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Título: Arcabouço geofísico, isostasia e causas do magmatismo cenozóico da província Borborema e de sua margem continental (Nordeste do Brasil)
Autor(es): Oliveira, Roberto Gusmão de
Palavras-chave: Província Borborema;Gravimetria;Magnetismo;Isostasia;Gravity;Tectonic compartimentalization;Pre-cambrian;Framework;Continental margin;Elastic parameters;Magmatism;Lithosphere
Data do documento: 27-Jul-2008
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: OLIVEIRA, Roberto Gusmão de. Arcabouço geofísico, isostasia e causas do magmatismo cenozóico da província Borborema e de sua margem continental (Nordeste do Brasil). 2008. 415 f. Tese (Doutorado em Geodinâmica; Geofísica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008.
Resumo: The Borborema Province (BP) is a geologic domain located in Northeastern Brazil. The BP is limited at the south by the São Francisco craton, at the west by the Parnaíba basin, and both at the north and east by coastal sedimentary basins. Nonetheless the BP surface geology is well known, several key aspects of its evolution are still open, notably: i)its tectonic compartmentalization established after the Brasiliano orogenesis, ii) the architecture of its cretaceous continental margin, iii) the elastic properties of its lithosphere, and iv) the causes of magmatism and uplifting which occurred in the Cenozoic. In this thesis, a regional coverage of geophysical data (elevation, gravity, magnetic, geoid height, and surface wave global tomography) were integrated with surface geologic information aiming to attain a better understanding of the above questions. In the Riacho do Pontal belt and in the western sector of the Sergipano belt, the neoproterozoic suture of the collision of the Sul domain of the BP with the Sanfranciscana plate (SFP) is correlated with an expressive dipolar gravity anomaly. The positive lobule of this anomaly is due to the BP lower continental crust uplifting whilst the negative lobule is due to the supracrustal nappes overthrusting the SFP. In the eastern sector of the Sergipano belt, this dipolar gravity anomaly does not exist. However the suture still can be identified at the southern sector of the Marancó complex arc, alongside of the Porto da Folha shear zone, where the SFP N-S geophysical alignments are truncated. The boundary associated to the collision of the Ceará domain of the BP with the West African craton is also correlated with a dipolar gravity anomaly. The positive lobule of this anomaly coincides with the Sobral-Pedro II shear zone whilst the negative lobule is associated with the Santa Quitéria magmatic arc. Judging by their geophysical signatures, the major BP internal boundaries are: i)the western sector of the Pernambuco shear zone and the eastern continuation of this shear zone as the Congo shear zone, ii) the Patos shear zone, and iii) the Jaguaribe shear zone and its southwestern continuation as the Tatajuba shear zone. These boundaries divide the BP in five tectonic domains in the geophysical criteria: Sul, Transversal, Rio Grande do Norte, Ceará, and Médio Coreaú. The Sul domain is characterized by geophysical signatures associated with the BP and SFP collision. The fact that Congo shear zone is now proposed as part of the Transversal domain boundary implies an important change in the original definition of this domain. The Rio Grande do Norte domain presents a highly magnetized crust resulted from the superposition of precambrian and phanerozoic events. The Ceará domain is divided by the Senador Pompeu shear zone in two subdomains: the eastern one corresponds to the Orós-Jaguaribe belt and the western one to the Ceará-Central subdomain. The latter subdomain exhibits a positive ENE-W SW gravity anomaly which was associated to a crustal discontinuity. This discontinuity would have acted as a rampart against to the N-S Brasiliano orogenic nappes. The Médio Coreaú domain also presents a dipolar gravity anomaly. Its positive lobule is due to granulitic rocks whereas the negative one is caused by supracrustal rocks. The boundary between Médio Coreaú and Ceará domains can be traced below the Parnaíba basin sediments by its geophysical signature. The joint analysis of free air anomalies, free air admittances, and effective elastic thickness estimates (Te) revealed that the Brazilian East and Equatorial continental margins have quite different elastic properties. In the first one 10 km < Te < 20 km whereas in the second one Te ≤ 10 km. The weakness of the Equatorial margin lithosphere was caused by the cenozoic magmatism. The BP continental margin presents segmentations; some of them have inheritance from precambrian structures and domains. The segmentations conform markedly with some sedimentary basin features which are below described from south to north. The limit between Sergipe and Alagoas subbasins coincides with the suture between BP and SFP. Te estimates indicates concordantly that in Sergipe subbasin Te is around 20 km while Alagoas subbasin has Te around 10 km, thus revealing that the lithosphere in the Sergipe subbasin has a greater rigidity than the lithosphere in the Alagoas subbasin. Additionally inside the crust beneath Sergipe subbasin occurs a very dense body (underplating or crustal heritage?) which is not present in the crust beneath Alagoas subbasin. The continental margin of the Pernambuco basin (15 < Te < 25 km) presents a very distinct free air edge effect displaying two anomalies. This fact indicates the existence in the Pernambuco plateau of a relatively thick crust. In the Paraíba basin the free air edge effect is quite uniform, Te ≈ 15 km, and the lower crust is abnormally dense probably due to its alteration by a magmatic underplating in the Cenozoic. The Potiguar basin segmentation in three parts was corroborated by the Te estimates: in the Potiguar rift Te ≅ 5 km, in the Aracati platform Te ≅ 25 km, and in the Touros platform Te ≅ 10 km. The observed weakness of the lithosphere in the Potiguar rift segment is due to the high heat flux while the relatively high strength of the lithosphere in the Touros platform may be due to the existence of an archaean crust. The Ceará basin, in the region of Mundaú and Icaraí subbasins, presents a quite uniform free air edge effect and Te ranges from 10 to 15 km. The analysis of the Bouguer admittance revealed that isostasy in BP can be explained with an isostatic model where combined surface and buried loadings are present. The estimated ratio of the buried loading relative to the surface loading is equal to 15. In addition, the lower crust in BP is abnormally dense. These affirmations are particularly adequate to the northern portion of BP where adherence of the observed data to the isostatic model is quite good. Using the same above described isostatic model to calculate the coherence function, it was obtained that a single Te estimate for the entire BP must be lower than 60 km; in addition, the BP north portion has Te around 20 km. Using the conventional elastic flexural model to isostasy, an inversion of crust thickness was performed. It was identified two regions in BP where the crust is thickened: one below the Borborema plateau (associated to an uplifting in the Cenozoic) and the other one in the Ceará domain beneath the Santa Quitéria magmatic arc (a residue associated to the Brasiliano orogenesis). On the other hand, along the Cariri-Potiguar trend, the crust is thinned due to an aborted rifting in the Cretaceous. Based on the interpretation of free air anomalies, it was inferred the existence of a large magmatism in the oceanic crust surrounding the BP, in contrast with the incipient magmatism in the continent as shown by surface geology. In BP a quite important positive geoid anomaly exists. This anomaly is spatially correlated with the Borborema plateau and the Macaú-Queimadas volcanic lineament. The integrated interpretation of geoid height anomaly data, global shear velocity model, and geologic data allow to propose that and Edge Driven Convection (EDC) may have caused the Cenozoic magmatism. The EDC is an instability that presumably occurs at the boundary between thick stable lithosphere and oceanic thin lithosphere. In the BP lithosphere, the EDC mechanism would have dragged the cold lithospheric mantle into the hot asthenospheric mantle thus causing a positive density contrast that would have generated the main component of the geoid height anomaly. In addition, the compatibility of the gravity data with the isostatic model, where combined surface and buried loadings are present, together with the temporal correlation between the Cenozoic magmatism and the Borborema plateau uplifting allow to propose that this uplifting would have been caused by the buoyancy effect of a crustal root generated by a magmatic underplating in the Cenozoic
metadata.dc.description.resumo: A Província Borborema (PB) é um domínio geológico-estrutural localizado no Nordeste do Brasil, limitado a sul pelo Cráton do São Francisco, a oeste pela Bacia do Parnaíba e a norte e leste pelas bacias costeiras. Embora bastante estudada por geologia de superfície, na PB ainda estão em aberto aspectos importantes de sua evolução, notadamente: i) a sua compartimentagem tectônica após a Orogênese Brasiliana, ii) a arquitetura da margem continental implantada no Cretáceo, iii) as propriedades elásticas de sua litosfera, e iv) as causas do magmatismo e do soerguimento no Cenozóico. Esta Tese empregou dados geofísicos de cobertura regional (elevação, gravimetria, magnetometria, altura geoidal e tomografia), para aportar informações de geologia profunda aos problemas acima colocados. A sutura gerada pela colisão neoproterozóica entre o Domínio Sul da PB e a Placa Sanfranciscana (PSF) é marcada, na Faixa Riacho do Pontal e no oeste da Faixa Sergipana, por uma forte anomalia gravimétrica dipolar, cujo pico positivo corresponde ao alçamento da crosta inferior da PB e o negativo corresponde às nappes de supracrustais empurradas sobre a PSF. Na região leste da Faixa Sergipana não há assinaturas gravimétricas que indiquem cavalgamento e flexura de placas, mas a interpretação de truncamentos de assinaturas geofísicas de direção N-S da PSF permite localizar a sutura na margem sul do complexo de arco Marancó, ao longo da Z. C. Porto da Folha. Por sua vez, o limite colisional do Domínio Ceará da PB com o Cráton Oeste-Africano, ao longo da Z. C. Sobral-Pedro II, é também marcado por uma anomalia gravimétrica dipolar, cujo pico positivo coincide com a Z. C. Sobral-Pedro II, e o negativo coincide com o arco magmático de Santa Quitéria. A julgar pela expressão geofísica, os limites internos mais importantes da PB são: i) a Z. C. Pernambuco Oeste e sua continuação na Z. C. Congo, ii) a Z. C. Patos e iii) a Z. C. Jaguaribe e sua continuação na Z. C. Tatajuba. Estes limites dividem a PB em cinco grandes domínios geofísicos-tectônicos: Sul (ou Externo), Transversal, Rio Grande do Norte, Ceará e Médio Coreaú. O Domínio Sul é marcado por assinaturas geofísicas associadas à colisão da PB com a PSF. O Domínio Transversal teve a sua concepção original de limites modificada porque a parte leste do seu limite sul foi associada com a Z. C. Congo. O Domínio Rio Grande do Norte apresenta a crosta mais magnética da PB, com superposição de fontes pré-cambrianas e fanerozóicas. No Domínio Ceará, a Z. C. Senador Pompeu é o divisor de dois subdomínios: o leste corresponde à Faixa Orós-Jaguaribe e o oeste corresponde ao Ceará-Central, onde ocorre uma assinatura gravimétrica interpretada como uma descontinuidade crustal de direção ENE-WSW, que funcionou como um anteparo para as nappes brasilanas, com sentido de deslocamento para sul. O Domínio Médio Coreaú apresenta uma anomalia gravimétrica dipolar, cujo pico positivo está associado com rochas granulíticas, e o negativo com rochas supracrustais. A assinatura geofísica do seu limite com o Domínio Ceará é evidente, apesar dos sedimentos da Bacia do Parnaíba. A análise conjunta da anomalia ar-livre, admitância ar-livre e estimativas da espessura elástica efetiva (Te) evidenciou que as margens Leste e Equatorial possuem propriedades elásticas bastante diferentes: enquanto a primeira tem Te entre 10 e 20 km, a segunda tem Te em torno ou inferior a 10 km. Essa diferença é devida ao enfraquecimento da litosfera da Margem Equatorial produzida pelo magmatismo cenozóico. A margem continental da PB apresenta segmentações que incorporaram heranças das estruturas e dos domínios pré-cambrianos, que se correlacionam com os limites conhecidos das bacias. Descrevendo de sul para norte, o limite da separação da Bacia Sergipe - Alagoas em duas sub-bacias coincide com a sutura entre o Domínio Sul da PB e a PSF; as estimativas de Te indicam, concordantemente, que a Sub-bacia Sergipe (Te ≅ 20 km) se instalou em uma litosfera mais resistente do que a da Sub-bacia Alagoas (Te ≅ 10 km). Adicionalmente, no interior da crosta da Sub-bacia Sergipe ocorre um grande corpo denso (underplating ou herança crustal?) que não continua na Sub-bacia Alagoas. A margem da Bacia de Pernambuco (15 < Te < 25 km) apresenta características diferentes das outras bacias costeiras, porque no Platô de Pernambuco há duas anomalias do efeito de borda , o que indica a existência no platô de uma crosta continental afinada, contudo ainda relativamente espessa. A Bacia da Paraíba se apresenta bastante uniforme, com Te em torno de 15 km, e possui uma crosta inferior relativamente densa, que foi interpretada como uma modificação por underplating magmático relacionado com o magmatismo cenozóico. A segmentação da Bacia Potiguar em três partes é corroborada pelas estimativas de Te: Rifte Potiguar (Te ≅ 5 km), Plataforma de Aracati (Te ≅ 25 km) e Plataforma de Touros (Te ≅ 10 km). A fragilidade da litosfera na região do Rifte Potiguar está associada com fluxo térmico atual alto, e a resistência relativamente maior da Plataforma de Touros pode ser devida a uma crosta arqueana. A margem da Bacia do Ceará, no trecho das sub-bacias Mundaú e Icaraí, possui anomalia ar-livre uniforme, com Te entre 10 e 15 km. A análise da admitância Bouguer revelou que a condição isostática da PB é compatível com um modelo em que ocorrem carregamentos combinados na superfície e na base da crosta, com a carga da base 15 vezes maior que a do topo. Em adição, a PB possui uma crosta inferior anormalmente densa. Estas afirmações são especialmente adequadas para a parte norte da PB porque aí a aderência dos dados observados ao modelo é maior. Para o mesmo modelo isostático e usando a função coerência, estimou-se que a Te da PB deve ser inferior a 60 km, embora sua porção norte tenha Te de apenas 20 km. A inversão de espessura de crosta, usando o modelo isostático com carga apenas na superfície, indicou que existem na PB duas regiões de espessamento: uma abaixo do Planalto da Borborema (de origem cenozóica) e a outra no Domínio Ceará, sob o arco magmático de Santa Quitéria (vestigial do Pré-cambriano). Por outro lado, ocorre um afinamento ao longo do Trend Cariri-Potiguar, que representa o registro no interior do continente de um rifteamento cretáceo abortado. A interpretação das anomalias ar-livre de fontes oceânicas levou à proposição de que ocorreu um volumoso magmatismo na área oceânica adjacente à PB, ao contrário da área continental, como indicam as informações de geologia de superfície. A PB apresenta uma expressiva anomalia positiva de geóide, com correlação espacial com o Planalto da Borborema e o Alinhamento Macau-Queimadas. A integração de dados de tomografia de ondas superficiais e de anomalias residuais de geóide permitiu interpretar que uma convecção em pequena escala (Edge Driven Convection-EDC), gerada na interface entre a raiz da litosfera continental fria e o manto quente da área oceânica, pode ter sido a causa do magmatismo cenozóico. O mecanismo de EDC teria causado o arrasto do manto litosférico continental frio para dentro do manto astenosférico quente, ocasionando assim contraste positivo de densidade, que seria uma componente importante da origem da anomalia de geóide. A compatibilidade dos dados gravimétricos da PB com o modelo isostático que combina carregamentos no topo e na base da crosta, e a correlação temporal entre o magmatismo cenozóico e o soerguimento do planalto, permite propor que o soerguimento deste ocorreu por causa do empuxo provocado pela raiz da crosta, produzida por um underplating magmático no Cenozóico
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/18344
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