotos.

Paralelismo na orientação de diques clásticos também pode estar relacionado a outros fatores que não a orientação de esforços tectônicos à época de sua formação. Fissuras formadas em terremotos históricos podem ter sua orientação fortemente influenciada pela topografia local (Coulter & Migliaccio 1966, Obermeier 1996b). Diques clásticos em ambiente glacial e periglacial também tendem a mostrar paralelismo, (Fitzsimons & Colhoum 1989, Le Heron & Etienne 2005). Dessa forma, uma consideração cuidadosa do ambiente deposicional em que os diques se formaram deve ser feita antes que a sua orientação possa ser utilizada como indicadora de um campo de paleotensões.

Figura 32

Esquema da formação de sistemas de diques clásticos paralelos. Se o esforço vertical (σσσσσ_v) é maior que o esforço hori- zontal mínimo (σσσσσ_h), e este é significati- vamente diferente do esforço horizon- tal máximo (σσσσσ_H), formam-se conjuntos paralelos de intrusões clásticas verticais, orientadas perpendicularmente ao esfor- ço horizontal mínimo. Desenho a partir do texto de Jolly & Lonergan (2002).

3. Materiais e métodos Chamani, M. A. C. - Tectônica sinsedimentar no Siluro-Devoniano da Bacia do Parnaíba

Tabela 01

Alguns trabalhos encontrados na literatura sobre orientação de diques clásticose sua possível relação com campos de esforços tectônicos.