Evolução da zona de fratura romanche na margem equatorial do Brasil
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(2) Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Ciências Exatas e da Terra Programa de Pós-graduação em Geodinâmica e Geofísica. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. EVOLUÇÃO DA ZONA DE FRATURA ROMANCHE NA MARGEM EQUATORIAL DO BRASIL. Autora: Aline Cristine Tavares Dissertação apresentada em trinta e um de julho de dois mil e dezessete, ao Programa de Pós-graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN como requisito à obtenção do Título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica, com área de concentração em Geofísica.. Comissão examinadora: Prof. Dr. David Lopes de Castro (PPGG/UFRN - Orientador) Prof. Dr. Moab Praxedes Gomes (PPGG/UFRN – Membro Interno) Prof. Dr. Francisco Cézar Costa Nogueira (UAEP/UFCG – Membro Externo). Natal-RN, julho de 2017.
(3) Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede. Tavares, Aline Cristine. Evolução da zona de fratura romanche na margem equatorial do Brasil / Aline Cristine Tavares. - 2017. 83 f.: il. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-graduação em Geodinâmica e Geofísica. Natal, RN, 2017. Orientador: David Lopes de Castro. Coorientador: Francisco Hilario Rego Bezerra.. 1. Fundo oceânico - Dissertação. 2. Nordeste do Brasil Dissertação. 3. Margem transformante - Dissertação. 4. Zona de fratura - Dissertação. 5. Atlântico equatorial - Dissertação. I. Castro, David Lopes de. II. Bezerra, Francisco Hilario Rego. III. Título. RN/UF/BCZM. CDU 555.462.5.
(4) Agradecimentos À Universidade Federal do Rio do Norte e, em especial, ao Programa de Pósgraduação em Geodinâmica e Geofísica por todo o suporte e estrutura disponibilizados ao longo destes dois anos que se findam. Em extensão, aos professores doutores do programa que contribuíram com esta pesquisa dando aulas, tirando dúvidas, criticando, questionando, sugerindo. Ao projeto IODP-CAPES “Geohazards e tectônica – A influência de zonas de fratura na reativação de margens passivas: Margem Equatorial Brasileira”, coordenado pela professora doutora Helenice Vital; ao projeto “Paleoceanografia da Margem Equatorial Brasileira”, coordenado pelo professor doutor Luigi Jovane, da USP; e à CAPES pela concessão da bolsa de estudos por meio deste segundo projeto. À Marinha do Brasil pela concessão dos dados sísmicos e potenciais do projeto LEPLAC utilizados nesta pesquisa. À Agência Nacional do Petróleo pelos dados sísmicos e de poços cedidos. À dGB Earth Sciences pela cessão da licença educacional do software OpendTect. Ao meu orientador David Lopes de Castro pelas orientações, críticas, sugestões, paciência e disposição para tirar todas as dúvidas e encontrar (ou ajudar a encontrar) soluções sempre que necessário. Ao meu co-orientador Francisco Hilário Rego Bezerra por também acompanhar a evolução desta pesquisa de perto e estar disposto a ajudar no que fosse possível. Aos pesquisadores doutores do projeto IODP-CAPES que colaboraram com esta pesquisa: Paola Vannucchi, Luigi Jovane, David Iacopini e Helenice Vital. Obrigada pelas orientações e colaborações com o artigo. Aos professores doutores Moab Praxedes Gomes e Francisco Cézar Costa Nogueira por aceitarem participar da minha banca de avaliação. Aos amigos de longa data que encontrei ainda na minha graduação na UFRN e aos novos que conheci no mestrado, pelas discussões e também pelos momentos de descontração.. i.
(5) Resumo Margens continentais transformantes são caracterizadas pela presença de falhas transformantes/zonas investigadas. de fratura. escassamente. de. quando. grande. rejeito transcorrente,. comparadas. às. margens. que foram. divergentes. e. convergentes. Essas falhas influenciaram a segmentação e evolução das margens transformantes. Este estudo investiga a evolução da Zona de Fratura de Romanche (RFZ) na margem equatorial do Brasil, utilizando dados gravimétricos, magnéticos, batimétricos e de sísmica de reflexão. Os resultados da presente investigação indicam que a RFZ é uma zona de direção E-W com ~70 km de largura, marcada por cadeias de até 2,5 km acima da topografia circundante. As anomalias magnéticas que marcam a crosta oceânica mais antiga estão em um ângulo de 26° e 30° no sentido horário a sul e a norte da zona de fratura, respectivamente, indicando que os primeiros centros de espalhamento foram oblíquos à zona de fratura. As anomalias rotacionaram no sentido horário e passaram de oblíquas para ortogonais em relação à transformante na isócrona 34 (83,5 ± 8 My). Esta rotação indica que a influência do limite das crostas continental e oceânica é menos pronunciada à medida que as anomalias tornam-se mais jovens e mais distantes do continente. A RFZ comportou-se como uma barreira topográfica, que impediu que parte dos sedimentos do continente e plataforma atingissem a parte norte da cadeia. Falhas normais formam a borda da plataforma continental e as bordas de cadeias e montes submarinos e atingem as camadas mais recentes, indicando que há reativação neotectônica. A orientação e a geometria da RFZ moldaram a geometria atual da margem brasileira, caracterizada por setores de direção E-W e NW-SE, e moldaram a evolução das bacias Pará-Maranhão, Ceará e, principalmente, Barreirinhas.. Palavras chave: fundo oceânico, Atlântico equatorial, nordeste do Brasil, margem transformante, zona de fratura, Romanche.. ii.
(6) Abstract Large-offset transform faults/fracture zones characterize transform continental margins, which have been seldom investigated when compared to divergent and convergent margins. These faults influenced the segmentation and evolution of the transform margins. This study investigates the evolution of the Romanche Fracture Zone (RFZ) in the Equatorial margin of Brazil using bathymetric, magnetic, gravity, and reflection seismic data. The results of the present investigation indicate that the RFZ is an E-Wtrending, ~70-km-wide zone marked by ridges 2.5 km above the surrounding topography. Magnetic anomalies that mark the oldest oceanic crust are at an angle of 26° and 30° clockwise south and north of the fracture zone, respectively, indicate that the first spreading centers were oblique to the main fracture zone. The anomalies rotated clockwise and shift from oblique to orthogonal to the transform at isochron 34 (83.5 ± 8 My). This rotation indicates that the influence of the continental-oceanic crust boundary is less pronounced as the anomalies become younger and a farther away from the continent. The RFZ behaved as topographic barrier, which prevented part of the sediments from the continent and shelf from reaching the northern part of the ridge. Normal faults form the border of the continental shelf and the borders of ridges and seamounts and they reach the upper younger layers, indicating that neotectonic reactivation. The orientation and geometry of the RFZ shaped the present-day geometry of the Brazilian margin, characterized by E-W- and NW-SE-trending sectors, and the evolution of the Pará-Maranhão, Ceará, and mainly the Barreirinhas basin.. Keywords: seafloor, Equatorial Atlantic, Northeastern Brazil, Transform margin, Fracture Zone, Romanche.. iii.
(7) Lista de Figuras Figura 1.1: Mapa de anomalias gravimétricas ar-livre do Atlântico Equatorial e Sul, destacando a área de estudo (retângulo branco). RFZ: zona de fratura p. 2. Romanche, StPFZ: zona de fratura São Paulo, CFZ: zona de fratura Chain. Figura. 2.1:. Esquema. contato transformante. da. evolução. de. continente-continente;. margens. transformantes.. 2: contato. 1:. transformante. continente-margem extensional; 3: contato transformante continente-oceano; 4: contato passivo continente-oceano (modificado de Sage et al., 2000).. p. 7. Figura 3.1: Mapa batimétrico da área de estudo com a localização dos segmentos interpretados das seções sísmicas (linhas brancas numeradas) e o segmento da L501 utilizado na modelagem 2D (linha azul). ZFR: zona de fratura Romanche, ZFSP: zona de fratura São Paulo, ZFC: zona de fratura Chain, cc: crosta continental, co: crosta oceânica, ms: montes submarinos, tl: talude.. p. 15. Figura 3.2: Fluxograma do Matched Filter aplicado aos dados de anomalias Bouguer (A). Em B: curva de espectro de potência, C: três segmentos de reta, representando os diferentes gradientes para as três diferentes profundidades selecionadas, D-F: mapas de anomalias gravimétricas Bouguer gerados, G: mapa de anomalias gravimétricas ar-livre.. p.16. Figura 3.3: Fluxograma do Matched Filter aplicado aos dados magnéticos de campo anômalo (A). Em B: curva de espectro, C: quatro retas representando os diferentes ângulos para as quatro diferentes profundidades selecionadas, D-G: mapas magnéticos gerados.. p. 17. Figura 3.4: Fluxograma de processamento dos dados sísmicos do projeto LEPLAC III, de acordo com Campos (1992).. p. 19. Figura 3.5: Seções sísmicas LEPLAC: as seções L501 (A), L502 (B), L503 (C). iv.
(8) e L504 (D) têm trend NE-SW e a seção L513 (E) tem trend NW-SE e atravessa as demais seções ortogonalmente. A extensão da ZFR é baseada no mapa de anomalias magnéticas intermediárias II. RFZ é a ZFR; TWT é o tempo duplo em segundos; a distância é em quilômetros; linhas amarelas são as faltas; linhas vermelhas são o topo do embasamento. A localização das seções sísmicas na MEB encontra-se na Figura 3.1.. p. 20. Figura 3.6: Modelo gravimétrico 2D de trecho da MEB ao longo da seção sísmica L501. (A) perfil das anomalias gravimétricas observadas e calculadas; (B) Modelo crustal. Os valores de densidade usados estão sobre as respectivas estruturas. A indicação da localização da ZFR é baseada no mapa de anomalias magnéticas intermediárias II. COB é o limite entre as crostas continentais e oceânicas.. p. 21. Figura 4.1 – Free-air gravity map showing the main oceanic fracture zones and mid-ocean ridge of the Equatorial Atlantic between South America and Africa. Rectangle showing the location of the study area in the Equatorial margin of Brazil. The black lines mark the fracture zone. The box indicates the location of the study area. Key: StPFZ, Saint Paul fracture zone; RFZ, Romanche fracture zone; CFZ, Chain fracture zone; BT, Benue trough. Gravity map after Sandwell and Smith (2009).. p. 53. Figura 4.2 - Seafloor bathymetry: (A) map of study area with relief shaded by seafloor slopes (data from the National Oceanic & Atmospheric Administration, NOAA). The main bathymetric features are (cs) the continental shelf developed on continental crust; (sl) the continental slope formed close to the COB, (SB) a broad sedimentary basin on an abyssal plain, which was formed on oceanic crust and is located to the south of the RFZ; (NB) a broad sedimentary basin north of the RFZ on an abyssal plain; and (sm) seamounts. The bold black lines mark the boundaries of the fracture zones; the white lines mark the seismic lines used in this study; the blue line marks the 2D crustal model. (B) Interpretation of the bathymetric map showing main features of the margin:. v.
(9) PMB, Pará-Maranhão Basin; BB, Barreirinhas Basin; CB, Ceará Basin. The red lines mark the major rift faults of the sedimentary basins.. p. 54. Figura 4.3 – Magnetic data and interpretation: (A) map of intermediate anomalies; (B) map of shallow anomalies; (C) map of intermediate magnetic anomalies with the isochrons (after Müller et al., 2008); (D) interpretation of positive magnetic anomalies from (A) and location of the continental-oceanic boundary. Key: StPFZ, Saint Paul fracture zone; RFZ, Romanche fracture zone; CFZ, Chain fracture zone; COB, continental-ocean boundary; ecc, extended continental crust; cc, continental crust.. p. 55. Figura 4.4 – Gravity maps: (A) free-air map, (B) map of deep anomalies, (C) map of intermediate anomalies, (D) map of shallow anomalies. Key: StPFZ, Saint Paul fracture zone; RFZ, Romanche fracture zone; CFZ, Chain fracture zone; sm, seamounts.. p. 56. Figura 4.5 – Reflection seismic lines used from the Leplac project (Brazilian Navy): (A), (B), (C) and (D) are NE-SW-trending lines, whereas (E) trends NWSE and orthogonally crosses the previous four lines. The width of the RFZ was derived from the magnetic maps in Fig. 3. Key: RFZ, Romanche fracture zone. Yellow lines mark the major faults; the red line marks the top of the oceanic crust; the purple line marks multiples. The locations of the seismic lines are provided in Fig. 2.. p. 57. Figura 4.6 – 2D joint gravity-seismic modeling of the transform margin along the Leplac L501: (A) observed and calculated gravity anomalies; (B) crustal model. Density values used in the model are plotted directly onto the respective layer. The location of the RFZ was derived from the magnetic maps in Fig. 2. The location of the 2D model is provided in Fig. 4. Key: COB, continental-oceanic boundary; RFZ, Romanche fracture zone.. p. 58. Figura 4.7 – Schematic evolution of the Romanche fracture zone: (A) intracontinental rifting, (B) continental transform, (C) continental-ocean vi.
(10) transform, (D) passive margin transform. Key: Continental crust, 2 – rifted continental crust, 3 – positive and negative magnetic anomalies in oceanic crust; MAR, Mid-Atlantic ridge; C34, isochron 34 (white trace). Half arrows indicate sense of shearing along fracture zone; white arrows indicate direction of oceanic spreading center opening.. p. 59. vii.
(11) Lista de Tabelas Tabela 3.1: Profundidades das fontes causadoras dos mapas potenciais gerados. FP: Fontes Profundas, FI1: Fontes Intermediárias I, FI2: Fontes Intermediárias II; FR: Fontes Rasas.. p. 17. Tabela 4.1: Depth zones of the potential field causative sources in the Brazilian Equatorial Margin estimated by a matched filter.. p. 52. Tabela de Abreviaturas CMA. cadeia meso-atlântica. CMO. cadeia meso-oceânica. COB. interface entre as crostas continental e oceânica. MEB. margem equatorial brasileira. ZFC, CFZ. zona de fratura Chain. ZFO. zona de fratura oceânica. ZFO’s. zonas de fratura oceânicas. ZFSP, StPFZ. zona de fratura São Paulo. ZFR, RFZ. zona de fratura Romanche. viii.
(12) Sumário Agradecimentos ............................................................................................................. i Resumo .......................................................................................................................... ii Abstract ........................................................................................................................ iii Lista de Figuras ........................................................................................................... iv Lista de Tabelas ......................................................................................................... viii Tabela de Abreviaturas ............................................................................................. viii SUMÁRIO ...................................................................................................................... ix 1. – INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1. 1.1 – Apresentação e área de estudo ............................................................................. 1 1.2 – Justificativas ........................................................................................................... 1 1.3 – Objetivos ................................................................................................................ 4 2. – CONTEXTO GEOLÓGICO DA ÁREA DE ESTUDO ............................................ 6. 2.1 – A Margem Equatorial Brasileira ............................................................................. 6 2.2 – Zonas de Fratura Oceânicas e Falhas Transformantes ........................................ 9 2.3 – Zonas de Fratura Oceânicas da Margem Equatorial Brasileira ........................... 10 2.4 – A Zona de Fratura Romanche e a Margem Equatorial Brasileira ........................ 11 3. – MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 13. 3.1 – Métodos usados e banco de dados ..................................................................... 13 3.2 – Mapas potenciais e seções sísmicas de reflexão ................................................ 15 3.2.1 – Mapas gravimétricos e magnéticos ................................................................ 15 3.2.2 – Seções sísmicas ............................................................................................. 18 3.2.3 – Modelagem gravimétrica 2D ........................................................................... 20 3.3 – Morfologia oceânica da margem equatorial leste ................................................ 22 4. – ARTIGO: The Romanche fracture zone in the Equatorial margin of Brazil: implications for a transform margin evolution ……………....….… 23. 5. – CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 60. REFERÊNCIAS ………………………............................................................................ 64. ix.
(13) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ 1. – INTRODUÇÃO. 1.1 – Apresentação e área de estudo O presente trabalho é um dos requisitos necessários para a conclusão do curso de mestrado do Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (PPGG-UFRN). Esta pesquisa foi desenvolvida sob a orientação do Prof. Dr. David Lopes de Castro e coorientação do Prof. Dr. Francisco Hilário Rego Bezerra e tem como meta principal analisar a evolução tectônica da Zona de Fratura Romanche (ZFR), na Margem Equatorial Brasileira (MEB). A área de estudo compreende a seção oeste da ZFR, localizada entre as zonas de fratura São Paulo ao Norte e Chain ao Sul, tendo sua extensão a Oeste delimitada pela MEB, e a Leste pela Cadeia Meso-Oceânica do Atlântico Sul, ou Cadeia Meso-Atlântica (CMA) (Figura 1). 1.2 – Justificativas De acordo com Bonatti (2007), margens continentais ativas correspondem aos limites convergentes, onde há intensa sismicidade e ocorrem estruturas como as grandes cordilheiras e fossas oceânicas. Elas são encontradas onde uma zona de subducção ou uma falha transformante coincide com uma interface continenteoceano. Exemplos são os sistemas de arco da margem continental nos Andes e no Japão e a falha transformante de San Andreas, na Califórnia (Condie, 1997). As margens continentais passivas correspondem aos limites divergentes, ocorrendo ao longo das bordas das bacias oceânicas de abertura, como a bacia atlântica, onde destacam-se estruturas como as cadeias meso-oceânicas, as zonas de fratura oceânicas e os montes e vulcões submarinos. Estas margens são caracterizadas por atividade tectônica e ígnea mínima (Bonatti, 2007; Gurnis, 2007; Condie, 1997), onde se destaca a presença de grandes Zonas de Fratura Oceânicas (ZFO’s) (ver o subitem 2.2).. 1.
(14) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________. Figura 1.1: Mapa de anomalias gravimétricas ar-livre do Atlântico Equatorial e Sul, destacando a área de estudo (retângulo branco). RFZ: zona de fratura Romanche, StPFZ: zona de fratura São Paulo, CFZ: zona de fratura Chain. É neste contexto de margem continental passiva que se encaixa a margem continental brasileira. De acordo com Milani & Thomaz Filho (2000) a evolução tectono-sedimentar da margem continental brasileira pode ser dividida em três setores, de sul a norte: margem leste, margem equatorial e segmento do Atlântico central. Enquanto a margem leste e o segmento do Atlântico central se formaram através de mecanismos tectônicos basicamente distensionais, a margem equatorial se formou através de mecanismos tectônicos predominantX. emente. transformantes, devido à intensa atuação das zonas de fratura oceânicas. Assim, a ZFR situa-se em um contexto de margem passiva que, apesar de corresponder a um limite divergente de placas tectônicas, teve seu processo evolutivo marcado pela movimentação lateral das grandes zonas de fratura oceânicas, que atuam como falhas de transferência, permitindo o deslocamento entre as placas tectônicas. Devido a esta caraterística da evolução tectono-sedimentar da margem equatorial, o processo de rifteamento do Atlântico Equatorial pode ser dividido em. 2.
(15) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ quatro fases: (1) rifte intracontinental, (2) transformante continental, (3) transformante continente-oceano, e (4) margem passiva transformante (Basile, 2015; Sage et al., 2000; Blarez & Macle, 1988; Macle & Blarez, 1987). Em comparação com margens continentais dos tipos convergente e divergente, as margens continentais transformantes são pouco investigadas (Basile, 2015). Assim, diversos aspectos das margens transformantes necessitam de maior investigação quanto a suas características e evolução. Esta pesquisa visa preencher a lacuna científica que é a compreensão da zona de fratura oceânica Romanche, inserida neste contexto de margens transformantes, especificamente na MEB. Embora a ZFR esteja entre as maiores estruturas geológicas existentes no planeta, ela é ainda pouco conhecida quanto às suas características gerais, evolução e influência na formação da margem continental e das bacias sedimentares adjacentes. Assim, as três principais lacunas são descritas a seguir: a) A primeira lacuna refere-se ao papel que as ZFO’s exercem na deformação de placas litosféricas. De acordo com a tectônica de placas, as placas litosféricas são rígidas e não apresentam deformação interna considerável (Bullard et al., 1965). Assim, o prolongamento das falhas transformantes fora dos limites ativos, foi considerado inativo (Fairhead & Binks, 1991). No entanto, uma reconstrução coerente entre os continentes na sua configuração anterior à separação foi possível apenas quando a deformação interna da placa foi considerada. Por exemplo, Pindell & Dewey (1982) chegaram a um ajuste entre a África Ocidental e a MEB ao permitir que a placa africana se deformasse durante a separação. Outro trabalho sugere que as ZFO’s que se estendem da margem continental do Brasil para a margem da África Ocidental foram reativadas e o interior das placas se deformou muito depois da ruptura entre a América do Sul e a África (Fairhead e Binks, 1991). Esta interpretação é consistente com a forte assinatura gravimétrica da ZFR e outras zonas de fratura. b) Muitas ZFO’s ainda não foram caracterizadas em sua extensão até a crosta continental. Entre as plataformas sul-americana e africana, a crosta continental começou a o romper no início do Albiano, formando grábens com 3.
(16) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ a deposição de sedimentos clásticos continentais (Blarez e Mascle, 1988). Na MEB, a falha transtensional gerou uma série de depocentros com direção NW-SE (Matos, 2000). A propagação do Atlântico equatorial teve início em ~ 110 Ma, quando a última conexão entre os dois continentes foi rompida (Nemcok et al., 2012; Heine & Brune, 2014). No entanto, esta fase inicial da ZFR foi escassamente documentada, carecendo de maior análise em diversos aspectos, como o comportamento das faixas magnéticas nos períodos iniciais do espalhamento oceânico. c) As. maiores. zonas. de. fratura. no. Atlântico. Equatorial. evoluíram. significativamente ao longo do tempo (Bonatti et al., 1991). As zonas de fratura São Paulo, Romanche e Chain são marcadas por vales profundos, sub-paralelos às cadeias transversais. Entretanto, ocorreram diversos períodos de alteração nas direções das linhas de fluxo, ocasionando transpressão induzida e deslocamentos verticais entre blocos nos limites das zonas de fratura (Bonatti et al., 1978; Tucholke & Schouten, 1988; Klitgord & Schouten, 1986). Essas zonas de fratura parecem ser caracterizadas por uma ampla zona de falha (Azevedo, 1991; Davison et al., 2016), mas carecem de uma melhor definição da geometria de falha ao longo de sua extensão. A deformação relacionada à ZFR mais próxima dos continentes, por exemplo, concentra-se em bacias sedimentares em uma faixa de cerca de 70 km de largura (Azevedo, 1987; Attoh et al., 2004; Davison et al., 2016). Mas estruturas. estreitas. como. curvaturas. transpressionais. na. zona. de. cisalhamento induziram concentração de tensões e elevação local em algumas zonas de fratura como a São Paulo (Maia et al., 2016). Essas estruturas não foram observadas em outras zonas de fratura/falhas transformantes, o que indica que a evolução das zonas de fratura ainda está mal descrita. 1.3 – Objetivos Este estudo foi realizado através da integração de dados gravimétricos, magnéticos, batimétricos e sísmicos para analisar as características e evolução da zona de fratura Romanche na Margem Equatorial Brasileira.. 4.
(17) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ Os objetivos específicos foram os seguintes: (a) identificar e analisar o arcabouço estrutural da MEB e regiões adjacentes e delimitar a deformação gerada pela ZFR nas crostas continental e oceânica, e nas bacias sedimentares adjacentes; (b) analisar a evolução da ZFR e sua relação com a MEB; (c) delimitar lateralmente as crostas continental e oceânica (COB), e seus limites inferiores com a Descontinuidade de Mohovicic (Moho); (d) delinear a extensão da ZFR até a margem continental brasileira; (e) verificar se a ZFR apresenta atividade tectônica em seu estágio intraplaca (pós-rifte).. 5.
(18) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ 2 – CONTEXTO GEOLÓGICO DA ÁREA DE ESTUDO 2.1 - A margem equatorial brasileira A margem equatorial brasileira é uma margem do tipo transformante e teve sua formação no processo de separação dos continentes sul-americano e africano, que se iniciou como um sistema de falhas transcorrentes continentecontinente (Azevedo, 1991; Matos, 2000; Condé, 2007). As principais zonas transformantes acomodaram o deslocamento inicial do rifteamento oblíquo entre as placas litosféricas (Greenroyd et al., 2004; Antobreh et al., 2009). De acordo com Mascle et al. (1996), o conceito de margem continental transformante desenvolveu-se a partir da década de 1970 porque levantamentos geofísicos de várias margens transformantes mostraram nitidamente que os limites. continente/oceano. nas. margens. transformantes. são. radicalmente. diferentes das margens passivas normais, no que se refere a estrutura da crosta, deformação, subsidência e história de sedimentação. Essas margens começaram a se desenvolver como margens oblíquas e evoluíram para um cenário transformante paralelo (Davison et al. 2016; Wilson et al., 2003; Matos, 2000). Esta evolução ocorreu por meio de falhas transformantes, que condicionaram os diferentes estágios evolutivos das bacias sedimentares nessa margem (Figura 2.1): (1) rifte intracontinental, (2) transformante continental, (3). transformante. continente-oceano,. e. (4). intra-oceânico. ou. margem. transformante passiva (Macle and Blarez, 1987; Mascle et al., 1988; Sage et al., 2000; Basile, 2015). Esses estágios tiveram uma evolução diacrônica em toda a margem transformante. Usamos a definição de margens transformantes com base na obliquidade do limite continente-oceano em comparação com o strike das falhas transformates (Mercier de Lepinay et al., 2016). De acordo com Basile (2015), uma margem pode ser considerada transformante quando esta obliquidade é de aproximadamente 25°. O estágio de rifte intracontinental ocorre entre duas crostas continentais de espessura e composição semelhantes (Sage et al., 2000).. 6.
(19) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________. Figura 2.1: Esquema da evolução de margens transformantes. 1: contato transformante continente-continente; 2: contato transformante continentemargem extensional; 3: contato transformante continente-oceano; 4: contato passivo continente-oceano (modificado de Sage et al., 2000). O rifte intracontinental (estágio 1) na margem equatorial atlântica ocorreu do Barremiano (~129 My) para o Aptiano tardio (~115 My), de acordo com Mascle et al. (1998) ou no Albian (~102 My), para Antobreh et al. (2009), quando ambos os continentes eram um único bloco continental. A extensão (estágio 2) teve um componente dextral que ocasionou a rápida elevação dos blocos crustais através da criação de bacias pull-apart tanto na África quanto na América do Sul. Os estágios iniciais da extensão da crosta continental produziram bacias intracontinentais isoladas que evoluíram para bacias offshore com direção de E-W para ENE-WSW (Azevedo, 1987; Matos, 2000). Esta extensão dos continentes resultou na formação de quatro bacias sedimentares ao longo da extensão da MEB: Pará-Maranhão, Barreirinhas, Ceará e Potiguar (Matos, 1999). Estas bacias, assim como as da margem africana, 7.
(20) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ foram. preenchidas. com. espessas. sequências. sedimentares. continentais. (Trosdtorf et al., 2007). Este estágio durou ~ 20 My (Klitgord e Shouten, 1986; Nürnberg & Muller, 1991; Basile et al., 1998). A fase transformante continental acabou quando da primeira aparição de crosta oceânica, quando o cisalhamento transformante ocorreu entre dois blocos de propriedades mecânicas e térmicas diferentes (Sage et al., 2000), as crostas continental e oceânica (estágio 3). O segmento de direção NW-SE da MEB marca a posição do centro de espalhamento inicial, como já observado por Azevedo (1991). Este segmento é compensado por uma falha transformante de direção EW. A possível idade deste centro de espalhamento inicial é neocretácea (Soares Junior, 2008). O último contato entre as crostas sul-americana e africana marca o início do estágio intra-oceânico de falha transformante (estágio 4), em torno do Santoniano (Mascle et al., 1988; Basile et al., 1993, Mascle et al., 1998). Antes deste período, as águas do Atlântico Central e Sul estavam conectadas (~ 100-90 My) (Antobreh et al., 2009) e a topografia da cadeia da ZFR começou a induzir um efeito de barragem, impedindo os sedimentos do continente e plataforma de contornar a bacia da Costa do Marfim na África Equatorial (Mascle et al., 1998). Um efeito de represamento similar ocorreu na MEB, onde parte dos sedimentos detríticos foi impedida de atingir a bacia sedimentar ao norte da ZFR (figuras 3.1, 4.3 e 4.5). Este estágio durou ~80 My (Klitgord e Shouten, 1986; Nürnberg e Muller, 1991; Basile et al., 1998). Pelo Coniaciano (~ 90 Ma), a falha transformante Romanche já era uma falha transformante oceano-oceano totalmente desenvolvida, com um vale transformate sísmicamente ativo que rompeu e deslocou cerca de 950 km da cadeia meso-oceânica (Bonatti et al., 1991; Honnorez et al., 1991). O espalhamento oceânico começou entre os últimos tempos de Aptiano e Albiano e a última conexão entre as placas sul-americanas e africanas foi rompida por volta do início do Cenomaniano (Mascle e Blarez, 1987; Blarez e Mascle, 1988). Pelo Santoniano, abundante crosta oceânica foi formada. Ao mesmo tempo, a margem passiva registrou um aumento na deposição de clastos e subsidência térmica que estava afetando as bacias marginais e a plataforma offshore (Sage et al., 2000).. 8.
(21) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ 2.2 – Zonas de Fratura Oceânicas e Falhas Transformantes As ZFO’s são estruturas fundamentais no limite de placas tectônicas, pois harmonizam movimentos laterais das placas e ligam seus limites divergentes e/ou convergentes (Wilson, 1965), exercendo papel de falhas de transferência. A região onde as ZFO’s se instalam apresenta atividade sísmica intensa proveniente dos deslocamentos laterais entre as placas litosféricas que se deslocam em sentido relativo oposto (Quental, 2002). As ZFO’s são consideradas falhas ativas somente entre dois segmentos de cume da Cadeia Meso-Oceânica (CMO), onde são chamadas de falhas transformantes. A porção além dos dois cumes de CMO costuma ser considerada inativa, devido à ocorrência de pouca ou nenhuma atividade sísmica (Wilson, 1965) e é chamada apenas de zona de fratura oceânica. Assim, as ZFO’s são estruturas tectônicas lineares profundas, existentes no fundo dos oceanos, perpendiculares às cadeias meso-oceânicas e formam estruturas permanentes na litosfera oceânica. Elas podem possuir um único segmento ou serem duplas, triplas e até quádruplas (Cande et al., 1988). Wilson (1965) propôs que o deslocamento em várias e extensas zonas de fratura no Atlântico equatorial teve origem no padrão inicial de rifteamento continental, uma vez que o deslocamento do atual eixo da CMO é quase o mesmo que o deslocamento das margens de ambos lados. Este deslocamento é evidenciado por antigas linhas do fluxo de crescimento do assoalho oceânico, que são facilmente visualizadas em sua extensão até próximo à margem continental em mapas magnéticos (Figura 4.3). Na região intraplaca, terremotos tendem a se concentrar ao longo de zonas de fraqueza pré-existentes, dentro de áreas afetadas por orogêneses que antecederam o processo de abertura dos oceanos atuais (Sykes, 1978). Wilson (1965) levantou a hipótese de que as principais zonas de fratura tendem a se desenvolver perto de antigas de zonas de fraqueza nos continentes. A possibilidade de reativação de ZFO’s parece adequar-se especialmente bem ao caso das margens passivas, tais como as margens do Atlântico Equatorial entre a América do Sul e África. Esta área é cortada por algumas das maiores ZFO’s do planeta, as zonas de fratura Romanche, São Paulo e Chain.. 9.
(22) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ Aparentemente, estas estruturas continuam controlando a arquitetura de bacias sedimentares ao longo da margem equatorial brasileira (Almeida, 2006). 2.3 - Zonas de Fratura Oceânicas da Margem Equatorial Brasileira A MEB é marcada pelas zonas de fratura São Paulo, Romanche e Chain, que influenciaram a segmentação das margens conjugadas entre América do Sul e África (Brownfield & Charpentier, 2006; Greenroyd et al., 2008). Estas zonas de fratura pertencem à categoria de falhas transoceânicas, atravessando não apenas a zona axial da cordilheira meso-oceânica do Oceano Atlântico e seus flancos, mas também o fundo das bacias oceânicas adjacentes ao cume e margens continentais da África e da América do Sul (Udintsev, 1996). A expressão das ZFO’s próximas à costa do nordeste do Brasil é difícil de ser visualizada em mapas batimétricos porque seu formato é geralmente coberto por um espesso pacote sedimentar. Assim como na África, as ZFO’s dividem a margem continental brasileira em segmentos ao longo dos quais bacias sedimentares parecem ter se desenvolvido de forma independente (Sykes, 1978). Em águas profundas, há a presença de montes submarinos cortando e/ou intercalando-se na sequência sedimentar. Este fato indica que o posicionamento dessas feições vulcânicas ocorreu em pulsos sucessivos. Estas feições aparecem ao longo da margem equatorial brasileira e podem estar relacionadas ao magmatismo fissural pós-rifte associado às ZFO’s de São Paulo, Romanche e Chain e aparentam terem origem no Neocretáceo e Mioceno (Moraes Neto et al., 2003). No Atlântico Equatorial, a área onde localizam-se as ZFO’s São Paulo, Romanche e Chain apresenta um registro histórico de sismicidade intraplaca relativamente intenso de terremotos acompanhados pela ocorrência onshore de paleo-sismos. Evidências de atividade sísmica e de deformação ao longo destas FZO’s supostamente inativas também demonstram que estas ZFO’s devem persistir como estruturas permanentes de fraqueza na litosfera. A presença de magmatismo co-linear recente com a Zona de Fratura Chain também reforça esta ideia (Perlingeiro, 2013).. 10.
(23) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ 2.4 - A Zona de Fratura Romanche e a Margem Equatorial Brasileira A ZFR representa uma das maiores zonas transformantes do planeta, com um rejeito de aproximadamente 950 km de extensão, sendo a segunda maior zona de falha transformante do planeta (Francheteau & Le Pichon, 1972; Gorini, 1977). Na placa sul-americana, essa zona de fratura intercepta a margem offshore africana em Costa do Marfim e Gana e, na América do Sul, a margem offshore do nordeste do Brasil (Brownfield & Charpentier, 2006). A evolução da ZFR começou como uma falha transformante continentecontinente durante o rifteamento das margens conjugadas da América do Sul e África (Bonatti et al., 1991), sendo inicialmente uma extensa faixa transtensional dextral (Davison et al., 2016). Uma mudança na direção do movimento das placas ocorreu durante o Albiano (~110 Ma), levando a uma movimentação transpressional dextral, que teve como resultado uma área de 500 km de extensão e 70 km de largura de zona de dobras e cinturões reversos (Zalán & Warmer, 1985; Azevedo, 1987; Davison et al., 2016). Uma das estruturas que se desenvolveu nas fases iniciais da ZFR foi a Bacia de Barreirinhas, no início do Aptiano. Esta bacia é um exemplo de bacia transtensional rômbica (Azevedo, 1991) decorrente da transcorrência dextral e projeção da ZFR na crosta continental (Trodstorf et al., 2007). A Bacia de Barreirinhas se originou a partir do desenvolvimento de sistemas de falhas normais com direções E-W e NW-SE, mergulhadas para norte (Soares Junior et al., 2008). Essa bacia tem direção aproximadamente E-W, com profundidade de 4 a 6 km (Azevedo, 1987; Matos, 2000) e é praticamente cortada ao meio pela ZFR (Trodstorf et al., 2007). Seu limite a sul é a Bacia do Ceará e a norte é a Bacia do Pará-Maranhão. Soares Junior et al. (2008) afirmam que a Barreirinhas é intensamente deformada, a sul da ZFR, por estruturas transpressionais cenomanianas, que atenuam sua intensidade ao se aproximar da borda sul da bacia. A norte da ZFR, a Bacia de Barreirinhas adquire um formato típico de bacia de margem passiva, passando quase que imperceptivelmente para a Bacia do Pará-Maranhão. A fase seguinte de evolução da ZFR (oceânica) seguiu o primeiro tectonismo intracontinental syn-rifte. A acreção oceânica teve início entre o final 11.
(24) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ do Aptiano e início do Albiano e a última conexão entre os dois continentes foi rompida por volta do início do Cenomaniano (Mascle e Blarez, 1987; Blarez e Mascle, 1988). A maior parte da crosta oceânica foi formada no Santoniano, e teve como resultado um incremento na deposição de sedimentos e na subsidência termal nas bacias da margem e plataforma offshore. Muitas inconformidades regionais foram formadas durante o final do Cretáceo e no Paleogeno (Brownfield & Charpentier, 2006). As informações que existem atualmente sobre a ZFR e sua possível interação com a plataforma continental e com o próprio continente são escassas. Porém, a plausibilidade da hipótese de que ZFO’s continuam influenciando o ambiente tectônico depois de serem consideradas inativas vem sendo apontada por um número crescente de pesquisadores (Storti et al., 2007; Delescluse, 2012; Almeida, 2006).. 12.
(25) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ 3 – MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 – Métodos usados e banco de dados Esta pesquisa foi realizada com base na integração de dados gravimétricos, magnéticos, sísmicos e batimétricos de fontes diversas, que permitiram analisar as características e evolução da ZFR na MEB de forma abrangente. Os métodos geofísicos potenciais baseiam-se em medições dos campos potenciais (magnético e gravimétrico) terrestres para inferir a geologia de subsuperfície. Estes métodos são técnicas eficientes para estudar o arcabouço estrutural da Terra de forma indireta, baseada em dados adquiridos em levantamentos terrestres, marinhos, aéreos e orbitais. Porém, os métodos potenciais são passíveis de ambiguidade na interpretação de seus dados, inerente a qualquer método indireto. Por isso, é necessária a integração de diferentes métodos, com o intuito de diminuir ao máximo a possibilidade de interpretações múltiplas. No método gravimétrico, a geologia de subsuperfície é inferida a partir das variações do campo gravitacional da Terra, relacionadas a diferenças de densidades das rochas em superfície e subsuperfície (Kearey et al., 2009). Este método pode ser útil para identificar a espessura crustal, cartografar diferentes domínios crustais, arquitetura interna de bacias sedimentares, feições estruturais como falhamentos, dobramentos e zonas de cisalhamento e a presença de corpos magmáticos. Já o método magnético investiga a geologia de subsuperfície a partir das anomalias de campo magnético terrestre, advindas das propriedades magnéticas presentes nas rochas da crosta superior (Kearey et al., 2009). A medição do campo magnético da Terra permite a identificação de trends do embasamento cristalino de bacias sedimentares, corpos magmáticos e variações de polaridade magnética na crosta oceânica. No caso deste estudo, este método é especialmente importante por mostrar as anomalias magnéticas de fundo oceânico. Ele permite identificar o limite entre as crostas oceânica e continental. 13.
(26) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ junto à MEB e espalhamento oceânico, baseado nas inversões de polaridade do campo geomagnético ao longo do tempo geológico. A sísmica de reflexão é o método mais utilizado para a investigação em subsuperfície de bacias sedimentares em mar profundo. Ela é baseada na medida do tempo de percurso de ondas acústicas geradas de forma controlada (Kearey et al., 2009). A sísmica de reflexão permite o mapeamento das interfaces sísmicas mais importantes, que correspondem a interfaces entre diferentes camadas sedimentares ou mesmo intrusões magmáticas. Quando os tempos de chegada das reflexões são convertidos em profundidade, é possível a elaboração de modelos geológicos da área investigada. Os dados gravimétricos e magnéticos utilizados para gerar os mapas apresentados nesta pesquisa são provenientes de bancos de dados do World Gravity Map (WGM2012), fornecidos pelo Bureau Gravimétrique International (BGI) (Bonvalot et al., 2012) e Earth Magnetic Anomaly Grid (EMAG2) (Maus et al., 2009), fornecidos pelo National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA), respectivamente. As anomalias gravimétricas do WGM2012 são derivadas de modelo de gravidade global EGM2008 (compilação de dados de terra, marinhos, aéreos e de altimetria e gravimetria de satélite) e incluem as correções de terreno de resolução 1’x1’ derivadas do modelo ETOPO1, que consideram a contribuição da maioria das massas superficiais (Balmino et al., 2012). O EMAG2 é um grid global de anomalias magnéticas da Terra elaborado a partir da compilação de dados magnéticos marinhos, aéreos e de satélite, com resolução de 2 minutos de arco e altitude de 4 km acima do geoide (Maus et al., 2009). Os dados gravimétricos utilizados na modelagem 2D, assim como as seções sísmicas, foram fornecidos pela Marinha do Brasil e são provenientes do Plano de Levantamento da Plataforma Continental Brasileira da Marinha do Brasil (seções L501, L502, L503 e L513 do LEPLAC-III, de 1988 e seção L504A do LEPLAC-V, de 1989 – Figura 3.1). Os dados batimétricos são do modelo ETOPO1, que é um modelo do relevo global da superfície da Terra de um minuto de arco, que integra dados de topografia e batimetria de diferentes conjuntos de dados globais e regionais, também disponibilizados pelo NOAA (Amante & Eakins 2009). 14.
(27) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________. Figura 3.1: Mapa batimétrico da área de estudo com a localização dos segmentos interpretados das seções sísmicas (linhas brancas numeradas) e o segmento da L501 utilizado na modelagem 2D (linha azul). ZFR: zona de fratura Romanche, ZFSP: zona de fratura São Paulo, ZFC: zona de fratura Chain, cc: crosta continental, co: crosta oceânica, ms: montes submarinos, tl: talude. 3.2 – Mapas potenciais e seções sísmicas de reflexão 3.2.1 – Mapas gravimétricos e magnéticos Primeiramente, os dados potenciais foram interpolados em células regulares de 0,0333 graus (ou ~3,7 km), usando o método da mínima curvatura. Então foram gerados os mapas de anomalias gravimétricas ar-livre e de anomalias gravimétricas Bouguer e o mapa do campo magnético anômalo (CMA) (figuras 3.2G, 3.2A e 3.3A, respectivamente). Nos dados de anomalias Bouguer e CMA, foi aplicada uma técnica de processamento chamada Matched Filter, utilizando o software Oasis (versão 7.2, da Geosoft). Este procedimento computacional permite separar anomalias dos campos potenciais em diferentes bandas de espectro, relacionadas a diferentes profundidades das fontes causadoras.. 15.
(28) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ O Matched Filter é baseado no princípio de que o efeito gravimétrico ou magnético das fontes anômalas, dispostas em diferentes zonas de profundidades, se manifestará como diferentes inclinações dos trechos de reta que formam o espectro de potência do sinal geofísico (Phillips, 2007). Foi feito então um ajuste automático das curvas de espectro com base nos mínimos quadrados, empregando o conceito de camadas equivalentes, que definem as profundidades médias máximas de cada conjunto de fontes na subsuperfície. A aplicação do Matched Filter nas anomalias Bouguer permitiu dividir o conteúdo espectral gravimétrico em três diferentes faixas de comprimento de onda, respectivas a fontes causativas profundas (ou regionais), intermediárias e rasas (residuais). As anomalias provenientes de fontes profundas são representadas pela interface crosta-manto e as de fontes rasas, pelos domínios crustais (Tabela 3.1 e Figura 3.2). mapa de anomalias gravimétricas Bouguer. mapa de anomalias gravimétricas ar-livre. A G. B. C. E. D anomalias de fontes profundas. F anomalias de fontes intermediárias. anomalias de fontes rasas. 16.
(29) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ Figura 3.2: Fluxograma do Matched Filter aplicado aos dados de anomalias Bouguer (A). Em B: curva de espectro de potência, C: três segmentos de reta, representando os diferentes gradientes para as três diferentes profundidades selecionadas, D-F: mapas de anomalias gravimétricas Bouguer gerados, G: mapa de anomalias gravimétricas ar-livre. Tabela 3.1: Profundidades das fontes causadoras dos mapas potenciais gerados. FP: Fontes Profundas, FI1: Fontes Intermediárias I, FI2: Fontes Intermediárias II (este mapa não foi gerado para os dados gravimétricos); FR: Fontes Rasas. Mapas. FP. FI1. FI2. FR. Gravimétricos. ~13,2 km. ~1,8 km. -. ~0,5 km. Magnéticos. ~13,5 km. ~3,7 km. ~1,3 km. ~0,15 km. A análise espectral dos dados magnéticos do CMA revelou quatro profundidades distintas para as fontes magnéticas: uma para fontes causativas profundas (ou regionais), duas para fontes intermediárias e uma para fontes rasas (residuais) (Figura 3.3 e Tabela 3.1).. 17.
(30) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ Figura 3.3: Fluxograma do Matched Filter aplicado aos dados magnéticos de campo anômalo (A). Em B: curva de espectro, C: quatro retas representando os diferentes ângulos para as quatro diferentes profundidades selecionadas, D-G: mapas magnéticos gerados. 3.2.2 – Seções sísmicas Os dados sísmicos utilizados nesta pesquisa passaram por processamento prévio padrão até empilhamento e migração em tempo (Figura 3.4). O tempo de aquisição foi de 12 segundos (tempo duplo). Foram utilizados trechos de seções sísmicas que totalizaram ~1300 km de extensão. Quatro das cinco seções sísmicas analisadas neste trabalho (L501, L502, L503 e L 504A) partem da plataforma continental, perpendicularmente à linha de costa, e cruzam a ZFR obliquamente a diferentes distâncias (quilômetros 15 a 240) da margem equatorial (Figura 3.1). Elas são espaçadas uma da outra em cerca de 90 km (Campos, 1992). A quinta seção (L513), de amarração, intercepta as demais perpendicularmente. Anteriormente à interpretação das seções sísmicas, foi aplicado um atributo combinado em todas as seções sísmicas, utilizando-se o software OpentDetect. A combinação do atributo traço de Hilbert com a Energia gera um efeito de pseudorelevo nas seções sísmicas. Este procedimento, conhecido como Técnica de Volume de Amplitude, foi desenvolvido por Bulhões (1999) e descrito por Reis et al. (2014) como uma técnica para gerar mapas de variação lateral de fácies sísmicas utilizando a RMS ou o valor absoluto de amplitude e uma melhor visualização da geometria de reservatórios de hidrocarbonetos. A interpretação sismoestratigráfica constou da identificação dos refletores referentes ao topo do embasamento cristalino e às falhas geológicas. Em seções sísmicas offshore, o topo do embasamento cristalino é identificado em seções sísmicas basicamente por ser um grande bloco de refletores (semi-)caóticos onde repousam. camadas. horizontais. plano-paralelas. referentes. às. bacias. sedimentares. A superfície referente às múltiplas do fundo oceânico foi marcada em todas as seções (Figura 3.5, traço roxo), devido à presença de muitos refletores. 18.
(31) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ contínuos e smiles (gerados devido à migração do dado com velocidade acima da real) no embasamento cristalino.. Figura 3.4: Fluxograma de processamento dos dados sísmicos do projeto LEPLAC III, de acordo com Campos (1992).. 19.
(32) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________. Figura 3.5: Seções sísmicas LEPLAC: as seções L501 (A), L502 (B), L503 (C) e L504 (D) têm direção NE-SW e a seção L513 (E) tem direção NW-SE e atravessa as demais seções ortogonalmente. A extensão da ZFR é baseada no mapa de anomalias magnéticas intermediárias II. RFZ é a ZFR; TWT é o tempo duplo em segundos; a distância é em quilômetros; linhas amarelas são as faltas; linhas vermelhas são o topo do embasamento. A localização das seções sísmicas na MEB encontra-se na Figura 3.1. 3.2.3 – Modelagem gravimétrica 2D Neste. estudo,. realizamos. uma. inversão. 2D. conjunta. de. dados. gravimétricos ao longo de um perfil sísmico, ambos do projeto LEPLAC (linha 20.
(33) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ azul, Figura 3.1). Foi realizada uma abordagem integrada do perfil gravimétrico com a seção sísmica interpretada, usando o software GM-SYS (Geosoft, 2007) para determinar a geometria do embasamento cristalino e das bacias sedimentares, bem como a localização da COB e, principalmente, identificar a deformação gerada pela ZFR (Figura 3.6).. Figura 3.6: Modelo gravimétrico 2D de trecho da MEB ao longo da seção sísmica L501. (A) perfil das anomalias gravimétricas observadas e calculadas; (B) Modelo crustal. Os valores de densidade usados estão sobre as respectivas estruturas e a unidade é g/cm³. A indicação da localização da ZFR é baseada no mapa de anomalias magnéticas intermediárias II. COB é o limite entre as crostas continental e oceânica. A geometria dos horizontes sísmicos (base da lâmina d’água, topo do embasamento cristalino) foi obtida a partir da interpretação sismoestratigráfica descrita no item anterior e a inversão de tempo em profundidade foi feita automaticamente pelo software. Os valores das densidades e velocidades de cada estrutura modelada foram baseadas no trabalho de Klingelhoefer et al. (2015) e foram modelados interativamente, assim como a descontinuidade de Moho, pois não foi possível identifica-la na seção sísmica. De acordo com de Castro et al. (2016), a diferença entre anomalias observadas e calculadas é referente à contribuição gravimétrica das rochas 21.
(34) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ desconhecidas do embasamento, que não possuem expressão óbvia nas seções sísmicas. A geometria do modelo resultante mostra o topo do embasamento e a sequência sedimentar disposta sobre ele, com destaque para as alterações de profundidades da base do embasamento cristalino causadas pela presença de montes submarinos e da ZFR. 3.3 – Morfologia oceânica da margem equatorial leste Os dados de batimetria do ETOPO1 foram gerados a partir de conjuntos de dados digitais globais e regionais, que foram alterados para datums horizontais e verticais comuns e avaliados e editados quando necessário. ETOPO1 é verticalmente referenciado no nível do mar e referenciado horizontalmente pelo World Geodetic System de 1984 (WGS 84). O tamanho da célula é um minuto de arco (Amante & Eakin 2009). Para esta pesquisa, os dados foram interpolados em um grid de 0,0167 graus (~1,86 km). Na plataforma continental, a morfologia da MEB apresenta um declive leve e praticamente constante de -0,4 m, na linha de costa, a -34 m na quebra da plataforma (Figura 3.1). A partir daí, o talude atinge profundidades de mais de 3.000 m. A elevação continental apresenta um declive mais acentuado que a plataforma, indo de ~-3.500 m a ~-4.100 m. A planície abissal atinge profundidades máximas próximas a 5.000 m. Há um alinhamento E-W de montes submarinos próximo à latitude de 4° Sul, desde as regiões oceânicas até próximo à plataforma continental. Os montes submarinos estão paralelos à zona de fratura Chain e sofrem uma inflexão para NW próximo a margem continental (longitude de 37° W – Figura 3.1). A série de montes submarinos cruza obliquamente a ZFR, seguindo até a zona de fratura São Paulo. Alguns destes montes submarinos se alinham com a ZFR. A elevação destes montes submarinos varia de algumas dezenas de metros a mais de dois quilômetros em relação ao fundo oceânico adjacente. Ao longo da ZFR, ocorre uma série de elevações com orientação E-W (Figura 3.1). Porém, entre 33,5º e 35° W de longitude as elevações são bastante incipientes ou mesmo ausentes, sugerindo que o fluxo magmático canalizado pela ZFR ocorreu de forma heterogênea. 22.
(35) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ 4-. Artigo: The Romanche fracture zone in the Equatorial margin of Brazil:. implications for transform margin evolution. Submetido à Marine Geology em 06/07/2017.. 23.
(36) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ The Romanche fracture zone in the Equatorial margin of Brazil: implications for transform margin evolution Aline C. Tavares1, David L. de Castro1, Francisco H. Bezerra1, Paola Vannucchi2, David Iacopini3, Luigi Jovane4, Helenice Vital1 1 – Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 59078-970, RN, Brazil 2 – Royal Holloway, University of London, Egham, Surrey, United Kingdom 3 – University of Aberdeen, Aberdeen, Aberdeenshire, United Kingdom 4 – Universidade de São Paulo, São Paulo, Estado de São Paulo, Brazil * Corresponding author: [email protected], 55 84 33422277. 24.
(37) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ Abstract This paper addresses the evolution of the Romanche Fracture Zone (RFZ), on the Equatorial margin of Brazil, using a combination of magnetic, gravity and reflection seismic data. The interpreted data allowed the determination of the crustal structure of the continent-ocean crust by a 2D gravity modeling constrained by seismic data. South America and Africa were rifted as an oblique margin following angles of 26o-30o in relation to the E-W-striking transform fault from the Barremian (~129 Ma) to the late Aptian (~115 Ma). Shearing between these continental blocks ceased with the appearance of the first oceanic crust in the Albian (~110 Ma). Importantly, the geometry and orientations of early oceanic spreading centers followed continental breakup and were oblique to the transform. The spreading centers north and south of the RFZ rotated clockwise and became orthogonal to the transform at isochron 34 (Santonian; ~83.5 ± 8 Ma), an event in which the fracture zone reached its passive stage. As a result of this same event, the present-day Brazilian Equatorial margin is controlled by NW-SE- and E-W-trending structures. The former is related to the spreading centers formed during the first generation of oceanic crust on the margin, while the latter corresponds to the sites where the fracture zone intercepts the continental shelf. Our results indicate that the RFZ forms well-defined ridges in the Equatorial Atlantic, where it rises up to ~ 2.5 km above surrounding basins. These ridges prevented the deposition of a significant volume of sediment sourced from the continent, acting as a topographic barrier. Neotectonic reactivation of the fracture zone along the continental-oceanic lithospheric boundary (COB) indicates that the RFZ is a long-lived fault. Keywords: Equatorial Atlantic, Northeastern Brazil, Transform margin, Fracture Zone, Romanche. 1. Introduction Transform continental margins have been seldom investigated when compared to divergent and convergent margins (Basile, 2015). For example, one of the few scientific drilling expeditions dedicated to a transform margin was the International Ocean Drilling Program Leg 159 off West Africa on the eastern termination of the Romanche Fracture Zone (RFZ) (Mascle et al., 1996, 1997). Because of this 25.
(38) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ relative lack of information on transform continental margins, their structural and depositional architectures, and associated fracture zones, are still poorly understood. The Equatorial Atlantic, studied in this paper, is marked by largeoffset transform faults/fracture zones such as Saint Paul (StPFZ), Romanche (RFZ) and Chain (CFZ), which have influenced the segmentation of the Equatorial margins of South America and West Africa (Brownfield and Charpentier, 2006; Greenroyd et al., 2008). During breakup evolution, these margins started to develop as oblique margins in the early Albian and evolved into a transformparallel setting from the late Cretaceous (Matos, 2000; Wilson et al., 2003; Davison et al., 2016). In the Equatorial Atlantic, the RFZ plays a unique role. It is the world’s longest fracture zone to offset continental margins and can be traced for 3200 km from South America to West Africa and offsets the Mid-Atlantic Ridge by ~950 km (Heezen et al., 1964, Bonatti, 1973; Emery et al., 1975; Gorini, 1977). Multiple aspects are still under debate about the evolution of transform margins. The first aspect relates to how major oceanic transform faults/fracture zones in the Equatorial Atlantic evolved through time (Bonatti et al., 1991). The Kane, Saint Paul, Romanche, and Chain transform faults show deep transform valleys that are sub-parallel to transverse ridges. However, systematic changes in movement and regional stresses have occurred throughout their evolution to induce important transpression and uplift between crustal blocks generated between the transform faults (Bonatti et al., 1978; Tucholke and Schouten, 1988; Klitgord and Schouten, 1986). These fracture zones in the Equatorial Atlantic seem to be characterized by broad zones of mixed strike-slip and extensional faulting (Azevedo, 1991; Davison et al., 2016), but they lack well-defined fault zones. For example, closer to West Africa and Brazil, deformation related to the RFZ is concentrated along a 70-kmwide corridor (Azevedo, 1987; Attoh et al., 2004; Davison et al., 2016). In contrast, narrow structures such as transpressional (or restraining) bends in some fracture zones such as Saint Paul's are known to have caused local uplift and important concentration of local strain (Maia et al., 2016). Such transpressional (or restraining) bends structures have not been observed in other fracture zones/transform faults (Bonatti et al., 1991).. 26.
(39) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ A second aspect relates to the fact that fracture zones around the world have not been fully studied all the way into continental crust. Continental crust between South America and Africa records an early Albian onset of continental breakup, (Blarez and Mascle, 1988). In the Brazilian Equatorial margin, transtensional faulting generated a series of NW-SE-trending depocenters (Matos, 2000). Ocean spreading was initiated at ~110 Ma, when the last connection between the two continents was breached (Nemcǐok et al., 2012; Heine and Brune, 2014). However, detailed information about the continental breakup event, such as the orientation of the early spreading centers, have been poorly documented. A third aspect concerns the role of fracture zones in the wider deformation of tectonic plates. According to the theory, tectonic plates are rigid and do not record major internal deformation (Bullard et al., 1965). Fracture zones, i.e., the prolongation of transform faults outside the active ridges, have thus been considered inactive in the published models (Fairhead and Binks, 1991). However, a tight-fitting reconstruction between continents during their pre-breakup configuration can only been achieved when internal plate deformation is considered. For example, Pindell and Dewey (1982) attempted a tight fit between West Africa and the Brazilian continental margin only by allowing the African plate to deform during continental breakup along the Benue Trough (Fig. 1). Recent work suggests that the fracture zones extending from the continental margin of Brazil to West Africa have been significantly reactivated and tectonic plates were deformed long after South America and Africa broke apart (Fairhead and Binks, 1991). In this work, we use potential magnetic and gravity data, combined with seismic reflection data, to address the evolution of the RFZ along the Equatorial margin of Brazil and unravel its geometry and evolution from the continental to the oceanic phase. In addition, we delimit in better detail the orientation of the first oceanic spreading centers and their rotation in relation to the continent. The study area encompasses the western part of the RFZ; the Saint Paul Fracture Zone (StPFZ) is the northern limit and the Chain Fracture Zone (CFZ) is the southern limit of the. 27.
(40) TAVARES, A.C.. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO – PPGG/UFRN. ______________________________________________________________ area (Fig. 1). These fracture zones also record the transform margin’s early evolution. 2. Tectonic setting: the Romanche and the Equatorial margin of Brazil The RFZ, the focus of this study, extends between 5o N and 3o S along the Equatorial Atlantic, crossing the entire length of the ocean floor between the Equatorial margins of South America and Africa (Fig. 1). It records 950 km of offset, being the second longest fracture zone in the world (Francheteau and Le Pichon, 1972; Gorini, 1977). The RFZ intercepts the African margin offshore Côte d’Ivoire and Ghana and extends to the South American margin off northeastern Brazil. Both continental margins are influenced by the transform (Fig. 1) (e.g., Brownfield and Charpentier, 2006). Plate reconstructions indicate that continental rifting between South America and Africa started in the late Jurassic and proceeded to the early Cretaceous, superimposed across Paleozoic basins and a Precambrian crystalline basement (Mascle et al., 1988; Binks and Fairhead, 1992; Guiraud and Maurin, 1992). On the Equatorial margin, the advanced rifting leading to breakup stage (cf. Manatschal, 2004; Alves et al., 2009) was initiated in the Neocomian - no fossil record exists prior to this period – in the form of dextral strike-slip movements (Azevedo, 1991; Matos, 2000; Condé et al., 2007). Major transform zones accommodated this initial movement, which accompanied oblique rifting between Equatorial Brazil and West Africa (Greenroyd et al., 2008; Antobreh et al., 2009). The RFZ was generated as a continent-continent transform fault during continental rifting (Bonatti et al., 1991), and was originally a dextral transtensional corridor (Davison et al., 2016). A change in the direction of plate movement occurred in the Albian (~ 110 Ma), when Africa became fully separated from South America and evolved into a continent-ocean transform fault. This event caused dextral transpression, resulting in a 70-km-wide and 500-km-long zone of folds and thrust belts in the Equatorial margin of Brazil (Zálan and Warmer, 1985; Azevedo, 1987; Davison et al., 2016).. 28.
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