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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.14.2019.tde-25052018-141852
Documento
Autor
Nome completo
Rafael Monteiro da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Sacek, Victor (Presidente)
Carmo, Isabela de Oliveira
Riccomini, Claudio
Título em português
Modelagem numérica do padrão de esforços na litosfera e implicações na formação do Rifte Continental do Sudeste do Brasil
Palavras-chave em português
esforços
modelagem numérica
Rifte Continental do Sudeste do Brasil
viscoelástico
Resumo em português
O Rifte Continental do Sudeste do Brasil é uma das feições geotectônicas mais expressivas da margem continental brasileira e sua formação influenciou significativamente o padrão de transporte de sedimentos para as bacias marginais de Santos e Campos. Diferentes modelos foram propostos para a origem deste rifte e envolvem a reativação, como falhas normais, de zonas de cisalhamento Pré-Cambrianas. Não obstante, esses modelos são qualitativos e não existem experimentos numéricos que avaliaram a viabilidade dos mecanismos propostos para a origem do rifte. O presente trabalho teve como objetivo estudar a gênese deste rifte e analisar quantitativamente como diferentes fatores geológicos podem ter influenciado sua formação. Essa análise foi realizada numericamente a partir da simulação da evolução de uma margem divergente representativa do sudeste do Brasil. Foi utilizado um modelo numérico bidimensional que descreve a reologia da litosfera como um material viscoelástico de Maxwell na condição de deformação plana, permitindo analisar o estado de esforços na litosfera ao longo do tempo. Os fatores geológicos considerados nos testes numéricos incluíram erosão do continente, sedimentação ao longo da margem estirada, soerguimento regional induzido por uma anomalia térmica mantélica e esforço tectônico intraplaca relacionado ao empurrão pela expansão da cadeia meso-oceânica e orogenia andina. Esses fatores foram considerados separadamente e conjuntamente nos testes. Para avaliar o limite de ruptura das rochas foi considerado o critério de ruptura de Mohr-Coulomb para diferentes valores de coesão interna da rocha. Foi observado que, quando considerados separadamente, tanto a erosão como a sedimentação produziram um estado de esforços compatível com falhamento normal na região continental próxima à margem estirada. No entanto, o soerguimento regional induzido pela passagem de uma anomalia térmica na base da litosfera produz inexpressiva mudança da tensão deviatórica na crosta superior. O efeito sobreposto da erosão e da sedimentação no balanço de cargas sobre a litosfera produziu uma maior magnitude dos esforços resultando em uma condição suscetível à formação de falhas normais profundas, até o limite da crosta superior, na margem emersa. De modo semelhante, a sobreposição de uma compressão regional resultou em uma ligeira diminuição da profundidade do limite de ruptura para as rochas da crosta superior. Os resultados deste trabalho mostraram que o balanço de cargas devido à erosão da porção emersa do sudeste do Brasil e à sedimentação nas bacias marginais juntamente com baixos valores de coesão interna das rochas durante a evolução da margem divergente foram responsáveis por produzirem um estado de esforços na litosfera compatível com falhas normais profundas, e o efeito de um soerguimento regional causado por uma anomalia térmica assim como o efeito de uma compressão horizontal regional, não afetaram significativamente o estado de esforços de modo a alterar expressivamente a condição de ruptura das rochas ao longo da margem continental.
Título em inglês
Numerical modeling of the stress pattern of the lithosphere and its implications in the formation of the Continental Rift of Southern Brazil
Palavras-chave em inglês
Continental Rift of Southern Brazil
numerical modeling
stress
viscoelastic
Resumo em inglês
The Continental Rift of Southeastern Brazil is a remarkable feature at the Brazilian continental margin and its formation significantly influenced the sediment transport pattern to the Santos and Campos marginal basins. Several models were proposed to explain the genesis of the rift and involve the reactivation of Precambrian shear zones as normal faults. However, these models are qualitative and there is a lack of numerical experiments regarding the validity of the proposed mechanisms for the rift genesis. The aim of this work is to study the genesis of the rift and analyze quantitatively how different geological factors can affect its formation. The analysis were conducted through numerical simulations of the evolution of a divergent margin which represents the southeastern Brazil. The two-dimensional numerical model used to represent the lithospheric rheology by a Maxwell viscoelastic material in a state of plane strain and permits the analysis of the lithospheric state of stress throughout time. The geological factors considered in the numerical tests included the continental erosion, sedimentation, regional uplift induced by thermal mantle anomaly and the wide-plate tectonic stress due the ridge-push. These factors were considered separately and superimposed in the numerical tests. The Mohr-Coulomb criterion was adopted to calculate the failure condition, taking into account different values for the cohesion factor. Both erosion and sedimentation, when considered separately, produced a tectonic setting compatible with normal faulting near the stretched continental margin. However, the regional uplift due to the passage of a thermal anomaly on the base of the lithosphere didn't expressively affected the change of deviatoric stresses in the upper crust. The superimposed effect of erosion and sedimentation in the load balance on the lithosphere produced greater stresses magnitudes resulting in a favorable condition for the formation of deep normal faulting, up to the base of upper crust, under the onshore margin area. Similarly, the superimposed effect of compressive stresses resulted in the shallowing of the rupture limit of the upper crust. The results of this work showed that the load on the lithosphere due to erosion of the onshore continental area in the southeastern Brazil and the sedimentation on the marginal basins during the evolution of the margin were responsible to produce a state of stress in the lithosphere favorable to the formation of deep normal faulting and either the effect of regional uplift caused by a thermal anomaly or the compressive horizontal stresses didn't significantly influenced the state of stress to change the rupture condition of rocks along the continental margin.
 
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Data de Publicação
2019-01-22
 
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