Estudo da atividade sísmica em Irauçuba-CE entre setembro de 2015 a março de 2016

Texto

(1)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. ESTUDO DA ATIVIDADE SÍSMICA EM IRAUÇUBA - CE ENTRE SETEMBRO DE 2015 A MARÇO DE 2016. EDUARDO ALEXANDRE SANTOS DE MENEZES. Orientador: Dr. Aderson Farias do Nascimento. Dissertação n.º 197/PPGG. Natal - RN.

(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. ESTUDO DA ATIVIDADE SÍSMICA EM IRAUÇUBA - CE ENTRE SETEMBRO DE 2015 A MARÇO DE 2016. Eduardo Alexandre Santos de Menezes. Dissertação apresentada em 18 de agosto 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. Geodinâmica. Geofísica.. Comissão Examinadora: DR. ADERSON DO NASCIMENTO (ORIENTADOR - DGEF; PPPG/UFRN) DR. DAVID LOPES DE CASTRO (EXAMINADOR INTERNO, DGEF, PPPG/UFRN) DR. GEORGE SAND LEÃO ARAÚJO DE FRANÇA (EXAMINADOR EXTERNO IG/UnB). Natal, agosto de 2017.. e.

(3) Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Ronaldo Xavier de Arruda - CCET. Menezes, Eduardo Alexandre Santos de. Estudo da atividade sísmica em Irauçuba - CE entre setembro de 2015 a março de 2016 / Eduardo Alexandre Santos de Menezes. Natal, 2017. 76f.: il. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de PósGraduação em Geodinâmica e Geofísica. Orientador: Aderson Farias do Nascimento.. 1. Sismologia Dissertação. 2. Atividade sísmica Dissertação. 3. Mecanismo focal - Dissertação. 4. Determinação hipocentral - Dissertação. 5. Falhas sismogênicas - Dissertação. 6. Sismotectônica - Dissertação. I. Nascimento, Aderson Farias do. II. Título. RN/UF/CCET. CDU 550.34(043.3).

(4) AGRADECIMENTOS. Expresso aqui meus sinceros agradecimentos pela ajuda inestimável de todos aqueles que, de forma direta ou indireta, ajudaram na realização deste trabalho. Entre estes, não poderia deixar de agradecer: A Deus, que tem proporcionado saúde e força para realização deste trabalho. Também o agradeço por ter me guiado as pessoas certas em todos os momentos e instâncias. À minha família, em especial à minha esposa, Liane Maria Fernandes de Menezes e aos meus filhos, Diego Fernandes, Daniel Fernandes e Louise Fernandes, por todo o apoio, compreensão, e, acima de tudo, pela confiança que sempre demostraram em mim. Ao meu orientador, professor Aderson Farias do Nascimento, pela orientação, incentivo, disponibilidade, diversas colaborações, paciência, amizade e principalmente por me mostrar o caminho do conhecimento científico. Ao professor Joaquim Ferreira, este inestimável mestre, o qual em toda minha carreira na sismologia sempre me apoiou e me ensinou muito. Ao professor Mario Takeya, grande incentivador em toda minha carreira profissional, sempre me apoiando em todo meu aprendizado na sismologia. Aos professores David Lopes de Castro e Georg Sand Leão Araújo de França, por aceitarem o convite para compor a banca examinadora. Aos professores Hilário Bezerra e Flavio Lemos, que compuseram a banca de qualificação e pelas importantes sugestões dadas ao longo do trabalho. Ao Dr. Heleno Carlos, por toda a ajuda que me ofereceu, tirando sempre minhas dúvidas com paciência e boa vontade. À Dra. M. Osvalneide Lucena Sousa, por disponibilizar os mapas geológicos, informações importantes sobre a Geologia da região de Irauçuba. Aos alunos de Pós-Graduação Diogo, Rodrigo e Ana, por toda troca de conhecimento e disposição em ajudar. Aos técnicos do Laboratório Sismológico da UFRN, Neymar Costa, André Silva, Marconi Alves e Rodrigo Pessoa, os quais contribuíram em diversas ocasiões. Sem eles, este trabalho não seria possível. Ao técnico Naiyan, que não mediu esforços para me ajudar quando o procurava no laboratório do Departamento de Geofísica para solucionar problemas de shell script no sistema operacional. Aos funcionários da secretaria do Programa de pós-graduação em Geodinâmica e Geofísica (PPGG), por todos os serviços prestados de maneira tão eficiente e cuidadosa. Aos professores do PPGG, por todas as contribuições acadêmicas que me proporcionaram. Devo grande parte do meu conhecimento a eles. Ao Laboratório Sismológico (LabSis/UFRN), pelos dados cedidos para a realização deste trabalho. Ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Estudos Tectônicos, pelo apoio financeiro na coleta dos dados utilizados nesta dissertação..

(5) Ao meu amigo de longa data, Carlos Alberto dos Anjos, que me incentivou a fazer o curso de mestrado na UFRN. A Francisco Brandão, Técnico da Defesa Civil do Ceara pelo apoio no campo ao longo de muitos anos no estado do Ceará, responsável pelo Laboratório Sismológico de Fortaleza. A todos, meu muito obrigado!.

(6) “Cada sonho que você deixa pra trás, é um pedaço do seu futuro que deixa de existir”. (Steve Jobs).

(7) RESUMO A região sísmica estudada se localiza no município de Irauçuba, Ceará (CE), localizado na Província Borborema, sendo uma das regiões mais sismicamente ativas do Brasil. A atividade sísmica do Nordeste do Brasil é bastante observada devido a muitos eventos que ocorreram na região por vários anos, com repetições em algumas áreas, que são conhecidas como áreas ativas. Muitos destes eventos são percebidos pelas populações das áreas onde ocorrem, pois apesar deles não atingirem grandes magnitudes, chegam a assustar a população. Em alguns casos até acarretam pequenos danos em casas, tais como pequenas trincas nas paredes e deslocamento de telhas. Um desses exemplos desta atividade sísmica é a que ocorre na cidade de Irauçuba, localizada na porção Noroeste do estado do Ceará, a 175 km de sua capital, Fortaleza. A atividade sísmica em Irauçuba é conhecida e estudada desde 1991, onde ocorreram vários tremores ao sul, na localidade de Juá, distrito de Irauçuba. Nesta região, o maior tremor atingiu 4,9 mb, só superada no Ceará pelo tremor de Pacajus de 1980 (5.2 mb). Uma nova intensa atividade sísmica iniciou-se em 9 de setembro de 2015, e perdurou até o início de março de 2016, quando foram registrados mais de 500 tremores. Desta vez, o maior de intensidade observada foi de IV (MM), com a magnitude máxima observada de 3,8 mb. Este trabalho é decorrente da análise dos dados coletados na campanha realizada no período de setembro de 2015 até o início de março de 2016. Nesta campanha, foram utilizadas sete estações sismográficas digitais, sendo seis compostas por acelerógrafos a três componentes e uma estação, com um conjunto de três sismômetros de período curto (um vertical e dois horizontais). Os dados registrados por elas foram analisados, objetivando a determinação de hipocentros e dos mecanismos focais. Foram analisados 294 eventos sísmicos, registrados em pelo menos quatro estações, utilizando o programa COMPASS. Na determinação hipocentral, foi utilizado o programa HYPO71, utilizando-se um modelo de semiespaço, com os seguintes parâmetros: velocidade de onda P (Vp) de 6,20 km/s e razão Vp/Vs de 1.69. Todos os eventos detectados em pelo menos quatro estações, com resíduo de tempo menor que 0,01 s e erros horizontais e verticais menores que 0,01 km, num total de 69 eventos, possuem um alinhamento N-NW e revelam uma zona ativa de aproximadamente 2 km de extensão e profundidade variando de 8 a 9 km. Dentre os 69 eventos selecionados foram escolhidos 22 mais bem localizados para determinação do plano de falha a partir dos hipocentros, obtendo-se os valores do mecanismo focal composto, realizado com auxílio do programa FPFIT. Os parâmetros.

(8) da falha sismogênica foram obtidos pela combinação do método dos mínimos quadrados e do programa FPFIT (direção = 45°, mergulho = 52° e o rejeito total = -151°), confirmando a orientação da falha na direção NNW-SSE, com movimento normal. Os epicentros e o mecanismo focal não parecem indicar que haja correlação com estruturas mapeadas até agora em superfície.. Palavras-chaves: Atividade sísmica. Mecanismo focal. Determinação hipocentral. Falhas sismogênicas. Sismotectônica.. ABSTRACT The studied region is located in the municipality of Irauçuba, Ceará, in the Borborema Province and it is one of the most active seismic regions of Brazil. The seismic activity of the Northeast of Brazil is well observed by several events that have occurred in the region for many years, with repetitions in some areas that are known as active areas. Many of these events are perceived by population of the areas where they occur, because even if these events do not reach great magnitudes, they may frighten natives. In some cases, they even cause small damages in houses such as small cracks in the walls and displacement of tiles. One example of this kind of seismic activity is the one that occurs in the Irauçuba city, located in the northwestern portion of the Ceará state, 175 km from its capital, Fortaleza. The seismic activity in Irauçuba is known and studied since 1991, when several tremors occurred in the south, in the Juá city, district of Irauçuba. In this region, the biggest tremor reached 4.9 mb of magnitude, surpassed only in Ceará by the tremor in Pacajus in 1980 (5.2 mb). A new intense seismic activity began in September 9, 2015, and it lasted until the beginning of March, 2016, when more than 500 tremors were registered, but this time the highest intensity IV (MM) was observed, with maximum observed magnitude of 3.8 Mb for this period. This master thesis deals with the analysis of collected data in the performed campaign in the period from October, 2015 to the beginning of March, 2016. In this campaign, seven digital seismographic stations were used, of which six were composed of accelerometers in three components, and one was composed of a set of three short period seismometers (one vertical and two horizontal). The data recorded by these stations were analyzed, with the objective of the determination of hypocenters and focal mechanisms. 294.

(9) seismic events were analyzed, recorded by at least four stations, using the Compass software. In the determination, the HYPO71 software was used to determine the hypocenters, using a semi-space model with the following parameters: P wave velocity (Vp) of 6.20 km/s and Vp/Vs ratio of 1.69. All events were detected at least by four stations, with time residue less than 0.01 s and horizontal and vertical errors less than 0.1 km. A total of 69 events have a N-NW alignment and revealed an active zone of approximately 2 km of extension and depth varying from 8 to 9 km. For a set of 23 tremors more well located, a fault plan was determined from the hypocenters, and values of a composite focal mechanism were obtained, performed with the aid of the FPFIT software. It was done for a set of data, fixing the fault plan. The parameters of the seismogenic fault were obtained by the combination of the least squares method and the FPFIT software (strike = 45°, dip = 52° e o rake = -151°), confirming the orientation of the fault in the direction N-NW, with normal movement. The epicenters and the focal mechanism do not seem to indicate that there is correlation with so far mapped structures in surface.. Keywords: Seismic activity. Focal mechanism. Determination of the hypocenters. Seismogenic faults. Seismotectonics.

(10) SUMÁRIO. LISTA DE FIGURAS. 10. LISTA DE TABELAS. 12. 1 INTRODUÇÃO. 14. 1.1 SISMICIDADE NO NORDESTE DO BRASIL. 15. 1.2 SISMICIDADE NA REGIÃO NOROESTE DO CEARÁ. 17. 1.3 SISMICIDADE NA PROVÍNCIA BORBOREMA. 19. 1.4 GEOLOGIA REGIONAL. 22. 2 – MATERIAIS E MÉTODOS25. 25. 2.1 DETERMINAÇÃO DOS EPICENTROS. 25. 2.2 MÉTODO DE GEIGER DE DETERMINAÇÃO HIPOCENTRAL. 25. 2.3 O PROGRAMA FPFIT. 26. 2.4 DETERMINACAO DE PLANO DE FALHA E MECANISMO FOCAL. 27. 3 DADOS E ANÁLISE DA SISMICIDADE. 30. 3.1 AQUISIÇÃO. 30. 3.2 ANÁLISE DOS DADOS. 34. 3.3 PARÂMETROS DO MODELO DE VELOCIDADE. 36. 3.4 DETERMINAÇÃO DO PLANO DE FALHA DO MECANISMO FOCAL. 41. 4 MANUSCRITO SUBMETIDO. 44. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS. 64. BIBLIOGRAFIA. 65. APÊNDICES. 68.

(11) Dissertação 2017 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Sismicidade na Província Borborema entre 1720 e 2013, com magnitudes acima de 2,5 mostrando as principais áreas sismicamente ativas na região nordeste: ZSA – Zona Sísmica de Acaraú (quadrado na parte superior esquerda), borda da Bacia Potiguar e Lineamento Pernambuco (LP). “As bolas de praia” representam os mecanismos focais LT e LP representam os Lineamentos Transbrasiliano e Pernambuco, respectivamente. Os traços laranja são falhas mapeadas (CPRM, 2009) e o quadrado indica a área de estudos. Fonte: modificado do Boletim Sísmico Brasileiro (USP, UFR, UnB, IPT, UNESP). Figura 2 - Mapa com os principais domínios Geológicos da Província Borborema, em destaque no quadrado a área de estudo deste trabalho. Figura 3 - Mapa Geológico da região de estudo com a localização das estações e os epicentros. Figura 4 - Mapa da Província Borborema mostrando os três setores (setentrional, transversal e meridional), separados por zonas de cisalhamentos maiores (traços pretos) e zonas de cisalhamentos menores, em azul, que separam os domínios. Os nomes dos domínios estão indicados em azul e vermelho; as designações das zonas de cisalhamento, em verde. (Modificado de Delgado et al. 2003 e Silva 2006). Figura 5 - Esquema com a distribuição de polaridades registradas numa rede de estações. Os triângulos pretos representam estações, H o hipocentro, C e D indicam os quadrantes de compressão e dilatação, respectivamente (IAG-USP, 2008). Figura 6 - Equipamentos utilizados: (A) digitalizador REFTEK DAS130, acelerógrafo Modelo 131 (B) e antena GPS (C). Figura 7 - Equipamentos usados na campanha Irauçuba 2015/16: digitalizador Smat24 3 canais (D), sismômetro S13 período curto (E) e antena GPS (F). Figura 8 - Imagem de pequenas trincas nas estruturas das casas na localidade de Cuité, distrito de Irauçuba - CE (foto A e B). Figura 9 - Palestra ministrada na localidade de Cuité, distrito de Irauçuba (imagem A), técnico Eduardo Alexandre, (imagem B), técnico Francisco Brandão da. PPGG/UFRN. Página 11.

(12) Dissertação 2017 Defesa Civil do Ceará e, na imagem C, o técnico Eduardo fazendo as primeiras análises de campo. Figura 10 - Distribuição do número de sismos registrados por dia pela estação sismográfica digital IR07, no período de 24/09/2015 a 15/03 de 2016. Estão plotados neste histograma um total de 649 eventos. Figura 11 - Exemplo do registro digital de terremoto registrado pela estação IR06: (A) evento antes da aplicação do filtro passa banda de frequência de canto inferior e superior de 2 e 20 Hz, respectivamente. (B) evento pós-aplicação do filtro. Também é possível observar o instante de chegada das ondas P e S. Figura 12a - Sismograma sem filtro aplicado Figura 12b - Registro digital de um evento sísmico na estação IR06, mostrado no exemplo anterior (A) a aplicação do filtro passa-banda, com frequências de corte de 2 e 20 Hz e após, no exemplo B, quando aplicado o filtro passa-banda, com frequências de corte de 2 e 20 Hz. Também é possível observar o instante de chegada das ondas P e S, respectivamente. Figura 14 - Mapa com o melhor conjunto de dados (69 eventos) Figura 15 - Mapa com o melhor conjunto de dados (22 eventos), utilizado para determinação do plano de falha. As bolas de praia representam os mecanismos de 2015/16 (mecanismo A) e os de 1991 (mecanismos B e C, de Ferreira et al., 1991). Figura 16 - As regiões de cor azul são zonas de tensão e as regiões de cor branca são zonas de compressão. Essas zonas são separadas por dois planos nodais. A amplitude. das ondas P que são registradas próximas aos planos nodais é quase nula, enquanto as ondas P, quando são registradas a 45º (entre os dois planos nodais), tem amplitude máxima. Figura 17 - Mapa topográfico da região de Irauçuba (CE) com o melhor conjunto de dados (22 eventos), utilizado para determinação do plano de falha. As bolas de praia representam os mecanismos focais dos eventos ocorridos nos anos de 2015 e 2016 (círculos vermelhos) e em 1991 (círculo laranja - Ferreira et al., 1991 e círculo amarelo - Fernandes et al., 1991).. PPGG/UFRN. Página 12.

(13) Dissertação 2017 FIGURAS DO MANUSCRITO Figura 1 - Mapa Geológico da região de Irauçuba (NW do Ceará), com a localização das estações e os epicentros de 22 eventos (círculos vermelhos), que tiveram as menores incertezas na localização hipocentral. Os triângulos em azul representam a localização da rede sismográfica digital instalada em setembro de 2015. (Mapa Geológico baseado em Naleto et al. 2014 e Gorayeb et al. 2014). Figura 2 - Registro de três componentes (sismograma) de um evento sísmico com marcação de leitura de fase P e S, usando filtro passa-banda (20,30 Hz), na estação IR02. Figura 3 - Diagrama Wadati para os 69 eventos selecionados. S-P é a diferença dos tempos de chegada das ondas S e P, enquanto que P-O é a diferença da chegada da onda P e a hora de origem do terremoto. O coeficiente angular da reta é dado por a = Vp/Vs – 1. Figura 4 - (a) Mapa dos epicentros dos 22 eventos, para a determinação do mecanismo focal. As setas azuis indicam as direções das projeções (b e c); (b) projeção dos hipocentros em plano vertical paralelo à direção do plano de falha; e (c) projeção dos hipocentros em plano vertical perpendicular à direção do plano de falha. Os círculos amarelos representam os sismos mais profundos e os círculos verdes os mais rasos Figura 5- As regiões de cor azul são zonas de tensão e as regiões de cor branca são zonas de compressão. Essas zonas são separadas por dois planos nodais. A amplitude das ondas P, que são registradas próximas aos planos nodais diminui. Enquanto que, as ondas P registradas a 45º (entre os dois planos nodais) têm amplitude máxima (construído a partir de http://histserver.ethz.ch/seismotectonics/). Figura 6 – Mapa com o melhor conjunto de dados (22 eventos), utilizado para determinação do plano de falha. As bolas de paia representam os mecanismos de 2015/16 (mecanismo A) e os de 1991 (mecanismos B e C, de Ferreira et al., 1991). LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Lista de sismos de magnitude ≥ 3,0 registrados no noroeste do Ceará de 1942 a 2015(atualizada).. PPGG/UFRN. Página 13.

(14) Dissertação 2017 Tabela 2 - Modelos de velocidades crustais locais de semiespaço infinito, utilizado em redes sismográficas locais na Província Borborema (Shihadeh, 2015). Tabela 3 - Parâmetros do modelo de velocidade, obtidos a partir de 69 eventos no Diagrama Wadati, mostra em destaque em amarelo melhor valor obtido nos presídios de RMS e erros horizontais e verticais para determinação de VP (Figura 16).. TABELA DO MANUSCRITO Tabela 1 - Comparação dos valores de RMS, ERH e ERZ entre o conjunto inicial de dados (69 eventos) e os 22 sismos selecionados para a determinação do mecanismo focal.. PPGG/UFRN. Página 14.

(15) Dissertação 2017 1 INTRODUÇÃO O estudo sobre a sismicidade e os esforços intraplaca no Brasil são de grande importância para o entendimento dos mecanismos responsáveis pelo surgimento de sismos locais, pelo processo de deformações tectônicas regionais e para atualizações de parâmetros usados nas confecções de boletins sismológicos, mapas de riscos e esforços litosféricos mundiais (Word Stress Map: Zoback et al. 1989; Zoback 1992; Heidbach et al. 2010). Mesmo o Brasil, estando localizado na porção continental estável da placa tectônica sul-americana, possui importantes regiões com fonte de sismos intraplaca (Assumpção et al. 2014). Por exemplo, o abalo sísmico que alcançou maior magnitude no Brasil (6,2 mb), até o momento, teve seu epicentro localizado no estado do Mato Grosso, no ano de 1955. Considerada a região de maior atividade sísmica do Brasil, vários eventos ocorrem na região Nordeste já por vários anos, e com repetições em algumas áreas que são conhecidas como áreas sismicamente ativas. Muitos destes eventos são percebidos pelas populações locais, apesar de eles não atingirem grandes magnitudes. Os mesmos chegam a assustar e, em alguns casos, até acarretam pequenos danos em casas, tais como: pequenas trincas nas paredes e deslocamento de telhas, além provocarem apreensão e medo na população local. O objetivo principal da dissertação é caracterizar esta nova zona sismogênica em Irauçuba, verificando se é possível correlaciona-la com alguma feição geológica em superfície. Nesta nova área sísmica em Irauçuba, iremos determinar a direção de esforços e, portanto, contribuir para um melhor entendimento do estado de esforços no interior da placa Sul-americana e das causas da sismicidade intraplaca. Os objetivos específicos são: - Determinação hipocentral dos sismos registrados na rede Irauçuba; - Determinação do mecanismo focal dos eventos sísmicos registrados na rede Irauçuba; - Correlacionar a sismicidade na região de Irauçuba com as principais feições geológicas da região;. PPGG/UFRN. Página 15.

(16) Dissertação 2017 - Determinação da direção do esforço médio a partir dos mecanismos focais; - Discutir esta sismicidade à luz da atividade sísmica ocorrida em 1991. A presente dissertação foi organizada na seguinte forma: primeiramente, no presente capítulo, são apresentadas revisões sobre a sismicidade no NE do Brasil e Província Borborema, mais especificamente, da sismicidade no noroeste do Ceará, finalizando com uma apresentação breve da geologia da região. No Capítulo 2, apresentamos a metodologia utilizada para determinação hipocentral e mecanismo focal. O Capítulo 3 descreve a etapa de aquisição dos dados em campo, análise e escolha de parâmetros do modelo de velocidade. O Capítulo 4 é apresentado na forma de um artigo submetido à Revista de Geologia da USP e contém os principais resultados da dissertação. No Capítulo 5 fazemos uma reunião das principais conclusões e apresentamos também perspectivas do presente trabalho. 1.1 SISMICIDADE NO NORDESTE DO BRASIL. Grande parte da atividade sísmica do Brasil ocorre na região Nordeste, a qual é uma das áreas de maior concentração de sismos intraplaca no país. A atividade sísmica normalmente manifesta-se em forma de sequência, com profundidades raramente excedendo 10 km e pequenos enxames de curta e média duração (Ferreira et al. 1998; Bezerra et al. 2011). Os sismos que tiveram maiores magnitudes registradas ocorreram em: Cascavel – CE (5 mb), João Câmara – RN (5,1 mb, 1986; 5,0 mb, 1989) e Irauçuba – 4,8 mb, 1991). A Figura 1 mostra um mapa com a recente atividade sísmica no NE do Brasil (de 2001 a 2010). Neste mapa, sismos com magnitude maior ou igual a 2,0 mb são mostrados. Dentre as regiões mais sismicamente ativas do nordeste do Brasil, destacase a região noroeste do Ceará, que é a área estudada neste trabalho. Nesta figura (1), é possível observar que no período mostrado, tem ocorrido tremores de magnitude igual ou acima de 4,0 mb em várias áreas epicentrais (Litoral de Touros - RN, 2006, 4,0 mb; São Caetano - PE, 2006, 4,0 mb; Sobral - CE, 2008, 4,2 mb; Taipu-RN, 2010, 4,3 mb). No Recôncavo baiano ocorreram eventos, embora de menor magnitude, além de outros tremores pelo interior da Bahia, de Alagoas e de Sergipe.. PPGG/UFRN. Página 16.

(17) Dissertação 2017 No Nordeste do Brasil encontram-se as principais áreas sísmicas, a saber: 1 – Borda da Bacia Potiguar (Rio Grande do Norte e Leste do Ceará), 2 – o noroeste do Ceará e 3 – o entorno do Lineamento Pernambuco (Ferreira et al., 2013). Esta sismicidade, por ser do tipo intraplaca, não pode ser comparada a de regiões de borda de placa como a Califórnia ou os Andes, por exemplo. No entanto, apesar de serem menos frequentes, os danos podem ser relativamente consideráveis, devido à baixa atenuação das ondas sísmicas na crosta nestas regiões. Segundo Seeber & Armbruster (1988), sismos intraplaca podem ser tão destrutivos quanto os sismos de borda de placa, com a mesma magnitude e profundidade. Lima Neto (2013) relata que, nos últimos 40 anos, sismos de magnitude acima de 2,0 mb (magnitude de onda de corpo) ocorrem com muita frequência na região Nordeste do Brasil, geralmente na forma de sequências sísmicas, que podem durar meses ou até anos. Há também exemplos de eventos sísmicos os quais atingiram magnitudes de até 5,2 mb, como os que ocorreram em Cascavel CE (1980, 5,2 mb) e João Câmara RN (1986, 5,1 mb; 1989, 5,0 mb), todos com intensidade VII na escala Mercalli Modificada (MM), que causaram sérios danos em edificações, pânico e fuga da população (Ferreira & Assumpção, 1983; Ferreira et al., 1998). Desde 1989, a UFRN monitora região noroeste do Ceará, mapeando várias áreas sísmicas, como por exemplo as seguintes: Serra da Meruoca, Senador Sá, Santana do Acaraú e Irauçuba. Uma nova atividade sísmica iniciou-se em setembro de 2015 nas proximidades de Irauçuba – CE, cujo monitoramento inicial feito na região pelas estações de Morrinhos (NBMO), que faz parte da rede Sismográfica do Nordeste, e a estação SBBR, em Sobral. Com as informações destas estações, foi possível rapidamente identificar a região epicentral e instalar, na região de Irauçuba, uma nova rede composta por sete estações sismográficas portáteis. O conjunto de dados registrados na rede instalada no município de Irauçuba constitui a base de dados para a realização da pesquisa desta dissertação.. PPGG/UFRN. Página 17.

(18) Dissertação 2017. Figura 1 - Sismicidade na Província Borborema entre 1720 e 2013, com magnitudes acima de 2,5 e mostrado as principais áreas sismicamente ativas na região nordeste: ZSA – Zona Sísmica de Acaraú, borda da Bacia Potiguar e Lineamento Pernambuco (LP). As “bolas de praia” representam os mecanismos focais do LT e LP, respectivamente. Os traços laranjas são falhas mapeadas (CPRM, 2009) e o quadrado indica a área de estudos. Fonte: modificado do Boletim Sísmico Brasileiro (USP, UFR, UnB, IPT, UNESP).. 1.2 SISMICIDADE NA REGIÃO NOROESTE DO CEARÁ. Nesta região do Ceará, há relatos históricos de um evento noticiado no município de Granja em 1810 (Ferreira e Assumpção 1983). No entanto, somente na década de 80 do século XX é que foi possível a instalação de redes locais nessa área, a qual se iniciou após a sequência de dois tremores, de magnitudes 4,4 mb e 3,9 mb, ocorridos em Groaíras no dia 30 de março de 1988, alcançando intensidade VI MM na área. PPGG/UFRN. Página 18.

(19) Dissertação 2017 epicentral (Ferreira et al. 1998). No dia 19 de abril de 1991, um sismo com magnitude 4,9 mb ocorreu nas proximidades de Irauçuba, alcançando intensidade de VI MM. Logo após este evento, foi instalada uma rede sismográfica local na região, a qual operou até o dia 31 de maio do mesmo ano. No dia 27 de maio de 1991, essa rede registrou um sismo de magnitude de 2,4 mb com epicentro em Hidrolândia, possibilitando um deslocamento da rede, no dia 31 de maio, para este novo local (Ferreira et al. 1998). Em 1992, o monitoramento ocorreu em uma nova área, sendo composta por três estações portáteis analógicas instaladas nas localidades de Coreaú, Uruoca e Granja. Estas estações operaram entre 03 de maio e 04 de junho de 1992 e registraram 78 eventos. Após um tremor ocorrido em Senador Sá, de magnitude 3,2 mb, no dia 09 de junho de 1997, foi instalada uma rede sismográfica constituída de 8 estações, as quais operaram entre 18 de junho e 05 de novembro de 1997. Durante este período, foram registrados mais de 2.000 eventos, tendo o maior deles atingido magnitude de 3,0 mb (França et al. 2004). Em agosto de 2007, foi instalada uma estação sismográfica (SBBR) na fazenda da EMBRAPA Caprino, distante 6 km da cidade de Sobral, com sensor tri-axial do tipo banda larga, com objetivo de monitorar a sismicidade na região noroeste do Ceará, além de obter também registros de telessismos, os quais, no futuro, seriam usados para estudos crustais. Em janeiro de 2008, com um evento de magnitude alcançando 2,5 mb, iniciou-se uma atividade sísmica intensa na Serra de Meruoca (aproximadamente 25 km de Sobral), registrada inteiramente pela estação SBBR. Após um abalo com magnitude de 4,2 mb, ocorrido em maio de 2008, foi instalada uma rede sismográfica local (Rede SB) com 11 estações digitais. A rede operou entre junho e setembro de 2008, registrado mais de 2.800 sismos. Através das observações dos registros da rede SB, foi identificada outra região que entrou em atividade sísmica: Santana do Acaraú. Em agosto de 2009, após um tremor de magnitude 2,7 mb e um aumento sequencial da sismicidade, foi instalada nesta região outra rede sismográfica composta por 6 estações, operando ente dezembro de 2009 e dezembro de 2010. Após estas datas acima descritas, a UFRN vem. PPGG/UFRN. Página 19.

(20) Dissertação 2017 monitorando ininterruptamente não só a região Noroeste do Ceará, através das estações de SBBR Sobral e a estação de NBMO (em Morrinhos - CE), como também com várias outras áreas com estações permanentes instaladas no Nordeste do Brasil, em todos os estados. A rede sismográfica RSISNE entrou em operação em 2011, com apoio financeiro inicial da Petrobras e, posteriormente, da CPRM - Serviço Geológico do Brasil. Com esse monitoramento, foi possível identificar várias outras áreas nas quais ocorrem tremores. Mesmo que eles, na sua maioria, não terem uma sequência semelhante às outras regiões já estudadas, é de grande importância o acompanhamento de toda atividade sísmica que venha a ocorrer na região Nordeste. Devido a este monitoramento ininterrupto, foi possível também identificar mais uma nova área sísmica em Irauçuba, que foi iniciada em 9 de setembro de 2015 e perdurou até 15 de março de 2015, com 649 eventos registrados. A rede operou com sete estações e teve seu maior tremor, registrado neste período, de 3,8 mb, observandose uma intensidade IV MM (escala Mercalli Modificada), sendo mais forte nos distritos de Cuité e Passarinho. Vários eventos também foram sentidos pela população da sede do município de Irauçuba e foram registrados pela estação sismográfica instalada NBMO, pertencente à rede sismográfica RSISNE, distante cerca de 50 km da área epicentral. Durante o período de setembro de 2015 até o início de março de 2016, uma rede sismográfica composta por 07 estações portáteis foi instalada na região de Irauçuba, para estudo da atividade sísmica ocorrida no município. 1.3 SISMICIDADE NA PROVÍNCIA BORBOREMA A Província Borborema (PB) cobre uma área de aproximadamente 900 km de comprimento e 600 km de largura, possui várias falhas ativas e é dividida por um complexo sistema de zonas de cisalhamento, que limitam diferentes domínios litosféricos (Bezerra et al. 2011). Localizado na margem noroeste da Província Borborema, encontra-se o Domínio Ceará Central Duas das feições estruturais mais marcantes na Província Borborema (PB) são o Lineamento Pernambuco – LP e o Lineamento Transbrasiliano – LT. Este último é uma gigantesca faixa milonítica, que se estende para o nordeste, na África Ocidental (falha de Kandi), e para sudeste, até a região central do Brasil (Caby et al. 1995).. PPGG/UFRN. Página 20.

(21) Dissertação 2017 Em geral, não é observada uma correlação entre a sismicidade e as feições mapeadas na Província Borborema (Ferreira et al. 1998). Entretanto, Ferreira et al. (2008), Lopes et al. (2010) e Lima Neto et al. (2013) mostraram, nos seus respectivos trabalhos, clara correlação entre a sismicidade ocorrida em Caruaru, São Caetano e Belo Jardim com o Lineamento Pernambuco, uma zona de cisalhamento dúctil com aproximadamente 700 km de extensão, que deforma a Paraíba, conforme pode ser visto na Figura 2. Por estar entre as áreas mais sismicamente ativas da PB, destaca-se a Zona Sísmica de Acaraú – ZSA (Figura 2), localizada na transição entre os domínios Médio Coreaú (DMC) e Ceará Central (DCC), localizados no estado do Ceará. Em setembro de 2015, a região de Irauçuba voltou a registrar novos tremores de terra, num novo ciclo sísmico. Embora com eventos de menor magnitude, seus epicentros ocorreram mais próximos à sede do município. Foi instalada uma nova rede sismográfica composta por sete estações portáteis, instaladas pela UFRN, que operou de setembro de 2015 até o início de março de 2016, registrando mais de 600 eventos sísmicos, sendo, na sua maioria, com magnitude menor que 1,0 mb. É importante destacar que a atividade sísmica na ZSA continua em outras cidades da região, tais como Massapê, Santana do Acaraú, Sobral e Irauçuba.. PPGG/UFRN. Página 21.

(22) Dissertação 2017 Figura 2 - Mapa com os principais domínios Geológicos da Província Borborema, em destaque no quadrado a área de estudo deste trabalho.. Abaixo, a tabela 1 mostra os principais sismos de magnitudes ≥ 3,0 registrados no noroeste do Ceará de 1942 a 2015.. LOCALIDADE. ANO. MAGNITUDE (mb). FONTE. Granja. 1942. 3.0. RGBF. São Luís do Curú. 1974. 3.3. RGBF. Itapagé. 1987. 3.0. RGBF. Groaíras. 1988. 3.9 e 4.1. RGBF. Frecheirinha. 1989. 3.2. RGBF. Senador Sá. 1997. 3.0 e 3.2. RGBF. Serra da Meruoca. 2008. 3.1, 3.7, 3.9 e 4.2. RGBF. Serra da Meruoca. 2011. 3.0. RGBF. Irauçuba. 2015. 3.3 e 3.8. UFRN. Tabela 1 - Lista de sismos de magnitude ≥ 3,0 registrados no noroeste do Ceará de 1942 a 2015.. PPGG/UFRN. Página 22.

(23) Dissertação 2017. Figura 3 - Mapa sismos de magnitude ≥ 3,0 registrados no noroeste do Ceará de 1942 a 2015.. 1.4 GEOLOGIA REGIONAL O mapa geológico da região sísmica estudada é mostrado na Figura 4. Esta região está inserida na Província Borborema (PB), que ocupa uma superfície aproximada de 380.000 km2 do Nordeste Brasileiro, com terrenos arqueanos e proterozóicos (Brito Neves et al., 2014). A área estudada constitui uma pequena parte da Província Borborema (Almeida et al., 1977), na porção norte do estado do Ceará. Os aspectos mais importantes dessa Província,. em. termos. de. estruturas,. estão. normalmente. relacionados. ao. desenvolvimento do Ciclo Brasiliano (Neoproterozoico – EoPaleozoico). A área é composta, essencialmente, por rochas cristalinas do Pré-Cambriano, formadas e retrabalhadas no Ciclo Brasiliano e recobertas por depósitos aluviais. As rochas do Pré-Cambriano são representadas por rochas de alto grau metamórfico do Paleoproterozoico;. sequências. de. rochas. supracrustais. e. rochas. intrusivas. (Neoproterozoico). O Cenozoico é representado por esparsas coberturas sedimentares residuais e depósitos aluviais.. PPGG/UFRN. Página 23.

(24) Dissertação 2017 Ao final do Ciclo Brasiliano, houve uma reorganização estrutural com a instalação de zonas de cisalhamento, representadas por grandes traços estruturais. Essas zonas de cisalhamento dúctil, de baixo ângulo, caracterizam a predominância de um regime tectônico compressional, com movimento de massa, preferencialmente, de norte para sul (Souza Filho, 1998). Nas rochas Pré-Cambrianas de alto grau metamórfico, predomina um domínio estrutural muito complexo com intensa irregularidade e rarefação dos traços de foliação. Nas rochas supracrustais observa-se um padrão mais linear com amplos dobramentos e, nas rochas plutônicas, o padrão é de caráter mais rúptil, enfatizando três conjuntos principais de fraturas: E-W, N-S e, NE-SW/NW-SE, formando pares conjugados (Souza Filho et al.1999).. Figura 4 - Mapa Geológico da região de estudo com a localização das estações e os epicentros de 22 eventos, que tiveram as menores incertezas na localização representados por círculos vermelhos. Os triângulos em azul representam a localização da rede sismográfica digital, instalada em setembro de 2015. (Mapa Geológico baseado em Naleto et.al. 2014 e Gorayeb et al. 2014).. De acordo com Brito Neves (1975) e Almeida et al. (1976), esta área estudada representa um pequeno trato do amplo domínio da Região de Dobramentos Nordeste ou Província Borborema. Essa entidade geotectônica está limitada a norte e a leste pela Província Costeira; a sul, pelo Cráton do São Francisco, limite esse admitido como de configuração brasiliana; e a oeste, pela Província Parnaíba. A Província Borborema abrange parte do Nordeste do Brasil, limita-se a oeste com a Bacia do Parnaíba, ao sul com o Cráton São Francisco, a leste com a Província da Margem Continental Leste e Equatorial ao norte (Hasui, 2011).. PPGG/UFRN. Página 24.

(25) Dissertação 2017 A Província Borborema apresenta um conjunto de estruturas que podem ser separadas em compartimentos distintos. Os lineamentos Patos e Pernambuco delimitam um setor chamado Transversal (Ebert, 1970), gerado por movimentação transcorrente de direção E-W, separando dois setores: Norte ou Setentrional e Sul ou Meridional. Este modelo estrutural foi publicado por Neves (1975) e aprimorado por outros autores deste então (Delgado et al., 2003 e Silva, 2006), mostrado na Figura 5.. Figura 5 - Mapa geológico da Província Borborema, mostrando os três domínios crustais (setentrional, transversal e meridional), separados por zonas de cisalhamentos maiores (traços pretos) e zonas de cisalhamentos menores, em azul, que separam os domínios. Os nomes dos domínios estão indicados em azul e vermelho; as designações das zonas de cisalhamento, em verde (Modificado de Delgado et al., 2003 e Silva, 2006).. PPGG/UFRN. Página 25.

(26) Dissertação 2017 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 DETERMINAÇÃO DOS HIPOCENTROS Segundo Lima Neto (2013), existem diversos programas para a determinação hipocentral de sismos locais. Alguns, por exemplo, podem ser citados: os programas HYPOSLIPSE (Lahr, 1979), HYPOINVERSE (Klein, 1978) e HYPO71 (Lee & Lahr, 1975). Neste trabalho, foi utilizado o programa HYPO71, disponível no Laboratório Sismológico (LabSis/UFRN), para determinação hipocentral de sismos locais. Esse programa aplica o modelo de semiespaço crustal, usado com sucesso em estudo da atividade sísmica na região Nordeste do Brasil, por exemplo, em Ferreira et al. (1987, 1998 e 2008), Lima Neto et al. (2013) e Oliveira et al. (2015). O hipocentro e a hora de origem são calculados por meio dos mínimos quadrados, a partir do método de Geiger. O HYPO71 utiliza três conjuntos de dados: a) o modelo de velocidades, que necessita da velocidade da onda P (Vp) constante em cada camada da crosta na forma de semiespaço e da razão Vp/Vs entre as velocidades da onda P e S, também constante em cada camada; b) as coordenadas geográficas das estações (Tabela 1) e c) os tempos de chegadas das ondas sísmicas P e S em cada estação.. 2.2 MÉTODO DE GEIGER DE DETERMINAÇÃO HIPOCENTRAL O programa HYPO71 utiliza o método de Geiger para a determinação hipocentral. Ele utiliza uma técnica interativa de mínimos quadrados, sendo esta a mais usada na determinação de hipocentros. A precisão na determinação dos hipocentros e na hora de origem dependem, substancialmente, da distribuição espacial das estações em relação à área epicentral, da precisão do relógio do registrador e das coordenadas das estações e da precisão nas leituras das fases das ondas. Para localizar um sismo, nosso problema será de quatro dimensões (X, Y, Z, T), onde X, Y e Z são as coordenadas espaciais e T é a hora de origem (em que as três coordenadas espaciais definem o hipocentro e as duas primeiras definem o epicentro). O Método de Geiger lineariza o problema de localização hipocentral e utiliza o Método de Gauss-Newton para encontrar a solução do hipocentro. Apesar do método de Geiger ser o mais utilizado para determinação hipocentral, alguns problemas relacionados a ele foram analisados por Sophia (1989).. PPGG/UFRN. Página 26.

(27) Dissertação 2017 O método considera que todos os dados têm a mesma qualidade, o que de fato não ocorre. A qualidade dos dados varia de estação para estação. Essa variação pode acontecer devido a ruídos nos tempos de chegada das ondas sísmicas, a erros no modelo de velocidade utilizado na previsão dos tempos de percursos das ondas sísmicas ou devido a erros na localização geográfica e temporal do foco do sismo. Na utilização do programa HYPO71, estes problemas podem ser contornados atribuindo pesos aos dados. 2.3 O PROGRAMA FPFIT. O programa FPFIT (Reasemberg & Oppenheimer, 1985) foi utilizado na determinação do mecanismo focal, a partir do primeiro movimento da onda P, considerando-se que o padrão de irradiação e do tipo binário duplo sem movimento. Esse programa permite calcular tanto os parâmetros estáticos (azimute e mergulho) como o parâmetro dinâmico (obliquidade) de uma falha. Ele também permite calcular o mecanismo focal do evento (mecanismo simples), assim como o mecanismo focal de um conjunto de eventos (mecanismo composto). O FPFIT busca, em uma malha de dados, a solução que minimize as discrepâncias entre o modelo teórico e o dado observado para as polaridades do primeiro pulso da onda P, de acordo com o seguinte funcional de discrepância (misfit):. 𝑖. 𝐹 =. ∑𝑘(|𝑃0𝑘 − 𝑃𝑡𝑖,𝑘 |𝑊0𝑘 . 𝑊𝑡𝑖,𝑘 ) ∑𝑘(𝑊0𝑘 . 𝑊𝑡𝑖,𝑘 ). Para cada evento inicial Ej, Fi é o valor de discrepância para o modelo inicial. Esse programa compara a polaridade observada na K-ésima estação, calculada para um conjunto de modelos Mj. P0j,k e Pt. i,k. são, respectivamente, as polaridades observada e. teórica do primeiro movimento da onda P. O peso atribuído à medida observacional é o W0j,k , enquanto o termo Wt. i,k. = [A(i,k)]½ é a raiz quadrada da amplitude teórica da. onda P normalizada, A (i,k), na k-ésima estação para o dado modelo Mi .Essa ponderação tem como objetivo dar um peso menor as observações próximas ao plano nodal, com a intenção de minimizara discrepância nesta área. O programa utiliza os seguintes dados: a polaridade do primeiro pulso da onda P a chegar à estação, o azimute em relação ao epicentro, o ângulo de saída do foco e o fator. PPGG/UFRN. Página 27.

(28) Dissertação 2017 de qualidade da leitura da onda P. Mesmo com essa informação do fator de qualidade, que varia de 0 a 4, sendo considerada, o programa assume que os ângulos de incidência estão corretos, ou seja, o modelo de velocidade adotada está certo e a determinação hipocentral tem uma boa precisão. Para obter uma boa solução de mecanismo focal, utilizando-se o programa FPFIT, é necessário se ter um grande número de polaridades, as quais estejam bem distribuídas na rede estereográfica. No caso do mecanismo focal composto, alguns fatores podem não permitir uma boa solução: nem todos os eventos tem o mesmo mecanismo e nem sempre a zona ativa é extensa.. 2.4 DETERMINAÇÃO DE PLANO DE FALHA E MECANISMO FOCAL Segundo a teoria de Reid, elaborada em 1910, os terremotos ocorrem em regiões que estão sob esforços tectônicos, sendo que a energia é armazenada na forma de deformação elástica. A deformação prossegue até que a resistência das rochas seja ultrapassada, ocorrendo, então a ruptura da rocha (fratura e falhamento). Os lados opostos da falha se movem para uma nova posição de equilíbrio, liberando energia nas formas de calor, cisalhamento das rochas e vibração de ondas elásticas (Stauder, 1962). Desta forma, o mecanismo de um sismo, ou mecanismo focal, é definido através da direção da fratura (azimute) do ângulo de mergulho do plano de falha (mergulho) e da direção do deslocamento de um dos lados da falha com relação ao outro (rake). A observação, no Japão, a partir de 1910, de que as polaridades da onda P registradas se distribuíam segundo dado padrão, em torno do epicentro, impulsionou a realização de estudos teóricos e experimentais para determinar se as leis de distribuição azimutal das polaridades e das condições físicas que causam tal distribuição (Kasahara, 1981). A consequência deste estudo foi o desenvolvimento de diversos métodos de determinação de mecanismos focal, a partir das ondas sísmicas. Para o estudo do mecanismo focal, as ondas P e S são as formas de vibrações sísmicas irradiadas mais utilizadas. Os padrões de irradiação dessas ondas dependem dos parâmetros do falhamento (direção, mergulho e direção do movimento) e do modelo das forças atuantes no foco. O modelo pode ser visto como uma superposição de binários simples ortogonais (Honda, 1957). Um dos métodos mais utilizados é o da polaridade do primeiro movimento da onda P na componente vertical de cada estação. Partindo-se da observação de que, ao se. PPGG/UFRN. Página 28.

(29) Dissertação 2017 movimentar, uma falha faz com que o primeiro movimento da onda P seja para cima ou para baixo, dependendo da direção do movimento da falha e da posição da estação em relação à mesma (Figura 6), tentou-se resolver o problema inverso: conhecido o primeiro movimento da onda P em diversas estações, determinar a direção, o mergulho e o movimento da falha que ocasionou tal padrão de polaridade. Devido ao modelo de forças (duplo binário sem momento) esse problema é ambíguo, existindo sempre dois planos ortogonais (planos nodais) capazes de reproduzir o mesmo padrão de polaridades. Nos casos em que é possível determinar o plano de falha (por observação geológica ou através das réplicas do sismo), o outro plano é denominado de plano auxiliar, sendo perpendicular ao plano de falha e a direção do movimento. Como o espaço em torno do foco fica dividido em quadrantes, com polaridades alternadas para cima (C ou +) e para baixo (D ou -), limitado pelos planos de falhas e auxiliar, costuma-se representar as polaridades da onda P numa rede de projeção estereográfica de igual área (rede Schmidt). A determinação do mecanismo focal consiste em dividir adequadamente a rede de projeção em quadrantes de polaridades consistentes, através de dois planos ortogonais (Kasahara, 1981). Um dos programas mais utilizados é o FPFIT (Reasemberg & Oppenheimer, 1985). Na discussão acima, tratou-se somente da solução do mecanismo focal de um dado evento. Uma técnica muito utilizada na determinação do mecanismo focal, a partir do primeiro movimento da onda P, é a de fazer o mecanismo focal composto. Nesta técnica, supõe-se que todo evento tem o mesmo mecanismo focal e passam ser representados conjuntamente (Udías et al., 1985). No entanto, existem duas limitações no uso dessa técnica: uma é a de que nem todos os eventos têm, de fato, o mesmo mecanismo; e a outra é que se a zona sísmica for muito pequena, as polaridades vão praticamente se superpor, não melhorando em nada a solução do mecanismo focal.. PPGG/UFRN. Página 29.

(30) Dissertação 2017. Figura 6 - Distribuição de polaridades registradas em uma rede de estações (triângulos pretos). H representa o hipocentro e C e D indicam os quadrantes de compressão e dilatação, respectivamente (IAG-USP, 2008).. PPGG/UFRN. Página 30.

(31) Dissertação 2017 3 DADOS E ANÁLISE DA SISMICIDADE 3.1 AQUISIÇÃO A rede Irauçuba, que operou de setembro de 2015 a março de 2016, foi composta por sete estações sismográficas triaxiais digitais, sendo seis estações equipadas com acelerômetros e uma com sismômetro de período curto. Os acelerográfos operam com frequência natural de 1,0 Hz, force balance (full scale ranger de ± 4 g) da REFTEK, utilizando como registrador digital o modelo DAS 130 Gb de três canais também da REFTEK de 24 bits (Refraction Tecnology, Inc.) (Figura 7). A estação de período curto era composta por um sensor S-13, com frequência natural de 1 Hz, com registrador SMART 24 de 3 canais e 24 bits (Teledyne Technologies), conforme mostra a Figura 7.. Figura 7 – Equipamentos utilizados na aquisição dos dados sismológicos: (A) digitalizador REFTEK modelo DAS 130, com 3 canais; (B) Acelerografo modelo 131 e (C) antena GPS.. PPGG/UFRN. Página 31.

(32) Dissertação 2017. Figura 8 - Equipamentos usados na campanha de Irauçuba 2015/16: (D) Digitalizador Smart 24, com 3 canais, (E) Sismômetro S13 de período curto e (F) antena GPS.. A rede operou por cerca de seis meses (setembro de 2015 a março de 2016). A taxa de amostragem do sinal foi inicialmente de 100 amostras/s. Após os primeiros 15 dias de operação, a taxa foi aumentada para 500 amostras/s. Esta modificação na configuração foi aplicada para melhor a definição do sinal dos registros dos eventos. Todo sistema continha um sistema de tempo (GPS) acoplado, no qual a hora e a posição eram corrigidas em tempo real e gravadas automaticamente em um arquivo digital. A correção do tempo e da localização eram feitas automaticamente quando a deriva do relógio atingia um atraso de 1,0 ms. Durante esse período, toda a manutenção e coleta dos dados foi realizada pelos técnicos do LabSis/UFRN, em intervalos regulares de aproximadamente quarenta dias. No início do monitoramento também foram feitas palestras com a população das regiões de Cuité e Passarinhos, pois estas localidades sentiam uma maior intensidade dos eventos. Algumas casas da localidade de Passarinho e Cuité apresentaram pequenas tricas nas estruturas, conforme mostrado na Figura 9.. PPGG/UFRN. Página 32.

(33) Dissertação 2017. Figura 9 - Pequenas trincas nas estruturas das casas na localidade de Cuité, distrito de Irauçuba - CE.. Foi realizada uma palestra na comunidade de Cuité, distrito de Irauçuba, com o objetivo principal de informar e tranquilizar a população. A palestra foi ministrada pelo técnico da Defesa Civil do Ceará, Francisco Brandão e por mim (Eduardo Alexandre Santos de Menezes - técnico do LabSis/UFRN). A Figura 9 mostra uma série de fotos obtidas durante a palestra aos moradores das localidades de Passarinhos e Cuité.. PPGG/UFRN. Página 33.

(34) Dissertação 2017. Figura 10 - Palestra ministrada na localidade de Cuité, distrito de Irauçuba pelos técnicos Eduardo Alexandre (a) e Francisco Brandão da Defesa Civil do Ceará (b). A foto (c) mostra o técnico Eduardo fazendo as primeiras análises de campo.. Ao longo dos 180 dias de operação, a rede registrou um total de 662 eventos locais, como é mostrado na Figura 11.. Figura 11 - Distribuição do número de sismos registrados por dia pela estação sismográfica digital IR07, no período de 24/09/2015 a 15/03 de 2016. Está plotados neste histograma um total de 662 eventos.. PPGG/UFRN. Página 34.

(35) Dissertação 2017 3.2 ANÁLISE DOS DADOS. No presente estudo, foram utilizados apenas os sismos locais registrados pela rede. Contudo, uma parte dos eventos foi utilizada para análises, quando registrados em mais de 4 estações. No entanto, todos foram contabilizados para contagem numérica no período da campanha. Isso se deu pelo fato de que boa parte dos eventos que ocorreram foram de baixa magnitude, de modo que não foram registrados de maneira clara por pelo menos quatro estações, como descrito acima. O software COMPASS, fornecido pela Reftek, foi utilizado para as análises dos dados sismológicos. A metodologia da análise dos dados deu-se da seguinte forma: primeiramente, foi escolhida a estação de prefixo IR07, com o intuito de fazer uma lista com todos os eventos registrados. Essa estação foi escolhida por estar mais próxima da área epicentral. Após confeccionar a lista de eventos registrados em pelo menos de 4 estações, foram feitas as leituras dos tempos de chegada das ondas P e S, além das polaridades das ondas P em todas as estações da rede. Todas as leituras foram feitas após a aplicação de um filtro passa-banda fixo com frequência de canto inferior e superior de 2 e 20 Hz, respectivamente. Na figura 12b e possível ver a diferença de quando é usado o filtro para melhorar a definição de fases (P e S) de chegada das ondas na estação. No registro na figura 12ª, o filtro não foi aplicado.. Figura 12a - Sismograma sem filtro aplicado.. PPGG/UFRN. Página 35.

(36) Dissertação 2017. Figura 12b - Registro digital de um evento sísmico na estação IR06, mostrado no exemplo anterior (A) da aplicação do filtro passa-banda, com frequências de corte de 2 e 20 Hz e após, no exemplo B, quando aplicado o filtro passa-banda, com frequências de corte de 2 e 20 Hz. Também é possível observar o instante de chegada das ondas P e S, respectivamente.. Cada leitura dos tempos de chegada é relacionada com um fator de qualidade, o qual varia de entre 0 e 4. Atribuir valor 0 significa que a leitura é ótima, ou seja, tem-se certeza na chegada da onda, enquanto o peso 4 significa que a leitura foi ruim, ou seja, não há certeza alguma sobre a chegada da onda. Em geral, numa rede local, as ondas P recebem peso 0, pois a atenuação das ondas é baixa e a rigidez das rochas é alta, proporcionando alta razão sinal-ruído e chegada das ondas bastante claras. Esta foi a condição usada para análises dos dados neste trabalho. Já as ondas S, mesmo em uma rede local, são mais difíceis de identificar, devido a uma superposição de sinais, ocasionada pela chegada de outras fases. Os valores atribuídos as ondas S nesse trabalho variaram entre 0 e 2 e, em alguns casos, podendo até ser usado peso 3. Na Figura 12b, mostrada anteriormente, é possível observar a aplicação do filtro passa baixa de 2 hz e passa alta de 20 hz, sendo melhor definidas as leituras de fazes P e S. Todas as estações foram instaladas sobre afloramentos graníticos/gnáissicos do embasamento pré-cambriano (Figura 13), permitindo, assim, a obtenção de registros de boa qualidade em geral (chegadas das ondas P e S, em sua maioria bastante claras). A leitura dos tempos de chegada e das polaridades das ondas P e S foram feitas utilizando o programa COMPASS. Devido a algumas leituras em determinadas estacoes não serem. PPGG/UFRN. Página 36.

(37) Dissertação 2017 de muito claras, porque certas estacoes apresentarem um nível de ruído alto, mesmo com a aplicação de filtros que minimizam os erros, a precisão estimada nas leituras foi de ±0,01 s, para ondas P e S.. Figura 13 – Estação sismográfica instalada em afloramento rochoso na região de Irauçuba CE, no período de 09/2016 a 03/2017.. 3.3 PARÂMETROS DO MODELO DE VELOCIDADE Para a determinação dos hipocentros calculados, utilizou-se o programa HYPO71 (Lee & Lahr, 1975). Esse programa, desenvolvido para a determinação hipocentral de sismos locais, utiliza como modelo uma crosta de camadas horizontais, homogêneas e isotrópicas, sendo necessário conhecer os valores da velocidade da onda P (Vp) de cada camada e a razão entre as velocidades das ondas P e S (Vp/Vs), supostamente constante para todas as camadas. A construção do diagrama Wadati (Kisslinger e Engdahl, 1973) é utilizada para calcular o desvio padrão de cada leitura e para o controle de qualidade dos dados (ótimas leitura do tempo de chegada da onda P e S). O fator de qualidade variou de 0,. PPGG/UFRN. Página 37.

(38) Dissertação 2017 para a leitura ótima, ou seja, certeza no tempo de chegada da onda, e 4 para leitura ruim, ou seja, não há certeza sobre a chegada da onda, usado em Lima Nato et al. (2013) e Oliveira et al. (2015). As leituras que tiveram elevado desvio padrão foram relidas, de modo que, para todos os dados, foi atribuído o valor de 0 a 1 para onda P. Para onda S, devido à superposição de sinais ocasionados pela chegada de outras fases, a identificação foi mais difícil, sendo que os valores atribuídos às ondas S neste trabalho variaram de 0 a 2. Assim, dos 662 sismos registrados, foram selecionados apenas 69 eventos com melhores leituras dos tempos de chegada das ondas P e S. Estes eventos foram usados para obter o modelo de velocidades utilizado pelo HYPO71, para determinação hipocentral. A Figura 15 mostra o mapa epicentral dos sismos. Para encontrar o melhor modelo de velocidades utilizado este trabalho, considerou-se a área onde está localizada a Falha de Passarinho1 como um semiespaço infinito, homogêneo e isotrópico. Este modelo é aceitável, pois a região se encontra no embasamento Pré-Cambriano, constituída de rochas consolidadas e de baixa atenuação, usado por Ferreira et al. (1995), Ferreira et al. (1998), Nascimento (1997), Neto et al. (2013) e Oliveira et al. (2015), produzindo bons resultados. Este modelo permitiu obter a razão Vp/Vs = 1,69. A Tabela 2 mostra alguns estudos de sismicidade local na região Nordeste do Brasil e os modelos de velocidades adotados. A razão entre as velocidades das ondas P e S (Vp/Vs), foi calculada através do diagrama Wadati (Kisslinger & Engdahl, 1973), sendo um critério considerado para conferir a consistências dos dados. O diagrama Wadati representa graficamente a diferença temporal dos tempos de chegada das ondas P e S (ts-tp) e a diferença entre o tempo de chegada da onda P e a hora de origem do terremoto (tp-to). A representação gráfica é uma reta que passa pela origem e possui coeficiente angular a = (Vp/Vs) – 1 (Kisslinger & Engdahl, 1973). O critério inicial para escolha dos melhores parâmetros para o modelo de velocidades foi selecionar todos os conjuntos de parâmetros que satisfaziam a condição: RMS4 ≤0,001s; ERH5 ≤0,1 km; ERZ6 ≤0,1 km. Verificou-se que um total de 15 conjuntos (Tabela 2) satisfaziam a condição inicial. Os valores de Vp encontrados na literatura (Charmicael, 1982) para rochas graníticas e gnáissicas de diferentes partes do mundo podem variar de 5,06 a 6,41 km/s e de 5,05 a 6,32 km/s, respectivamente. 1. Nome dado pelo autor devido ao fato da falha passar pelo distrito de Passarinho, em Irauçuba/CE.. PPGG/UFRN. Página 38.

(39) Dissertação 2017 Portanto, os possíveis valores de Vp encontrados na região de Irauçuba (CE) são mostrados na Tabela 2.. 1- RMS - Erro médio quadrático nos tempos de chegada 2- ERH - Erro médio horizontal na determinação epicentral 3- ERZ - Erro médio vertical na determinação epicentral 4- RMS - Média do erro quadrático médio dos 69 eventos 5- ERH - Média do erro horizontal médio dos 69 eventos 6- ERZ - Média do erro vertical médio dos 69 eventos. Local. Vp (km/s). Vp/Vs. Fonte. Açu-RN. 6,00. 1,71. Ferreira et al. (1995). Augusto Severo-RN. 6,00. 1,71. Ferreira et al. (1998). Belém de Maria-PE. 6,00. 1,71. Lima Neto et al. (2014). Belo Jardim -PE. 5,60. 1,71. Lopes et al. (2010). Caruaru -PE. 6,00. 1,73. Ferreira et al. (1998). Cascavel-CE. 5,68. 1,63. Vilar (2000). Groaíras-CE. 6,20. 1,69. Ferreira et al. (1998). Hidrolândia-CE. 5,95. 1,75. Ferreira et al. (1998). Irauçuba-CE. 6,20. 1,69. Ferreira et al. (1998). João Câmara-RN. 6,00/5,90. 1,71/170. Bezerra et al. (2007)/Santana (2009). Pacajus-CE. 5,80. 1,65. Ferreira et al. (1998). Palhano-CE. 5,95. 173. Ferreira et al. (1998). Pedra Preta-RN. 6,00. 1,70. Dantas et al. (2011). Santana do Acarau-CE. 6,00. 1,70. Oliveira et al. (2015). São Caetano-PE. 5,90. 1,70. Lima Neto et al. (2013). Senador Sá-CE. 5,95. 1,69. França (1999). Sobral-CE. 6,00. 1,71. Oliveira et al. (2010). Taboleiro Grande-RN. 6.00. 1,71. Ferreira et al. (1998). Taipu-RN. 6,00. 1,70. Lima Neto et al. (2010). Tabela 2 - Modelos de velocidades crustais locais de semiespaço infinito, utilizado em redes sismográficas locais na Província Borborema (Shihadeh, 2015).. PPGG/UFRN. Página 39.

(40) Dissertação 2017 O último passo para determinar o modelo de velocidade foi obter o melhor valor de Vp. Os melhores modelos de montagem de velocidades do semiespaço para a velocidade Vp aconteceram quando mantinha-se fixa a razão Vp/Vs=1,69 e testava-se Vp no intervalo 5.70 a 6.40 km/s, conforme utilizado em trabalho anterior, próximo à área de estudo (Lima Neto et al., 2010). Os testes foram realizados no programa HYPO71. Ao todo, foram realizados 15 testes. Os resultados dos testes podem ser observados na Tabela 3. A lista mostrando os parâmetros dos 69 eventos pode ser visualizada na Tabela B2 do apêndice B.. Figura 14 - Mapa com o melhor conjunto de dados (69 eventos). Desta forma, o valor de Vp = 6,20 km/s obteve os menores valores médios possíveis de RMS, ERH e ERZ, em que o primeiro é o desvio padrão médio (em segundos), o segundo é o erro horizontal médio (em quilômetros) e o último é o erro vertical médio (também em quilômetros) das leituras. Esses parâmetros possibilitaram obter o melhor resultado para o objetivo deste trabalho.. PPGG/UFRN. Página 40.

(41) Dissertação 2017. Figura 15 - Diagrama Wadati dos 69 eventos selecionados segundo o critério dos eventos serem detectados em pelo menos cinco estações. S-P; P-0. Os parâmetros escolhidos (K=Vp/Vs=1,69 e Vp=6.20 km/s) foram selecionados entre os que apresentaram a melhor média residual nos tempos de chegada (RMS) (Figura 14), na determinação dos hipocentros dos 69 sismos (Tabela 3).. PPGG/UFRN. Página 41.

(42) Dissertação 2017. N°. Vp (Km/s). Vp/Vs. Rms. Erh (km). Erz (km). 1. 5,70. 1,69. 0,0227. 0,1727. 0,1501. 2. 5,75. 1,69. 0,0226. 0,1701. 0,1493. 3. 5,80. 1,69. 0,0223. 0,1656. 0,1485. 4. 5,85. 1,69. 0,0225. 0,1631. 0,1472. 5. 5,90. 1,69. 0,0227. 0,1636. 0,1436. 6. 5,95. 1,69. 0,0221. 0,1616. 0,1498. 7. 6,00. 1,69. 0,0222. 0,1613. 0,1516. 8. 6,05. 1,69. 0,0223. 0,1625. 0,1537. 9. 6,10. 1,69. 0,0221. 0,1767. 0,1565. 10. 6,15. 1,69. 0,0220. 0,1717. 0,1573. 11. 6,20. 1,69. 0,0219. 0,1716. 0,1405. 12. 6,25. 1,69. 0,0239. 0,1720. 0,1673. 13. 6,30. 1,69. 0,0257. 0,1854. 0,1663. 14. 6,35. 1,69. 0,0265. 0,1892. 0,1702. 15. 6,40. 1,69. 0,0274. 0,1933. 0,2469. Tabela 3 - Parâmetros do modelo de velocidade, obtidos a partir de 69 eventos no Diagrama Wadati, mostra em destaque em amarelo melhor valor obtido nos presídios de RMS e erros horizontais e verticais para determinação de VP (Figura 16).. 3.4 DETERMINAÇÃO DO PLANO DE FALHA DO MECANISMO FOCAL Para uma boa determinação de um plano de falha e do mecanismo focal, foram selecionados 22 eventos registrados em todas as sete estações, com leituras de P e S (NO) = 10, rms ≤ 0,01 s; erh ≤ 0,1 km, erz ≤0,1 km e gap ≤ 180°. Para a determinação do mecanismo focal composto, utilizaram-se neste estudo somente polaridades claras do primeiro movimento da onda P, com auxílio do programa FPFIT (Reasemberg & Oppenheimer, 1985). O FPFIT buscou em uma malha a solução que minimiza as discrepâncias entre o modelo teórico e os dados observados, para as polaridades do primeiro pulso da onda P (Reasemberg & Oppenheimer, 1995). As magnitudes foram determinadas na estação NBMO (Rede Sismográfica RSISNE), localizada em Morrinhos CE, a cerca de 60 km da área epicentral. O símbolo tipo “bola de praia” (beach ball) foi utilizado para representar o mecanismo focal da área de estudo (Figura 15). As regiões de cor azul indicam regiões. PPGG/UFRN. Página 42.

(43) Dissertação 2017 de compressão, enquanto as regiões de cor branca indicam regiões de dilatação. Essas regiões são separadas por dois planos ortogonais, que são os planos de falha e o plano auxiliar. Percebe-se que, próximo às linhas nodais, a amplitude das ondas P é quase nula. Os dados utilizados neste estudo permitem que outras metodologias para determinação do mecanismo focal sejam utilizadas, inclusive as que utilizam as amplitudes das ondas P e S.. Figura 16 - As regiões de cor azul são zonas de tensão e as regiões de cor branca são zonas de compressão. Essas zonas são separadas por dois planos nodais. A amplitude das ondas P que são registradas próximas aos planos nodais é quase nula, enquanto as ondas P, quando são registradas a 45º (entre os dois planos nodais), tem amplitude máxima. (Modificado de http://histserver.ethz.ch/seismotectonics/).. A Figura 17 utiliza o símbolo tipo “bola de praia” (beach ball) para representar o mecanismo focal composto. Como foi explicitado, as regiões de cor azul indicam regiões de tração, enquanto as regiões de cor branca indicam regiões de pressão. Essas regiões são separadas por dois planos ortogonais que são os planos de falha e o plano auxiliar. Percebe-se que próximo às linhas nodais a amplitude das ondas P é quase nula. Os dados utilizados neste estudo permitem que outras metodologias para determinação do mecanismo focal sejam utilizadas, inclusive as que utilizam as amplitudes das ondas P e S.. PPGG/UFRN. Página 43.

(44) Dissertação 2017. Figura 17 - Mapa topográfico da região de Irauçuba (CE) com o melhor conjunto de dados (22 eventos), utilizado para determinação do plano de falha. As bolas de praia representam os mecanismos focais dos eventos ocorridos nos anos de 2015 e 2016 (círculos vermelhos) e em 1991 (círculo laranja - Ferreira et al., 1991 e círculo amarelo - Fernandes et al., 1991). A Figura 18 mostra o mapa topográfico da região de Irauçuba com o melhor. conjunto de dados (22 eventos), utilizado para determinação do plano de falha. As bolas de paia representam os mecanismos de 2015 e 2016 (mecanismo A) e os de 1991 (mecanismos B e C, de Ferreira et al., 1991).. PPGG/UFRN. Página 44.