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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2023.tde-12072023-170018
Document
Author
Full name
Lucas Alexandre Schirbel
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Assumpcao, Marcelo Sousa de (President)
Carvalho, Juraci Mário de
Nascimento, Aderson Farias do
Title in English
Reservoir Induced Seismicity at the Laúca Dam in Northwestern Angola - Focal Mechanisms and Stress Field Estimation
Keywords in English
African; Angola; Stress Field; Focal Mechanisms; Reservoir-Induced Seismicity; Nubian Plate.
Abstract in English
Reservoir Triggered Seismicity (RTS) is a well documented phenomenon, with over 100 cases reported worldwide. The impounding of water reservoirs changes the local stress field and serves as a catalyst/trigger for the release of tectonically accumulated stress. RTS cases occurring in intraplate regions are particularly interesting, since they provide an opportunity to study the local and regional stress field in areas where earthquake occurrences are rare and these chances seldom come by. We report a new case of RTS in southwestern Africa, in the Kwanza basin, Malanje province of Angola, located in the Angolan Shield. The Lauca reservoir, where seismicity is taking place, sits atop a region composed mainly of granitic and gneissic rocks covered by a thin layer of sedimentary rocks, and seismicity there was observed shortly after the water level rose to about 90m following initial impoundment. The maximum dam height is 156m and the reservoir volume is 5,044.85 Hm3. Over 270 events were detected between March/2018 and and November/2020, and seismicity has not ceased, indicating both initial and protracted seismic activity at play. The frequency of events with magnitude larger than 2.5 ML has increased over time. The largest event so far had magnitude 3.0 ML, and was felt in nearby villages and towns. P and S phases for all events were manually picked, and a composite Wadati diagram yielded a Vp/Vs ratio of 1.710 +- 0.003 for the lake area, compatible with the local geology. We use minimization of travel time residuals with both HYPO71 and HYPOCENTER to determine the best half-space velocity model for the reservoir area, which we determine to be Vp= 6.1 km/s. Back Azimuth angles for all events were also manually determined and used to better constrain locations. Epicentral locations show that most events cluster along two roughly N-S oriented faults, an uncommon pattern in cases of RTS, but which can nonetheless aid the determination of the focal mechanisms. We determine focal mechanisms for four of the largest events in the area using both P and SH arrival polarity and P/S amplitude ratios, and compare it to models of the regional stress field. We find that the faulting regime in the area is transpressive and that SHMax points in the SW-NE direction, in disagreement with current geodynamical models of the Nubian plate.
Title in Portuguese
Sismicidade Induzida por Reservatórios na Barragem de Laúca, Noroeste Angolano - Mecanismos Focais e Estimativa do Campo de Tensões
Keywords in Portuguese
Africano; Angola; Campo de Estresse; Mecanismos focais; Sismicidade Induzida por Reservatório; Placa Núbia.
Abstract in Portuguese
A Sismicidade Induzida por Reservatórios (SIR) é um fenômeno bem documentado, com mais de 100 casos relatados em todo o mundo. O represamento de reservatórios de água altera o campo de tensão local e serve como catalisador/disparador para a liberação de tensão acumulada tectonicamente. Casos de SIR que ocorrem em regiões intraplacas são particularmente interessantes, pois proporcionam uma oportunidade de estudar o campo de tensão local e regional em áreas onde as ocorrências de terremotos são raras e essas chances são pouco comuns. Relatamos um novo caso de SIR no sudoeste da África, na bacia do Kwanza, província de Malanje em Angola, localizada no Escudo Angolano. O reservatório de Lauca, onde ocorre a sismicidade, está situado em uma região composta principalmente de rochas graníticas e gnaissicas cobertas por uma fina camada de rochas sedimentares, e a sismicidade lá foi observada logo após o nível da água subir para cerca de 86m após o represamento inicial. A altura máxima da barragem é de 156m e o volume do reservatório é de 5,044.85 Hm3. Mais de 270 eventos foram detectados entre março/2018 e novembro/2020, e a sismicidade não cessou, indicando tanto atividade sísmica inicial quanto prolongada. A frequência de eventos com magnitude superior a 2,5 ML aumentou ao longo do tempo. O maior evento até agora teve magnitude de 3,0 ML e foi sentido em aldeias e cidades próximas. As fases P e S para todos os eventos foram lidas manualmente, e um diagrama composto de Wadati produziu uma razão Vp/Vs de 1,710 +- 0,003 para a área do lago, compatível com a geologia local. Utilizamos a minimização de resíduos de tempo de viagem com HYPO71 e HYPOCENTER para determinar o melhor modelo de velocidade de meio espaço para a área do reservatório, que determinamos ser Vp= 6,1 km/s. Os ângulos de back azimuth para todos os eventos também foram determinados manualmente e usados para melhorar as localizações. As localizações epicentrais mostram que a maioria dos eventos se agrupa ao longo de duas falhas aproximadamente orientadas no sentido norte-sul, um padrão incomum em casos de SIR, mas que pode auxiliar a determinar os mecanismos focais. Determinamos mecanismos focais para quatro dos maiores eventos na área usando a polaridade de chegada P e SH e as razões de amplitude P/S, e os comparamos com modelos do campo de tensão regional. Descobrimos que o regime de falhas na área é transpressivo e que o SHMax aponta na direção SW-NE, em desacordo com os modelos geodinâmicos atuais para a placa Africana.
 
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Publishing Date
2023-07-13
 
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