MODELAGEM E INVERSÃO 2D DE DADOS MAGNETOMÉTRICOS APLICADOS NA CARACTERIZAÇÃO DA GEOMETRIA DO SINCLINAL GANDARELA E HOMOCLINAL CURRAL – QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG

(1)

MODELAGEM E INVERSÃO 2D DE DADOS

MAGNETOMÉTRICOS APLICADOS NA CARACTERIZAÇÃO DA

GEOMETRIA DO SINCLINAL GANDARELA E HOMOCLINAL

(2)

ii

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

João Luiz Martins Vice-Reitor

Antenor Rodrigues Barbosa Júnior Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

Tanus Jorge Nagen

ESCOLA DE MINAS Diretor

Antônio Gomes de Araújo Vice-Diretor

Marco Túlio Ribeiro Evangelista

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA Chefe

(3)

iv

(4)

v

CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 25

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Nº 237

MODELAGEM E INVERSÃO 2D DE DADOS MAGNETOMÉTRICOS

APLICADOS NA CARACTERIZAÇÃO DA GEOMETRIA DO SINCLINAL

GANDARELA E HOMOCLINAL CURRAL – QUADRILÁTERO

FERRÍFERO, MG

Natália Valadares de Oliveira

Orientador

Issamu Endo

Co-orientadora

Maria Sílvia Carvalho Barbosa

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do

Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito

parcial à obtenção do Título de Mestre Ciência Naturais, Área de Concentração: Geologia

Estrutural/Tectônica

(5)

vi Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita

35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais

Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: pgrad@degeo.ufop.br

Os direitos de tradução e reprodução reservados.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.

ISSN 85-230-0108-6

Depósito Legal na Biblioteca Nacional

Edição 1ª

Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto

O48m

Oliveira, Natália Valadares de.

Modelagem e Inversão 2D de dados Magnetométricos aplicados na Caracterização da Geometria do Sinclinal Gandarela e Homoclinal Curral – Quadrilátero Ferrífero, MG [Manuscrito]. / Natália Valadares de Oliveira. – 2005.

xx, 125 f.: il. color. tabs; mapas (Contribuições às Ciências da Terra, Série m, v.25, no 237).

Orientador: Profo Dro Issamu Endo

Co-orientadora Profa Dra Maria Sílvia Carvalho Barbosa

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.

ISSN 85-230-0108-6

1. Modelagem Geofísica. 2. Quadrilátero Ferrífero (MG) –Teses. 3. Curral, Serra do (MG) – Teses. 4. Sinclinal Gandarela (MG) – Teses. 5. Rochas. I. Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. II. Título

(6)

vii

Ao meu marido Luiz

pelo amor,

incentivo e apoio

(7)

(8)

ix

Agradecimentos

Desejo expressar meus sinceros agradecimentos:

À CAPES pela concessão da bolsa;

Ao Programa de pós-graduação pela oportunidade;

Ao meu orientador prof. Dr. Issamu Endo pelas discussões, contribuições, orientação, aprendizado e apoio durante todo o mestrado;

Ao prof. Dr. Flávio Sandro Lays Cassino pela revisão, contribuições e discussões do trabalho;

À CPRM pelo apoio e empréstimos de equipamentos;

Ao NUPETRO pelo incentivo, apoio e empréstimo do programa Oasis Montaj;

À minha família, irmãos Marlon e Bráulio, meus avós Edson e Raimunda, principalmente a minha mãezinha Nilda pelo incentivo e torcida constantes;

Aos colegas do programa de pós-graduação, em especial, Daniela, Virgínia, Gilmara, Simone, Maria Inês, Newman, Rafael, Luís Emanuel, Gorki e Leonardo (in memoriam);

Aos funcionários do Departamento de Geologia, em especial, Maria Aparecida Gonçalves e Edson Wander Martins.

(9)

(10)

xi

Sumário

AGRADECIMENTOS... ix

LISTA DE FIGURAS ... xvii

LISTA DE TABELAS... xxiii

RESUMO ... xxv

ABSTRACT...xxvii

CAPÍTULO 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS... 1

1.1. Introdução ... 1

1.2. Objetivos ... 2

1.3. Localização e vias de acesso ... 2

1.4. Apresentação do problema ... 3

1.5. Justificativas e Relevância do Tema ... 4

1.6. Metodologia de trabalho... 4

CAPÍTULO 2. GEOLOGIA REGIONAL... 7

2.2. Litoestratigrafia ... 8

2.2.1. Complexos Metamórficos ... 8

2.2.2. Supergrupo Rio das Velhas... 8

2.2.3. Supergrupo Minas e Grupo Sabará ... 9

2.2.4. Grupo Itacolomi ... 9

2.2.5. Coberturas Cenozóicas ... 9

2.3. Evolução Tectônica do Quadrilátero Ferrífero... 11

2.4. Sinclinal Gandarela ... 14

2.4.1. Modelo Tectônico Evolutivo... 5

2.5. Homoclinal Curral... 18

2.5.1. Modelo Tectônico Evolutivo... 18

CAPÍTULO 3. BASE DE DADOS GEOFÍSICOS ... 21

3.2. Levantamento Aerogeofísico: Convênio Brasil-Alemanha... 21

3.3. Levantamento Magnetométrico Terrestre ... 22

3.4. Levantamento Gravimétrico Terrestre ... 24

CAPÍTULO 4. MAGNETOMETRIA E GRAVIMETRIA ... 25

4.1. Magnetometria ... 25

4.1.1. Histórico ... 25

(11)

xii

4.1.4. Distribuição de Magnetização... 28

4.1.5. tratamento de Dados ... 30

4.2. Gravimetria ... 33

4.2.1. Histórico ... 33

4.2.2. Campo Gravitacional Terrestre ... 33

4.2.3. Anomalias Gravimétricas ... 35

CAPÍTULO 5. TÉCNICAS ... 37

5.2. Deconvolução Euler 2D ... 37

5.3. Método de Modelagem Poligonal 2D ... 40

5.4. Inversão Linear 2D... 43

5.5. Inversão não-Linear 2D... 43

5.6. Procedimento da Metodologia Empregada ... 46

CAPÍTULO 6. INTEGRAÇÃO DE DADOS GEOLÓGICOS/GEOFÍSICOS DO SINCLINAL GANDARELA ... 47

6.2. Interpretação de Dados... 47

6.2.1. Mapas Temáticos ... 47

6.2.2. Perfis geológico e geofísico ... 49

6.2.3. Deconvolução Euler 2D ... 49

6.2.4. Método de Modelagem Poligonal 2D ... 49

6.2.5. Inversão Linear e não-Linear 2D ... 50

6.3. Resultados e Discussões... 51

CAPÍTULO 7. INTEGRAÇÃO DE DADOS GEOLÓGICOS/GEOFÍSICOS DO HOMOCLINAL CURRAL... 71

7.2. Curral Leste ... 72

7.2.3. Deconvolução Euler 2D ... 73

7.3. Curral Oeste ... 74

(12)

xiii

7.4. Resultados e Discussões... 77

CAPÍTULO 8. CONCLUSÕES ... 111

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 115

APÊNDICES... 121

(13)

xiv

Figura 1.1: Mapa de localização e vias de acesso das regiões investigadas... 3

Figura 2.1: Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero...7

Figura 2.2: Coluna litoestratigráfica do Quadrilátero Ferrífero...10

Figura 2.3: Mapa geológico das regiões do sinclinal Gandarela e sinclinal Ouro Fino...15

Figura 2.4: Modelos evolutivos para a região do sinclinal Gandarela...17

Figura 2.5: Modelos evolutivos para a região do Homoclinal Curral...20

Figura 3.1: Mapa magnetométrico do projeto Brasil-Alemanha...22

Figura 3.2: Mapa de localização dos perfis magnetométricos terrestres...23

Figura 3.3: Mapa de anomalias free-air (mgals) do Cráton São Francisco Meridional...24

Figura 4.1.a: Notação das componentes do campo magnético...26

Figura 4.1.b: Modelo computadorizado do campo geomagnético...26

Figura 4.2.a: Teoria do dínamo contínuo...27

Figura 4.2.b: Campo externo observado como função velocidade angular...27

Figura 4.3: Tipos de magnetização de rochas...30

Figura 5.1: Convenções geométricas usadas para sub-rotina m-poly...41

Figura 5.2: Sistema de coordenadas e volume elementar...41

Figura 5.3: Organograma contendo as etapas de trabalho...46

Figura 6.1: Mapa magnetométrico corrigido de IGRF do sinclinal Gandarela...52

Figura 6.2: Mapa de redução ao equador magnético do sinclinal Gandarela...53

Figura 6.3: Mapa de amplitude do sinal analítico do sinclinal Gandarela...54

Figura 6.4: Mapa de derivada em X do sinclinal Gandarela...55

Figura 6.5: Mapa de derivada em Y do sinclinal Gandarela...56

Figura 6.6: Mapa de derivada em Z do sinclinal Gandarela...57

Figura 6.7: Mapa de segunda derivada do sinclinal Gandarela...58

(14)

xv

Figura 6.9: Espectro radial da região investigada...60

Figura 6.10: Mapa de integração de dados geológico/geofísico...61

Figura 6.11: Localização do perfil AA’ a ser investigado na região do sinclinal Gandarela...62

Figura 6.12: Perfis magnetométricos aéreo e terrestre AA’ da região do Sinclinal Gandarela...63

Figura 6.13: Localização do perfil geológico AA’ coincidente com os perfis...64

Figura 6.14.a: Perfil topográfico AA’ da região investigada (sinclinal Gandarela)...65

Figura 6.14.b: Seção geológica AA’ baseada no mapa de Dorr (1969)...65

Figura 6.14.c: Perfil AA’ de deconvolução Euler 2D...65

Figura 6.14.d: Resultado final do perfil integrado AA’ com ajuste de contatos...65

Figura 6.15: Modelagem 2D do modelo proposto por Dorr (1969)...66

Figura 6.16: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado AA’...67

Figura 6.17: Perfil de inversão 2D Linear do sinclinal Gandarela AA’...68

Figura 6.18: Resultado final da inversão não-linear 2D do perfil AA’...69

Figura 7.1: Mapa geológico das regiões investigadas: Curral Leste e Curral Oeste...78

Figura 7.2: Mapa magnetométrico corrigido de IGRF do Homoclinal Curral Leste...79

Figura 7.3: Mapa de redução ao equador magnético do Homoclinal Curral Leste...80

Figura 7.4: Mapa de amplitude do sinal analítico do Homoclinal Curral Leste...81

Figura 7.5: Mapa de derivada em X do Homoclinal Curral Leste...82

Figura 7.6: Mapa de derivada em Y do Homoclinal Curral Leste...83

Figura 7.7: Mapa de derivada em Z do Homoclinal Curral Leste...84

Figura 7.8: Mapa de segunda derivada do Homoclinal Curral Leste...85

Figura 7.9: Mapa passa baixa do Homoclinal Curral Leste...86

Figura 7.11: Mapa de integração de dados geológico/geofísico...88

Figura 7.12: Localização do perfil CC’ a ser investigado na região Curral Leste...89

Figura 7.13: Perfis magnetométricos aéreo e terrestre CC’ da região do Curral Leste...90

Figura 7.14.a: Perfil topográfico CC’ da região investigada (Curral Leste)...91

(15)

xvi

Figura 7.14.d: Resultado final do perfil integrado CC’...91

Figura 7.15: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado CC’...92

Figura 7.16: Inversão linear magnetométrica 2D do perfil CC’...93

Figura 7.17: Resultado final da inversão não-linear magnetométrica 2D do perfil CC’...94

Figura 7.18: Mapa magnetométrico corrigido de IGRF do Homoclinal Curral Oeste...95

Figura 7.19: Mapa de redução ao equador magnético do Homoclinal Curral Oeste...96

Figura 7.20: Mapa de amplitude do sinal analítico do Homoclinal Curral Oeste...97

Figura 7.21: Mapa de derivada em X do Homoclinal Curral Oeste...98

Figura 7.22: Mapa de derivada em Y do Homoclinal Curral Oeste...99

Figura 7.23: Mapa de derivada em Z do Homoclinal Curral Oeste...100

Figura 7.24: Mapa de segunda derivada do Homoclinal Curral Oeste...101

Figura 7.25: Mapa passa baixa do Homoclinal Curral Oeste...102

Figura 7.27: Localização do perfil BB’ a ser investigado na região do Curral Oeste...104

Figura 7.28: Perfis magnetométricos aéreo e terrestre BB’ da região do Curral Oeste...105

Figura 7.29.a: Perfil topográfico BB’ da região investigada...106

Figura 7.29.b: Seção geológica BB’ baseada no mapa de Dorr (1969)...106

Figura 7.29.c: Perfil BB’ de deconvolução Euler 2D...106

Figura 7.29.d: Resultado final do perfil integrado BB’ com ajuste de contatos...106

Figura 7.30: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado BB’...107

Figura 7.31: Inversão linear magnetométrica 2D do perfil BB’...108

Figura 7.32: Resultado final da inversão não-linear magnetométrica 2D do perfil BB’...109

Figura 8.1: Resultado final da geometria do sinclinal Gandarela...112

Figura 8.2: Resultado final da geometria do segmento Leste do homoclinal Curral...112

(16)

xvii

Lista de Tabelas

(17)

xviii

Resumo

A presente dissertação tem como proposta a caracterização geométrica, do sinclinal Gandarela e

homoclinal Curral na região do Quadrilátero Ferrífero, com base na análise integrada de dados geofísicos.

O sinclinal Gandarela é uma dobra reclinada cujo traço axial se orienta segundo a direção NE-SW e a

charneira, localizada na sua porção meridional, apresenta caimento moderado para SE. A serra do Curral é

um homoclinal constituído apenas pela aba invertida da anticlinal do Curral. As camadas possuem

mergulhos elevados e são comuns falhas de alto ângulo cortando as unidades do Supergrupo Minas que

afloram ao longo de toda a serra.

A base de dados geofísicos utilizada é constituída por dados magnetométricos aerolevantados do

projeto Brasil-Alemanha, do levantamento magnetométrico terrestre feito nas regiões de interesse, de

dados gravimétricos provenientes da combinação de levantamento de altimetria por satélite,

levantamentos terrestres e marinhos e de dados geológicos consubstanciados em diversos estudos

realizados na região, além de informações geológicas complementares obtidas durante a realização do

levantamento magnetométrico terrestre.

A metodologia desenvolvida baseia-se na integração de dados geofísicos e geológicos, utilizando

ferramentas que auxiliam na identificação e no ajuste de profundidades de fontes magnéticas. A técnica de

deconvolução Euler 2D estima os topos de profundidades de fontes magnéticas ou de corpos magnéticos.

O método poligonal de modelagem 2D permite ajustar as anomalias observadas às anomalias calculadas

através de ajuste da geometria em corpos de formas finitas e irregulares. A inversão de anomalias

magnéticas consiste na operação matemática de dados para a geração de modelos geofísicos aproximados

a modelos geológicos/estruturais, em subsuperfície, com a entrada de parâmetros livre e fixo. Na inversão

Linear 2D assumiu-se como parâmetro livre a distribuição de susceptibilidade magnética e como

parâmetro fixo a geometria. Já na inversão não-Linear 2D, o parâmetro fixo é a distribuição de

susceptibilidade e o livre, a geometria.

Os resultados obtidos no presente estudo caracterizam a geometria das áreas investigadas,

baseados na integração de dados geológico/geofísicos e na interpretação dos mesmos. A geometria obtida

no sinclinal Gandarela apresenta-se similar na modelagem 2D e nas inversões Linear e não-Linear 2D,

sendo compatível com os modelos existentes (e.g. Padilha 1982, Franco 2003, Endo et al. 2004),

confirmando o adelgaçamento tectônico progressivo tanto da estrutura quanto das camadas, em

(18)

xix

O homoclinal Curral foi dividido em dois segmentos, o Curral Oeste e o Curral Leste. Na

modelagem e inversões magnetométricas 2D do Curral Leste indicou a presença de um corpo intrusivo

cuja geometria ainda não havia sido inferida em profundidade. Este corpo, provavelmente, corresponde ao

Granito General Carneiro. No segmento oeste do homoclinal Curral, os resultados obtidos tanto na

modelagem, quanto nas inversões magnetométricas 2D corroboram ao modelo proposto por Endo et al.

(2005), onde a geometria é composta por uma a megadobra recumbente alóctone com o embasamento

(19)

xx

The aim of the present study is the geometrical characterization of Gandarela syncline and Curral

homocline, the major structures in the Quadrilátero Ferrífero, based on an integrated analysis of

geophysical data. The Gandarela syncline is a reclined fold with NE-SW trending axial trace and hinge

zone plunging to southeastern. The Curral homocline is represented by inverted limb of alloctonous north

vergent recumbent fold named Curral nappe. Several high angle faults cuts the Curral homocline.

The geophysical database used includes (i) aeromagnetic data from the Brasil-Alemanha

geophysical project, (ii) magnetic land survey carried out in the regions of interest and (iii) regional

gravity data arising of combination of continental gravity data, ship borne gravity data and satellite

altimeter data and geological data available in the literature, as well as geological data obtained during the

magnetic land survey.

Integration of geological and geophysical data constitutes the applied methodology, using tools

that aid in the identification and in the adjustment of depth of magnetic sources. 2D Euler deconvolution

technique estimates the depths of the tops of the magnetic sources and/or magnetic bodies. 2D

magnetic_gravity method modeling allows to adjust the observed anomalies (magnetic_gravity) and

calculated anomalies by changing of shape of the irregular bodies. The inversion of magnetic anomalies

consists in mathematical operation of the magnetic data for the generation of geophysical models close to

geological/structural models by entrance of the free and fixed parameters. In 2D linear inversion admit the

distribution of magnetic susceptibility as free parameter and the geometry as fixed. Thus in the 2D

non-linear inversion, the fixed parameter is the magnetic susceptibility and the geometry as free.

The results of the present study characterize the structural geometry of the Gandarela syncline and

Curral homocline based on the interpretation of the geological/geophysical integrated data. The geometry

of the Gandarela syncline is thinning in depth, according to the proposed model in the geological

literature. The Curral homocline was divided in two sectors (West Curral area and East Curral area). The

geometry of East Curral area indicated the presence of an intrusive body, whose geometry had not still

been inferred in depth, corresponding probably in surface, with the General Carneiro granite. The West

(20)

CAPÍTULO 1

CONSIDERAÇÕES GERAIS

1.1 – INTRODUÇÃO

A região do Quadrilátero Ferrífero (QFe), embora muito conhecida e estudada, apresenta o arcabouço geológico e a evolução tectônica complexos, resultando em modelos polifásicos e, às vezes, conflituosos entre si (e.g. Dossin et al. 1992, Chemale et al. 1991, Chemale et al. 1994, Endo 1997, Alkmim & Marshak 1998, Hippertt & Davis 2000). Possivelmente, os dados geológicos aliados a dados geofísicos, podem auxiliar na elaboração e aprimoramento de modelos estrutural/tectônico através de informações a níveis crustais mais profundos.

São escassos os estudos geofísicos na região QFe e adjacências, sendo que os primeiros trabalhos datam no final da década de 70. Gasparini et al. (1979), através do estudo da superfície Curie na região, realizaram estimativas sobre as variações na composição química crustal. Blitzkow et al. (1979) realizaram modelagens gravimétricas bidimensionais, estimando a espessura crustal da região.

Padilha (1982, 1983) dedicou-se às unidades do Supergrupo Minas visando à inversão 2D de dados magnetométricos na região do sinclinal Gandarela, admitindo a formação ferrífera Cauê como camada-guia. Combinando diversas técnicas de filtragem, os efeitos perturbadores de anomalias vizinhas de interesse secundário foram suprimidos das anomalias principais, o que possibilitou estimar as dimensões dos corpos causadores destas anomalias.

Tavares (1998) dispôs de dados gamaespectrométricos, magnetométricos, geológicos e estruturais para o estudo de potencialidades auríferas e evolução estrutural do greenstone belt na região de Caeté. Silva (1999) abordou o greenstone Rio das Velhas com o intuito de investigar e prever áreas favoráveis a mineralizações auríferas economicamente viáveis, desenvolvendo modelos estatísticos baseados em dados geofísicos.

Rolim (2001) utilizando os dados geofísicos do Projeto Rio das Velhas e do convênio Brasil-Alemanha, direcionou os estudos na exploração de ouro em terrenos do tipo greenstone. Newman-Fernández (2004), através da análise de dados gamaespectrométricos e magnetométricos do Projeto Itabira-Ferros, detectou possíveis áreas fontes de esmeraldas na região de Itabira (MG).

(21)

2

tectônica da região. Dentro deste contexto, a presente dissertação vem contribuir para o entendimento de uma porção do QFe, desenvolvendo modelos integrados a dados geofísicos e geológicos.

1.2 – OBJETIVOS

O principal objetivo da presente dissertação é caracterizar, em subsuperfície, a geometria 2D do sinclinal Gandarela e do homoclinal Curral, considerando o itabirito da Formação Cauê como camada-guia, a partir do uso de dados magnetométricos e gravimétricos para melhor validação e confiabilidade dos resultados aliados a dados geológicos e estruturais.

Especificamente, o trabalho se propôs a:

¾ Gerar mapas temáticos de dados magnetométricos (corrigido de IGRF, segunda derivada, derivadas em X, Y e Z, redução ao equador magnético, passa baixa e amplitude do sinal analítico) e gravimétricos (anomalia free-air) para identificar as anomalias características de susceptibilidade magnética e densidade das regiões investigadas;

¾ Gerar perfis magnetométricos decorrentes do tratamento da base de dados (GRIDS e filtragens), fornecendo subsídios para modelos geológicos 2D;

¾ Estimar profundidades médias dos corpos relacionados a anomalias magnéticas via técnicas de espectro radial e deconvolução Euler 2D;

¾ Gerar perfis gravimétricos de anomalias free-air coincidentes com os perfis magnetométricos com intuito de aumentar a confiabilidade dos resultados de modelagem 2D;

¾ Modelar a geometria bidimensional do sinclinal Gandarela e Homoclinal Curral através dos métodos poligonal e de inversão linear e não-linear 2D de anomalias magnéticas;

¾ Apresentar modelos geofísicos das áreas investigadas, resultantes da integração de dados geofísicos e geológicos;

1.3 – LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO

(22)

Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p.

3

Figura 1.1: Mapa de localização e vias de acesso das regiões investigadas, o sinclinal Gandarela e o homoclinal Curral do Quadrilátero Ferrífero, MG.

1.4 – APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA

Estudos geofísicos envolvendo o Quadrilátero Ferrífero e, principalmente, as unidades do Supergrupo Minas são raros. A abordagem deste presente trabalho tem como enfoque a área delimitada pelo sinclinal Gandarela e homoclinal Curral pela sua peculiar geometria e por constituir uma promissora região alvo para prospecção de minério de ferro.

Particularmente, o sinclinal Gandarela é considerado hoje como uma região com grandes perspectivas para prospecção de minério de ferro (e. g. Endo & Rocha Filho 2003). Estudos conduzidos por Franco (2003) no sinclinal Ouro Fino mudaram de forma radical a visão geométrica sobre essa estrutura. O modelo atual do sinclinal Ouro Finoconsiste numa dobra reclinada com eixo de caimento moderado para SE, com falso fechamento em profundidade. Como já verificado por Endo & Rocha Filho (2003), o sinclinal Gandarela apresenta as mesmas propriedades do sinclinal Ouro Fino. A estrutura da serra do Curral é mais complexa que a dos sinclinais Gandarela e Ouro Fino e não há ainda um modelo evolutivo específico para esse segmento (Endo et al. 2005).

(23)

4

1.5 – JUSTIFICATIVAS E RELEVÂNCIA DO TEMA

O Quadrilátero Ferrífero apresenta anomalias magnéticas de grande amplitude em função da presença marcante de formações ferríferas. Por meio dessa propriedade física é possível conduzir os estudos da região utilizando dados magnetométricos para modelar as estruturas em subsuperfície, inseridas neste contexto.

As justificativas para a utilização do método são as seguintes:

¾ Estudos nesta região, com base na utilização de dados magnetométricos e gravimétricos e sua posterior integração a dados estruturais, culminam na caracterização da geometria de dobras e falhas, possibilitando um melhor conhecimento do arcabouço geológico da região;

¾ Desenvolvimento de uma metodologia no auxílio de integração e interpretação de dados geofísicos e geológicos para obtenção de resultados confiáveis (Oliveira et al. 2003);

¾ Validação ou não de modelos estruturais e tectônicos existentes (e.g. Dorr 1969; Ladeira & Viveiros (1984); Franco 2003; Endo et al. 2004, 2005);

¾ Modelos geométricos das estruturas 2D, elaboradas a partir de inversões magnetométricas 2D na presente dissertação, contribuirão no estudo e na investigação da exploração deminérios de ferro, em subsuperfície.

1.6 – METODOLOGIA DE TRABALHO

A metodologia empregada no trabalho seguiu as seguintes etapas:

¾ Pesquisa bibliográfica: A execução do levantamento bibliográfico visou à obtenção de um embasamento preciso de dados geológicos (estrutural/tectônico), bem como a aquisição de técnicas geofísicas que possibilitaram estimar profundidades de fontes magnéticas e modelar geometrias;

¾ Treinamento nos programas GEOSOFT/MAGMAP e GMSYS com o intuito de aprimorar o

uso dos programas para as etapas seguintes;

¾ Montagem do banco de dados no GEOSOFT com base nos dados aerolevantados do projeto Brasil-Alemanha;

¾ Processamento e tratamento dos dados magnetométricos. Este procedimento auxiliou na identificação de anomalias na área de estudo, destacando-as através de aplicações de filtros; ¾ Confecção de mapas temáticos a partir da interpolação de dados magnetométricos (corrigido

(24)

5

¾ Aplicação de uma metodologia para o estudo das regiões supracitadas através de dados magnetométricos e técnicas via deconvolução Euler 2D e método poligonal 2D, integrados a dados geológicos, no intuito de caracterizar a geometria 2D das estruturas geológicas;

¾ Modelamentos geofísicos 2D que possibilitam a construção de modelos geológicos para definição da geometria espacial do sinclinal Gandarela e do homoclinal Curral. A modelagem 2D realizada no software GMSYS baseia-se no método poligonal 2D;

¾ Etapas de campo: os trabalhos de campos foram realizados na região da serra do Curral e no sinclinal Gandarela visando aferir a geometria da estrutura, elaborar perfis magnetométricos e a integrar perfis geológicos pré-existentes para melhor detalhamento dos mesmos;

(25)

(26)

CAPÍTULO 2

GEOLOGIA REGIONAL

2.1 – INTRODUÇÃO

O Quadrilátero Ferrífero (QFe) está inserido na porção meridional do Cráton São Francisco

(Fig. 2.1), é alvo de estudos desde o século XVIII por se tratar de uma região com reservas de bens

minerais e grande complexidade estrutural. Porém, os primeiros relatórios mineiros datam do século

XIX. Dentre os trabalhos clássicos sobre a região do Quadrilátero Ferrífero incluem-se os de

Eschwege (1833), Gorceix (1881, 1883) e Derby (1906).

Em decorrência de vários estudos (e.g. Dorr 1969, Carneiro 1992, Endo 1997, Marshak &

Alkmim 1998, Cabral 2003, Endo & Rocha Filho 2003) na região do Quadrilátero Ferrífero visando o

entendimento do arcabouço estrutural, tectônico e maior conhecimento de recursos minerais,

culminaram em importantes formulações geológica e tectônica, marcadas por intensas atividades de

deformação, retrabalhamentos, acresções crustais e intrusões magmáticas ácidas a básicas.

(27)

2.2 – LITOESTRATIGRAFIA

A litoestratigrafia do Quadrilátero Ferrífero está associada, principalmente, às rochas arqueanas,

paleoproterozóicas e coberturas sedimentares recentes, sendo caracterizada da base para o topo, pelas

seguintes unidades: Complexos Metamórficos, Supergrupo Rio das Velhas, Supergrupo Minas, Grupo

Sabará, Grupo Itacolomi e Sedimentos Cenozóicos (Dorr 1969, Schorscher 1978, Ladeira 1980,

Rodrigues et al. 1993, Renger et al. 1994) (Fig. 2.2).

2.2.1 – Complexos Metamórficos

Os complexos metamórficos possuem idade arqueana e são representados por: Bação situado

no centro do QFe, Bonfim a oeste, Belo Horizonte e Caeté a norte, Santa Rita a sudeste, Mantiqueira e

Santa Bárbara na borda leste.

São constituídos por terrenos granito-gnáissicos de composição granítica a tonalítica. Além

disso, contêm anfibolitos, intrusões máficas e ultramáficas (Carneiro 1992, Noce 1995, Endo 1997).

A deformação destes complexos é de caráter polifásica com o metamorfismo regional definido

sob condições da fácies anfibolito médio a superior e retrometamorfismo para fácies xisto-verde (Herz

1970, Carneiro 1992, Noce 1995, Endo 1997).

2.2.2 – Supergrupo Rio das Velhas

O Supergrupo Rio das Velhas é de idade arqueana e constituído por três grupos, da base para o

topo: Quebra-Osso, Nova Lima e Maquiné.

O Grupo Quebra-Osso é a unidade basal ultramáfica, formado por metakomatiitos,

metavulcanoclásticas e metassedimentos com intercalações de formações ferríferas do tipo Algoma,

em condições subaquáticas com vulcanismo ultramáfico a máfico.

O Grupo Nova Lima, intermediário, é constituído, principalmente, por xistos e filitos de

origem vulcanoclástica, com ocorrência de intercalações de formações ferríferas de fácies

carbonáticas.

O Grupo Maquiné é a unidade superior clástica constituída por sedimentos do tipo molassa. É

formado por xistos, quartzitos e metaconglomerados polimíticos.

As unidades do Supergrupo Rio das Velhas foram metamorfisadas em condições de fácies

(28)

9

2.2.3 – Supergrupo Minas e Grupo Sabará

O Supergrupo Minas, de idade paleoproterozóica, é constituído por três grupos, da base para o

topo: Caraça, Itabira e Piracicaba (Dorr 1969) sendo sobreposto pelos metassedimentos do tipo

foreland do Grupo Sabará (Renger et al. 1994, Noce 1995, Reis et al. 2002, Almeida 2004).

O Grupo Caraça é constituído por quartzitos, metaconglomerados e filitos pertencentes à

Formação Moeda. Filitos e filitos grafitosos constituem a Formação Batatal.

O Grupo Itabira é composto por itabiritos dolomíticos, itabiritos anfibóliticos e itabiritos da

Formação Cauê. Dolomitos, filitos e mármores pertencentes à Formação Gandarela.

O Grupo Piracicaba é constituído por quatro formações: Formação Cercadinho, Formação

Fecho do Funil, Formação Taboões e Formação Barreiro. A Formação Cercadinho compreende em

quartzitos, quartzitos ferruginosos, filitos, filitos ferruginosos e dolomitos. Filitos, filitos dolomíticos e

dolomíticos silicosos são da Formação Fecho do Funil. A Formação Taboões é composta,

basicamente, por ortoquartzitos. A Formação Barreiro é constituída por filitos e filitos grafitosos.

O Grupo Sabará é constituído por xistos, metagrauvacas, metatufos, metaconglomerados,

itabiritos, mármores e quartzitos.

A sucessão estratigráfica do Supergrupo Minas indica um período de estabilização da crosta

Arqueana, desenvolvido em bacias plataformais extensas e intracratônicas, nas quais espessas camadas

de formações ferríferas bandadas foram extensivamente depositadas (Chemale et al. 1994). As rochas

que constituem esta sucessão estratigráfica estão metamorfisadas na fácies xisto-verde podendo atingir

a fácies anfibolito (Endo 1997).

2.2.4 – Grupo Itacolomi

O Grupo Itacolomi apresenta-se indiviso, de idade proterozóica e constituído por

ortoquartzitos, quartzitos, filitos e metaconglomerados. A área de ocorrência se restringe a apenas na

sua localidade tipo na região do Pico do Itacolomi (Almeida 2004).

2.2.5 – Coberturas Cenozóicas

As coberturas cenozóicas são compostas por cangas, areias lacustres e fluviais, argilas e

(29)

(30)

11

2.3 – EVOLUÇÃO TECTÔNICA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

Os principais modelos tectônicos propostos para a região são os de Guimarães (1951), Dorr

(1969), Ladeira & Viveiros (1984), Belo de Oliveira & Vieira (1987), Marshak & Alkmim (1989),

Chemale Jr. et al. (1991, 1994), Endo (1997) e Endo & Machado (1998).

Guimarães (1951): Cinco eventos deformacionais

1) O primeiro evento corresponde à sedimentação Minas de caráter epirogênico. Os processos

tectônicos associados às atividades vulcânicas, provavelmente, teriam provocado

deslocamentos no arcabouço geológico;

2) O segundo evento está relacionado à orogênese pós-Minas e pré-Itacolomi, resultando em

fraturamentos crustais de direçãoNE e intrusões graníticas;

3) O terceiro evento, o Pós-Itacolomi, está associado aos esforços tectônicos tangenciais, gerando

fraturamentos crustais de direção NW;

4) O quarto evento corresponde aos diastrofismos associados a movimentos epirogênicos e

movimentos verticais de blocos do embasamento;

5) Finalmente, o quinto evento se relaciona à deformação dos sedimentos da bacia Bambuí.

Dorr (1969): Três eventos deformacionais

1) O primeiro evento deformacional afetou apenas o Supergrupo Rio das Velhas com intensidade

tectônica crescente de leste para oeste, resultando em discordâncias angulares com o

Supergrupo Minas;

2) O segundo evento ocorreu nos períodos pós-Minas e pré-Itacolomi, caracterizado por um

evento mais diastrófico que orogênico com arqueamentos e soerguimentos de camadas. A

inconformidade angular entre os grupos Itacolomi e Piracicaba se explicaria pela erosão do

Grupo Piracicaba a cerca de 1000m;

3) O terceiro evento deformacional compreende a sedimentação pós-Itacolomi, é mais intenso e

envolve todas as seqüências pré-cambrianas, sendo responsáveis pelas dobras sinformais e

antiformais de eixos NS, EW, NE-SW, NW-SE e o soerguimento parcial do Complexo

Metamórfico Bação.

(31)

Ladeira & Viveiros (1984): Seis fases deformacionais

1) A fase D1 é caracterizada por dobras intrafoliais sem raízes, superfícies S0/S1, eixos de dobras

de direção S65E e vergência para NE;

2) A fase D2 é correlacionável ao evento Transamazônico com dobras isoclinais recumbentes

vergentes para o sul associadas à S2 e “mullions” de direção EW;

3) As fases D3 e D4 são caracterizadas por dobras apertadas assimétricas, eixos de dobras

paralelos e vergência para N;

4) As fases D5 e D6 são definidas pelas dobras em chevron e kinks com vergência para W.

Belo de Oliveira & Vieira (1987): Um evento deformacional Dn

1) Um único evento deformacional Dn, responsável pelas grandes falhas de empurrão e pelas

principais feições planares e lineares regionais. A vergência seria de ESE para NWN,

deduzida a partir de análise tectônica e microtectônica.

Marshak & Alkmim (1989): Quatro eventos deformacionais pós-Minas

1) Orogênese Transamazônica: Deformação com dobramentos e empurrões originando os

sinclinais Gandarela e Ouro Fino e a anticlinal Conceição os quais fazem parte de um cinturão

de dobramentos e empurrões (NE-SW) com vergência tectônica dirigida de SE para NW. Este

evento desenvolve uma xistosidade regional em condições metamórficas de fácies xisto-verde

alto a anfibolito baixo;

2) Fase de extensão crustal com intrusão de diques máficos, geração de falhas normais e

Formação da bacia do Espinhaço;

3) O segundo evento, de idade Uruaçuana, é de caráter compressivo e se processa com os

esforços dirigidos de Sul para Norte. Resultando, na formação de dobras normais e na

acomodação dos sinclinais Dom Bosco e Moeda;

4) O quarto evento, de idade Brasiliana, foi responsável pela formação do cinturão de

dobramentos e cavalgamentos da cordilheira do Espinhaço. No QFe, este evento se manifesta

por falhamentos de direção NS na serra do Caraça e o cavalgamento do Complexo

(32)

13

Chemale Jr. et al. (1991, 1994): Dois eventos deformacionais pós-Minas

1) Evento Transamazônico (2060 a 2000Ma) de caráter extensional segundo a direção

WNW-ESE. Foi responsável pelo desenvolvimento de megassinclinais interconectados Moeda, Dom

Bosco, Santa Rita e os sinclinais Gandarela, Ouro Fino, Itabira, João Monlevade e

soerguimento dos complexos metamórficos do QFe. Nas zonas de cisalhamento o

metamorfismo regional atingiu fácies xisto-verde baixo a fácies anfibolito;

2) Episódios de compressão para Oeste, correspondente ao evento Brasiliano (650 a 500Ma),

ocorrido em três fases:

a. Fase 1: Geração de zonas de cisalhamento com empurrões, falhas de

rasgamento e zonas transcorrentes conjugadas, sob condições metamórficas

xisto-verde a anfibolito;

b. Fase 2: Nucleação de dobras normais com clivagens EW associadas e

desenvolvimento de falhas transcorrentes, sob condições metamórficas de

fácies xisto-verde;

c. Fase 3: Geração de dobras de crenulação NS, com clivagens e falhas inversas

associadas.

Endo (1997), Endo & Machado (1998): 03 Ciclos tectono-deformacionais principais

1) Ciclo Jequié (2780 a 2560Ma): Consiste de três eventos tectônicos de regime transpressional,

sob condições metamórficas de fácies xisto-verde a anfibolito médio:

a. Orogenia Rio das Velhas (Neo-Arqueano): Regime transpressional NS dextral

acompanhado de magmatismo e metamorfismo do Grupo Nova Lima em

condições de fácies anfibolito;

b. Cinemática direcional sinistral, deposição do Grupo Maquiné, fraturamentos

crustais NW/SE e intrusão de diques máficos e magmatismo básico;

c. Deformação de caráter frágil-dúctil, direcional dextral com inversão da bacia

Maquiné (Orogênese Maquiné). Associa-se intrusão de diques e plútons

graníticos sin-tectônicos (Granito Salto do Paraopeba);

2) Ciclo Transamazônico (2250 a 1900Ma): Dois megaeventos progressivos de regime

transpressional com fluxo NS subvertical em condições metamórficas de fácies xisto-verde a

(33)

a. Primeiro megaevento: Regime transpressivo dextral com inversão da bacia

Minas e intensa atividade magmática com colocação de plútons graníticos.

Segue-se uma fase de caráter extensional com componente dextral com

geração de sinclinais e feições dômicas, zonas de cisalhamento transcrustais

Moeda – Bonfim, Engenho e Água Quente;

b. Segundo megaevento: Regime transpressivo sinistral com inversão da bacia

Itacolomi, intrusão de diques máficos e corpos graníticos e colapso

orogenético associado aos descolamentos normais de NW para SE.

3) Ciclo Brasiliano (650 a 500Ma): Dois eventos tectônicos em regimes transpressionais com

plano de fluxo NE-SW e grau metamórfico em condições de fácies xisto-verde.

a. Primeiro evento: cinemática dextral, dobramentos e cavalgamentos com

vergência para NW, passando para uma tectônica de embasamento envolvido

com transporte W;

b. Segundo evento: geração da falha Furquim com estruturas extensionais.

Evento tardio em cinemática transpressiva sinistral gerando dobramentos

suaves, clivagens EW e reativações locais de estruturas pré-existentes.

2.4 – SINCLINAL GANDARELA

O sinclinal Gandarela é definido pelas unidades do Supergrupo Minas, em contato com as

seqüências do Supergrupo Rio das Velhas e sua porção norte, com o complexo Metamórfico Caeté

(Fig. 2.1).

O' Rourke (1957) interpretou a existência de um anticlinal entre os sinclinais Ouro Fino e

Gandarela e, posteriormente desconectados por falhamentos. Maxwell (1972) considerou que as

estruturas Ouro Fino, Conta-História e Gandarela eram conectadas. Como já verificado por Endo &

Rocha Filho (2003) o sinclinal Gandarela apresenta as mesmas propriedades do sinclinal Ouro Fino,

posteriormente, desconectados pela falha do Fundão. A falha do Fundão secciona toda a aba sul e

limita a continuidade do sinclinal para NE. As dobras mesoscópicas e as lineações minerais e de

interseção indicam que o fechamento da estrutura ocorre no setor meridional com a charneira

(34)

15

Figura 2.3: Mapa geológico das regiões do sinclinal Gandarela e sinclinal Ouro Fino, mostrando a relação entre as duas estruturas desconectadas pela falha do Fundão (Mod. Dorr 1969; Chemale Jr. et al. 1991).

2.4.1 – Modelo Tectônico Evolutivo

Dorr (1969) esboçou um dos primeiros modelos tectônicos para o sinclinal Gandarela e o

caracterizou como a maior estrutura inserida a sudeste da porção norte do Supergrupo Rio das Velhas,

com direção NE-SW e estilos estruturais distintos a sudoeste e a nordeste. No segmento sudoeste, o

eixo bifurca para o sul e com caimento para norte, oeste e ENE. O segmento nordeste apresenta o eixo

com caimento para sudoeste e na parte central, a estrutura é representada por uma dobra aberta a

isoclinal invertida no flanco leste. A geometria idealizada se apresenta como uma megadobra com

fechamento para SE, em profundidade, com eixo orientado segundo a direção NE-SW (Fig. 2.4a).

Padilha (1982) caracterizou a geometria do sinclinal Gandarela através da inversão não-linear

2D de dados magnetométricos do Projeto Brasil-Alemanha (DNPM 1974), onde a Formação ferrífera

Cauê foi utilizada como camada-guia. O modelo preliminar inserido no programa de inversão foi o de

Dorr (1969). Embora a inversão não-linear 2D não coincida com o modelo proposto por Dorr (1969),

nos dois casos as estruturas tendem a se fechar mergulhando para sudeste, em profundidade (Fig.

2.4b).

Endo & Rocha Filho (2003) indicaram que o fechamento da estrutura ocorre no setor

meridional com a charneira apresentando caimento moderado para SE, através das presentes dobras e

das lineações minerais e de interseção.

Franco (2003), a partir da cartografia geológico-estrutural, definiu um modelo evolutivo para o

(35)

pós-Minas. O primeiro evento D1 corresponde ao dobramento regional do tipo nappe com eixo EW,

envolvendo o Supergrupo Rio das Velhas com vergência tectônica dirigida para sul. O segundo evento

D2 é caracterizado por dobras abertas a fechadas com eixos suborizontais orientados em posição

submeridiana. O terceiro evento D3 foi responsável por gerações de dobras suaves com clivagem

espaçada subvertical e lineação de interseção orientadas na direção E-W. O quarto e último evento

compressional D4, corresponde ao encurtamento EW, gerando estruturas na direção N-S como

lineações, clivagem de crenulação e mesodobras em padrão do tipo kink. Já o quinto evento D5, de

caráter distensivo, responsável pelas intrusões de diques máficos de direção EW. A geometria

elaborada para região, corresponde a uma dobra reclinada com eixo de caimento moderado para ESE

com falso fechamento em profundidade, onde as unidades do Supergrupo Minas ocupam o núcleo da

dobra, envolvidas pela seqüência metapelítica do Supergrupo Rio das Velhas (Fig. 2.4c).

Endo et al. (2004) concebeu um modelo para região Gandarela como um sinclinal antifórmico,

resultante de três fases deformacionais. A primeira D1 resultou numa dobra recumbente com o

Supergrupo Rio das Velhas no interior da nucleação da dobra, a fase D2 proporcionou um

redobramento do flanco inverso formando o sinclinal Gandarela. A fase D3 ocasionou a geração de

uma dobra-falha, em geometria cônica, afetando o segmento oriental do sinclinal. Desta forma, o

sinclinal Gandarela adquiriu uma conformação de dobras reclinadas com eixos de dobras com direção

(36)

17

(37)

2.5 – HOMOCLINAL CURRAL

A Serra do Curral é mais conhecida pelo seu relevo marcante que define uma extensa

cordilheira (Fig. 2.1) que se estende por mais de 85 km desde a Serra Piedade, a NE, até as imediações

de Itatiaiaçu, a SW. Apresenta-se como um homoclinal constituído apenas pela aba invertida de uma

anticlinal. As camadas possuem mergulhos elevados e são comuns falhas de alto ângulo cortando as

unidades do Supergrupo Minas que afloram ao longo de toda a serra (Endo 1997).

A região investigada e adjacências (Fig. 2.1) são definidas, ao norte, pelos gnaisses migmatitos

do complexo metamórfico Belo Horizonte com corpos intrusivos como os granitóides Mateus Leme,

General Carneiro, Santa Luzia, Caeté, Ibirité e Caio Martins (Romano 1989, Noce 1995, Endo et al.

2005). A porção sul da estrutura é constituída pelos gnaisses Souza Noschese, Alberto Flores, Granito

Brumadinho, Tonalito Samambaia, Anfibolito Candeias, Anfibolito Paraopeba (Carneiro 1992,

Carneiro et al. 1997) e o Granito Tejuco do Complexo Metamórfico Bonfim. A estrutura Curral é

marcada pela sucessão estratigráfica invertida dos grupos Piracicaba, Itabira, Caraça e Nova Lima

(Pomerene 1964; Dorr 1969; Alkmim et al. 1996).

2.5.1 – Modelo Tectônico Evolutivo

Os modelos tectônicos existentes para a região investigada divergem entre si, não respondendo

às questõesfundamentais de estratigrafia, geologia estrutural, tectônica neste domínio do QFe (Endo

et al. 2005). As primeiras contribuições importantes para elaboração de um modelo evolutivo na

região iniciaram pelos trabalhos de Pomerene (1964), Eichler (1964), Dorr (1969) e Pires (1979).

Pomerene (1964) definiu a estrutura Curral como um sinformal de flancos SE invertido e NW

truncado, aflorando os grupos Piracicaba, Itabira e Caraça sem repetição de camadas.

Eichler (1964) sugeriu que a região do pico dos Três Irmãos, localizado no segmento

centro-ocidental da serra do Curral, é estruturada por uma tectônica com vergência para N com envolvimento

do embasamento por falhas de empurrão (Fig. 2.5a).

Dorr (1969) interpreta o homoclinal Curral como parte integrante de um megassinclinal, onde

a relação entre o Grupo Sabará e o Supergrupo Minas se deu através do rompimento e obliteração do

flanco normal pelo Complexo Metamórfico Belo Horizonte, situado a norte da serra do Curral (Figs.

2.1, 2.5b).

Pires (1979), através de análise geométrica de componentes estruturais, esboça um modelo de

anticlinal recumbente para homoclinal do Curral – Gaivotas com vergência para NNW, com o flanco

(38)

19

Rio das Velhas aqui referidas são interpretadas pelo autor como Grupo Nova Lima, porém Dorr (1969)

as interpreta como unidades do Grupo Sabará em contato com as unidades Minas através de um

rompimento do flanco Normal (Fig. 2.5c).

Ladeira & Viveiros (1984) visualizaram a estrutura da serra do Curral como parte de um

megassinclinal recumbente, posteriormente redobrado incluindo os sinclinais Dom Bosco, Moeda,

Santa Rita e Gandarela com fechamento nas serras Azul e da Piedade (Fig. 2.5d).

Alkmim & Marshak (1998) ilustraram um modelo para o desenvolvimento da junção ente o

homoclinal Curral e o sinclinal Moeda, apresentando duas fases deformacionais. A primeira fase D1

corresponde à formação da anticlinal da serra do Curral com contração Transamazônica de SE para

NW, desenvolvido pela arquitetura domos e quilhas, gerando um arqueamento da anticlinal Curral. A

segunda fase deformacional D2 é responsável pelo sistema de redobramentos e empurrões, formando

uma geometria complexa em conseqüência do encurtamento Brasiliano ESE-WNW (Fig. 2.5e).

Endo et al. (2005) propõem uma tectônica de nappes com vergência NNE, cujas unidades do

Supergrupo Rio das Velhas ocupam o núcleo de uma megadobra recumbente alóctone, denominada de

nappe Curral. O flanco inverso desta nappe corresponde a toda seqüência Minas que se dispõe na serra

do Curral e o flanco normal que se encontra redobrado se estende para o sul, formando o sinclinal

Moeda. A zona da charneira compreende a junção Curral – Moeda complexamente estrangulada pelo

envolvimento do gnaisse Souza Noschese no núcleo da nappe, constituindo a anticlinal Bonfim –

(39)

(40)

CAPÍTULO 3

BASE DE DADOS GEOFÍSICOS

3.1 – INTRODUÇÃO

A base de dados empregados na presente dissertação se constitui de dados magnetométricos aerolevantados do projeto Brasil-Alemanha (DNPM 1974), do levantamento magnetométrico terrestre feito nas regiões de interesse (Oliveira et al. 2005b) e de dados gravimétricos, provenientes da combinação de levantamentos de altimetria por satélite, terrestre e marinho (Molina et al. 1997).

3.2 – LEVANTAMENTO AEROGEOFÍSICO: Convênio Brasil-Alemanha

Os dados aeregeofísicos do projeto Brasil–Alemanha foram levantados pela companhia PRAKLA-SEIMOS GmbH (Alemanha) no período de março de 1971 a setembro de 1972, através da cooperação científica entre os governos brasileiro e alemão.

Para o levantamento foi utilizado o magnetômetro de precessão de próton G803 da GEOMETRICS, com sensibilidade de ± 1 nT e um sensor rebocado por um cabo de 25m de comprimento por meio de um helicóptero, cobrindo num total de 570.000 km2 de área, englobando o estado de Minas Gerais, exceto o Triângulo Mineiro e parte do estado do Espírito Santo (Fig. 3.1).

A altitude barométrica padronizada variou em algumas regiões onde a topografia alcançava 800 a 2300 metros. A altura média do vôo é de 350m com intervalo de amostragem de 60m na direção E-W, perpendicular às estruturas geológicas do Quadrilátero Ferrífero, e espaçamento de 02 km. As linhas de controle foram executadas na direção N-S com espaçamento entre 14 e 20 km (DNPM 1974).

Através do convênio técnico-científico entre a CPRM e a empresa canadense PGW (Geofísica Paterson, Grant & Watson Ltda) acordado em 1995, os dados aerolevantados do projeto foram digitalizados a partir dos mapas de contorno na escala de 1:100000, compondo 219 folhas de grade aeromagnética.

(41)

22

5 x 5km e, posteriormente, utilizou-se a aplicação do filtro de Continuação para Cima, admitindo o corte de 1200m, para ressaltar as anomalias de baixas freqüências.

Figura 3.1: Mapa magnetométrico do projeto Brasil-Alemanha (DNPM 1974).

3.3 – LEVANTAMENTO MAGNETOMÉTRICO TERRESTRE

O levantamento terrestre foi realizado em setembro de 2004 nas regiões do sinclinal Gandarela e no homoclinal Curral (Oliveira et al. 2005b) com apoio da CPRM que disponibilizou o magnetômetro portátil modelo G-826A e o kappameter ABEM KT 3.

(42)

23

orientar com o campo magnético terrestre, girando em torno deste com uma freqüência angular. A intensidade do campo magnético terrestre total é determinada medindo a freqüência de precessão dos prótons a partir do contador eletrônico (Luiz & Silva 1995).

O susceptibilímetro kappameter mede a susceptibilidade magnética de rochas em afloramentos, testemunhos de sondagens e amostras de mão. É constituído por uma bobina receptora que próxima a uma rocha, modifica a indutância do sistema alterando o equilíbrio do discriminador de fase. Esse equilíbrio é restaurado por um capacitor variável, ligado em paralelo. A indicação do aparelho determina a susceptibilidade magnética aparente da rocha. A diferença entre a susceptibilidade magnética aparente (k’) e a real (k) depende das dimensões, qualidade da superfície e forma geométrica da rocha. Para valores de k’ menor que 100 x 10-3 u SI, pode-se considerar k’ = k com erro de 5%. Na prática, esses valores podem ser negligenciados, exceto os valores maiores que 500 x 10-3 (Campbell 2003).

k = 1 (SI) (3.1) [1-(k’/2)]

O levantamento constou de 08 perfis magnetométricos (Fig. 3.2) com medidas realizadas a intervalos médios de 400m. Os dados de susceptibilidade magnética em amostras de rochas selecionadas das regiões do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral estão disponíveis no Apêndice A.

(43)

24

3.4 – LEVANTAMENTO GRAVIMÉTRICO

O banco de dados gravimétricos foi organizado pelo Instituto Astronômico e Geofísico da USP (Molina et al. 1997), no qual várias instituições e empresas contribuíram na coleta de dados nas regiões do cráton São Francisco e faixas de dobramentos marginais, margem continental e bacias oceânicas.

Este banco abrange uma área definida entre os meridianos 54º-32ºW e paralelos 8º-24ºS, com 11.000 estações gravimétricas obtidas através de levantamentos terrestres, marinhos e dados de altimetria de satélite. A geração de grids de 5’x 5’de espaçamento se refere às anomalias free-air, Bouguer e residual, compreendendo ao uso da técnica de ajuste dos elementos do campo de gravidade por mínimos quadrados. Na presente dissertação, a base de dados utilizada é a de anomalia free-air (Fig. 3.3).

(44)

CAPÍTULO 4

MAGNETOMETRIA E GRAVIMETRIA

4.1 – MAGNETOMETRIA

4.1.1 – Histórico

A bússola já era conhecida pelos chineses desde o início da era cristã, mas só no final do

século XV que esta foi utilizada para o estudo do campo magnético. As experiências com imãs

iniciaram-se em 1269, quando Petrus Peregrinus esculpiu magnetita em forma esférica, aproximando

pequenos imãs descobriu a existência de dois pólos distintos. Por convenção, o campo magnético é

positivo no pólo Norte e negativo no pólo Sul (Fig. 4.1a).

Os primeiros estudos do campo magnético terrestre foram publicados em 1600 na Inglaterra,

onde William Gilbert, autor de "de Magnete", fez observações nas quais o levaram a concluir que a

Terra é um globo magnético, um imenso imã (magnus magnes ipse est globs terrestris).

Em 1640, o método magnetométrico foi um dos primeiros métodos geofísicos a ser aplicado

sistematicamente na Suécia, com intuito de detectar depósitos de ferro através de observações da

variação da declinação magnética com bússolas náuticas.

Através de observações geomagnéticas, Gauss (1848) forneceu o primeiro formalismo

matemático, em escala global, aplicando harmônicos esféricos na representação do campo magnético,

conseguindo demonstrar que 95% do mesmo é gerado no seu interior. Esta formulação permitiu

separar o campo externo do interno; separar o campo dipolar do não-dipolar e estudar o campo

geomagnético do passado para obter informações sobre suas variações em relação ao tempo, com base

nos registros de observatórios e de navegantes.

Posteriormente, em 1870, o método foi aperfeiçoado com a construção de instrumentos

capazes de medir variações das componentes horizontal e vertical do campo magnético e de sua

inclinação (Pacca & Ernesto 1979).

A magnetometria mede pequenas variações na intensidade do campo magnético terrestre, e,

por conseqüência, a distribuição irregular das rochas magnetizadas em subsuperfície (Luiz & Silva

1995). O campo magnético pode ser representado por um vetor no espaço, onde o campo magnético

total T apresenta-se decomposto em componentes vetoriais denominadas: componente horizontal H e

vertical V. O ângulo entre o campo total T e a componente horizontal H é denominado inclinação

magnética (i) e o ângulo que a componente horizontal H faz com o norte geográfico é denominado

(45)

26

Figura 4.1: a) Modelo computadorizado do campo geomagnético. A Terra como uma esfera magnetizada,

vetores e linhas equipotenciais (Site da NASA); b) Notação das componentes do campo magnético terrestre (Luiz & Silva 1995).

4.1.2 – Origem do Campo Magnético Terrestre

A teoria mais antiga da origem do campo magnético está relacionada com as observações de

Gilbert (1600) de que a Terra é um globo magnético uniforme. Porém, esta hipótese não explicaria a

reversão do campo magnético e a temperatura Curie, cujos minerais perdem suas propriedades

magnéticas.

A idéia de separação de cargas elétricas foi cogitada, as cargas elétricas negativas estariam na

superfície da Terra e as positivas se encontrariam no interior da Terra. De acordo com a rotação,

ambas girariam com a Terra, produzindo um campo elétrico forte e um campo magnético, porém as

correntes elétricas seriam superiores a 109A e não há um registro de campo elétrico com essa

intensidade (Pacca & Ernesto 1979).

Outra hipótese baseia-se no efeito Giromagnético (Efeito Barnett) que compreende na rotação

de substâncias com movimentos orbitais e giratórios de seus elétrons, mudando o momento magnético

dessas substâncias. Entretanto, a maioria das substâncias encontradas não é ferromagnética e sendo a

rotação da Terra lenta, o campo seria da ordem de 108 vezes menor que o campo observado (Pacca &

Ernesto 1979).

Posteriormente, Blackett (1947), observando outras estrelas elaborou uma teoria cuja rotação

de qualquer corpo celeste produziria um campo magnético relacionado com a velocidade de rotação.

Na prática, experiências realizadas com uma barra de ouro não corresponderam as suas expectativas.

Bullard (1949, upud Pacca & Ernesto 1979) elaborou uma teoria através de aparelhos de

funcionamento mais simples como os dínamos, constituídos por um disco e um eixo metálico, espira

com fio condutor. O disco gira e um campo magnético induzido B é aplicado paralelo ao eixo,

(46)

27

magnético superior ao campo magnético induzido. Contudo, esse modelo não explica as reversões do

campo magnético.

Yukutake (1962) propôs um modelo com dois dínamos, no qual um excita o outro, com

inversão de corrente elétrica provocando uma inversão de polaridade. A dúvida seria se o núcleo

apresentaria um sistema análogo. Os dínamos se constituem de discos, fios, escovas e outras peças e o

núcleo da Terra teria que apresentar um dínamo contínuo, ou seja, um meio homogêneo.

Lowes & Wilkinson (1963) conseguiram construir um dínamo contínuo, em laboratório, com

dois cilindros de metal ferromagnético que giram dentro de cavidades cilíndricas ortogonais em bloco

de mesmo metal. Essa continuidade entre os cilindros e o bloco é estabelecida por uma fina camada de

mercúrio (Fig. 4.2).

A teoria do dínamo pressupõe a transformação de energia do movimento de fluidos em energia

do campo magnético, cujas fontes de energia são capazes de dar origem e manter tal movimento,

provavelmente através da precessão do núcleo. Quanto ao campo magnético inicial necessário para

estabelecer o processo do dínamo, é bastante razoável supor a existência de um campo externo a que

estava sujeito a Terra no início da vida do planeta, um campo magnético cósmico, já que há indícios

de campos antigos em outros corpos celestes (Pacca & Ernesto 1979).

A origem do campo magnético terrestre reside, provavelmente, na interação do núcleo interno

da Terra (Fe + Ni, sólido) com o núcleo externo (Fe + elementos leves, líquido). Processos

magnetohidrodinâmicos são iniciados a partir de movimentos de íons livres do núcleo externo,

gerando correntes elétricas que, por sua vez, produzem um campo eletromagnético (Pacca & Ernesto

1979).

Atualmente, experimentos de laboratórios, modelagens computacionais tentam explicar a

origem do campo magnéticoe sua dinâmica de funcionamento (Glatzmaier 2002).

Figura 4.2: Teoria do dínamo.a) dínamo contínuo; b) o campo externo observado como função velocidade

(47)

28

4.1.3 – Inversão do Campo Magnético Terrestre

A descoberta da inversão do campo magnético terrestre se deu a partir das observações de

Brunhes (1906) em fluxos de lavas na França, onde a magnetização se encontrava oposta à direção ao

campo atual. Rochas basálticas de diferentes partes do mundo apresentavam esses registros de

inversão magnética (Nagata 1961).

O primeiro mapa detalhado de anomalias magnéticas foi publicado na costa oeste da América

do Norte por Ralf & Mason (1961), mostrando uma feição surpreendente: lineações de anomalias com

altos e baixos valores do campo magnético ao longo de toda região. Notou-se que esse padrão

alternado (ou "zebrado") é típico de regiões oceânicas, sendo geralmente paralelo e simétrico ao eixo

das dorsais mesoceânicas e deslocado através das zonas de fratura. Estas anomalias possuem

magnitudes da ordem de ± 500 nT (Fowler 1990).

Vine & Matthews (1963) elaboraram um modelo de espalhamento do assoalho oceânico

através de observações de intermitentes campos magnéticos reversos. Entretanto, essas reversões não

poderiam surgir apenas nas camadas mais superficiais da composição da crosta oceânica (sedimentos)

e, sim de composição basáltica por conter altas proporções de minerais magnéticos (Kearey & Vine

1990). O conceito de reversão magnética estaria diretamente ligado ao surgimento da litosfera

oceânica. Em decorrência da reversão, há uma redução no campo magnético em 10% do valor de

intensidade do campo normal, correspondendo a um intervalo de tempo de 2000 a 3000 anos.

4.1.4 – Distribuição de Magnetização

A distribuição de magnetização adquirida nas rochas está associada à presença de minerais

magnéticos contidos nelas através de magnetização induzida e remanescente. A magnetização

induzida se dá quando as rochas são submetidas a um campo magnético externo cuja magnitude é

função da quantidade de substâncias magnéticas presentes nas rochas. A magnetização remanescente é

adquirida durante a história geológica e está relacionada com o resfriamento de rochas ígneas abaixo

da temperatura Curie. Nestas condições a rocha perde suas propriedades magnéticas. Adicionalmente,

transformações químicas que ocorrem durante o metamorfismo tanto em rochas sedimentares quanto

ígneas, a queda de raios, a deposição de sedimentos finos, a isotérmica (descargas elétricas nas rochas)

e os esforços tectônicos (piezo-remanescente) produzem o mesmo efeito.

As propriedades magnéticas de materiais, com um determinado volume, podem ser

consideradas em termos, como o efeito magnético em rede de todos os dipolos dentro do volume ou,

ainda, o efeito de rede de todos os elementos de correntes elétricas. Usando o conceito formal, o vetor

é definido pela quantidade de magnetização M. A magnetização de um volume V é definida pela soma

vetorial de todos os momentos de dipolos individuais mi e dividida por volume (Blakely 1996):

M= 1 Σmi (4.1)

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sendo a magnetização expressa pela unidade SI em A.m-1 ou pelo sistema eletromagnético (emu) em

gauss, onde 1 gauss = 10-3 A.m-1.

O volume de uma massa com densidade ρ(x, y, z) pode ser representado por uma pequena massa dm = ρ(x, y, z)dv que age como uma fonte pontual e R é a distância entre a fonte pontual (x, y, z) e o centro da massa. Esta lei funciona com a equação de distribuição de densidade:

onde o momento dipolar pode ser considerado Mdv = m. O potencial observado do ponto P é descrito

por:

sendo r = distância do ponto P para o dipolo, Cm é a constante usada para balancear as unidades

envolvidas no sistema. Em geral, a magnetização M é função da posição, onde ambas as direções e a

magnitude podem variar ponto a ponto e M = M(Q), onde Q é a posição dv. Integrando a equação 4.3,

todos os volumes fornecem o potencial da distribuição de magnetização:

que é análoga a equação 4.2. A indução magnética P é dada por:

Nas equações 4.5 e 4.6 o subscrito do operador gradiente foi mudado de P para Q quando o

operador está dentro da integral de volume. Isto indica que o gradiente pode ser tomado a respeito das

coordenadas de fontes magnéticas em relação às coordenadas do ponto de observação.

• Susceptibilidade Magnética

Os materiais podem adquirir a componente de magnetização na presença de um campo

magnético externo. Para campos de baixa amplitude magnética, a magnetização induzida é

proporcional à magnitude H e paralela em direção ao campo externo:

sendo a constante de proporcionalidade x, denominada de susceptibilidade magnética. A equação 4.7 é

a mesma no sistema internacional (SI) e no sistema eletromagnético (emu). A susceptibilidade é considerada adimensional em ambos os sistemas, porém difere na magnitude por 4π (Blakely 1996):

U (P) = γ

∫

ρ (Q) dv (4.2) R r

V(P) = – Cm M .∇p 1 dv (4.3)

r

V(P) = Cm

∫

M(Q) .∇Q 1 dv (4.4) R r

B(P) = –∇pV(P) (4.5)

= – Cm∇p

∫

M(Q) .

∇

Q 1 dv (4.6)

R r