UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 073

JOSÉ EDUARDO PEREIRA SOARES

DATA DA DEFESA: 06/06/2005
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: PROCESSAMENTO DE DADOS EM GEOLOGIA E ANÁLISE AMBIENTAL
ORIENTADOR:  Prof. Reinhardt Adolfo Fuck (UnB)
EXAMINADORES: Prof. Augusto César Bittencourt Pires (UnB); Prof. José Oswaldo de Araújo Filho(UnB); Prof. Jesus Antônio Berrocal Gomez (USP); Marco Polo Pereira Buonora (PETROBRÁS); Roberta Mary Vidotty (Bizzi e assoc. pesquisa e desenv. rec.)

Palavras-chave: refração sísmica; Moho,Província Tocantins; Brasil Central  

RESUMO

    Modelo bidimensional da estrutura da crosta e manto superior para o Brasil central foi obtido a partir da análise do tempo de trânsito de dados de refração sísmica profunda das linhas de Porangatu e Cavalcante. As linhas sísmicas possuem 300 km cada uma, com uma superposição de 50 km. Cruzam a Província Tocantins e adentram a parte oeste do Craton do São Francisco segundo um perfil WNW-ESE de aproximadamente 530 km de comprimento. A Província Tocantins foi formada no Neoproterzóico pela convergência e colisão entre os crátons do São Francisco, Paranapanema e Amazônico, fechando o extinto Oceano de Goiás.
    Apesar das diferenças geológicas, a crosta do Brasil central pode ser dividida em crosta superior (V_P 5,7 km/s – 6,0 km/s), média (V_P 6,3 km/s – 6,5 km/s) e inferior (V_P 6,6 km/s – 7,1 km/s). A Moho é uma interface irregular com profundidade variando de 36 km a 44 km, e descontinuidades laterais, geralmente, associadas aos limites tectônicos de primeira ordem. O manto superior apresenta velocidade de 8,0 km/s sob a linha de Porangatu e 8,3 km/s sob a linha de Cavalcante.
    Considerando a V_P e a V_P/V_S médias da crosta, a topografia da Moho e as descontinuidades laterais das camadas, a crosta do Brasil central pode ser dividida em domínios sísmicos coerentes com os domínios geológicos determinados em superfície. Os valores médios de V_P e V_P/V_S  são, respectivamente, 6,6 km/s e 1,74 sob a Faixa Araguaia, 6,5 km/s e 1,71 sob os terrenos neoproterozóicos do Arco Magmático de Goiás, 6,4 km/s e 1,70 sob os terrenos paleoproterozóicos do Maciço de Goiás, e 6,4 km/s e 1,69 sob o cinturão de dobras e empurrões e oeste do Craton do São Francisco. Estes valores indicam crosta de composição félsica, exceto para a camada inferior da crosta inferior do domínio da Faixa Araguaia.
    Os dados sísmicos permitiram identificar: i) suturas neoproterozóicas relacionadas a subducção da placa do São Francisco para oeste e do Amazonas para leste, definindo pelo menos uma inversão no sentido da subducção durante a formação da Província Tocantins; ii) delaminação da raiz máfica-ultramáfica dos terrenos do Arco Magmático de Goiás, e iii) tectônica profunda no domínio do cinturão de dobras e empurrões da Faixa Brasília norte, com movimento de grandes blocos crustais durante o Neoproterozóico. Estes resultados levaram a reinterpretação dos dados gravimétricos, mostrando que a anomalia gravimétrica positiva do Brasil central é gerada pela ascensão do manto neoproterozóico sob a crosta mais fina do arco Magmático de Goiás. Este alto gravimétrico está superimposto a um alto gravimétrico regional gerado pela diferença de densidade dos mantos neoproterozóico, mais denso, e paleoproterozóico, menos denso. O limite entre os mantos é marcado por forte gradiente gravimétrico, que continua para a parte sul do Brasil central marcando o contato entre a parte sul da Faixa Brasília e o bloco do Paranapanema.
    A integração dos dados geológicos e geofísicos permitiu inferir modelo simplificado de evolução para o Brasil central, dividido em três fases principais: i) colisão entre o Craton do São Francisco e o sistema de arco de ilhas do Arco Magmático de Goiás, formando a parte norte da Faixa Brasília; ii) colisão entre os crátons do São Francisco e Paranapanema, formando a parte sul da Faixa Brasília; e iii) colisão entre o craton Amazônico e os terrenos a leste, formando a Faixa Araguaia. Por ter sido o último evento colisional a afetar o Brasil central, a subducção Amazônica está relacionada a feições superficiais, como por exemplo, topografia arrasada sobre os terrenos do Arco Magmático de Goiás causada pela delaminação e descolamento da raiz máfica-ultramáfica do arco, separação e rotação dos complexos acamadados máfico-ultramáficos, formação do Lineamento Transbrasiliano, e demais feições associadas.
    A Faixa Sísmica Goiás-Tocantins está associada ao alto gravimétrico do Brasil central, e conseqüentemente, a região de crosta mais fina e manto mais denso e mais quente.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 073

DATE OF ORAL PRESENTATION: 06/06/2005
TOPIC OF THE THESIS: Data processing in geology and in environmental analysis
ADVISOR: Prof. Reinhardt Adolfo Fuck (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Prof. Augusto César Bittencourt Pires (UnB); Prof. José Oswaldo de Araújo Filho(UnB); Prof. Jesus Antônio Berrocal Gomez (USP); Marco Polo Pereira Buonora (PETROBRÁS); Roberta Mary Vidotty (Bizzi e assoc. pesquisa e desenv. rec.)

KeyWords: seismic refraction; Moho; Tocantins Province; Central Brazil  

ABSTRACT

    A two-dimensional model of central Brazil crust and upper mantle was obtained from travel-time interpretation of deep seismic refraction data from Porangatu and Cavalcante lines. The seismic refraction lines, 300 km long each, were deployed with an overlap of 50 km, forming a WNW-ESE transect of around 530 km across Tocantins Province, and western São Francisco Craton. Tocantins Province was formed during Neoproterozoic by the convergence and collision of São Francisco, Paranapanema, and Amazon cratons, following subduction of former Goiás Ocean basin.
    Despite geological differences, the crust can be divided in upper (V_P 5.7 km/s – 6.0 km/s), intermediate (V_P 6.3 km/s – 6.5 km/s), and lower crust (V_P 6.6 km/s – 7.1 km/s). Moho is an irregular interface from 36 km to 44 km deep, with discontinuities giving evidence of first order tectonic structures. The upper mantle presents P wave velocity of 8.0 km/s under Porangatu line, and 8.3 km/s beneath Cavalcante line.
    Considering mean crustal V_P and V_P/V_S ratio, Moho topography behavior, and lateral discontinuities within the crustal layers, the crust beneath central Brazil can be associated to major geological domains recognized in the surface. Mean crustal V_P and V_P/V_S are, respectively, 6.6 km/s and 1.74 under Araguaia Belt, 6.5 km/s and 1.71 beneath Neoproterozoic Goiás Magmatic Arc, 6.4 km/s and 1.70 below Paleoproterozoic terrains of Goiás Massif, and 6.4 km/s and 1.69 beneath the foreland fold-and-thrust belt and western São Francisco Craton. These values indicate a crust of felsic composition, except for the lower layer of Araguaia Belt.
    Seismic features allow identifying: i) Neoproterozoic sutures related to a westwards subduction of São Francisco plate, and to an eastwards subduction of Amazon plate, defining at least one inversion in subduction sense during Tocantins Province amalgamation; ii) delamination of mafic-ultramafic root beneath Goiás Magmatic Arc, and iii) thick skin tectonics in the foreland fold-and-thrust belt of northern Brasília Belt, with relative movement of large crustal blocks during Neoproterozoic. These results led to reinterpreting gravimetric data, showing that the gravimetric high anomaly of central Brazil is a regional feature, provoked by neoproterozoic mantle ascent under the thin crust of Goiás Magmatic Arc. Superimposed there is the effect of mantle density that is denser under neoproterozoic arc terrain and lighter under paleoproterozoic terrain. The limit between these domains is marked by the central gravimetric gradient, which continues southward, limiting south branch of Brasília Belt from Paranapanema block.
    Integrating geophysical and geological data allows to infer a simplified model for central Brazil evolution, characterized by three main stages: i) collision between São Francisco Craton and former island arc system of Goiás Magmatic Arc terrain; forming the northern branch of Brasília Belt; ii) collision between São Francisco and Paranapanema cratons, forming the southern branch of Brasília Belt; and iii) collision between Amazon Craton and eastern terrains, forming Araguaia Belt. The last convergent event, Amazon subduction influences many geological features of north Brasília Belt, as, for example, delamination and detachment of mafic-ultramafic root of Goiás Magmatic Arc, splitting and rotation of layered mafic-ultramafic complex, formation of the Transbrasiliano Lineament, and many other related features.
    Goiás-Tocantins seismic trend is associated to the gravimetric high of central Brazil, and as consequence, to the thinnest crust and the densest and hottest mantle.