A FALHA DO VALE INFERIOR DO TEJO NA ANÁLISE DA PERIGOSIDADE SÍSMICA

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1 A FALHA DO VALE INFERIOR DO TEJO NA ANÁLISE DA PERIGOSIDADE SÍSMICA Susana P. VILANOVA Bolseira de Investigação do IST, Grupo de Engenharia Sísmica e Sismologia do ICIST, Lisboa João F. B. D. FONSECA Professor Auxiliar do Departamento de Física do IST, Investigador, Núcleo de Engenharia Sísmica Sismologia do ICIST, Lisboa. SUMÁRIO A perigosidade sísmica da região sudoeste da Península Ibérica compõe-se de duas contribuições: eventos fortes a muitos fortes na região oceânica vizinha, como o terramoto de Lisboa de 1755, e eventos moderados a fortes na região continental, que exploram zonas de fraqueza herdadas do passado geológico. Uma das regiões de fraqueza corresponde à zona de falhas do Vale Inferior do Tejo (VIT), que apresenta o mais elevado nível de perigosidade sísmica da região ocidental da Península [1]. Nesta comunicação é revista a tectónica activa e a sismicidade do VIT, com vista à caracterização das fontes sísmicas associadas. Discute-se também a importância de uma melhor definição das fontes sismogénicas do VIT nos estudos de perigosidade sísmica probabilística. 1. INTRODUÇÃO Uma eficaz quantificação da perigosidade sísmica, mesmo no âmbito dos estudos probabilísticos, requer um bom conhecimento das estruturas sismogénicas. A vantagem de utilizar falhas-fonte [2] nos estudos probabilísticos é notória em zonas de baixa sismicidade, em que a estimativa dos parâmetros de recorrência sísmica das áreas-fonte [2] só se revela robusta para áreas muito extensas, perdendo-se assim definição espacial. Neste artigo apresentam-se resultados de estudos conducentes à caracterização sismotectónica da região do Vale Inferior do Tejo (VIT) com vista à definição de um modelo de falha-fonte para o cálculo da perigosidade sísmica do SW Ibérico. Uma apresentação mais detalhada do mesmo assunto pode ser encontrada em [3].

2 380 SÍSMICA º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica Figura 1: Principais estruturas tectónicas do Vale Inferior do Tejo e área envolvente, reveladas por prospecção sísmica de reflexão [4, 6, 7, 8]. NF Falha da Nazaré; AiR Serra de Aire; CR Serra dos Candeeiros; PF Falha de Peniche; AsF Falha de Asseca; VCO Vila Chã de Ourique; TVMF Falha Torres Vedras Montejunto; MR Serra de Montejunto; OF Falha da Ota; AzF Falha da Azambuja; CRF Falha do Cabo da Roca; EF Falha do Espigão; SF Falha do Sobral; CFZ Zona de Falhas de Cascais; VF Falha de Vila Franca; AF Falha de Alcochete; ArR Serra da Arrábida. Base geológica simplificada, segundo a Carta Geológica de Portugal na escala 1: Segundo Vilanova e Fonseca [3]. 2. TECTONICA LOCAL O VIT e a região circundante foram objecto de campanhas de prospecção sísmica de hidrocarbonetos durante a década de 80, tendo resultado um importante acervo de informação sobre as estruturas geológicas sub-superficiais. Walker [4] identifica as falhas que afectam as bacias sedimentares de um lado e outro do VIT através da interpretação conjunta desses perfis sísmicos, juntamente com vários furos de sondagem e dados de gravimetria e magnetismo. Esse modelo, destinado à tomada de decisões concernentes à exploração de petróleo e por conseguinte com elevado grau de fiabilidade - foi adaptado à caracterização neotectónica do VIT por Fonseca [5], que propôs um modelo transpressivo esquerdo durante o Quaternário, com transferência de deformação da Falha de Vila Franca para a Serra da Arrábida através da Falha de Alcochete (ver localização e orientação das estruturas na Figura 1, sismicidade na Figura 2 e modelo tectónico na Figura 3). A tectónica da Serra de Montejunto foi estudada por Curtis [6], e o sector mais a Norte da Bacia Lusitaniana por Stapel et al. [7]. Dickson [8] conduziu uma detalhada análise e interpretação tectónica de um denso conjunto de perfis sísmicos adquiridos na plataforma continental (campanha GSI de 1984). A Figura 1 reúne as principais estruturas identificadas nesses estudos, e a Figura 4 mostra detalhes de duas secções sísmicas próximo de

3 Susana P. VILANOVA, João F. B. D. FONSECA 381 Vila Franca de Xira. Em síntese, podem identificar-se diversas falhas mais antigas de orientação NE-SW a NNE-SSW, um importante conjunto de fracturas de orientação aproximadamente N- S, provavelmente ligadas à abertura do Atlântico Norte, e ainda falhas de orientação NW-SE. O mesmo padrão complexo de fracturas foi utilizado posteriormente, no Terciário, para a inversão estrutural da Bacia Lusitaniana [4, 5]. Figura 2: Actividade sísmica do Vale Inferior do Tejo. A) Sismicidade instrumental no período (dados do IM), e intensidades no período histórico segundo Moreira [13]. Mecanismos focais segundo Fonseca [5] e Borges et al. [14]. B) Recorrência sísmica para a mesma área, sugerindo comportamento característico para magnitudes acima de ACTIVIDADE SÍSMICA DO VALE INFERIOR DO TEJO. A importância do VIT como fonte sísmica é generalizadamente reconhecida, em particular devido ao terramoto de Benavente de 1909, com magnitude M S 6.3 [9]. Outro sismo histórico com origem nesta zona ocorreu em 1531, com magnitude M6.5 M7. [10], e admite-se como

4 382 SÍSMICA º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica possível que um outro sismo de magnitude elevada em 1344 tenha tido epicentro na mesma zona. Vilanova et al. [11] reinterpretam os relatos coevos do terramoto de 1755, e propõem que também nessa data pode ter ocorrido a rotura de um segmento da falha do VIT, alguns minutos depois do sismo principal que teve lugar ao largo da costa. Pode-se estimar um período de retorno da ordem de 200 anos para a ocorrência de um sismo de magnitude superior a 6.5 nos segmentos da falha do VIT a Norte de Lisboa. Este valor será superior se se ignorar o evento proposto para 1755, e inferior se se aumentar a área em análise para incluir uma ocorrência adicional em 1858, na plataforma continental ao largo de Setúbal, com magnitude M7 [12]. A Figura 2 mostra a sismicidade instrumental no VIT e região circundante no período (mecanismos focais segundo Fonseca [5] e Borges et al. [13]), e as intensidades mais elevadas dos sismos históricos (1531, 1858, 1909) [14]. É notória a baixa actividade ao longo do vale do Tejo, onde as intensidades históricas são mais elevadas. A recorrência sísmica calculada com estes dados, incluindo a sismicidade histórica (Figura 2B), desvia-se significativamente da Lei de Gutemberg-Richter para magnitudes acima de M6.0, podendo indiciar um comportamento característico da falha do VIT. Figura 3: À esquerda: falhas geológicas identificadas em perfis sísmicos na região do VIT, e seu efeito na espessura das formações post-oligocénicas, segundo Walker [4]. À direita: modelo neotectónico transpressivo com cizalhamento esquerdo e releasing bend, proposto por Fonseca [5]. 4. NEOTECTÓNICA E TECTÓNICA ACTIVA. PALEOSISMOLOGIA. A Neotectónica do VIT foi estudada por Cabral [15], que identifica movimentos verticais diferenciados de ambos os lados do vale, e admite a existência de um acidente tectónico profundo ao longo do rio, conforme proposto em estudos clássicos anteriores e apoiado por prospecção sísmica de refracção profunda [16]. O mesmo autor estima a taxa de deslizamento vertical média durante o Plio-Quaternário em 0.05 a 0.1 mm/ano, mas aponta para a necessidade

5 Susana P. VILANOVA, João F. B. D. FONSECA 383 de considerar outras estruturas, de orientação transversal ao VIT, na explicação da deformação neotectónica. Em particular, a rotura de uma falha de orientação WNW-ESE é invocada para explicar a configuração das isossistas do terramoto de Benavente de 1909, (magnitude M6.3 [9]). Recentemente, Cabral et al. [17] revêem os dados geofísicos disponíveis e concluem pela ausência de evidência de um acidente estrutural contínuo ao longo do VIT, atribuindo por outro lado um relevante papel sismogénico a estruturas de orientação N-S a NNE-SSW, como a falha de Alcochete (Pinhal Novo no estudo citado), a Falha de Vila Franca ou a Falha da Azambuja, atribuindo-lhes magnitudes máximas de M6.6 a M6.9. Figura 4: A) Secção sísmica de reflexão próximo da Falha de Vila Franca, em Alverca. O estilo de deformação foi interpretado por Fonseca [5] como uma estrutura em flor, indicando um regime transpressivo (combinação de cizalhamento e compressão). B) Segundo Walker [4], a falha principal encontra-se imediatamente a SE da secção anterior, e é responsável pela forte deformação dos sedimentos evidenciada nesta secção sísmica feita dentro do rio, junto a Alhandra. Note-se que a secção faz com a falha um ângulo muito agudo, o que dificulta a sua interpretação estrutural. Os estudos de Tectónica Activa e Paleosismologia no VIT são recentes e ainda escassos. Fonseca et al. [18] conduziram investigações paleosismológicas na região de Vila Chã de Ourique (ver localização na Figura 1), tendo seleccionado esta área através de critérios geomorfológicos [19]. As trincheiras abertas no local, junto a uma escarpa com cerca de 50m de

6 384 SÍSMICA º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica altura e orientação NE-SW, revelaram, segundo a interpretação dos autores, deformação tectónica de idade Holocénica (Idade do Ferro e Idade do Bronze), tendo a idade das formações afectadas sido determinada por datação radiométrica com C14 e por métodos arqueológicos. Os resultados paleosismológicos mais significativos são apresentados na Figura 4. As interpretações de Fonseca et al. [18] foram contestadas por Cabral e Marques [20], que preferiram como causa para a deformação observada nas trincheiras de Vila Chã de Ourique um deslizamento de terra (ver réplica em [21]). Para destrinçar entre as duas interpretações, foi realizado um perfil tomográfico de resistividade eléctrica junto à trincheira [22, 3], apresentado na Figura 6. Este estudo geofísico corroborou a interpretação original deformação de origem tectónica visto que documentou a continuação em profundidade, até 40 m abaixo da superfície, dos planos de falha observados nas trincheiras, o que é incompatível com um deslizamento de terras. Figura 5: A) Parede de trincheira em Vila Chã de Ourique [19]. O corte tem a orientação NW-SE, e revela superfícies de rotura muito inclinadas, dispostas em leque, colocando formações holocénicas sobre argilas miocénicas. É possível medir nesta parede um deslocamento mínimo de 3m em 4000 anos. O valor real é superior, visto que as formações mais superficiais foram removidas, e existe uma componente de deslocamento normal ao plano, revelada pelas estrias. B) Esquema do mesmo corte, com classificação estratigráfica. C) Artefactos arqueológicos recolhidos nas formações afectadas (colaboração do Prof. João Luís Cardoso). D) Estrias em plano de falha, indicando que o deslocamento teve direcção N-S, ou seja, com componente de sizalhamento importante. E) Pormenor de zona de gauge. Ver figura a cores em [21].

7 Susana P. VILANOVA, João F. B. D. FONSECA DISCUSSÃO Tendo em conta o desenvolvimento da região de VIT, uma perigosidade baixa a moderada pode corresponder a um nível de risco sísmico considerável. Contudo, sem uma quantificação fiável da perigosidade torna-se difícil implementar medidas de mitigação do risco. A figura 7 exemplifica como a introdução de falhas-fonte no cálculo probabilístico afecta não só o zonamento da perigosidade como o valor máximo (todos os restantes parâmetros do estudo são iguais em B e C). No VIT, a identificação das falhas activas com critérios sismológicos é dificultada pelo nível baixo da sismicidade instrumental, que pode ser parcialmente resultante da escassa instrumentação até ao passado recente. A caracterização sismotectónica tem por isso dependido criticamente da abordagem neotectónica [15, 18], que aponta para taxas de deslizamento de 0.05 a 0.1 mm/ano (apenas componente vertical), inferiores aos valores sugeridos pela sismicidade histórica [17]. Contudo, os estudos recentes de Tectónica Activa e Paleosismologia [3, 12, 19], ainda que em início, apontam para valores superiores de taxa de deslizamento na falha do VIT, de 0.5 a 0.7 mm/ano (no mínimo). Esta observação sublinha a necessidade de considerar períodos de tempo mais curtos tipicamente os últimos 100 mil anos para caracterizar a taxa de actividade sísmica no presente. Em Portugal, acresce que é em geral difícil localizar a fronteira entre o Quaternário e o Pliocénico [15], o que dificulta o cálculo de taxas de deslizamento médias durante o Quaternário (últimos 2 milhões de anos) como é prática corrente em Neotectónica. É igualmente difícil extrair informação sismotectónica sobre o VIT através da análise de perfis sísmicos comerciais (ver no entanto Cabral et al. [17]), que não têm por objectivo a caracterização das formações mais superficiais. Ainda que esses dados sejam úteis para obter um modelo neotectónico (Figura 3), afigura-se pouco fiável a inferência de parâmetro sísmicos como a máxima magnitude credível para as falhas geológicas aí identificadas. Acresce que a cobertura das campanhas sísmicas no VIT é limitada, cobrindo um rectângulo de 15 a 25 Km EW por 75 Km NS. Não parece por isso adequado inferir com base nestes dados a inexistência de uma estrutura geológica contínua ao longo do VIT [17] (visto que uma tal estrutura é observável a toda a largura da zona coberta pelos dados [4]), ou atribuir uma magnitude máxima credível de M6.9 à Falha do Pinhal Novo [17] (Falha de Alcochete na Figura 1) para a qual não há evidência conhecida de deformação holocénica. Com base na informação disponível, afigura-se como modelo de trabalho mais plausível a existência de uma estrutura sismogénica localizada entre Alverca e Asseca (Vale de Santarém), composta por dois segmentos: Alverca-Azambuja e Azambuja-Asseca. Cada segmento tem o comprimento de 20 km, e as suas extremidades são determinadas por importantes estruturas geológicas transversais de orientação NW-SE (Figura 1). Em Alverca não é claro se a estrutura continua em direcção a Lisboa, por não existir cobertura de perfis sísmicos e por ser difícil a observação geomorfológica em resultado da antropização intensa. Este modelo permite explicar sismos históricos de magnitude próxima de 7 (provavelmente o caso de 1531) como correspondendo à rotura simultânea dos dois segmentos, e sismos de magnitude ~6.5 por rotura de apenas um dos segmentos. Por exemplo, Vilanova [12] mostra que as intensidades macrossísmicas correspondentes ao terramoto de Benavente de 1909 podem ser adequadamente modeladas admitindo uma rotura no segmento Azambuja-Asseca (M6.4), propagando-se de NE para SW, se se tiverem em conta o efeito da directividade e o efeitos de sítio. Não se revela assim necessário considerar um segmento adicional de orientação NW-SE para explicar a forma das isossistas, contrariamente ao sugerido por Cabral [15]. A proposta de um sismo adicional no VIT em 1755 [11] contempla o segmento Alverca-Azambuja. Naturalmente, o período de retorno para cada segmento considerado individualmente é superior ao intervalo médio de

8 386 SÍSMICA º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica aproximadamente 200 anos entre sismos com M>6.5 no conjunto da Falha do VIT. Por exemplo, se o segmento Azambuja-Asseca rompeu no último milénio em 1531 e 1909, com deslocamentos de 2m (M7) e 1m (M6.5), a taxa de deslizamento correspondente é de 3mm/ano, superior ao valor observado na trincheira de Vila Chã de Ourique (3m/4000 anos) mas compatível visto este último ser um valor mínimo. A confirmar-se este valor, constata-se que a Falha do VIT é um elemento importante da fronteira entre as placas africana e euroasiática [23]. Figura 6: Perfil tomográfico de resistividade eléctrica realizado junto à trincheira de Vila Chã de Ourique, obtido com a configuração Wenner, espaçamento de 5 m e comprimento total de 315 m [3, 22]. O perfil evidencia um contraste de resistividades numa superfície inclinada, que ao ser projectada para a superfície coincide com os planos de falha observados nas trincheiras. A profundidade atingida por esta superfície (~40m) não é compatível com a hipótese de deslizamento de terras. Figura 7: Exemplos de resultados da análise probabilística da perigosidade sísmica na região do Vale Inferior do Tejo [3, 12]. A) Zonas-fonte e parâmetros de recorrência sísmica adoptados. B) Aceleração de pico do solo em percentagem de g (PGA) com 10% de probabilidade de excedência em 50 anos, quando se adoptam apenas as áreafonte. e B), com uma falha-fonte entre Alverca e Asseca. Note-se o significativo aumento do valor máximo (de 0.17g para 0.25g) resultando apenas de se ter em conta a extensão espacial da fonte no modelo falha-fonte.

9 Susana P. VILANOVA, João F. B. D. FONSECA AGRADECIMENTOS Esta investigação foi financiada pela FCT através do Programa POCTI, parcialmente apoiado pela União Europeia (FEDER). Os trabalhos de campo beneficiaram das colaborações de Vittorio Bosi, Mustapha Meghraoui, João Luís Cardoso e Martitia Tuttle. 7. REFERÊNCIAS [1] Jimenez et al., Unified seismic hazard modelling throughout the Mediterranean region, Bollettino di Geofisica,2001, 42, [2] Reiter, L., Seismic Hazard Analysis, Columbia Univ. Press, New York, 1991, 254 pp. [3] Vilanova, S.P. e Fonseca, J.F.B.D.,"Seismic hazard impact of the Lower Tagus Falley Fault, SW Iberia", J. Seismo.l, 2004, em impressão. [4] Walker, D. J., Final Report - Seismic Intrepretation for Petrogal Concession areas 45, 46, 47/48, GPEP, Lisboa, [5] Fonseca, J.F.B.D., Seismicity and Regional Tectonics of the Estremadura, SW Portugal, Ph.D. Thesis, University of Durham, U.K., 1989, 153 pp. [6] Curtis, M.L.,, Structural and kinematic evolution of a Miocene to Recent sinistral restraining bend: the Montejunto massif, Portugal, J. Struct. Geol., 1999, 21, [7] Stapel et al., Quantitative subsidence analysis of the Mesozoic evolution of the Lusitanian basin (western Iberian margin), Tectonophysics, 1996, 266, [8] Dickson, A. J., A regional seismic interpretation of Offshore Portugal, M.Sc. Thesis, University of Durham, U.K., [9] Dineva et al, Source parameters of four strong earthquakes in Bulgaria and Portugal at the beginning of the 20 th Century, J. Seismol., 2002, 6 (1), [10] Justo, J. and Salwa, C., The 1531 Lisbon Earthquake, BSSA., 1998, 88 (2), [11] Vilanova et al, Lisboa 1755 a case of triggered intraplate rupture?, BSSA., 2003, 93 (5), [12] Vilanova, S.P., A perigosidade sísmica do Vale Inferior do Tejo, Tese de Doutoramento, Instituto Superior Técnico, Lisboa, [13] Borges et al., Seismotectonics of Portugal and its adjacent Atlantic area, Tectonophysics, 2001, 331, [14] Moreira, V. S., Sismicidade Histórica de Portugal Continental, INMG, Lisboa, [15] Cabral, J.,1995, A Neotectónica Em Portugal Continental, Memória no. 31 do Instituto Geológico e Mineiro, Lisboa, 1995, 265 pp. [16] Mendes-Victor et al., A seismic session across the Tagus Valley, Portugal: possible evolution of the crust, Ann. Geophys, 1980, 36 (4) [17] Cabral et al., Analysis of seismic reflection data as a tool for the seismotectonic assessment of a low activity intraplate basin the Lower Tagus Valley, J. Seismol., 2003, 7, , [18] Fonseca et al., Paleoseismological Investigations Unveil Holocene Thrusting Onshore Portugal, EOS Trans., 2000, 81 (36), [19] Bosi et al., New insights into the intraplate earthquakes of the Lower Tagus Valley, Portugal, submetido ao Geophys. J. Int. [20] Cabral, J. and Marques, F., Paleoseismological studies near Lisboa: Holocene thrusting or landslide activity?, EOS Trans., 2001, 82 (32), [21] Fonseca et al., Paleoseismological studies near Lisboa: Holocene thrusting or landslide activity? Reply, EOS Trans., 2001, 82 (32), [22] Tromme, O. et al., Electric tomography at Vila Cha de Ourique Site, Laboratoire de Geologie de l Engenieur, d Hydrogeologie et de Prospection Geophysique, Relatório Técnico, Université de Liège, Liège, 2002.

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