Joint inversion of magnetotelluric and seismological observations: case study in NE Brazil
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54878 |
Resumo: | Os métodos geofísicos tem como finalidade obter informações sobre as rochas e fluidos em subsuperfície. Para alcançar este objetivo, diferentes metodologias são empregadas para determinar com maior precisão tanto a geometria, quanto as propriedades físicas dos estratos da Terra em profundidade. Os métodos sismológicos recuperaram informações estruturais e de velocidade em subsuperfície, já as técnicas de MT são poderosas ferramentas para caracterizar a saturação de fluidos, como hidrocarbonetos ou água salina, nas rochas em subsuperfície. Medições sismológicas ou magnetotelúricas (MT) fornecem informações incompletas quando utilizadas independentemente. Combinadas, essas técnicas têm o potencial para melhorar consideravelmente o imageamento do arcabouço estrutural em profundidade. Este trabalho avalia o desempenho da análise conjunta de dados sismológicos e magnetotelúricos na determinação de estrutura subsuperficial sob a Província Borborema e Norte do Cráton São Francisco, através de dados coletados ao longo de um perfil N-S centrado na Bacia do Araripe Primeiramente, modelos de resistividade e velocidade de onda S foram obtidos através de inversões independentes. Os modelos de velocidade foram obtidos através da inversão simultânea de funções do receptor e curvas de dispersão, e revelaram a presença de um estrato com alta velocidade (4,1-4,3 km/s) abaixo da Bacia do Araripe - que foi interpretado como uma camada máfica na crosta inferior - e uma diminuição da velocidade (< 4,3 km/s) abaixo dos 120 km de profundidade. Os modelos de resistividade foram retirados de uma inversão 3D já existente de curvas de resistividade aparente e fase, observando-se a presença de alta condutividade ( 25 Ωm ) no manto (120 km) sob a bacia. Esta anomalia condutiva foi interpretada como um material enriquecido com pequenas quantidades de magma remanescente dos processos de rifteamento do Mesozóico. A interpretação conjunta dos resultados evidencia assim um afinamento da litosfera abaixo da Bacia do Araripe que contribue a melhorar nossa compreensão dos processos de inversão tectôncia dessa bacia. Foi investigado também o desempenho da inversão conjunta dos dados magnetotelúricos e sismológicos coletados. A inversão conjunta utilizou as mesmas funções do receptor e curvas de fase e resistividade aparente das inversões independentes; porém, uma curva de dispersão de velocidade de fase média foi desenvolvida. A inversão assume uma estrutura sísmica e de resistividade comum (1D), representada por um conjunto de camadas acima de um semi-espaço. Além disso, a inversão é realizada através de um algoritmo genético multiobjetivo (GA) que explora eficientemente e totalmente o espaço de parâmetros. Nossos resultados demonstram que, apesar de uma complexidade geológica considerável, é possível determinar estruturas de velocidade e resistividade estruturalmente consistentes sob a Província Borborema e o cráton São Francisco. Os modelos invertidos (1D) não permitem desenvolver relações empíricas entre resistividade e velocidade sísmica de onda S em profundidades crustais ou mantélicas, mas conseguem imagear uma Moho elétrica sob a maior parte dos locais na região de estudo. |
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Romero, Ana Milena Nemocónhttp://lattes.cnpq.br/4623014127571438http://lattes.cnpq.br/0012168139768170Martínez, Xavier GarcíaNascimento, Aderson Farias dohttps://orcid.org/0000-0002-3961-5884http://lattes.cnpq.br/8600906973888297Bezerra, Francisco Hilario RegoChaves, Carlos Alberto MorenoCasas, Jordi Julia2023-09-22T21:27:28Z2023-09-22T21:27:28Z2023-07-18ROMERO, Ana Milena Nemocón. Joint inversion of magnetotelluric and seismological observations: case study in NE Brazil. Orientador: Jordi Julià Casas. 2023. 245f. Tese (Doutorado em Geodinâmica e Geofísica) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54878Os métodos geofísicos tem como finalidade obter informações sobre as rochas e fluidos em subsuperfície. Para alcançar este objetivo, diferentes metodologias são empregadas para determinar com maior precisão tanto a geometria, quanto as propriedades físicas dos estratos da Terra em profundidade. Os métodos sismológicos recuperaram informações estruturais e de velocidade em subsuperfície, já as técnicas de MT são poderosas ferramentas para caracterizar a saturação de fluidos, como hidrocarbonetos ou água salina, nas rochas em subsuperfície. Medições sismológicas ou magnetotelúricas (MT) fornecem informações incompletas quando utilizadas independentemente. Combinadas, essas técnicas têm o potencial para melhorar consideravelmente o imageamento do arcabouço estrutural em profundidade. Este trabalho avalia o desempenho da análise conjunta de dados sismológicos e magnetotelúricos na determinação de estrutura subsuperficial sob a Província Borborema e Norte do Cráton São Francisco, através de dados coletados ao longo de um perfil N-S centrado na Bacia do Araripe Primeiramente, modelos de resistividade e velocidade de onda S foram obtidos através de inversões independentes. Os modelos de velocidade foram obtidos através da inversão simultânea de funções do receptor e curvas de dispersão, e revelaram a presença de um estrato com alta velocidade (4,1-4,3 km/s) abaixo da Bacia do Araripe - que foi interpretado como uma camada máfica na crosta inferior - e uma diminuição da velocidade (< 4,3 km/s) abaixo dos 120 km de profundidade. Os modelos de resistividade foram retirados de uma inversão 3D já existente de curvas de resistividade aparente e fase, observando-se a presença de alta condutividade ( 25 Ωm ) no manto (120 km) sob a bacia. Esta anomalia condutiva foi interpretada como um material enriquecido com pequenas quantidades de magma remanescente dos processos de rifteamento do Mesozóico. A interpretação conjunta dos resultados evidencia assim um afinamento da litosfera abaixo da Bacia do Araripe que contribue a melhorar nossa compreensão dos processos de inversão tectôncia dessa bacia. Foi investigado também o desempenho da inversão conjunta dos dados magnetotelúricos e sismológicos coletados. A inversão conjunta utilizou as mesmas funções do receptor e curvas de fase e resistividade aparente das inversões independentes; porém, uma curva de dispersão de velocidade de fase média foi desenvolvida. A inversão assume uma estrutura sísmica e de resistividade comum (1D), representada por um conjunto de camadas acima de um semi-espaço. Além disso, a inversão é realizada através de um algoritmo genético multiobjetivo (GA) que explora eficientemente e totalmente o espaço de parâmetros. Nossos resultados demonstram que, apesar de uma complexidade geológica considerável, é possível determinar estruturas de velocidade e resistividade estruturalmente consistentes sob a Província Borborema e o cráton São Francisco. Os modelos invertidos (1D) não permitem desenvolver relações empíricas entre resistividade e velocidade sísmica de onda S em profundidades crustais ou mantélicas, mas conseguem imagear uma Moho elétrica sob a maior parte dos locais na região de estudo.Geophysical methods aim at obtaining information about the subsurface rocks and fluids. To achieve this goal, different methodologies are employed to more accurately determine both the geometry and physical properties of the Earth’s strata at depth. Seismological methods recover structural and velocity information in the subsurface, while MT techniques are powerful tools to characterize the saturation of fluids, such as hydrocarbons or saline water, in subsurface rocks. Seismological or magnetotelluric (MT) measurements provide incomplete information when used independently. Combined, these techniques have the potential to considerably improve the imaging of structural features at depth. This paper evaluates the performance of joint analysis of seismological and magnetotelluric data for determination of subsurface structure beneath the Borborema Province and northern São Francisco Craton, using data collected along a N-S profile centered at the Araripe Basin. First, resistivity and S-wave velocity models were obtained through independent inversions. The velocity models were obtained through simultaneous inversion of receiver functions and dispersion curves, and revealed the presence of a layer with high velocity (4.1-4.3 km/s) below the Araripe Basin - which was interpreted as a mafic layer in the lower crust - and a decrease in velocity (< 4.3 km/s) below 120 km depth. The resistivity models were taken from an existing 3D inversion of apparent resistivity and phase curves, noting the presence of high conductivity ( 25 Ωm ) in the mantle (120 km) beneath the basin. This conductive anomaly was interpreted as material enriched with small amounts of magma derived from Mesozoic rifting processes. The joint interpretation of the results thus evidences a thinning of the lithosphere beneath the Araripe Basin, contributing to improve our understanding of the tectonic inversion processes of this basin. The performance of the joint inversion of magnetotelluric and seismological data was also investigated. The joint inversion used the same receiver functions, phase and apparent resistivity curves as the independent inversions; however, a brand-new mean phasevelocity dispersion curve had to be utilized. The inversion assumes a common seismic and resistivity structure (1D), represented by a set of layers above a half-space. Furthermore, the inversion is performed using a multi-objective genetic algorithm (GA) that efficiently exploits the parameter space. Our results demonstrate that, in spite of considerable geological complexity, it is possible to determine structurally consistent velocity and resistivity structures beneath the Borborema Province and the São Francisco Craton. The inverse (1D) models do not allowed to develop empirical relationships between resistivity and S-wave seismic velocity at crustal or mantle depths, but they were able to image an electric Moho beneath most locations within the study region.Petróleo Brasileiro S.A.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICAUFRNBrasilCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIASGeofísicaInversão conjuntaSeismologia passivaMagnetoteluricaInversão tectônicaMoho elétricaJoint inversion of magnetotelluric and seismological observations: case study in NE Brazilinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALJointinversionmagnetotelluric_Romero_2023.pdfapplication/pdf27092238https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/54878/1/Jointinversionmagnetotelluric_Romero_2023.pdf32d2fb9ada300c71d473cf4ec437743aMD51123456789/548782023-09-22 18:28:04.198oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/54878Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-09-22T21:28:04Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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