MODELAGEM E INVERSÃO 2D DE DADOS MAGNETOMÉTRICOS APLICADOS NA CARACTERIZAÇÃO DA GEOMETRIA DO SINCLINAL GANDARELA E HOMOCLINAL

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1 MODELAGEM E INVERSÃO 2D DE DADOS MAGNETOMÉTRICOS APLICADOS NA CARACTERIZAÇÃO DA GEOMETRIA DO SINCLINAL GANDARELA E HOMOCLINAL CURRAL QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG

2 FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Reitor João Luiz Martins Vice-Reitor Antenor Rodrigues Barbosa Júnior Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação Tanus Jorge Nagen ESCOLA DE MINAS Diretor Antônio Gomes de Araújo Vice-Diretor Marco Túlio Ribeiro Evangelista DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA Chefe César Augusto Chicarino Varajão ii

3 EVOLUÇÃO CRUSTAL E RECURSOS NATURAIS iv

4 CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA VOL. 25 DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Nº 237 MODELAGEM E INVERSÃO 2D DE DADOS MAGNETOMÉTRICOS APLICADOS NA CARACTERIZAÇÃO DA GEOMETRIA DO SINCLINAL GANDARELA E HOMOCLINAL CURRAL QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG Natália Valadares de Oliveira Orientador Issamu Endo Co-orientadora Maria Sílvia Carvalho Barbosa Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial à obtenção do Título de Mestre Ciência Naturais, Área de Concentração: Geologia Estrutural/Tectônica OURO PRETO 2005 v

5 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas - Departamento de Geologia - Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita Ouro Preto, Minas Gerais Tel. (31) , Fax: (31) pgrad@degeo.ufop.br Os direitos de tradução e reprodução reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral. ISSN Depósito Legal na Biblioteca Nacional Edição 1ª Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto Oliveira, Natália Valadares de. O48m Modelagem e Inversão 2D de dados Magnetométricos aplicados na Caracterização da Geometria do Sinclinal Gandarela e Homoclinal Curral Quadrilátero Ferrífero, MG [Manuscrito]. / Natália Valadares de Oliveira xx, 125 f.: il. color. tabs; mapas (Contribuições às Ciências da Terra, Série m, v.25, n o 237). Orientador: Prof o Dr o Issamu Endo Co-orientadora Prof a Dr a Maria Sílvia Carvalho Barbosa Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. ISSN Modelagem Geofísica. 2. Quadrilátero Ferrífero (MG) Teses. 3. Curral, Serra do (MG) Teses. 4. Sinclinal Gandarela (MG) Teses. 5. Rochas. I. Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. II. Título CDU: 551.1/.4(815.1) vi

6 Ao meu marido Luiz pelo amor, incentivo e apoio constantes... vii

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8 Agradecimentos Desejo expressar meus sinceros agradecimentos: À CAPES pela concessão da bolsa; Ao Programa de pós-graduação pela oportunidade; Ao meu orientador prof. Dr. Issamu Endo pelas discussões, contribuições, orientação, aprendizado e apoio durante todo o mestrado; Ao prof. Dr. Flávio Sandro Lays Cassino pela revisão, contribuições e discussões do trabalho; À CPRM pelo apoio e empréstimos de equipamentos; Ao NUPETRO pelo incentivo, apoio e empréstimo do programa Oasis Montaj; À minha família, irmãos Marlon e Bráulio, meus avós Edson e Raimunda, principalmente a minha mãezinha Nilda pelo incentivo e torcida constantes; Aos colegas do programa de pós-graduação, em especial, Daniela, Virgínia, Gilmara, Simone, Maria Inês, Newman, Rafael, Luís Emanuel, Gorki e Leonardo (in memoriam); Aos funcionários do Departamento de Geologia, em especial, Maria Aparecida Gonçalves e Edson Wander Martins. Em especial, ao meu Luiz Gabriel pelas discussões, correções e revisões do trabalho, apoio fundamental. ix

9 x

10 Sumário AGRADECIMENTOS... ix LISTA DE FIGURAS... xvii LISTA DE TABELAS... xxiii RESUMO... xxv ABSTRACT... xxvii CAPÍTULO 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS Introdução Objetivos Localização e vias de acesso Apresentação do problema Justificativas e Relevância do Tema Metodologia de trabalho... 4 CAPÍTULO 2. GEOLOGIA REGIONAL Introdução Litoestratigrafia Complexos Metamórficos Supergrupo Rio das Velhas Supergrupo Minas e Grupo Sabará Grupo Itacolomi Coberturas Cenozóicas Evolução Tectônica do Quadrilátero Ferrífero Sinclinal Gandarela Modelo Tectônico Evolutivo Homoclinal Curral Modelo Tectônico Evolutivo CAPÍTULO 3. BASE DE DADOS GEOFÍSICOS Introdução Levantamento Aerogeofísico: Convênio Brasil-Alemanha Levantamento Magnetométrico Terrestre Levantamento Gravimétrico Terrestre CAPÍTULO 4. MAGNETOMETRIA E GRAVIMETRIA Magnetometria Histórico Origem do Campo Magnético Terrestre xi

11 Inversão do Campo Magnético Terrestre Distribuição de Magnetização tratamento de Dados Gravimetria Histórico Campo Gravitacional Terrestre Anomalias Gravimétricas...35 CAPÍTULO 5. TÉCNICAS Introdução Deconvolução Euler 2D Método de Modelagem Poligonal 2D Inversão Linear 2D Inversão não-linear 2D Procedimento da Metodologia Empregada CAPÍTULO 6. INTEGRAÇÃO DE DADOS GEOLÓGICOS/GEOFÍSICOS DO SINCLINAL GANDARELA Introdução Interpretação de Dados Mapas Temáticos Perfis geológico e geofísico Deconvolução Euler 2D Método de Modelagem Poligonal 2D Inversão Linear e não-linear 2D Resultados e Discussões CAPÍTULO 7. INTEGRAÇÃO DE DADOS GEOLÓGICOS/GEOFÍSICOS DO HOMOCLINAL CURRAL Introdução Curral Leste Mapas Temáticos Perfis geológico e geofísico Deconvolução Euler 2D Método de Modelagem Poligonal 2D Inversão Linear e não-linear 2D Curral Oeste Mapas Temáticos Perfis geológico e geofísico Deconvolução Euler 2D xii

12 Método de Modelagem Poligonal 2D Inversão Linear e não-linear 2D Resultados e Discussões CAPÍTULO 8. CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICES BANCA EXAMINADORA (Ficha de Aprovação) xiii

13 Lista de Ilustrações Figura 1.1: Mapa de localização e vias de acesso das regiões investigadas... 3 Figura 2.1: Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero...7 Figura 2.2: Coluna litoestratigráfica do Quadrilátero Ferrífero...10 Figura 2.3: Mapa geológico das regiões do sinclinal Gandarela e sinclinal Ouro Fino...15 Figura 2.4: Modelos evolutivos para a região do sinclinal Gandarela...17 Figura 2.5: Modelos evolutivos para a região do Homoclinal Curral...20 Figura 3.1: Mapa magnetométrico do projeto Brasil-Alemanha...22 Figura 3.2: Mapa de localização dos perfis magnetométricos terrestres...23 Figura 3.3: Mapa de anomalias free-air (mgals) do Cráton São Francisco Meridional...24 Figura 4.1.a: Notação das componentes do campo magnético...26 Figura 4.1.b: Modelo computadorizado do campo geomagnético...26 Figura 4.2.a: Teoria do dínamo contínuo...27 Figura 4.2.b: Campo externo observado como função velocidade angular...27 Figura 4.3: Tipos de magnetização de rochas...30 Figura 5.1: Convenções geométricas usadas para sub-rotina m-poly...41 Figura 5.2: Sistema de coordenadas e volume elementar...41 Figura 5.3: Organograma contendo as etapas de trabalho...46 Figura 6.1: Mapa magnetométrico corrigido de IGRF do sinclinal Gandarela...52 Figura 6.2: Mapa de redução ao equador magnético do sinclinal Gandarela...53 Figura 6.3: Mapa de amplitude do sinal analítico do sinclinal Gandarela...54 Figura 6.4: Mapa de derivada em X do sinclinal Gandarela...55 Figura 6.5: Mapa de derivada em Y do sinclinal Gandarela...56 Figura 6.6: Mapa de derivada em Z do sinclinal Gandarela...57 Figura 6.7: Mapa de segunda derivada do sinclinal Gandarela...58 Figura 6.8: Mapa passa baixa do sinclinal Gandarela...59 xiv

14 Figura 6.9: Espectro radial da região investigada...60 Figura 6.10: Mapa de integração de dados geológico/geofísico...61 Figura 6.11: Localização do perfil AA a ser investigado na região do sinclinal Gandarela...62 Figura 6.12: Perfis magnetométricos aéreo e terrestre AA da região do Sinclinal Gandarela...63 Figura 6.13: Localização do perfil geológico AA coincidente com os perfis...64 Figura 6.14.a: Perfil topográfico AA da região investigada (sinclinal Gandarela)...65 Figura 6.14.b: Seção geológica AA baseada no mapa de Dorr (1969)...65 Figura 6.14.c: Perfil AA de deconvolução Euler 2D...65 Figura 6.14.d: Resultado final do perfil integrado AA com ajuste de contatos...65 Figura 6.15: Modelagem 2D do modelo proposto por Dorr (1969)...66 Figura 6.16: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado AA...67 Figura 6.17: Perfil de inversão 2D Linear do sinclinal Gandarela AA...68 Figura 6.18: Resultado final da inversão não-linear 2D do perfil AA...69 Figura 7.1: Mapa geológico das regiões investigadas: Curral Leste e Curral Oeste...78 Figura 7.2: Mapa magnetométrico corrigido de IGRF do Homoclinal Curral Leste...79 Figura 7.3: Mapa de redução ao equador magnético do Homoclinal Curral Leste...80 Figura 7.4: Mapa de amplitude do sinal analítico do Homoclinal Curral Leste...81 Figura 7.5: Mapa de derivada em X do Homoclinal Curral Leste...82 Figura 7.6: Mapa de derivada em Y do Homoclinal Curral Leste...83 Figura 7.7: Mapa de derivada em Z do Homoclinal Curral Leste...84 Figura 7.8: Mapa de segunda derivada do Homoclinal Curral Leste...85 Figura 7.9: Mapa passa baixa do Homoclinal Curral Leste...86 Figura 7.10: Espectro radial da região investigada...87 Figura 7.11: Mapa de integração de dados geológico/geofísico...88 Figura 7.12: Localização do perfil CC a ser investigado na região Curral Leste...89 Figura 7.13: Perfis magnetométricos aéreo e terrestre CC da região do Curral Leste...90 Figura 7.14.a: Perfil topográfico CC da região investigada (Curral Leste)...91 Figura 7.14.b: Seção geológica CC baseada no mapa de Dorr (1969)...91 xv

15 Figura 7.14.c: Perfil CC de deconvolução Euler 2D...91 Figura 7.14.d: Resultado final do perfil integrado CC...91 Figura 7.15: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado CC...92 Figura 7.16: Inversão linear magnetométrica 2D do perfil CC...93 Figura 7.17: Resultado final da inversão não-linear magnetométrica 2D do perfil CC...94 Figura 7.18: Mapa magnetométrico corrigido de IGRF do Homoclinal Curral Oeste...95 Figura 7.19: Mapa de redução ao equador magnético do Homoclinal Curral Oeste...96 Figura 7.20: Mapa de amplitude do sinal analítico do Homoclinal Curral Oeste...97 Figura 7.21: Mapa de derivada em X do Homoclinal Curral Oeste...98 Figura 7.22: Mapa de derivada em Y do Homoclinal Curral Oeste...99 Figura 7.23: Mapa de derivada em Z do Homoclinal Curral Oeste Figura 7.24: Mapa de segunda derivada do Homoclinal Curral Oeste Figura 7.25: Mapa passa baixa do Homoclinal Curral Oeste Figura 7.26: Espectro radial da região investigada Figura 7.27: Localização do perfil BB a ser investigado na região do Curral Oeste Figura 7.28: Perfis magnetométricos aéreo e terrestre BB da região do Curral Oeste Figura 7.29.a: Perfil topográfico BB da região investigada Figura 7.29.b: Seção geológica BB baseada no mapa de Dorr (1969) Figura 7.29.c: Perfil BB de deconvolução Euler 2D Figura 7.29.d: Resultado final do perfil integrado BB com ajuste de contatos Figura 7.30: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado BB Figura 7.31: Inversão linear magnetométrica 2D do perfil BB Figura 7.32: Resultado final da inversão não-linear magnetométrica 2D do perfil BB Figura 8.1: Resultado final da geometria do sinclinal Gandarela Figura 8.2: Resultado final da geometria do segmento Leste do homoclinal Curral Figura 8.3: Resultado final da geometria do segmento Oeste do homoclinal Curral xvi

16 Lista de Tabelas Tabela 5.1: Índice estrutural para dados magnéticos...38 xvii

17 Resumo A presente dissertação tem como proposta a caracterização geométrica, do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral na região do Quadrilátero Ferrífero, com base na análise integrada de dados geofísicos. O sinclinal Gandarela é uma dobra reclinada cujo traço axial se orienta segundo a direção NE-SW e a charneira, localizada na sua porção meridional, apresenta caimento moderado para SE. A serra do Curral é um homoclinal constituído apenas pela aba invertida da anticlinal do Curral. As camadas possuem mergulhos elevados e são comuns falhas de alto ângulo cortando as unidades do Supergrupo Minas que afloram ao longo de toda a serra. A base de dados geofísicos utilizada é constituída por dados magnetométricos aerolevantados do projeto Brasil-Alemanha, do levantamento magnetométrico terrestre feito nas regiões de interesse, de dados gravimétricos provenientes da combinação de levantamento de altimetria por satélite, levantamentos terrestres e marinhos e de dados geológicos consubstanciados em diversos estudos realizados na região, além de informações geológicas complementares obtidas durante a realização do levantamento magnetométrico terrestre. A metodologia desenvolvida baseia-se na integração de dados geofísicos e geológicos, utilizando ferramentas que auxiliam na identificação e no ajuste de profundidades de fontes magnéticas. A técnica de deconvolução Euler 2D estima os topos de profundidades de fontes magnéticas ou de corpos magnéticos. O método poligonal de modelagem 2D permite ajustar as anomalias observadas às anomalias calculadas através de ajuste da geometria em corpos de formas finitas e irregulares. A inversão de anomalias magnéticas consiste na operação matemática de dados para a geração de modelos geofísicos aproximados a modelos geológicos/estruturais, em subsuperfície, com a entrada de parâmetros livre e fixo. Na inversão Linear 2D assumiu-se como parâmetro livre a distribuição de susceptibilidade magnética e como parâmetro fixo a geometria. Já na inversão não-linear 2D, o parâmetro fixo é a distribuição de susceptibilidade e o livre, a geometria. Os resultados obtidos no presente estudo caracterizam a geometria das áreas investigadas, baseados na integração de dados geológico/geofísicos e na interpretação dos mesmos. A geometria obtida no sinclinal Gandarela apresenta-se similar na modelagem 2D e nas inversões Linear e não-linear 2D, sendo compatível com os modelos existentes (e.g. Padilha 1982, Franco 2003, Endo et al. 2004), confirmando o adelgaçamento tectônico progressivo tanto da estrutura quanto das camadas, em profundidade. xviii

18 O homoclinal Curral foi dividido em dois segmentos, o Curral Oeste e o Curral Leste. Na modelagem e inversões magnetométricas 2D do Curral Leste indicou a presença de um corpo intrusivo cuja geometria ainda não havia sido inferida em profundidade. Este corpo, provavelmente, corresponde ao Granito General Carneiro. No segmento oeste do homoclinal Curral, os resultados obtidos tanto na modelagem, quanto nas inversões magnetométricas 2D corroboram ao modelo proposto por Endo et al. (2005), onde a geometria é composta por uma a megadobra recumbente alóctone com o embasamento envolvido em seu núcleo, denominada de nappe Curral. xix

19 Abstract The aim of the present study is the geometrical characterization of Gandarela syncline and Curral homocline, the major structures in the Quadrilátero Ferrífero, based on an integrated analysis of geophysical data. The Gandarela syncline is a reclined fold with NE-SW trending axial trace and hinge zone plunging to southeastern. The Curral homocline is represented by inverted limb of alloctonous north vergent recumbent fold named Curral nappe. Several high angle faults cuts the Curral homocline. The geophysical database used includes (i) aeromagnetic data from the Brasil-Alemanha geophysical project, (ii) magnetic land survey carried out in the regions of interest and (iii) regional gravity data arising of combination of continental gravity data, ship borne gravity data and satellite altimeter data and geological data available in the literature, as well as geological data obtained during the magnetic land survey. Integration of geological and geophysical data constitutes the applied methodology, using tools that aid in the identification and in the adjustment of depth of magnetic sources. 2D Euler deconvolution technique estimates the depths of the tops of the magnetic sources and/or magnetic bodies. 2D magnetic_gravity method modeling allows to adjust the observed anomalies (magnetic_gravity) and calculated anomalies by changing of shape of the irregular bodies. The inversion of magnetic anomalies consists in mathematical operation of the magnetic data for the generation of geophysical models close to geological/structural models by entrance of the free and fixed parameters. In 2D linear inversion admit the distribution of magnetic susceptibility as free parameter and the geometry as fixed. Thus in the 2D nonlinear inversion, the fixed parameter is the magnetic susceptibility and the geometry as free. The results of the present study characterize the structural geometry of the Gandarela syncline and Curral homocline based on the interpretation of the geological/geophysical integrated data. The geometry of the Gandarela syncline is thinning in depth, according to the proposed model in the geological literature. The Curral homocline was divided in two sectors (West Curral area and East Curral area). The geometry of East Curral area indicated the presence of an intrusive body, whose geometry had not still been inferred in depth, corresponding probably in surface, with the General Carneiro granite. The West Curral area present the basement-involved recumbent fold geometry. xx

20 CAPÍTULO 1 CONSIDERAÇÕES GERAIS 1.1 INTRODUÇÃO A região do Quadrilátero Ferrífero (QFe), embora muito conhecida e estudada, apresenta o arcabouço geológico e a evolução tectônica complexos, resultando em modelos polifásicos e, às vezes, conflituosos entre si (e.g. Dossin et al. 1992, Chemale et al. 1991, Chemale et al. 1994, Endo 1997, Alkmim & Marshak 1998, Hippertt & Davis 2000). Possivelmente, os dados geológicos aliados a dados geofísicos, podem auxiliar na elaboração e aprimoramento de modelos estrutural/tectônico através de informações a níveis crustais mais profundos. São escassos os estudos geofísicos na região QFe e adjacências, sendo que os primeiros trabalhos datam no final da década de 70. Gasparini et al. (1979), através do estudo da superfície Curie na região, realizaram estimativas sobre as variações na composição química crustal. Blitzkow et al. (1979) realizaram modelagens gravimétricas bidimensionais, estimando a espessura crustal da região. Padilha (1982, 1983) dedicou-se às unidades do Supergrupo Minas visando à inversão 2D de dados magnetométricos na região do sinclinal Gandarela, admitindo a formação ferrífera Cauê como camada-guia. Combinando diversas técnicas de filtragem, os efeitos perturbadores de anomalias vizinhas de interesse secundário foram suprimidos das anomalias principais, o que possibilitou estimar as dimensões dos corpos causadores destas anomalias. Tavares (1998) dispôs de dados gamaespectrométricos, magnetométricos, geológicos e estruturais para o estudo de potencialidades auríferas e evolução estrutural do greenstone belt na região de Caeté. Silva (1999) abordou o greenstone Rio das Velhas com o intuito de investigar e prever áreas favoráveis a mineralizações auríferas economicamente viáveis, desenvolvendo modelos estatísticos baseados em dados geofísicos. Rolim (2001) utilizando os dados geofísicos do Projeto Rio das Velhas e do convênio Brasil- Alemanha, direcionou os estudos na exploração de ouro em terrenos do tipo greenstone. Newman- Fernández (2004), através da análise de dados gamaespectrométricos e magnetométricos do Projeto Itabira-Ferros, detectou possíveis áreas fontes de esmeraldas na região de Itabira (MG). Atualmente, com a aquisição de diferentes bases de dados geofísicos e novos métodos computacionais de processamento e tratamento, estudos direcionados ao Cráton São Francisco Meridional (Oliveira et al. 2003a, 2004a) e ao QFe (Oliveira et al. 2003b, 2004b) estão sendo conduzidos cujos resultados preliminares apontam novas alternativas para um modelo de evolução

21 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe tectônica da região. Dentro deste contexto, a presente dissertação vem contribuir para o entendimento de uma porção do QFe, desenvolvendo modelos integrados a dados geofísicos e geológicos. 1.2 OBJETIVOS O principal objetivo da presente dissertação é caracterizar, em subsuperfície, a geometria 2D do sinclinal Gandarela e do homoclinal Curral, considerando o itabirito da Formação Cauê como camada-guia, a partir do uso de dados magnetométricos e gravimétricos para melhor validação e confiabilidade dos resultados aliados a dados geológicos e estruturais. Especificamente, o trabalho se propôs a: Gerar mapas temáticos de dados magnetométricos (corrigido de IGRF, segunda derivada, derivadas em X, Y e Z, redução ao equador magnético, passa baixa e amplitude do sinal analítico) e gravimétricos (anomalia free-air) para identificar as anomalias características de susceptibilidade magnética e densidade das regiões investigadas; Gerar perfis magnetométricos decorrentes do tratamento da base de dados (GRIDS e filtragens), fornecendo subsídios para modelos geológicos 2D; Estimar profundidades médias dos corpos relacionados a anomalias magnéticas via técnicas de espectro radial e deconvolução Euler 2D; Gerar perfis gravimétricos de anomalias free-air coincidentes com os perfis magnetométricos com intuito de aumentar a confiabilidade dos resultados de modelagem 2D; Modelar a geometria bidimensional do sinclinal Gandarela e Homoclinal Curral através dos métodos poligonal e de inversão linear e não-linear 2D de anomalias magnéticas; Apresentar modelos geofísicos das áreas investigadas, resultantes da integração de dados geofísicos e geológicos; 1.3 LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO As regiões investigadas estão inseridas nas porções norte e noroeste do Quadrilátero Ferrífero. As vias de acesso, a partir de Belo Horizonte, se dão pela BR-381 às localidades de Ibirité, Sarzedo, Mário Campos e Brumadinho e pela BR 262 a Sabará, Caeté, Barão de Cocais e Santa Bárbara (Fig. 1.1). 2

22 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Figura 1.1: Mapa de localização e vias de acesso das regiões investigadas, o sinclinal Gandarela e o homoclinal Curral do Quadrilátero Ferrífero, MG. 1.4 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA Estudos geofísicos envolvendo o Quadrilátero Ferrífero e, principalmente, as unidades do Supergrupo Minas são raros. A abordagem deste presente trabalho tem como enfoque a área delimitada pelo sinclinal Gandarela e homoclinal Curral pela sua peculiar geometria e por constituir uma promissora região alvo para prospecção de minério de ferro. Particularmente, o sinclinal Gandarela é considerado hoje como uma região com grandes perspectivas para prospecção de minério de ferro (e. g. Endo & Rocha Filho 2003). Estudos conduzidos por Franco (2003) no sinclinal Ouro Fino mudaram de forma radical a visão geométrica sobre essa estrutura. O modelo atual do sinclinal Ouro Fino consiste numa dobra reclinada com eixo de caimento moderado para SE, com falso fechamento em profundidade. Como já verificado por Endo & Rocha Filho (2003), o sinclinal Gandarela apresenta as mesmas propriedades do sinclinal Ouro Fino. A estrutura da serra do Curral é mais complexa que a dos sinclinais Gandarela e Ouro Fino e não há ainda um modelo evolutivo específico para esse segmento (Endo et al. 2005). Na convergência de interesses científicos e econômicos a formação ferrífera Cauê se constitui numa camada guia para a modelagem magnetométrica 2D e a inversão linear e não-linear 2D destas estruturas e na camada alvo para prospecção de minério de ferro. Assim, com a magnetometria é possível estimar a profundidade, geometria, posição, estilo estrutural e auxiliar na prospecção de bens minerais (Spector et al. 1985; Silva 1999; Grauch et al. 2001). A integração dos resultados obtidos com a geologia da região fornece subsídios para o modelamento do arcabouço estrutural e a caracterização geométrica do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral. 3

23 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 1.5 JUSTIFICATIVAS E RELEVÂNCIA DO TEMA O Quadrilátero Ferrífero apresenta anomalias magnéticas de grande amplitude em função da presença marcante de formações ferríferas. Por meio dessa propriedade física é possível conduzir os estudos da região utilizando dados magnetométricos para modelar as estruturas em subsuperfície, inseridas neste contexto. As justificativas para a utilização do método são as seguintes: Estudos nesta região, com base na utilização de dados magnetométricos e gravimétricos e sua posterior integração a dados estruturais, culminam na caracterização da geometria de dobras e falhas, possibilitando um melhor conhecimento do arcabouço geológico da região; Desenvolvimento de uma metodologia no auxílio de integração e interpretação de dados geofísicos e geológicos para obtenção de resultados confiáveis (Oliveira et al. 2003); Validação ou não de modelos estruturais e tectônicos existentes (e.g. Dorr 1969; Ladeira & Viveiros (1984); Franco 2003; Endo et al. 2004, 2005); Modelos geométricos das estruturas 2D, elaboradas a partir de inversões magnetométricas 2D na presente dissertação, contribuirão no estudo e na investigação da exploração de minérios de ferro, em subsuperfície. 1.6 METODOLOGIA DE TRABALHO A metodologia empregada no trabalho seguiu as seguintes etapas: Pesquisa bibliográfica: A execução do levantamento bibliográfico visou à obtenção de um embasamento preciso de dados geológicos (estrutural/tectônico), bem como a aquisição de técnicas geofísicas que possibilitaram estimar profundidades de fontes magnéticas e modelar geometrias; Treinamento nos programas GEOSOFT/MAGMAP e GMSYS com o intuito de aprimorar o uso dos programas para as etapas seguintes; Montagem do banco de dados no GEOSOFT com base nos dados aerolevantados do projeto Brasil-Alemanha; Processamento e tratamento dos dados magnetométricos. Este procedimento auxiliou na identificação de anomalias na área de estudo, destacando-as através de aplicações de filtros; Confecção de mapas temáticos a partir da interpolação de dados magnetométricos (corrigido de IGRF, redução ao equador magnético, amplitude do sinal analítico, passa baixa, segunda derivada, derivadas em X, Y e Z); 4

24 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Aplicação de uma metodologia para o estudo das regiões supracitadas através de dados magnetométricos e técnicas via deconvolução Euler 2D e método poligonal 2D, integrados a dados geológicos, no intuito de caracterizar a geometria 2D das estruturas geológicas; Modelamentos geofísicos 2D que possibilitam a construção de modelos geológicos para definição da geometria espacial do sinclinal Gandarela e do homoclinal Curral. A modelagem 2D realizada no software GMSYS baseia-se no método poligonal 2D; Etapas de campo: os trabalhos de campos foram realizados na região da serra do Curral e no sinclinal Gandarela visando aferir a geometria da estrutura, elaborar perfis magnetométricos e a integrar perfis geológicos pré-existentes para melhor detalhamento dos mesmos; Os resultados obtidos nas etapas supracitadas foram utilizados nas inversões magnetométricas linear e não-linear 2D desenvolvidas no programa SAKI para a formulação de modelos geométricos 2D, em subsuperfície, corroborando no refinamento dos mesmos. 5

25 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 6

26 CAPÍTULO 2 GEOLOGIA REGIONAL 2.1 INTRODUÇÃO O Quadrilátero Ferrífero (QFe) está inserido na porção meridional do Cráton São Francisco (Fig. 2.1), é alvo de estudos desde o século XVIII por se tratar de uma região com reservas de bens minerais e grande complexidade estrutural. Porém, os primeiros relatórios mineiros datam do século XIX. Dentre os trabalhos clássicos sobre a região do Quadrilátero Ferrífero incluem-se os de Eschwege (1833), Gorceix (1881, 1883) e Derby (1906). Em decorrência de vários estudos (e.g. Dorr 1969, Carneiro 1992, Endo 1997, Marshak & Alkmim 1998, Cabral 2003, Endo & Rocha Filho 2003) na região do Quadrilátero Ferrífero visando o entendimento do arcabouço estrutural, tectônico e maior conhecimento de recursos minerais, culminaram em importantes formulações geológica e tectônica, marcadas por intensas atividades de deformação, retrabalhamentos, acresções crustais e intrusões magmáticas ácidas a básicas. Figura 2.1: Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero, MG. CMBH: Complexo Metamórfico Belo Horizonte; CMC: Complexo. Met. Caeté; CMBf: Complexo. Met. Bonfim; CMB: Complexo. Met. Bação; CMSB: Complexo Met. Sta. Bárbara; CMM: Complexo. Met. Mantiqueira; SOF: Sinclinal Ouro Fino (mod. Machado et al. 1983, Schobbenhaus et al. 1984, Soares et al. 1994, Endo 1997, Endo et al. 2005).

27 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 2.2 LITOESTRATIGRAFIA A litoestratigrafia do Quadrilátero Ferrífero está associada, principalmente, às rochas arqueanas, paleoproterozóicas e coberturas sedimentares recentes, sendo caracterizada da base para o topo, pelas seguintes unidades: Complexos Metamórficos, Supergrupo Rio das Velhas, Supergrupo Minas, Grupo Sabará, Grupo Itacolomi e Sedimentos Cenozóicos (Dorr 1969, Schorscher 1978, Ladeira 1980, Rodrigues et al. 1993, Renger et al. 1994) (Fig. 2.2) Complexos Metamórficos Os complexos metamórficos possuem idade arqueana e são representados por: Bação situado no centro do QFe, Bonfim a oeste, Belo Horizonte e Caeté a norte, Santa Rita a sudeste, Mantiqueira e Santa Bárbara na borda leste. São constituídos por terrenos granito-gnáissicos de composição granítica a tonalítica. Além disso, contêm anfibolitos, intrusões máficas e ultramáficas (Carneiro 1992, Noce 1995, Endo 1997). A deformação destes complexos é de caráter polifásica com o metamorfismo regional definido sob condições da fácies anfibolito médio a superior e retrometamorfismo para fácies xisto-verde (Herz 1970, Carneiro 1992, Noce 1995, Endo 1997) Supergrupo Rio das Velhas O Supergrupo Rio das Velhas é de idade arqueana e constituído por três grupos, da base para o topo: Quebra-Osso, Nova Lima e Maquiné. O Grupo Quebra-Osso é a unidade basal ultramáfica, formado por metakomatiitos, metavulcanoclásticas e metassedimentos com intercalações de formações ferríferas do tipo Algoma, em condições subaquáticas com vulcanismo ultramáfico a máfico. O Grupo Nova Lima, intermediário, é constituído, principalmente, por xistos e filitos de origem vulcanoclástica, com ocorrência de intercalações de formações ferríferas de fácies carbonáticas. O Grupo Maquiné é a unidade superior clástica constituída por sedimentos do tipo molassa. É formado por xistos, quartzitos e metaconglomerados polimíticos. As unidades do Supergrupo Rio das Velhas foram metamorfisadas em condições de fácies xisto-verde (Dorr 1969, Pinto 1996, Ladeira 1980, Endo 1997). 8

28 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p Supergrupo Minas e Grupo Sabará O Supergrupo Minas, de idade paleoproterozóica, é constituído por três grupos, da base para o topo: Caraça, Itabira e Piracicaba (Dorr 1969) sendo sobreposto pelos metassedimentos do tipo foreland do Grupo Sabará (Renger et al. 1994, Noce 1995, Reis et al. 2002, Almeida 2004). O Grupo Caraça é constituído por quartzitos, metaconglomerados e filitos pertencentes à Formação Moeda. Filitos e filitos grafitosos constituem a Formação Batatal. O Grupo Itabira é composto por itabiritos dolomíticos, itabiritos anfibóliticos e itabiritos da Formação Cauê. Dolomitos, filitos e mármores pertencentes à Formação Gandarela. O Grupo Piracicaba é constituído por quatro formações: Formação Cercadinho, Formação Fecho do Funil, Formação Taboões e Formação Barreiro. A Formação Cercadinho compreende em quartzitos, quartzitos ferruginosos, filitos, filitos ferruginosos e dolomitos. Filitos, filitos dolomíticos e dolomíticos silicosos são da Formação Fecho do Funil. A Formação Taboões é composta, basicamente, por ortoquartzitos. A Formação Barreiro é constituída por filitos e filitos grafitosos. O Grupo Sabará é constituído por xistos, metagrauvacas, metatufos, metaconglomerados, itabiritos, mármores e quartzitos. A sucessão estratigráfica do Supergrupo Minas indica um período de estabilização da crosta Arqueana, desenvolvido em bacias plataformais extensas e intracratônicas, nas quais espessas camadas de formações ferríferas bandadas foram extensivamente depositadas (Chemale et al. 1994). As rochas que constituem esta sucessão estratigráfica estão metamorfisadas na fácies xisto-verde podendo atingir a fácies anfibolito (Endo 1997) Grupo Itacolomi O Grupo Itacolomi apresenta-se indiviso, de idade proterozóica e constituído por ortoquartzitos, quartzitos, filitos e metaconglomerados. A área de ocorrência se restringe a apenas na sua localidade tipo na região do Pico do Itacolomi (Almeida 2004) Coberturas Cenozóicas As coberturas cenozóicas são compostas por cangas, areias lacustres e fluviais, argilas e cascalhos. 9

29 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 2.2: Coluna litoestratigráfica do Quadrilátero Ferrífero (mod. Dorr 1969, Schorscher 1978, Ladeira 1980, Rodrigues et al. 1993, Renger et al. 1994, Reis et al. 2002, Almeida 2004). 10

30 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. 2.3 EVOLUÇÃO TECTÔNICA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO Os principais modelos tectônicos propostos para a região são os de Guimarães (1951), Dorr (1969), Ladeira & Viveiros (1984), Belo de Oliveira & Vieira (1987), Marshak & Alkmim (1989), Chemale Jr. et al. (1991, 1994), Endo (1997) e Endo & Machado (1998). Guimarães (1951): Cinco eventos deformacionais 1) O primeiro evento corresponde à sedimentação Minas de caráter epirogênico. Os processos tectônicos associados às atividades vulcânicas, provavelmente, teriam provocado deslocamentos no arcabouço geológico; 2) O segundo evento está relacionado à orogênese pós-minas e pré-itacolomi, resultando em fraturamentos crustais de direção NE e intrusões graníticas; 3) O terceiro evento, o Pós-Itacolomi, está associado aos esforços tectônicos tangenciais, gerando fraturamentos crustais de direção NW; 4) O quarto evento corresponde aos diastrofismos associados a movimentos epirogênicos e movimentos verticais de blocos do embasamento; 5) Finalmente, o quinto evento se relaciona à deformação dos sedimentos da bacia Bambuí. Dorr (1969): Três eventos deformacionais 1) O primeiro evento deformacional afetou apenas o Supergrupo Rio das Velhas com intensidade tectônica crescente de leste para oeste, resultando em discordâncias angulares com o Supergrupo Minas; 2) O segundo evento ocorreu nos períodos pós-minas e pré-itacolomi, caracterizado por um evento mais diastrófico que orogênico com arqueamentos e soerguimentos de camadas. A inconformidade angular entre os grupos Itacolomi e Piracicaba se explicaria pela erosão do Grupo Piracicaba a cerca de 1000m; 3) O terceiro evento deformacional compreende a sedimentação pós-itacolomi, é mais intenso e envolve todas as seqüências pré-cambrianas, sendo responsáveis pelas dobras sinformais e antiformais de eixos NS, EW, NE-SW, NW-SE e o soerguimento parcial do Complexo Metamórfico Bação. 11

31 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Ladeira & Viveiros (1984): Seis fases deformacionais 1) A fase D 1 é caracterizada por dobras intrafoliais sem raízes, superfícies S 0 /S 1, eixos de dobras de direção S65E e vergência para NE; 2) A fase D 2 é correlacionável ao evento Transamazônico com dobras isoclinais recumbentes vergentes para o sul associadas à S 2 e mullions de direção EW; 3) As fases D 3 e D 4 são caracterizadas por dobras apertadas assimétricas, eixos de dobras paralelos e vergência para N; 4) As fases D 5 e D 6 são definidas pelas dobras em chevron e kinks com vergência para W. Belo de Oliveira & Vieira (1987): Um evento deformacional Dn 1) Um único evento deformacional Dn, responsável pelas grandes falhas de empurrão e pelas principais feições planares e lineares regionais. A vergência seria de ESE para NWN, deduzida a partir de análise tectônica e microtectônica. Marshak & Alkmim (1989): Quatro eventos deformacionais pós-minas 1) Orogênese Transamazônica: Deformação com dobramentos e empurrões originando os sinclinais Gandarela e Ouro Fino e a anticlinal Conceição os quais fazem parte de um cinturão de dobramentos e empurrões (NE-SW) com vergência tectônica dirigida de SE para NW. Este evento desenvolve uma xistosidade regional em condições metamórficas de fácies xisto-verde alto a anfibolito baixo; 2) Fase de extensão crustal com intrusão de diques máficos, geração de falhas normais e Formação da bacia do Espinhaço; 3) O segundo evento, de idade Uruaçuana, é de caráter compressivo e se processa com os esforços dirigidos de Sul para Norte. Resultando, na formação de dobras normais e na acomodação dos sinclinais Dom Bosco e Moeda; 4) O quarto evento, de idade Brasiliana, foi responsável pela formação do cinturão de dobramentos e cavalgamentos da cordilheira do Espinhaço. No QFe, este evento se manifesta por falhamentos de direção NS na serra do Caraça e o cavalgamento do Complexo Metamórfico Bação para Oeste sobre o sinclinal Moeda. 12

32 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Chemale Jr. et al. (1991, 1994): Dois eventos deformacionais pós-minas 1) Evento Transamazônico (2060 a 2000Ma) de caráter extensional segundo a direção WNW- ESE. Foi responsável pelo desenvolvimento de megassinclinais interconectados Moeda, Dom Bosco, Santa Rita e os sinclinais Gandarela, Ouro Fino, Itabira, João Monlevade e soerguimento dos complexos metamórficos do QFe. Nas zonas de cisalhamento o metamorfismo regional atingiu fácies xisto-verde baixo a fácies anfibolito; 2) Episódios de compressão para Oeste, correspondente ao evento Brasiliano (650 a 500Ma), ocorrido em três fases: a. Fase 1: Geração de zonas de cisalhamento com empurrões, falhas de rasgamento e zonas transcorrentes conjugadas, sob condições metamórficas xisto-verde a anfibolito; b. Fase 2: Nucleação de dobras normais com clivagens EW associadas e desenvolvimento de falhas transcorrentes, sob condições metamórficas de fácies xisto-verde; c. Fase 3: Geração de dobras de crenulação NS, com clivagens e falhas inversas associadas. Endo (1997), Endo & Machado (1998): 03 Ciclos tectono-deformacionais principais 1) Ciclo Jequié (2780 a 2560Ma): Consiste de três eventos tectônicos de regime transpressional, sob condições metamórficas de fácies xisto-verde a anfibolito médio: a. Orogenia Rio das Velhas (Neo-Arqueano): Regime transpressional NS dextral acompanhado de magmatismo e metamorfismo do Grupo Nova Lima em condições de fácies anfibolito; b. Cinemática direcional sinistral, deposição do Grupo Maquiné, fraturamentos crustais NW/SE e intrusão de diques máficos e magmatismo básico; c. Deformação de caráter frágil-dúctil, direcional dextral com inversão da bacia Maquiné (Orogênese Maquiné). Associa-se intrusão de diques e plútons graníticos sin-tectônicos (Granito Salto do Paraopeba); 2) Ciclo Transamazônico (2250 a 1900Ma): Dois megaeventos progressivos de regime transpressional com fluxo NS subvertical em condições metamórficas de fácies xisto-verde a anfibolito. 13

33 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe a. Primeiro megaevento: Regime transpressivo dextral com inversão da bacia Minas e intensa atividade magmática com colocação de plútons graníticos. Segue-se uma fase de caráter extensional com componente dextral com geração de sinclinais e feições dômicas, zonas de cisalhamento transcrustais Moeda Bonfim, Engenho e Água Quente; b. Segundo megaevento: Regime transpressivo sinistral com inversão da bacia Itacolomi, intrusão de diques máficos e corpos graníticos e colapso orogenético associado aos descolamentos normais de NW para SE. 3) Ciclo Brasiliano (650 a 500Ma): Dois eventos tectônicos em regimes transpressionais com plano de fluxo NE-SW e grau metamórfico em condições de fácies xisto-verde. a. Primeiro evento: cinemática dextral, dobramentos e cavalgamentos com vergência para NW, passando para uma tectônica de embasamento envolvido com transporte W; b. Segundo evento: geração da falha Furquim com estruturas extensionais. Evento tardio em cinemática transpressiva sinistral gerando dobramentos suaves, clivagens EW e reativações locais de estruturas pré-existentes. 2.4 SINCLINAL GANDARELA O sinclinal Gandarela é definido pelas unidades do Supergrupo Minas, em contato com as seqüências do Supergrupo Rio das Velhas e sua porção norte, com o complexo Metamórfico Caeté (Fig. 2.1). O' Rourke (1957) interpretou a existência de um anticlinal entre os sinclinais Ouro Fino e Gandarela e, posteriormente desconectados por falhamentos. Maxwell (1972) considerou que as estruturas Ouro Fino, Conta-História e Gandarela eram conectadas. Como já verificado por Endo & Rocha Filho (2003) o sinclinal Gandarela apresenta as mesmas propriedades do sinclinal Ouro Fino, posteriormente, desconectados pela falha do Fundão. A falha do Fundão secciona toda a aba sul e limita a continuidade do sinclinal para NE. As dobras mesoscópicas e as lineações minerais e de interseção indicam que o fechamento da estrutura ocorre no setor meridional com a charneira apresentando caimento moderado para SE (Fig. 2.3). 14

34 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Figura 2.3: Mapa geológico das regiões do sinclinal Gandarela e sinclinal Ouro Fino, mostrando a relação entre as duas estruturas desconectadas pela falha do Fundão (Mod. Dorr 1969; Chemale Jr. et al. 1991) Modelo Tectônico Evolutivo Dorr (1969) esboçou um dos primeiros modelos tectônicos para o sinclinal Gandarela e o caracterizou como a maior estrutura inserida a sudeste da porção norte do Supergrupo Rio das Velhas, com direção NE-SW e estilos estruturais distintos a sudoeste e a nordeste. No segmento sudoeste, o eixo bifurca para o sul e com caimento para norte, oeste e ENE. O segmento nordeste apresenta o eixo com caimento para sudoeste e na parte central, a estrutura é representada por uma dobra aberta a isoclinal invertida no flanco leste. A geometria idealizada se apresenta como uma megadobra com fechamento para SE, em profundidade, com eixo orientado segundo a direção NE-SW (Fig. 2.4a). Padilha (1982) caracterizou a geometria do sinclinal Gandarela através da inversão não-linear 2D de dados magnetométricos do Projeto Brasil-Alemanha (DNPM 1974), onde a Formação ferrífera Cauê foi utilizada como camada-guia. O modelo preliminar inserido no programa de inversão foi o de Dorr (1969). Embora a inversão não-linear 2D não coincida com o modelo proposto por Dorr (1969), nos dois casos as estruturas tendem a se fechar mergulhando para sudeste, em profundidade (Fig. 2.4b). Endo & Rocha Filho (2003) indicaram que o fechamento da estrutura ocorre no setor meridional com a charneira apresentando caimento moderado para SE, através das presentes dobras e das lineações minerais e de interseção. Franco (2003), a partir da cartografia geológico-estrutural, definiu um modelo evolutivo para o sinclinal Ouro Fino baseado em quatro eventos de deformação compressional e um extensional, pós- 15

35 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Minas. O primeiro evento D1 corresponde ao dobramento regional do tipo nappe com eixo EW, envolvendo o Supergrupo Rio das Velhas com vergência tectônica dirigida para sul. O segundo evento D2 é caracterizado por dobras abertas a fechadas com eixos suborizontais orientados em posição submeridiana. O terceiro evento D3 foi responsável por gerações de dobras suaves com clivagem espaçada subvertical e lineação de interseção orientadas na direção E-W. O quarto e último evento compressional D4, corresponde ao encurtamento EW, gerando estruturas na direção N-S como lineações, clivagem de crenulação e mesodobras em padrão do tipo kink. Já o quinto evento D5, de caráter distensivo, responsável pelas intrusões de diques máficos de direção EW. A geometria elaborada para região, corresponde a uma dobra reclinada com eixo de caimento moderado para ESE com falso fechamento em profundidade, onde as unidades do Supergrupo Minas ocupam o núcleo da dobra, envolvidas pela seqüência metapelítica do Supergrupo Rio das Velhas (Fig. 2.4c). Endo et al. (2004) concebeu um modelo para região Gandarela como um sinclinal antifórmico, resultante de três fases deformacionais. A primeira D1 resultou numa dobra recumbente com o Supergrupo Rio das Velhas no interior da nucleação da dobra, a fase D2 proporcionou um redobramento do flanco inverso formando o sinclinal Gandarela. A fase D3 ocasionou a geração de uma dobra-falha, em geometria cônica, afetando o segmento oriental do sinclinal. Desta forma, o sinclinal Gandarela adquiriu uma conformação de dobras reclinadas com eixos de dobras com direção ESE e caimento de 35 0 (Fig. 2.4d). 16

36 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Figura 2.4: Modelos evolutivos para a região do sinclinal Gandarela: A) Modelo de Dorr (1969); B) Modelo de Inversão não-linear 2D de Padilha (1982); C) Modelo de Franco (2003); D) Modelo de Endo et al. (2004). 17

37 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 2.5 HOMOCLINAL CURRAL A Serra do Curral é mais conhecida pelo seu relevo marcante que define uma extensa cordilheira (Fig. 2.1) que se estende por mais de 85 km desde a Serra Piedade, a NE, até as imediações de Itatiaiaçu, a SW. Apresenta-se como um homoclinal constituído apenas pela aba invertida de uma anticlinal. As camadas possuem mergulhos elevados e são comuns falhas de alto ângulo cortando as unidades do Supergrupo Minas que afloram ao longo de toda a serra (Endo 1997). A região investigada e adjacências (Fig. 2.1) são definidas, ao norte, pelos gnaisses migmatitos do complexo metamórfico Belo Horizonte com corpos intrusivos como os granitóides Mateus Leme, General Carneiro, Santa Luzia, Caeté, Ibirité e Caio Martins (Romano 1989, Noce 1995, Endo et al. 2005). A porção sul da estrutura é constituída pelos gnaisses Souza Noschese, Alberto Flores, Granito Brumadinho, Tonalito Samambaia, Anfibolito Candeias, Anfibolito Paraopeba (Carneiro 1992, Carneiro et al. 1997) e o Granito Tejuco do Complexo Metamórfico Bonfim. A estrutura Curral é marcada pela sucessão estratigráfica invertida dos grupos Piracicaba, Itabira, Caraça e Nova Lima (Pomerene 1964; Dorr 1969; Alkmim et al. 1996) Modelo Tectônico Evolutivo Os modelos tectônicos existentes para a região investigada divergem entre si, não respondendo às questões fundamentais de estratigrafia, geologia estrutural, tectônica neste domínio do QFe (Endo et al. 2005). As primeiras contribuições importantes para elaboração de um modelo evolutivo na região iniciaram pelos trabalhos de Pomerene (1964), Eichler (1964), Dorr (1969) e Pires (1979). Pomerene (1964) definiu a estrutura Curral como um sinformal de flancos SE invertido e NW truncado, aflorando os grupos Piracicaba, Itabira e Caraça sem repetição de camadas. Eichler (1964) sugeriu que a região do pico dos Três Irmãos, localizado no segmento centroocidental da serra do Curral, é estruturada por uma tectônica com vergência para N com envolvimento do embasamento por falhas de empurrão (Fig. 2.5a). Dorr (1969) interpreta o homoclinal Curral como parte integrante de um megassinclinal, onde a relação entre o Grupo Sabará e o Supergrupo Minas se deu através do rompimento e obliteração do flanco normal pelo Complexo Metamórfico Belo Horizonte, situado a norte da serra do Curral (Figs. 2.1, 2.5b). Pires (1979), através de análise geométrica de componentes estruturais, esboça um modelo de anticlinal recumbente para homoclinal do Curral Gaivotas com vergência para NNW, com o flanco inverso formado pelas unidades Minas, cavalgando nas unidades Rio das Velhas (sic). As unidades do 18

38 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Rio das Velhas aqui referidas são interpretadas pelo autor como Grupo Nova Lima, porém Dorr (1969) as interpreta como unidades do Grupo Sabará em contato com as unidades Minas através de um rompimento do flanco Normal (Fig. 2.5c). Ladeira & Viveiros (1984) visualizaram a estrutura da serra do Curral como parte de um megassinclinal recumbente, posteriormente redobrado incluindo os sinclinais Dom Bosco, Moeda, Santa Rita e Gandarela com fechamento nas serras Azul e da Piedade (Fig. 2.5d). Alkmim & Marshak (1998) ilustraram um modelo para o desenvolvimento da junção ente o homoclinal Curral e o sinclinal Moeda, apresentando duas fases deformacionais. A primeira fase D1 corresponde à formação da anticlinal da serra do Curral com contração Transamazônica de SE para NW, desenvolvido pela arquitetura domos e quilhas, gerando um arqueamento da anticlinal Curral. A segunda fase deformacional D2 é responsável pelo sistema de redobramentos e empurrões, formando uma geometria complexa em conseqüência do encurtamento Brasiliano ESE-WNW (Fig. 2.5e). Endo et al. (2005) propõem uma tectônica de nappes com vergência NNE, cujas unidades do Supergrupo Rio das Velhas ocupam o núcleo de uma megadobra recumbente alóctone, denominada de nappe Curral. O flanco inverso desta nappe corresponde a toda seqüência Minas que se dispõe na serra do Curral e o flanco normal que se encontra redobrado se estende para o sul, formando o sinclinal Moeda. A zona da charneira compreende a junção Curral Moeda complexamente estrangulada pelo envolvimento do gnaisse Souza Noschese no núcleo da nappe, constituindo a anticlinal Bonfim Curral (Fig. 2.5f). 19

39 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 2.5: Modelos evolutivos para a região do Homoclinal Curral: A) Modelo de Eichler (1964); B) Modelo de Dorr (1969); C) Modelo de Ladeira & Viveiros (1984); D) Modelo de Pires (1979); E) Modelo de Alkmim & Marshak (1998); F) Modelo de Endo et al. (2005). 20

40 CAPÍTULO 3 BASE DE DADOS GEOFÍSICOS 3.1 INTRODUÇÃO A base de dados empregados na presente dissertação se constitui de dados magnetométricos aerolevantados do projeto Brasil-Alemanha (DNPM 1974), do levantamento magnetométrico terrestre feito nas regiões de interesse (Oliveira et al. 2005b) e de dados gravimétricos, provenientes da combinação de levantamentos de altimetria por satélite, terrestre e marinho (Molina et al. 1997). 3.2 LEVANTAMENTO AEROGEOFÍSICO: Convênio Brasil-Alemanha Os dados aeregeofísicos do projeto Brasil Alemanha foram levantados pela companhia PRAKLA-SEIMOS GmbH (Alemanha) no período de março de 1971 a setembro de 1972, através da cooperação científica entre os governos brasileiro e alemão. Para o levantamento foi utilizado o magnetômetro de precessão de próton G803 da GEOMETRICS, com sensibilidade de ± 1 nt e um sensor rebocado por um cabo de 25m de comprimento por meio de um helicóptero, cobrindo num total de km 2 de área, englobando o estado de Minas Gerais, exceto o Triângulo Mineiro e parte do estado do Espírito Santo (Fig. 3.1). A altitude barométrica padronizada variou em algumas regiões onde a topografia alcançava 800 a 2300 metros. A altura média do vôo é de 350m com intervalo de amostragem de 60m na direção E-W, perpendicular às estruturas geológicas do Quadrilátero Ferrífero, e espaçamento de 02 km. As linhas de controle foram executadas na direção N-S com espaçamento entre 14 e 20 km (DNPM 1974). Através do convênio técnico-científico entre a CPRM e a empresa canadense PGW (Geofísica Paterson, Grant & Watson Ltda) acordado em 1995, os dados aerolevantados do projeto foram digitalizados a partir dos mapas de contorno na escala de 1:100000, compondo 219 folhas de grade aeromagnética. O processamento e o tratamento dos dados compreendeu na correção do IGRF (International Geomagnetic Reference Field) eliminando o campo magnético originado no núcleo. Essa correção se deve ao ajuste polinomial de grau dois com coeficientes calculados, pelo método de mínimos quadrados (Padilha 1982). A projeção adotada para a geração dos mapas é Mercator, com intervalo de

41 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 5 x 5km e, posteriormente, utilizou-se a aplicação do filtro de Continuação para Cima, admitindo o corte de 1200m, para ressaltar as anomalias de baixas freqüências. Figura 3.1: Mapa magnetométrico do projeto Brasil-Alemanha (DNPM 1974). 3.3 LEVANTAMENTO MAGNETOMÉTRICO TERRESTRE O levantamento terrestre foi realizado em setembro de 2004 nas regiões do sinclinal Gandarela e no homoclinal Curral (Oliveira et al. 2005b) com apoio da CPRM que disponibilizou o magnetômetro portátil modelo G-826A e o kappameter ABEM KT 3. O funcionamento do magnetômetro de precessão nuclear ou de prótons consiste basicamente, de um sensor contendo uma fonte de prótons (água, metanol, álcool etílico, querosene) e um contador eletrônico. O sensor é submetido a um campo artificial muito mais forte do que o campo magnético terrestre (50 a 100 oersted) e perpendicular a este. Os prótons são polarizados segundo a resultante dos dois campos, que é virtualmente paralela ao campo artificial, fazendo com que os prótons voltem a se 22

42 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. orientar com o campo magnético terrestre, girando em torno deste com uma freqüência angular. A intensidade do campo magnético terrestre total é determinada medindo a freqüência de precessão dos prótons a partir do contador eletrônico (Luiz & Silva 1995). O susceptibilímetro kappameter mede a susceptibilidade magnética de rochas em afloramentos, testemunhos de sondagens e amostras de mão. É constituído por uma bobina receptora que próxima a uma rocha, modifica a indutância do sistema alterando o equilíbrio do discriminador de fase. Esse equilíbrio é restaurado por um capacitor variável, ligado em paralelo. A indicação do aparelho determina a susceptibilidade magnética aparente da rocha. A diferença entre a susceptibilidade magnética aparente (k ) e a real (k) depende das dimensões, qualidade da superfície e forma geométrica da rocha. Para valores de k menor que 100 x 10-3 u SI, pode-se considerar k = k com erro de 5%. Na prática, esses valores podem ser negligenciados, exceto os valores maiores que 500 x 10-3 (Campbell 2003). k = 1 (SI) (3.1) [1-(k /2)] O levantamento constou de 08 perfis magnetométricos (Fig. 3.2) com medidas realizadas a intervalos médios de 400m. Os dados de susceptibilidade magnética em amostras de rochas selecionadas das regiões do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral estão disponíveis no Apêndice A. Figura 3.2: Mapa de localização dos perfis magnetométricos terrestres nas regiões do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral (Mod. Dorr 1969). 23

43 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 3.4 LEVANTAMENTO GRAVIMÉTRICO O banco de dados gravimétricos foi organizado pelo Instituto Astronômico e Geofísico da USP (Molina et al. 1997), no qual várias instituições e empresas contribuíram na coleta de dados nas regiões do cráton São Francisco e faixas de dobramentos marginais, margem continental e bacias oceânicas. Este banco abrange uma área definida entre os meridianos 54º-32ºW e paralelos 8º-24ºS, com estações gravimétricas obtidas através de levantamentos terrestres, marinhos e dados de altimetria de satélite. A geração de grids de 5 x 5 de espaçamento se refere às anomalias free-air, Bouguer e residual, compreendendo ao uso da técnica de ajuste dos elementos do campo de gravidade por mínimos quadrados. Na presente dissertação, a base de dados utilizada é a de anomalia free-air (Fig. 3.3). Figura 3.3: Mapa de anomalias free-air (mgals) da região do cráton São Francisco Meridional (Molina et al. 1997). 24

44 CAPÍTULO 4 MAGNETOMETRIA E GRAVIMETRIA 4.1 MAGNETOMETRIA Histórico A bússola já era conhecida pelos chineses desde o início da era cristã, mas só no final do século XV que esta foi utilizada para o estudo do campo magnético. As experiências com imãs iniciaram-se em 1269, quando Petrus Peregrinus esculpiu magnetita em forma esférica, aproximando pequenos imãs descobriu a existência de dois pólos distintos. Por convenção, o campo magnético é positivo no pólo Norte e negativo no pólo Sul (Fig. 4.1a). Os primeiros estudos do campo magnético terrestre foram publicados em 1600 na Inglaterra, onde William Gilbert, autor de "de Magnete", fez observações nas quais o levaram a concluir que a Terra é um globo magnético, um imenso imã (magnus magnes ipse est globs terrestris). Em 1640, o método magnetométrico foi um dos primeiros métodos geofísicos a ser aplicado sistematicamente na Suécia, com intuito de detectar depósitos de ferro através de observações da variação da declinação magnética com bússolas náuticas. Através de observações geomagnéticas, Gauss (1848) forneceu o primeiro formalismo matemático, em escala global, aplicando harmônicos esféricos na representação do campo magnético, conseguindo demonstrar que 95% do mesmo é gerado no seu interior. Esta formulação permitiu separar o campo externo do interno; separar o campo dipolar do não-dipolar e estudar o campo geomagnético do passado para obter informações sobre suas variações em relação ao tempo, com base nos registros de observatórios e de navegantes. Posteriormente, em 1870, o método foi aperfeiçoado com a construção de instrumentos capazes de medir variações das componentes horizontal e vertical do campo magnético e de sua inclinação (Pacca & Ernesto 1979). A magnetometria mede pequenas variações na intensidade do campo magnético terrestre, e, por conseqüência, a distribuição irregular das rochas magnetizadas em subsuperfície (Luiz & Silva 1995). O campo magnético pode ser representado por um vetor no espaço, onde o campo magnético total T apresenta-se decomposto em componentes vetoriais denominadas: componente horizontal H e vertical V. O ângulo entre o campo total T e a componente horizontal H é denominado inclinação magnética (i) e o ângulo que a componente horizontal H faz com o norte geográfico é denominado declinação magnética (d) (Fig. 4.1b).

45 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 4.1: a) Modelo computadorizado do campo geomagnético. A Terra como uma esfera magnetizada, vetores e linhas equipotenciais (Site da NASA); b) Notação das componentes do campo magnético terrestre (Luiz & Silva 1995) Origem do Campo Magnético Terrestre A teoria mais antiga da origem do campo magnético está relacionada com as observações de Gilbert (1600) de que a Terra é um globo magnético uniforme. Porém, esta hipótese não explicaria a reversão do campo magnético e a temperatura Curie, cujos minerais perdem suas propriedades magnéticas. A idéia de separação de cargas elétricas foi cogitada, as cargas elétricas negativas estariam na superfície da Terra e as positivas se encontrariam no interior da Terra. De acordo com a rotação, ambas girariam com a Terra, produzindo um campo elétrico forte e um campo magnético, porém as correntes elétricas seriam superiores a 10 9 A e não há um registro de campo elétrico com essa intensidade (Pacca & Ernesto 1979). Outra hipótese baseia-se no efeito Giromagnético (Efeito Barnett) que compreende na rotação de substâncias com movimentos orbitais e giratórios de seus elétrons, mudando o momento magnético dessas substâncias. Entretanto, a maioria das substâncias encontradas não é ferromagnética e sendo a rotação da Terra lenta, o campo seria da ordem de 10 8 vezes menor que o campo observado (Pacca & Ernesto 1979). Posteriormente, Blackett (1947), observando outras estrelas elaborou uma teoria cuja rotação de qualquer corpo celeste produziria um campo magnético relacionado com a velocidade de rotação. Na prática, experiências realizadas com uma barra de ouro não corresponderam as suas expectativas. Bullard (1949, upud Pacca & Ernesto 1979) elaborou uma teoria através de aparelhos de funcionamento mais simples como os dínamos, constituídos por um disco e um eixo metálico, espira com fio condutor. O disco gira e um campo magnético induzido B é aplicado paralelo ao eixo, implicando na migração de cargas elétricas e geração de corrente elétrica, produzindo um campo 26

46 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. magnético superior ao campo magnético induzido. Contudo, esse modelo não explica as reversões do campo magnético. Yukutake (1962) propôs um modelo com dois dínamos, no qual um excita o outro, com inversão de corrente elétrica provocando uma inversão de polaridade. A dúvida seria se o núcleo apresentaria um sistema análogo. Os dínamos se constituem de discos, fios, escovas e outras peças e o núcleo da Terra teria que apresentar um dínamo contínuo, ou seja, um meio homogêneo. Lowes & Wilkinson (1963) conseguiram construir um dínamo contínuo, em laboratório, com dois cilindros de metal ferromagnético que giram dentro de cavidades cilíndricas ortogonais em bloco de mesmo metal. Essa continuidade entre os cilindros e o bloco é estabelecida por uma fina camada de mercúrio (Fig. 4.2). A teoria do dínamo pressupõe a transformação de energia do movimento de fluidos em energia do campo magnético, cujas fontes de energia são capazes de dar origem e manter tal movimento, provavelmente através da precessão do núcleo. Quanto ao campo magnético inicial necessário para estabelecer o processo do dínamo, é bastante razoável supor a existência de um campo externo a que estava sujeito a Terra no início da vida do planeta, um campo magnético cósmico, já que há indícios de campos antigos em outros corpos celestes (Pacca & Ernesto 1979). A origem do campo magnético terrestre reside, provavelmente, na interação do núcleo interno da Terra (Fe + Ni, sólido) com o núcleo externo (Fe + elementos leves, líquido). Processos magnetohidrodinâmicos são iniciados a partir de movimentos de íons livres do núcleo externo, gerando correntes elétricas que, por sua vez, produzem um campo eletromagnético (Pacca & Ernesto 1979). Atualmente, experimentos de laboratórios, modelagens computacionais tentam explicar a origem do campo magnético e sua dinâmica de funcionamento (Glatzmaier 2002). Figura 4.2: Teoria do dínamo.a) dínamo contínuo; b) o campo externo observado como função velocidade angular do primeiro cilindro enquanto a velocidade do segundo é mantidas constante e igual a 2650 rpm. Quando o primeiro atinge aproximadamente 1500 rpm, a intensidade aumenta repentinamente e tem início a ação autoexcitável (Pacca & Ernesto 1979). 27

47 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Inversão do Campo Magnético Terrestre A descoberta da inversão do campo magnético terrestre se deu a partir das observações de Brunhes (1906) em fluxos de lavas na França, onde a magnetização se encontrava oposta à direção ao campo atual. Rochas basálticas de diferentes partes do mundo apresentavam esses registros de inversão magnética (Nagata 1961). O primeiro mapa detalhado de anomalias magnéticas foi publicado na costa oeste da América do Norte por Ralf & Mason (1961), mostrando uma feição surpreendente: lineações de anomalias com altos e baixos valores do campo magnético ao longo de toda região. Notou-se que esse padrão alternado (ou "zebrado") é típico de regiões oceânicas, sendo geralmente paralelo e simétrico ao eixo das dorsais mesoceânicas e deslocado através das zonas de fratura. Estas anomalias possuem magnitudes da ordem de ± 500 nt (Fowler 1990). Vine & Matthews (1963) elaboraram um modelo de espalhamento do assoalho oceânico através de observações de intermitentes campos magnéticos reversos. Entretanto, essas reversões não poderiam surgir apenas nas camadas mais superficiais da composição da crosta oceânica (sedimentos) e, sim de composição basáltica por conter altas proporções de minerais magnéticos (Kearey & Vine 1990). O conceito de reversão magnética estaria diretamente ligado ao surgimento da litosfera oceânica. Em decorrência da reversão, há uma redução no campo magnético em 10% do valor de intensidade do campo normal, correspondendo a um intervalo de tempo de 2000 a 3000 anos Distribuição de Magnetização A distribuição de magnetização adquirida nas rochas está associada à presença de minerais magnéticos contidos nelas através de magnetização induzida e remanescente. A magnetização induzida se dá quando as rochas são submetidas a um campo magnético externo cuja magnitude é função da quantidade de substâncias magnéticas presentes nas rochas. A magnetização remanescente é adquirida durante a história geológica e está relacionada com o resfriamento de rochas ígneas abaixo da temperatura Curie. Nestas condições a rocha perde suas propriedades magnéticas. Adicionalmente, transformações químicas que ocorrem durante o metamorfismo tanto em rochas sedimentares quanto ígneas, a queda de raios, a deposição de sedimentos finos, a isotérmica (descargas elétricas nas rochas) e os esforços tectônicos (piezo-remanescente) produzem o mesmo efeito. As propriedades magnéticas de materiais, com um determinado volume, podem ser consideradas em termos, como o efeito magnético em rede de todos os dipolos dentro do volume ou, ainda, o efeito de rede de todos os elementos de correntes elétricas. Usando o conceito formal, o vetor é definido pela quantidade de magnetização M. A magnetização de um volume V é definida pela soma vetorial de todos os momentos de dipolos individuais m i e dividida por volume (Blakely 1996): M = 1 Σ m i (4.1) V i 28

48 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. sendo a magnetização expressa pela unidade SI em A.m -1 ou pelo sistema eletromagnético (emu) em gauss, onde 1 gauss = 10-3 A.m -1. O volume de uma massa com densidade ρ(x, y, z) pode ser representado por uma pequena massa dm = ρ(x, y, z)dv que age como uma fonte pontual e R é a distância entre a fonte pontual (x, y, z) e o centro da massa. Esta lei funciona com a equação de distribuição de densidade: U (P) = γ R ρ (Q) dv (4.2) r onde o momento dipolar pode ser considerado Mdv = m. O potencial observado do ponto P é descrito por: V(P) = C m M. p 1 dv (4.3) r sendo r = distância do ponto P para o dipolo, C m é a constante usada para balancear as unidades envolvidas no sistema. Em geral, a magnetização M é função da posição, onde ambas as direções e a magnitude podem variar ponto a ponto e M = M(Q), onde Q é a posição dv. Integrando a equação 4.3, todos os volumes fornecem o potencial da distribuição de magnetização: V(P) = C m M(Q). Q 1 dv (4.4) R r que é análoga a equação 4.2. A indução magnética P é dada por: B(P) = pv(p) (4.5) = C m p R M(Q). Q 1 dv (4.6) r Nas equações 4.5 e 4.6 o subscrito do operador gradiente foi mudado de P para Q quando o operador está dentro da integral de volume. Isto indica que o gradiente pode ser tomado a respeito das coordenadas de fontes magnéticas em relação às coordenadas do ponto de observação. Susceptibilidade Magnética Os materiais podem adquirir a componente de magnetização na presença de um campo magnético externo. Para campos de baixa amplitude magnética, a magnetização induzida é proporcional à magnitude H e paralela em direção ao campo externo: M = xh (4.7) sendo a constante de proporcionalidade x, denominada de susceptibilidade magnética. A equação 4.7 é a mesma no sistema internacional (SI) e no sistema eletromagnético (emu). A susceptibilidade é considerada adimensional em ambos os sistemas, porém difere na magnitude por 4π (Blakely 1996): 29

49 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 1emu = 4π SI O campo magnético está associado ao movimento de cargas elétricas, portando onde há movimento, há magnetização quer seja atração ou repulsão. Dessa forma, um elétron girando em torno do núcleo do átomo produz um campo magnético dipolar semelhante a uma barra magnética (Fig. 4.3). Há também o movimento dos elétrons em torno de si mesmo (spins). Os materiais que apresentam uma susceptibilidade magnética muito fraca ou repulsiva são denominados de diamagnéticos, já os materiais com susceptibilidade fraca, porém positiva são definidos como paramagnéticos e, por fim, os materiais bastante magnéticos são chamados de ferromagnéticos que podem ser divididos em ferromagnéticos, ferrimagnéticos e antiferrimagnéticos de acordo com o alinhamento ou não dos spins (Sharma 1986, Blakely 1996). Figura 4.3: Tipos de magnetização de rochas: H = Campo magnético terrestre; x = susceptibilidade magnética das rochas Tratamento de Dados: Anteriormente a qualquer tratamento, é necessário fazer algumas correções nos dados para eliminar as variações devidas às causas não geológicas, como a variação diurna, correção topográfica (desnível dos pontos de amostragem), às vezes, correções de latitude (escalas meso a macroscópica) e a remoção do IGRF (International Geomagnetic Reference Field Campo geomagnético de referência internacional). Os métodos potenciais podem facilitar as interpretações geológicas através de tratamentos dos dados medidos. Esses tratamentos, em geral, não são diretamente definidos pela distribuição de fontes, porém fornecem idéias que auxiliam na construção de um entendimento geral da natureza das fontes magnéticas (Blakely 1996). O tratamento de dados magnetométricos, definido como filtragem, baseia-se em técnicas matemáticas aplicadas sobre os dados. Os filtros têm o propósito de realçar, atenuar, eliminar ou 30

50 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. transformar determinadas feições lineares e/ou planares, em função dos dados e objetivos de integração com dados geológicos. A aplicação de filtros e os procedimentos realizados se deram a partir do programa Geosoft/MAGMAP, utilizando a técnica da transformada de Fourier (Winograd 1978, McClellan & Nawab 1979, Blakely 1996) que permite a manipulação dos dados no domínio da freqüência. Somente os filtros utilizados na presente dissertação são descritos neste capítulo, com exceção do filtro de redução ao pólo. Corrigido de IGRF (International Geomagnetic Reference Field) O IGRF é baseado nos coeficientes de Gauss de grau e ordem 10, onde os termos de baixa ordem são representados, em grande parte, pelo campo magnético gerado no núcleo da Terra. Subtraindo os termos de baixa ordem pela medida do campo magnético terrestre resulta na representação do campo magnético associado às rochas da crosta. O primeiro IGRF foi adotado em 1968 pela International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA), o IGRF Desde então, cada IGRF prevê as variações seculares do campo e é calculado entre 5 e 10 anos. Pode ser utilizado para calcular o campo magnético para pontos específicos ou determinar anomalias magnéticas de campo observado (Luiz & Silva 1995). Transformada de Fourier A transformada de Fourier pode ser definida matematicamente, para uma função f(x, y) no domínio do espaço, como: f (µ, ν) = f (x, y). e - i(µx + νy) dx dy (4.8) - - e a transformada inversa de Fourier é definida pela equação: f (x, y) = 1 f (µ, ν). e - i(µx + νy) d µ dν (4.9) 4π - - onde µ e ν são números de onda nas direções x e y respectivamente, medidos em radianos/m se x e y possuem unidades em metro. O grid de dados no domínio do espaço é transformado para o domínio da freqüência através da transformação rápida de Fourier (FFT: Fast Fourier Transform). A transformação apresenta freqüência com unidades de ciclos/m e componentes real e imaginária. A função do campo potencial no domínio do espaço é singular e única, o mesmo ocorre com a função do campo no domínio da freqüência cujas unidades são: [1/(tamanho do grid)(ciclos/m)] entre 0 e o corte de freqüência de Nyquist (1/[2 x tamanho da célula]) (Winograd 1978, McClellan & Nawab 1979). 31

51 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe A transformada de Fourier para o campo potencial de um corpo prismático tem amplo espectro cuja localização máxima de topos, profundidades, níveis de superfície e amplitude são determinadas a partir de densidades e magnetização. Tipos de Filtros a) Continuação para Cima O filtro de continuação para cima transforma as medidas do campo potencial, referentes a uma superfície, para o campo que pode ser medido a partir da superfície distante de todas as fontes. Essas transformações atenuam as anomalias de acordo com a freqüência, ou seja, quanto menor a freqüência, melhor a atenuação (Blakely 1996). b) Derivadas Direcionais Os filtros direcionais são capazes de realçar ou remover feições lineares. A derivada em X destaca as anomalias de direção leste-oeste. A derivada em Y realça as anomalias de direção Norte-sul e a derivada em Z, as anomalias de fontes mais rasas, eliminando as feições de fontes mais profundas (CPRM 1994). c) Derivada Vertical de segunda ordem A segunda derivada vertical auxilia na interpretação de fontes mais rasas cujo resultado é o produto da transformada de Fourier do campo potencial por k 2, sendo k o número de onda que enfatiza o efeito das anomalias locais, resultando na interpretação e na delimitação aproximada do corpo causador da anomalia (Padilha 1982, Blakely 1996). d) Passa Baixa O filtro passa baixa é utilizado para obtenção de uma faixa de freqüência específica da fonte investigada (Luiz & Silva 1995). e) Redução ao Pólo A redução ao pólo tem como objetivo suprimir a influência da latitude magnética sobre as anomalias. Em qualquer mapa magnético, as anomalias das rochas magnetizadas aparecem distorcidas e picos deslocados. Para remover este efeito, Baranov (1957) desenvolveu uma transformação matemática que permite obter, a partir das anomalias medidas, o campo que as mesmas fontes produziriam no pólo magnético, onde o campo indutor é vertical. Um dos problemas da utilização da redução ao pólo em regiões de baixas latitudes magnéticas é a geração de pseudo-anomalias onde a inclinação do campo tende a zero (Padilha 1982). 32

52 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. f) Redução ao Equador Magnético Leu (1981) foi um dos pioneiros na implementação da redução do campo magnético ao equador magnético. A proposta se deu pela dificuldade da redução ao pólo nas regiões de baixas latitudes. A diferença fundamental é a direção ao qual o campo é transformado. Na redução ao pólo a direção é vertical ao longo do eixo z. Para a redução ao equador, o campo é reduzido ao plano x-y, numa direção arbitrária ē, dada pela declinação calculando o campo no Equador (Padilha 1982). g) Amplitude do Sinal Analítico A amplitude do sinal analítico resulta da combinação de gradientes horizontais (x, y) e vertical (z) de anomalias magnéticas. O sinal analítico identifica a forma de corpos magnéticos dependendo da localização dos mesmos e não das direções de magnetização. Nabighian (1974) sugeriu uma aplicação para corpos bidimensionais estimando a profundidade e a posição das fontes. Mais recentemente, o método tem sido expandido para corpos tridimensionais auxiliando nos problemas de mapeamento e profundidade de fontes (Blakely 1996). 4.2 GRAVIMETRIA Histórico A descrição da força de gravidade por Galileu Galilei em 1590 e a lei de atração de corpos quantificada por Isaac Newton em 1687 proporcionou o desenvolvimento do método gravimétrico. Observando a oscilação de um pêndulo, Huygens (1673, upud Luiz & Silva 1995) conseguiu calcular o valor absoluto da gravidade, obtendo as primeiras medidas de aceleração da gravidade. A partir de 1881, a obtenção dessas medidas auxiliou na solução de problemas geodésicos e no estudo da estrutura interna terrestre em escala global. Em 1902, iniciou-se o uso do método para prospecção geológica. Eötvös (1896, upud Luiz & Silva 1995) desenvolveu um instrumento chamado de balança de torção, capaz de medir as componentes horizontais do gradiente de aceleração da gravidade. Em 1924, com a balança de torção foi possível identificar a estrutura reservatória de óleo na região do domo Nash, Texas. Na década de 30, o gravímetro substituiu a balança de torção por ser mais portátil, menos sensível à topografia e permitindo leituras mais rápidas (Luiz & Silva 1995) Campo Gravitacional Terrestre A aplicação do método gravimétrico envolve diretamente a atração de massas que é regida pela Lei de atração gravitacional de Newton: duas partículas de massas m1 e m2 separadas por uma distância r, experimentam forças de atração com intensidade F: 33

53 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe F = G m1 m2 (4.10) r 2 sendo G a constante de gravitação de valor 6,67 x 10-8 dina.cm 2 /g 2, no sistema CGS. A aceleração a com que a partícula de massa m2 é atraída por m 1 é calculada empregando a segunda Lei do movimento de Newton: a2,1 = F = G m1 (4.11) m2 r 2 Quando as massas são distribuídas continuamente em volumes de grandes dimensões, elas podem ser divididas em pequenos elementos infinitesimais, cujo efeito é obtido pelo somatório de cada um desses elementos. Desse modo, um corpo de massa m e densidade ρ pode ser dividido em elementos infinitesimais dm, com respectivos volumes dv : dm = ρ dv (4.12) portanto, a atração gravitacional gerada pelo corpo de volume V seria: ρ dv (4.13) v r 2 v r 2 a = G dm = G onde v é o volume total. Com base nessas formulações, a atração de corpos próximos à superfície terrestre é expressa por: a = GM (4.14) R 2 sendo M a massa da Terra, R é a distância entre o centro de massa do corpo ao centro de massa do planeta. A distribuição heterogênea de densidade no interior da Terra pode ser descrita pela equação abaixo da seguinte maneira: a = G dm (4.15) v r 2 34

54 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p Anomalias Gravimétricas O isolamento de anomalias causadas por variações de densidade locais para todos os campos envolve uma série de correções cuja descrição pode ser decomposta pela contribuição da gravidade observada (Blakely 1996): Gravidade observada = atração do elipsóide de referência + efeito da elevação sobre o nível do mar (Correção free-air) + efeito da massa normal sobre o nível do mar (Correção Bouguer e de Terreno) + variações temporais (Correção de maré) + efeito do movimento da plataforma (Correção Eötvös) + efeito da massa que suporta a topografia (Isostasia) + efeito da variação de densidades da crosta e do manto superior (Geologia) + Correção de drift instrumental. Neste capítulo será abordada apenas a Correção free-air, aplicada aos dados gravimétricos interpretados neste trabalho. Correção free-air A correção free-air ou de ar-livre é empregada para compensar apenas os efeitos da diferença da altitude das estações em relação ao geóide ou a um nível de referência arbitrário. A massa do material entre as estações e o geóide não é considerada, por este motivo, a correção de elevação é denominada de correção de ar-livre ou redução de Faye (Luiz & Silva 1995). A expressão da correção é estabelecida a partir da aproximação da Terra por uma esfera de raio igual ao raio médio da Terra. Assim, a correção pode ser representada pela seguinte equação: C AL = g GM 2h = 0,3086 h mgal (4.16) R 3 onde C AL é a correção free-air e h é altitude da superfície terrestre. 35

55 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 36

56 CAPÍTULO 5 TÉCNICAS NA INTERPRETAÇÃO DE DADOS GEOFÍSICOS 5.1 INTRODUÇÃO Neste capítulo, as técnicas utilizadas na investigação das estruturas do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, serão apresentadas juntamente com a integração de dados geológicos e estruturais buscando elaborar modelos geométricos para as regiões em estudo. Oliveira et al. (2003b, 2004b, 2005a) e Oliveira & Endo (2005) empregaram uma metodologia que consiste, basicamente, na união de técnicas desenvolvidas para estimar profundidades de fontes magnéticas, bem como caracterizar a geometria do corpo magnético. Na confecção de seções geológicas coincidentes com os perfis magnetométricos, foram obtidas uma interpretação inicial do ajuste da geometria em subsuperfície, pela deconvolução Euler 2D. Em seguida, esse ajuste foi encaminhado para o método de modelagem poligonal 2D, refinando a geometria das estruturas, considerando como parâmetros de controle a susceptibilidade magnética e a densidade das rochas. A solução deste modelo foi confirmada nas inversões linear e não-linear 2D, onde os parâmetros são definidos como livre e fixo. A inversão linear 2D apresenta como parâmetros fixo e livre, a geometria e a susceptibilidade magnética, respectivamente. Já na inversão não-linear 2D, os parâmetros livre e fixo são geometria e susceptibilidade magnética, respectivamente. Essa metodologia visa caracterizar a geometria em profundidade, além de contribuir na redução da ambigüidade inerente à interpretação de dados magnetométricos. 5.2 DECONVOLUÇÃO EULER 2D O algoritmo de deconvolução Euler 2D foi desenvolvido com intuito de estimar as profundidades de fontes magnéticas ou de corpos magnéticos. A técnica de Thompson (1982) baseia-se na teoria das funções de homogeneização Euler, considerando as coordenadas cartesianas x, y e z descritas por f (x, y, z). A função f (x, y, z) é dita homogênea de ordem de grau n de homogeneização se: f (tx, ty, tz) = t n f (x, y, z) (5.1) o plano de observação é dado por z = 0, positivo e para baixo. Por convenção, o eixo x se posiciona na direção norte e y na direção leste. Satisfazendo a equação diferencial parcial:

57 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe tendo então, x f + y f + z f = nf (5.2) x y z f ( x, y, z) = G (5.3) r N onde r = (x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2, N = 1, 2, 3,..., G não dependente de x, y, z e n = N. Considerando a fonte como uma massa pontual ou um dipolo magnético localizado no ponto (x 0, y 0, z 0 ), relativo ao plano medido, a intensidade do campo magnético total pode ser expressa por: T ( x, y) = f [( x - x 0 ), ( y - y 0 ), z 0 ] (5.4) de tal forma que a equação de Euler pode ser descrita de forma funcional: ( x - x 0 ) T + ( y - y 0 ) T - z 0 T = -N T (x, y) (5.5) x y z onde N é o índice estrutural que está vinculado à geometria da fonte causadora da anomalia e interfere diretamente no decaimento do campo magnético relativo ao plano medido de acordo com o modelo assumido (corpos cilíndricos, esféricos, diques finos, etc.) para a fonte magnética, os símbolos são adotados para indicar os índices estruturais utilizados nos perfis de deconvolução Euler 2D (Tabela 5.1). Tabela 5.1: Índice estrutural para dados magnéticos (dados retirados do programa EULDPH e de Durrheim & Cooper 1998). Modelos Índice estrutural Símbolos Contato 1,0 + Diques finos 1,5 X Prisma 2,0 ٱ Cilindro 2,5 * Esfera 3,0 ^ O programa EULDPH foi desenvolvido com intuito de estimar profundidades médias de fontes magnéticas. O conceito fundamental do programa é baseado na idéia de camadas equivalentes que estão relacionadas aos corpos causadores de anomalias magnéticas com magnetização uniforme. A distância de cada fonte pode apresentar características dipolares, ou seja, um corpo magnético extrusivo pode ter pólos induzidos positivos na sua superfície superior e pólos induzidos negativos na sua superfície inferior. Em contrapartida, corpos magnéticos intrusivos podem ter pólos induzidos positivos no topo, mas os pólos negativos localizados na base, não contribuem no campo magnético medido e, conseqüentemente podem exibir caráter polar. (Thompson 1982). 38

58 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. O tamanho da janela utilizado deve ser pequeno para englobar apenas uma anomalia, dando maior confiabilidade no resultado. Caso contrário, poderá agrupar duas ou mais anomalias fornecendo resultado incorreto (Durrheim & Cooper 1998). A presença de ruído pode distorcer fontes magnéticas presentes, tendo então a necessidade de filtrar os dados antes de utilizá-los. É importante salientar que a deconvolução não produz modelos geológicos através do campo magnético e, sim, tentativas muito restritas a serem aplicadas em algumas situações geológicas (Thompson 1982). Reid et al. (1990) implementaram o algoritmo 2D de Thompson (1982) para a interpretação magnética em três dimensões com base na equação de homogeneização Euler descrita na forma: (x - x 0 ) T + (y - y 0 ) T + ( z - z 0 ) T = N (B - T ) (5.6) x y z onde ( x 0, y 0, z 0 ) é a posição da fonte magnética, T o campo total no ponto ( x, y, z), B o valor regional do campo total e N o grau de homogeneização que pode ser interpretado como o índice estrutural. A equação de Euler 3D é facilmente aplicada em grids de dados magnetométricos e pode ser processado da seguinte forma: a) calcular ou medir o gradiente T, T, T ; x y z b) utilizar janelas com tamanho 3 x 3. A janela de 10 x 10 apresenta um bom resultado, mas quanto menor o tamanho da janela maior será a resolução dos resultados. Cada janela fornece uma estimativa de localização única da fonte causadora de anomalia magnética. Quando todas as estimativas são colocadas ao longo do perfil, elas tendem a se agrupar em torno do contraste de magnetização. c) para cada índice estrutural diferente de zero, são usados todos os pontos na janela para resolver a equação Euler para fontes de posição (x 0, y 0, z 0 ) e para obter as estimativas de mínimos quadrados, ou seja, o valor background da solução, é possível utilizar a inversão de More-Penrose baseada em mínimos quadrados (Lawson & Hanson 1974). d) para o índice estrutural igual a zero, procede-se de maneira semelhante ao item c, porém a equação a ser utilizada é: ( x - x 0 ) T + ( y - y 0 ) T + ( z - z 0 ) T) = A (5.7) x y z sendo A = 2Mt cosψ, M a intensidade de magnetização, t a espessura de corpos tabulares (t<<z 0 ) e cosψ = [ cos 2 α cos 2 I + sin 2 I ] 1/2, onde α é o azimute do perfil e I a inclinação do campo geomagnético. 39

59 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe e) para cada índice estrutural a solução se dá através da visualização em mapas, onde cada solução é representada pelo plano (x, y) usando símbolos proporcionais à profundidade z. 5.3 MÉTODO DE MODELAGEM POLIGONAL 2D Talwani et al. (1959) propuseram o desenvolvimento de uma técnica computacional para dados gravimétricos, com a entrada de polígonos de n lados. A partir deste trabalho clássico, Grant & West (1965) sugeriram a redução do número de funções trigonométricas, proporcionando maior eficiência no processamento computacional. Talwani & Heirtzler (1964) introduziram a técnica computacional para a anomalia magnética representada por um cilindro de polígono infinito, combinando essas anomalias por uma assembléia de lâminas semi-infinitas lado a lado. A aplicação de relações de expressões de Poisson e de aceleração gravitacional, utilizando Fortran-77, proposta por Won & Bevis (1987) possibilitou o uso da técnica para corpos poligonais magnetizados de n lados para o campo magnético externo (Fig. 5.1). Figura 5.1: Convenções geométricas usadas para sub-rotina m-poly. O sistema de coordenadas é empregado com eixo z positivo para baixo. Os ângulos I e β representam a inclinação do campo magnético da Terra e o azimute geomagnético (direção) do polígono de 6 lados, respectivamente. Duas estações são mostradas: S1 e S2 com polígonos de seis vértices (Won & Bevis 1987). 40

60 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Talwani (1965) desenvolveu um método para interpretar as anomalias magnéticas causadas por corpos de formas arbitrárias, baseado em um sistema de coordenas (x, y, z), onde o volume elementar é representado por x, y e z de corpo Q e o potencial magnético Ω dado por (Fig. 5.2): Ω = m. R (5.8) R 3 onde m é o momento dipolar do volume elementar e R o vetor distância. Figura 5.2: sistema de coordenadas e volume elementar x, y e z (Talwani 1965). se J é a intensidade de magnetização do corpo, m = J x y z, e se J x, J y e J z são as três componentes de J, então: Ω = Jx. x + Jy.y. Jz.z x y z (5.9) R 3 as três componentes do campo magnético referentes ao corpo Q de anomalia magnética, são: x = - Ω dxdydz x y = - Ω dxdydz (5.10) y z = - Ω dxdydz z a integração tripla corresponde ao volume do corpo Q. Substituindo o valor de Ω da equação 5.9 e diferenciando x, y, e z, respectivamente, tem-se: x = J x V 1 + J y V 2 + J z V 3 y = J x V 2 + J y V 4 + J z V 5 (5.11) z = J x V 3 + J y V 5 + J z V 6 a integração desses volumes V 1,..., V 6 representam integrações para o volume Q e advêm do Teorema de Green, que se refere à transformação para integral de superfície. 41

61 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe As integrações triplas permitiram a implementação do método computacional, com suas vantagens: Oferecer facilidade e acurácia na caracterização geométrica do corpo descrita pelo método computacional; Integrações analíticas são geralmente melhores que as numéricas devido a acurácia com que a integração pode ser executada; Velocidade computacional. sendo F o valor da intensidade do campo magnético não perturbado, as anomalias da intensidade do campo total são descritas por: T = {(F x + X) 2 + (F y + Y) 2 + (F z + Z) 2 } 1/2 F (5.12) onde F x, F y e F z são as componentes de F. As anomalias magnéticas podem ser também causadas pelo efeito da desmagnetização do campo. O campo efetivo induzido de um corpo magnético F eff é dado: F eff = F F (5.13) a componente F é o campo de desmagnetização, possivelmente produzido por um corpo. Para muitas rochas de componente F é pequena e pode ser ignorada. Entretanto, para corpos de minérios, especialmente aqueles que contêm uma grande quantidade de magnetita, a componente F é da mesma ordem de magnitude do campo original F e certamente não pode ser negligenciada. A otimização do método permitiu ajustar as anomalias observadas às anomalias calculadas através de ajuste da geometria de corpos de formas finitas e irregulares, pelo uso do software de modelagem 2D GMSYS, desenvolvido pela GEOSOFT. 5.4 INVERSÃO LINEAR 2D A inversão de anomalias magnéticas consiste na operação matemática de dados para a geração de modelos geofísicos aproximados a modelos geológicos/estruturais, em subsuperfície. O esquema da inversão inicia com modelos de valores aproximados e parâmetros livre e fixo assumidos que, posteriormente serão melhorados iterativamente baseado nas diferenças entre as anomalias observadas e aquelas do modelo, ou seja, as anomalias calculadas (Narasimha Rao et al.1995). 42

62 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. A técnica de inversão linear auxilia na otimização da distribuição de magnetização nas camadas de espessura finita ou infinitesimal dos modelos investigados, a partir do campo de anomalias medido. Matematicamente, as inversões utilizadas na presente dissertação, se diferenciam na determinação dos parâmetros fixo e livre. Na inversão linear, o parâmetro livre é a distribuição de magnetização e o fixo, a geometria. Já na inversão não-linear os parâmetros livre e fixo são a geometria e a distribuição de magnetização, respectivamente. 5.5 INVERSÃO NÃO-LINEAR 2D Talwani & Ewing (1960) sugeriram um método de integração numérica para calcular a anomalia gravimétrica para corpos tri-dimensionais formados a partir de lâminas poligonais lado a lado e horizontais. Posteriormente, Bott (1963) e Talwani (1965) propuseram métodos para calcular as componentes do campo magnético com contornos poligonais de lâminas. Os programas computacionais baseados em cálculos exatos de anomalias gravimétricas e magnéticas com prismas poligonais, são rápidos em operações e mais acurados que os programas desenvolvidos baseados na integração numérica de lâminas de polígonos. A análise destas anomalias magnéticas causadas por corpos de formas arbitrárias é importante na interpretação de dados magnéticos. Nesses programas há restrições em aplicações de dados magnéticos por não considerar a desmagnetização das rochas e as respostas não são obtidas pela circunstância real onde o ponto observado coincide com a curva do prisma (Plouff 1976). Vários autores têm apresentado técnicas computacionais com intuito de otimizar a interpretação de anomalias magnéticas e gravimétricas para melhor visualização dos corpos tridimensionais investigados. De acordo com Padilha (1982), o problema inverso não-linear pode ser obtido por duas formas: empregando técnicas de otimização ou linearizando o problema. As técnicas de otimização consistem em minimizar ou maximizar uma função previamente determinada, admitindo que: N F ( x ) = Σ (A k C k ( x )) 2 (5.14) k =1 onde, x é o vetor de dimensão equivalente ao número de parâmetros a serem ajustados, A é a anomalia observada, C é a anomalia calculada a partir de um modelo proposto e N é o número de 43

63 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe medidas. Minimizando a equação, é possível obter um ajuste iterativo dos parâmetros gerando sucessivos x 1, x 2,..., tais que: F( x i +1 ) < F ( x i ), i = i-ésima iteração (5.15) Este procedimento só é encerrado quando algum critério de convergência adotado seja satisfeito. A função F(x ) pode não apresentar um único mínimo local, mas diversos mínimos locais. Estes mínimos dependem da ambigüidade inerente ao método do campo potencial, do número de parâmetros pré-definidos e dos próprios dados de medidas. A convergência a uma solução só é considerada encerrada, se há um mínimo F(x ) e o modelo for geologicamente plausível, dependendo dos parâmetros escolhidos inicialmente (x 0 ). Uma alternativa para resolver o problema não-linear é o procedimento analítico que reduz o relacionamento entre os parâmetros do corpo e o campo gerado pelo mesmo. g i = G i ( P j ) (5.16) onde, g i é o campo gerado pelo corpo, P j são os parâmetros que definem o corpo, G i é uma função não-linear, i = 1, 2,..., N pontos de medidas e j = 1, 2,..., M parâmetros a ajustar. g i = A i j ( P j ) (5.17) sendo g a diferença entre os valores medidos e calculados, P as variações introduzidas nos parâmetros e A i j = G i (5.18) P j P 0 j onde P 0 j é o modelo inicialmente proposto. Esta transformação é limitada aos termos de primeira ordem e feita por meio de uma expansão de Taylor em relação aos parâmetros a serem ajustados: g i = g 0i + G i ( P j P 0 j ) (5.19) P j P 0 j Nesse sistema de N equações lineares e M incógnitas é possível resolver por meio do método de inversão da matriz generalizada (Lanczos 1961), independente de N = M, N < M e, para N > M a melhor resolução é fornecida por ajuste de mínimos quadrados: 44

64 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. T P 0 j = ( A i j A i j ) -1 A T i j g i (5.20) A T e A -1 indicam matrizes transporta e inversa, respectivamente. Embora a solução desta equação seja bastante rápida quando converge, às vezes apresenta instabilidade com valores tendendo a zero. Para garantir a convergência, Marquardt (1963) sugeriu a modificação da técnica de mínimos quadrados, sacrificando um pouco sua rapidez através da alteração da expressão 5.20 para: P j = ( A i j T A i j - K I i j ) -1 A i j T g i (5.21) onde, I = matriz identidade e K = quantidade positiva arbitrária. 1985). Para a realização das inversões magnetométricas foi utilizado o programa SAKI (Webring 45

65 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 5.6 PROCEDIMENTO DA METODOLOGIA EMPREGADA As etapas seguidas no decorrer do trabalho estão listadas no organograma abaixo (Fig. 5.3) com intuito de caracterizar a geometria 2D das regiões do sinclinal Gandarela e homoclinal Curral. Figura 5.3: Organograma contendo as etapas de trabalho. 46

66 CAPÍTULO 6 INTEGRAÇÃO DE DADOS GEOLÓGICOS/GEOFÍSICOS DO SINCLINAL GANDARELA 6.1 INTRODUÇÃO Neste capítulo serão abordadas a integração, a interpretação e as discussões dos resultados dos dados geológicos e geofísicos da região do sinclinal Gandarela. Os dados geológicos são aqueles consubstanciados em Dorr (1969), Endo & Rocha Filho (2004) e Endo et al. (2004). Informações geológicas complementares foram obtidas durante o levantamento geofísico. As interpretações geofísicas advêm de uma série de ferramentas que auxiliam na identificação e no ajuste de profundidades de fontes magnéticas. O perfil de deconvolução Euler 2D auxiliou no ajuste de contatos de fontes magnéticas e na interpretação de estruturas em profundidade. A modelagem 2D possibilitou a caracterização geométrica da estrutura investigada utilizando dados magnetométricos e gravimétricos. As inversões magnetométricas linear e não-linear 2D aumentaram a confiabilidade dos resultados, diminuindo a ambigüidade do método magnetométrico. 6.2 INTERPRETAÇÃO DOS DADOS Mapas Temáticos Como já descrito no capítulo 3, os dados magnetométricos são provenientes de levantamentos aéreo e terrestre realizados na região do sinclinal Gandarela, num total de quatro perfis magnetométricos. Para a geração de mapas temáticos de dados dispostos em malhas regularmente espaçadas, escolheu-se o método de interpolação mínima curvatura que apresenta como resultado a suavização de contorno, com tamanho da célula de 250m. Os mapas foram gerados com base no datum SAD 69 e projeção UTM Córrego Alegre 23S em escala 1: Os mapas temáticos gerados são: Corrigido de IGRF, Redução ao Equador Magnético, Amplitude do Sinal Analítico, Segunda Derivada, Derivadas Direcionais e Passa Baixa. O mapa magnetométrico corrigido de IGRF (Fig. 6.1) destaca fortes estruturações nas direções EW, NW-SE e NE-SW. O padrão NE-SW das anomalias magnéticas se apresenta concordante com o contorno do sinclinal Gandarela. As anomalias de amplitudes positivas ao norte da estrutura estão relacionadas à presença de granitos do Complexo Metamórfico Caeté (CMC) e às formações ferríferas dos grupos Nova Lima (RNL) e Itabira pertencentes aos supergrupos Rio das Velhas e Minas,

67 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe respectivamente. Já as anomalias de amplitudes intermediárias estão associadas aos granitos e gnaisses do Complexo Metamórfico Santa Bárbara (CMSB). Tanto as anomalias de amplitudes positivas, quanto às negativas foram mais realçadas utilizando o filtro de redução ao equador magnético (Fig. 6.2). As anomalias magnéticas de maior amplitude correspondem à formação ferrífera dos grupos Nova Lima e Itabira ao norte do sinclinal Gandarela e na porção sul, as anomalias de menor amplitude, devido ao caráter dipolar do método, estão relacionadas às formações ferríferas do Grupo Itabira. Foram realçadas as estruturas NE-SW, NW-SE e EW. No mapa de amplitude do sinal analítico (Fig. 6.3) é possível distinguir as unidades do Supergrupo Minas das demais através do contraste de anomalias magnéticas. Já o Supergrupo Rio das Velhas e os complexos metamórficos não apresentaram contraste de anomalias, tornando impossível à separação magnética dos mesmos. A resolução, vinculada à razão sinal/ruído, do mapa de derivada em X (Fig. 6.4) dificultou a interpretação do mesmo. Apesar do filtro aplicado destacar as anomalias nas direções NS, NW-SE, NE-SW foi possível identificar a estruturação EW. Embora o mapa de derivada em Y (Fig. 6.5), destacar as estruturas de direção NS, a estruturação EW é bem definida, estendendo rumo ao homoclinal Curral do segmento oriental. O filtro de derivada em Z (Fig. 6.6) realçou a estrutura de direção EW bem como as anomalias de maior amplitude na porção norte do sinclinal, onde há a presença de formação ferrífera pertencente aos grupos Nova Lima e Itabira. A resolução do mapa de segunda derivada (Fig. 6.7) mesmo apresentando ruídos, destacou os padrões de estruturações verificados anteriormente. O filtro de Passa Baixa com freqüência de corte de 0,4 ciclos/m sugere que a estruturação EW seja de grande profundidade (Fig.6.8). O espectro radial da região destaca as fontes rasas de até 1km que possivelmente estão associadas às presenças de formações ferrífera e de granitos na região (Fig. 6.9). O mapa de integração de dados magnetométrico e geológico da região do sinclinal Gandarela (Fig. 6.10), permitiu associar as anomalias existentes às unidades pertencentes à região do Quadrilátero Ferrífero. As anomalias de amplitudes positivas a intermediárias estão relacionadas aos granitos dos complexos metamórficos Caeté e Santa Bárbara, às formações ferríferas dos grupos Nova Lima e Itabira. As anomalias de amplitudes negativas, possivelmente correspondem aos metassedimentos dos Supergrupos Minas e Rio das Velhas. Não esquecendo do caráter dipolar do método, algumas anomalias de amplitudes negativas estão associadas às formações ferríferas do Quadrilátero Ferrífero. 48

68 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. De um modo geral, foi possível identificar estruturas nas direções EW, NW-SE, NE-SW. Exceto a estrutura de direção EW, as demais representam feições estruturais reconhecidas no setor setentrional do QFe tais como o sinclinal Gandarela, de direção NE-SW e o arqueamento Rio das Velhas de direção NW-SE. Como já evidenciado no mapa de Passa Baixa a estruturação EW possivelmente corresponde a uma feição de idade mais antiga que a estruturação das rochas supracrustais refletindo uma importante estrutura do substrato do QFe Perfis geológico e geofísico A escolha da localização do perfil AA para ser utilizado na modelagem 2D e nas inversões 2D, se deu a partir de levantamento terrestre, onde foi possível gerar a seção geológica coincidente com os perfis magnetométricos aéreo e terrestre na direção NS (Fig. 6.11). O perfil terrestre apresenta um conteúdo de freqüência relacionado a fontes mais rasas, que não são destacados pelo perfil aéreo. Esta observação permitiu delimitar os corpos de formações ferríferas presentes em superfície (Fig. 6.12). A seção geológica foi baseada a partir do mapa geológico de Dorr (1969) (Fig. 6.13), onde topografia obtida no levantamento terrestre foi incorporada ao perfil geológico (Fig. 6.14a, b), integrada a deconvolução Euler 2D (Fig.6.14c) para posterior ajuste de contatos e interpretação de estruturas em profundidade (Fig. 6.14d) Deconvolução Euler 2D A deconvolução Euler 2D estima, em média, o topo da profundidade de fontes magnéticas, não sendo possível determinar a geometria e/ou a espessura das camadas. Os dados inseridos para a geração do perfil são a intensidade do campo total de 24090nT, a inclinação de e a declinação de -17,8 0 em relação ao ano do dado coletado (Projeto Brasil- Alemanha 1971) e a altura de vôo de 350m, em média. O índice estrutural utilizado para o ajuste de contatos foi 1,0 e o tamanho da janela para controlar a absorção de fontes magnéticas foi 13. A interpretação das estruturas juntamente com o ajuste de contatos foi desenvolvida a partir do conhecimento geológico da região e da interpretação de fontes magnéticas encontradas no perfil. A profundidade alcançada no perfil AA é da ordem 6300m e a profundidade média do sinclinal Gandarela é de 4300m. O Complexo Metamórfico Santa Bárbara se encontra numa profundidade de aproximadamente 3000m e o complexo metamórfico Caeté aparece estruturado, com presença de intrusões de rochas máficas (Fig. 6.14c) Método de Modelagem Poligonal 2D A etapa seguinte consistiu no ajuste da geometria a partir da modelagem 2D. O perfil magnetométrico de segunda derivada é inserido ao programa GMSYS juntamente com o perfil gravimétrico de anomalia free-air. Posteriormente, o resultado da integração geológica com a 49

69 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe deconvolução Euler é introduzido ao programa um arquivo de formato bitmap. As densidades das rochas foram extraídas de Sharma (1986), Telford et al. (1990), Luiz & Silva (1995) e as susceptibilidades magnéticas foram medidas em amostras coletadas na região do sinclinal Gandarela (Apêndice A). Para a região investigada, duas seções geológicas foram inseridas na modelagem 2D. A primeira, baseada na interpretação de Dorr (1969) e a segunda, baseada na integração de dados geológicos com a deconvolução Euler 2D que resultou em uma interpretação geológica mais complexa, porém corroborando aos modelos anteriormente elaborados por Padilha (1982), Franco (2003) e Endo et al. (2004). Estas modelagens se justificam pelas interpretações geológicas/estruturais apresentadas para o sinclinal Gandarela (e.g. Dorr 1969 e Franco 2003) serem bastante díspares entre si (Fig. 2.4a e 2.4c). Para a elaboração dos dois modelos foram utilizados os mesmos parâmetros de susceptibilidades magnéticas e densidades de rochas. Nas seções (Figs. 6.15, 6.16) foi preciso variar as susceptibilidades magnéticas tanto horizontal quanto verticalmente, dependendo do mergulho das unidades geológicas presentes no Supergrupo Rio das Velhas, no Supergrupo Minas e nos complexos metamórficos Santa Bárbara e Caeté. A dificuldade do método reside na distribuição irregular de susceptibilidade magnética nas rochas, necessitando de subdivisões dentro dos polígonos que representam as unidades geológicas da região. Na modelagem baseada no modelo de Dorr (1969) (Fig. 6.15), o erro da curva magnetométrica é 0,024% e da gravimétrica de 9,185%. O perfil gravimétrico apresentou um déficit na região do sinclinal Gandarela e, apesar do erro no perfil magnetométrico ser baixo, a curva calculada e a observada não resultaram em um ajuste satisfatório. Possivelmente, o padrão da geometria idealizada não se encaixa em subsuperfície. Já na segunda modelagem (Fig. 6.16), o ajuste entre a curva calculada e a observada, obteve resultados satisfatórios apresentando um erro de 0,01% na magnetometria e 0,76% na gravimetria. Posteriormente, os resultados obtidos nesta etapa servirão como base nas inversões linear e não-linear 2D Inversão linear e não-linear 2D As inversões linear e não-linear desenvolvidas via programa SAKI, necessitam de um palpite inicial, ou seja, de um modelo preliminar, constituído por arquivos xz (distância, profundidade) em formato ASCII, obtidos na etapa de modelagem. A inversão linear introduz dois parâmetros, a geometria da estrutura e as susceptibilidades magnéticas, onde o parâmetro fixo é a geometria e o livre, a susceptibilidade magnética. Após o resultado de distribuição de susceptibilidade magnética no modelo, foi aplicada a inversão não-linear, onde o parâmetro livre é a geometria investigada e o fixo, a susceptibilidade magnética obtida na inversão linear 2D com um erro quadrático médio de aproximadamente de 1,89 x 10-2 (Fig. 6.17). O resultado final das inversões obteve um erro quadrático 50

70 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. médio de 1,23 x 10-2 (Fig. 6.18), onde o padrão da geometria encontrado na modelagem 2D se manteve na inversão linear e não-linear, porém os mergulhos das camadas dos corpos mudaram. 6.3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os mapas temáticos destacaram as principais feições estruturais na região, em especial, a estruturação Leste-Oeste que se estende desde o sinclinal Gandarela até o homoclinal Curral de segmento oriental. Através dos dipolos magnéticos, foi possível caracterizar o sentido de mergulho das camadas dos flancos do sinclinal Gandarela. O espectro radial (Fig. 6.9) auxiliou na identificação de fontes rasas de maior amplitude que possivelmente estão relacionadas às formações ferríferas encontradas nos grupos Nova Lima e Itabira, além dos granitos associados aos complexos metamórficos existentes na região. O mapa integrado de dados magnetométrico e geológico (Fig. 6.10) ajudou associar as anomalias às principais unidades geológicas. Na modelagem 2D, o Complexo Metamórfico Santa Bárbara apresenta o topo com profundidade média de 2000m na porção sul e 4500m na porção norte. As formações ferríferas interpretadas mergulham para noroeste e sudeste numa profundidade aproximada de 500m e os corpos gabróicos possuem uma profundidade média de 2000m e são subverticais. A geometria do sinclinal Gandarela composta pelos grupos Piracicaba e Itabira estão dispostas com adelgaçamento tectônico, mergulhando para sudeste em profundidade estimada em torno de 5000m (Fig. 6.16). Nas inversões linear e não-linear, o Complexo Metamórfico Santa Bárbara apresenta o topo em profundidade similar ao da modelagem 2D, aflorando na parte meridional. Na inversão linear (Fig. 6.17), a distribuição de susceptibilidade magnética se manteve próxima da distribuição adotada na modelagem 2D. Já na inversão não-linear (Fig. 6.18), as profundidades dos corpos 3 e 4 são de aproximadamente 430m e 800m, porém o corpo 4 apresenta mergulho para sudeste. O corpo 5 correspondente ao Grupo Itabira, apresentou uma geometria mais acentuada. O corpo 10 mergulha para nordeste e os corpos 8 e 9 se apresentam subverticais com profundidades médias de 2000m, os quais podem ser corpos gabróicos, já que estes afloram nas imediações da geometria modelada. A geometria do sinclinal Gandarela está de acordo com o resultado apresentado pela modelagem 2D. Os resultados obtidos no presente estudo caracterizam a geometria do sinclinal Gandarela com adelgaçamento tectônico, fechando em profundidade. O modelo também é semelhante à geometria encontrada por Padilha (1982), Franco (2003) e Endo et al. (2004) como já descrito no capítulo 2. 51

71 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 6.1: CMC: C. Met. Caeté; CMSB: C. Met. Santa Bárbara; RNL: G. Nova Lima; G. Itabira. 52

72 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

73 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

74 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

75 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMC Itabira RNL CMSB RNL Itabira Figura

76 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

77 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

78 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

79 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 6.9: Espectro radial da região investigada. 60

80 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

81 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMC RNL Itabira CMSB Itabira RNL Figura

82 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Perfil magnetométrico_aa' Mag_Corr (nt) Dist (m) Perfil terrestre Perfil aéreo Figura 6.12: Perfis magnetométricos da região do Sinclinal Gandarela. 63

83 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 6.13: Mapa geológico da região investigada, identificando o perfil geológico coincidente com os perfis magnetométricos. SOF: Sinclinal Ouro Fino (Mod. Dorr 1969). 64

84 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Figura 6.14: a) Perfil topográfico; b) Seção geológica baseada no mapa de Dorr (1969); c) Perfil de deconvolução Euler 2D; d) Resultado final de ajuste de contatos em profundidade decorrente da integração da seção geológica com a deconvolução Euler 2D. 65

85 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 6.15: Modelagem 2D, utilizando o método poligonal 2D do modelo proposto por Dorr (1969). 66

86 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Figura 6.16: Resultado final da modelagem 2D do perfil integrado a deconvolução Euler 2D. 67

87 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe SE NW Erro quadrático médio (5 iterações): 1,82 x 10-2 Figura 6.17: Perfil de inversão 2D Linear: geometria mantida constante e a distribuição de susceptibilidade magnética modificada fornecendo em erro de 1,89 x 10-2 ; Corpos: 1- Grupo Nova Lima; 2- Complexo Metamórfico Santa Bárbara; 3 e 4- formação ferrífera; 5 e 7- Grupo Itabira; 6- Grupo Piracicaba; 8,9,10- gabro; 11- Complexo Metamórfico Caeté. 68

88 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. SE NW Figura 6.18: Resultado final da inversão não-linear 2D do perfil do sinclinal Gandarela, com geometria modificada e a susceptibilidade magnética constante, apresentando um erro de 1,23 x Corpos: 1- Grupo Nova Lima; 2- Complexo Metamórfico Santa Bárbara; 3 e 4- formação ferrífera; 5 e 7- Grupo Itabira; 6- Grupo Piracicaba; 8,9,10- gabro; 11- Complexo Metamórfico Caeté. 69

89 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe 70

90 CAPÍTULO 7 INTEGRAÇÃO DE DADOS GEOLÓGICOS/GEOFÍSICOS DO HOMOCLINAL CURRAL 7.1 INTRODUÇÃO Neste capítulo, as abordagens estão relacionadas à integração dos dados geológicos e geofísicos, a interpretação e as discussões dos resultados da região do homoclinal Curral. A região investigada compreende uma estrutura homoclinal de aproximadamente 95km de extensão. O segmento oriental, denominado Curral Leste se estende desde a serra da Piedade até a junção com o sinclinal Moeda e a partir daí, a estrutura do Curral Oeste se estende até a serra Azul (Fig. 7.1). As bases de dados geológicos e geofísicos adotadas no capítulo 6 são as mesmas utilizadas no presente capítulo. As seções geológicas foram baseadas a partir do mapa geológico de Dorr (1969) e a topografia obtida através do levantamento terrestre, foi posteriormente incorporada ao perfil geológico. Como já descrito no capítulo 3, os dados magnetométricos são provenientes de levantamentos aéreo e terrestre realizado a região do homoclinal Curral num total de quatro perfis magnetométricos, sendo dois em cada segmento. Utilizou-se o método de mínima curvatura na interpolação de dados, para suavização de contorno dos mapas temáticos e tamanho de célula de 250m. Os mapas foram gerados com base no datum SAD 69 e projeção UTM Córrego Alegre 23S em escala 1:35000 e 1:45500 para Curral Leste e Oeste, respectivamente. Os mapas temáticos compreendem ao corrigido de IGRF, redução ao equador magnético, amplitude do sinal analítico, derivadas direcionais, segunda derivada e passa baixa. Os dados inseridos para a geração dos perfis na deconvolução Euler 2D são a intensidade do campo total de 24090nT, a inclinação de -22 0, a declinação de -17,8 0 e altura de vôo de 350m, em média. O índice estrutural utilizado é de 1,0 e o tamanho da janela para controlar a absorção de fontes magnéticas é da ordem de 13 para o ajuste de contatos nos perfis BB e CC do Curral Leste e do Oeste, respectivamente. Para a região investigada, os resultados interpretados juntamente com o ajuste de contatos e conhecimento geológico da região das duas seções geológicas, foram inseridos na modelagem 2D. As densidades das rochas foram extraídas de Sharma (1986), Telford et al. (1990), Luiz & Silva (1995) e as susceptibilidades magnéticas foram medidas em amostras coletadas na região do homoclinal Curral (Apêndice A).

91 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe As inversões magnetométricas linear e não-linear 2D foram desenvolvidas via programa SAKI, com a entrada de modelos preliminares decorrentes das modelagens 2D, na forma xz (distância, profundidade) em formato ASCII. 7.2 CURRAL LESTE Mapas Temáticos O mapa magnetométrico corrigido de IGRF (Fig. 7.2), destaca as anomalias de maior amplitude na porção superior do Curral Leste, representadas pelos corpos de granitos presentes no Complexo Metamórfico Belo Horizonte (CMBH), como por exemplo, o Granito General Carneiro (GC) e pelas formações ferríferas do Grupo Nova Lima pertencente ao Supergrupo Rio das Velhas (RNL). As anomalias de menor amplitude correspondem aos metassedimentos do Supergrupo Minas, inclusive as formações ferríferas do Grupo Itabira devido à natureza intrínseca do método. É possível notar a presença de duas estruturações principais EW e a NE-SW relacionada ao Curral Leste. O mapa de redução ao equador magnético (Fig. 7.3), realçou as estruturas EW e NE-SW e as anomalias de maior amplitude estão relacionadas à presença de formações ferríferas do Supergrupo Rio das Velhas situadas a sul do homoclinal Curral Leste e também por corpos graníticos pertencentes ao complexo metamórfico Belo Horizonte. As anomalias de amplitude intermediárias a baixas se encontram nos metassedimentos do supergrupos Minas e Rio das Velhas. O mapa de amplitude do sinal analítico (Fig. 7.4), destaca o contraste entre as unidades do supergrupo Minas e as demais unidades, além da estruturação EW bem definida. A relação sinal/ruído do mapa de derivada em X (Fig. 7.5), impossibilitou a interpretação geofísica. No mapa de derivada em Y (Fig. 7.6), a estruturação EW é bem evidente, ocorrendo o mesmo no mapa de derivada em Z (Fig. 7.7). Além disso, é possível observar no mapa de derivada em Z existência de uma estruturação NE-SW. As anomalias de maior amplitude estão relacionadas às formações ferríferas do Supergrupo Rio das Velhas e aos corpos graníticos intrudidos no Complexo Metamórfico Belo Horizonte. O mapa de segunda derivada (Fig. 7.8) mostra as estruturas e anomalias observadas no mapa de derivada em Z, porém, são mais realçadas. As anomalias de maior amplitude, do filtro passa baixa com freqüência de corte de 0,1 ciclos/m (Fig. 7.9), destacam os corpos graníticos do Complexo Metamórfico Belo Horizonte. Os metassedimentos estão bem evidentes com anomalias de amplitude intermediária a baixa. As estruturas EW e NE-SW são bem definidas. O espectro radial (fig. 7.10) da região revela anomalias a profundidades rasas de aproximadamente 1,5 km. 72

92 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. O mapa integrado de dados magnetométrico (corrigido de IGRF) e geológico (Fig. 7.11) da região do homoclinal Curral Leste, permitiu associar as anomalias existentes às unidades pertencentes à região do Quadrilátero Ferrífero. As anomalias de maior amplitude a intermediárias estão relacionadas aos granitos do complexo metamórfico Belo Horizonte, às formações ferríferas dos grupos Nova Lima e Itabira. As anomalias de amplitudes negativas aparecem isoladas e, possivelmente correspondem aos metassedimentos dos Supergrupo Minas e as estruturas supracitadas também foram realçadas Perfis geológico e geofísico Os perfis magnetométricos terrestre e aéreo são coincidentes (Fig. 7.12), visando delimitar os corpos de formações ferríferas observados em superfície. Os dados terrestres (Fig. 7.13) apresentam um conteúdo de freqüência relacionado a fontes mais rasas de até 2km, de acordo com o espectro radial da região (Figs. 7.10). A seção geológica elaborada a partir do mapa geológico de Dorr (1969), coincide com os perfis magnetométricos terrestre e aéreo, cuja topografia obtida no levantamento terrestre, foi incorporada ao perfil geológico de direção NW-SE (Fig. 7.14a, b) e integrada a deconvolução Euler 2D (Fig.7.14c), para posterior ajuste de contatos e interpretação de estruturas em profundidade (Fig. 7.14d) Deconvolução Euler 2D A interpretação das estruturas juntamente com o ajuste dos contatos geológicos, foi empreendida a partir do conhecimento geológico prévio da região e da interpretação de fontes magnéticas encontradas no perfil CC. É possível identificar fontes de anomalias magnéticas tangenciando uma superfície curva a qual foi interpretada como um corpo intrusivo (Fig. 7.14c). Um stock deste corpo encontra-se aflorante na localidade de General Carneiro. A profundidade alcançada no perfil é da ordem 5300m e a profundidade média do homoclinal Curral Leste é de 2000m. O Grupo Nova Lima se encontra a uma profundidade de aproximadamente 3500m e o topo do corpo intrusivo situa-se em torno de 1500m (Fig. 7.14d) Método de Modelagem Poligonal 2D O ajuste da geometria em profundidade se deu a partir da modelagem 2D, onde os perfis magnetométrico (segunda derivada) e gravimétrico (anomalia free-air) foram introduzidos ao programa GMSYS, juntamente com os parâmetros de densidades de rochas retiradas de Sharma (1986), Luiz & Silva (1995) e susceptibilidades magnéticas (Apêndice A). A seção geológica, inserida num arquivo em formato bitmap, é baseada na integração de dados geológicos com a deconvolução Euler 2D, resultando na interpretação geológica mais complexa. Um corpo intrusivo foi interpretado em função das fontes magnéticas fornecidas pelo perfil de deconvolução Euler 2D. Nesta modelagem 2D, também foi necessário variar os valores de susceptibilidades magnéticas tanto horizontal quanto verticalmente, obedecendo ao mergulho das 73

93 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe unidades geológicas presentes no Supergrupo Rio das velhas, no Supergrupo Minas e no Complexo Metamórfico Belo Horizonte. O ajuste entre a curva calculada e a observada, forneceu resultados satisfatórios apresentando um erro de 0,04% na magnetometria e 0,472% na gravimetria (Fig. 7.15). Posteriormente, os resultados obtidos nesta etapa serviram como base nas inversões linear e não-linear 2D Inversão linear e não-linear 2D Após o resultado da modelagem 2D, foram feitas as inversões linear e não-linear de distribuição de susceptibilidades magnéticas e ajuste na geometria do perfil. As susceptibilidades magnéticas obtidas na inversão linear 2D apresentaram um erro quadrático médio de aproximadamente de 8,63 x 10-3 (Fig. 7.16) e o resultado final das inversões forneceu um erro quadrático médio de 7,785 x 10-3 (Fig. 7.17), onde o padrão da geometria encontrado na modelagem 2D se manteve na inversão não-linear, porém com mudanças nas profundidades de alguns corpos. 7.3 CURRAL OESTE Mapas Temáticos O mapa corrigido em IGRF (Fig. 7.18), realça as anomalias de amplitudes positivas relacionadas aos corpos graníticos dos complexos metamórficos Belo Horizonte (CMBH) e Bonfim (CMBf), além das formações ferríferas do Grupo Itabira. As anomalias de amplitude negativas estão associadas aos metassedimentos do Supergrupo Minas. No Complexo Metamórfico Bonfim foram identificadas anomalias intermediárias, possivelmente relacionadas aos gnaisses Souza Noschese (GSN) e Alberto Flores (GAF). Na porção meridional do Curral Oeste foi possível delimitar a anomalia de maior amplitude para o Granito Tejuco (GT). As estruturas NW-SE e a EW aparecem coincidentes com a estrutura do Curral Oeste. Já o mapa de redução ao equador magnético (Fig. 7.19), possibilitou distinguir perfeitamente as estruturações EW, NW-SE. As anomalias de amplitude positivas, intermediárias e negativas estão distribuídas nos complexos metamórficos, onde se tem a impressão que a anomalia magnética aumenta de amplitude da esquerda para direita no Complexo Metamórfico Belo Horizonte e no Complexo Metamórfico Bonfim, a amplitude aumenta de sul para norte. Na região do Curral as anomalias negativas relativas aos metassedimentos foram mais realçadas. A presença de minério de ferro e corpos graníticos associados às anomalias positivas na porção meridional do Curral. O filtro de amplitude do sinal analítico (Fig. 7.20) permite apenas diferenciar o supergrupo Minas dos complexos metamórficos e do Supergrupo Rio das Velhas. Talvez melhorando a resolução do grid, pode-se obter uma melhor imagem da região. 74

94 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Os mapas de derivadas direcionais em X (Fig. 7.21), em Y (Fig. 7.22) e em Z (Fig. 7.23) realçaram a estruturação EW. De um modo geral, a razão sinal/ruído prejudica a interpretação dos mapas. A resolução do mapa de segunda derivada (Fig. 7.24), vinculada à razão sinal/ruído dificultou a interpretação da região do Curral Oeste. O mapa de passa baixa (Fig. 7.25), com freqüência de corte de 0,1 ciclos/m, evidencia as estruturações EW e NW-SE em profundidade na região do Curral. As anomalias de maior amplitude da porção meridional do curral representam o Granito Tejuco e às formações ferríferas do Grupo Itabira. O espectro radial apresenta três classes de fontes magnéticas (Fig. 7.26). A primeira classe representa as fontes mais superficiais, a segunda atingindo uma profundidade de 1km e a terceira classe atingem a profundidade máxima de 2km, provavelmente associadas às formações ferríferas da região. O mapa integrado de dados magnetométrico (corrigido de IGRF) e geológico na região do Curral Oeste (Fig. 7.11), permitiu associar das unidades do Quadrilátero Ferrífero às fontes magnéticas, corroborando com as interpretações descritas acima além de destacar as estruturações EW, NE-SW e NW-SE Perfis geológico e geofísico Para a escolha dos perfis geofísico e geológico utilizou-se os mesmos critérios para a seleção dos perfis citados no capítulo 6 e para a região do Curral Leste. Os perfis magnetométricos terrestre e aéreo (Fig. 7.27) são coincidentes, delimitando os corpos de formações ferríferas observados em superfície. Os dados terrestres (Fig. 7.28) apresentam um conteúdo de freqüência relacionado a fontes mais rasas de até 2km, de acordo com o espectro radial da região (Fig. 7.26). A topografia obtida no levantamento terrestre é incorporada ao perfil geológico (Fig a, b) de direção NS, sendo integrada a deconvolução Euler 2D (Fig.7.29c) para posterior ajuste de contatos e interpretação de estruturas em profundidade (Fig. 7.29d) Deconvolução Euler 2D A interpretação das estruturas juntamente com o ajuste de contatos geológicos, foi desenvolvida a partir do conhecimento prévio da geologia da região, além da interpretação de fontes magnéticas encontradas no perfil BB (Fig. 7.29c). A profundidade alcançada no perfil é da ordem 8100m e a profundidade média do homoclinal Curral Oeste é de 5000m (Fig. 7.29d) Método de Modelagem Poligonal 2D O ajuste da geometria em profundidade se deu a partir da modelagem 2D, onde os perfis magnetométrico (segunda derivada) e gravimétrico (anomalia free-air), juntamente com os parâmetros 75

95 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe de densidades de rochas e as susceptibilidades magnéticas (Apêndice A), são introduzidos ao programa GMSYS. A seção geológica inserida em formato bitmap é baseada na integração de dados geológicos com a deconvolução Euler 2D, resultando na interpretação geológica mais complexa, cujas falhas de empurrão observadas em campo, foram interpretadas e associadas às fontes magnéticas fornecidas pelo perfil de deconvolução Euler 2D. Nesta modelagem 2D, também foi preciso variar as susceptibilidades magnéticas tanto horizontal quanto verticalmente, dependendo do mergulho das unidades geológicas presentes no Supergrupo Minas e nos complexos metamórficos Belo Horizonte e Bonfim. O ajuste entre a curva calculada e a observada obteve resultados satisfatórios apresentando um erro de 0,021% na magnetometria e 0,52% na gravimetria (Fig. 7.30). Posteriormente, os resultados obtidos nesta etapa serviram como base nas inversões linear e não-linear 2D Inversão linear e não-linear 2D Após o resultado da modelagem 2D, foram feitas as inversões linear e não-linear de distribuição de susceptibilidades magnéticas e ajuste na geometria do perfil. As susceptibilidades magnéticas obtidas na inversão linear 2D apresentou um erro quadrático médio de aproximadamente de 9,54 x 10-4 (Fig. 7.31) e o resultado final das inversões forneceu um erro quadrático médio de 7,138 x 10-4 (Fig. 7.32), onde os valores de susceptibilidade magnética adotados na modelagem 2D se mantiveram próximos aos valores obtidos na inversão linear. Na inversão não-linear, as espessuras do Grupo Itabira e a dimensão do Granito Tejuco sofreram aumento. 7.4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os mapas temáticos nas regiões do homoclinal Curral destacaram as principais feições estruturais de direções NE-SW, NW-SE e EW. Adicionalmente, permitiu associar as anomalias magnéticas às unidades da região investigada. O espectro radial (Figs. 7.10, 7.26) possibilitou dividir em classes às fontes magnéticas e suas profundidades. A primeira classe de fontes próximas à superfície, a segunda com profundidades de 1 a 1,5km e a terceira classe, associada às fontes de 2km, possivelmente relacionadas às formações ferríferas e aos corpos graníticos presentes. A modelagem 2D do perfil CC (Fig. 7.15) corroborou a interpretação de um corpo intrusivo delimitado na deconvolução Euler 2D. Provavelmente, este corpo representa o Granito General Carneiro da região do Curral Leste e se dispõe de forma concordante com as unidades dos grupos Piracicaba, Itabira e Caraça, pertencentes ao Supergrupo Minas e discordante com Grupo Sabará. A geometria do homoclinal Curral Leste apresenta profundidade de aproximadamente 2000m e o topo do 76

96 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. Complexo Metamórfico Belo Horizonte da porção SE do perfil é da ordem de 3500m. No perfil BB da região do Curral Oeste, a modelagem 2D (Fig. 7.30) delimitou o contato entre os complexos metamórficos Belo Horizonte e Bonfim caracterizando a geometria do Curral Oeste a uma profundidade de 4000m. Na inversão linear 2D de dados magnetométricos (Figs. 7.16, 7.31), a distribuição de susceptibilidade magnética se manteve próxima da distribuição adotada na modelagem 2D. A inversão não-linear 2D de dados magnetométricos (Fig. 7.17), apresentou-se similar com a modelagem 2D (Fig. 7.15) quanto à extensão e a geometria do corpo intrusivo, em contato com as unidades do Supergrupo Minas e Grupo Sabará. Já a inversão não-linear do perfil BB (Fig 7.32) mudou discretamente algumas feições. O Granito Tejuco aparece mais estreito ao meio do corpo e mais extenso na base. A espessura estratigráfica do Grupo Itabira aumentou consideravelmente. De certa forma, foi possível caracterizar a geometria do homoclinal Curral, em profundidade, nas duas seções investigadas. Os diferentes métodos matemáticos utilizados apresentam-se com o mesmo objetivo de ajustar a geometria de estruturas, em subsuperfície, através de dados magnetométricos. A interpretação dos resultados obtidos no Curral Leste permitiu modelar um corpo intrusivo, provavelmente, associado ao granito General Carneiro. Já no Curral Oeste, foi possível associar os corpos 1 e 2 da inversão não-linear 2D aos respectivos gnaisses Alberto Flores e Souza Noschese delimitado por Carneiro (1992) e Carneiro et al. (1997). Os resultados da geometria da estrutura nos três métodos corroboraram com o modelo de Endo et al. (2005). 77

97 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe Figura 7.1: Mapa geológico das regiões investigadas: Curral Leste e Cural Oeste. GC: Granito General Carneiro; GT: Granito Tejuco (Mod. Dorr 1969). 78

98 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMBH GC Itabira RNL Figura 7.2: CMBH: Complexo Met. Belo Horizonte; GC: Granito General carneiro;rnl: Grupo Nova lima; Grupo Itabira. 79

99 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMBH GC Itabira RNL Figura

100 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMBH GC Itabira RNL Figura

101 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMBH GC Itabira RNL Figura

102 Contribuições às Ciências da Terra, Série M, vol. 25, 125p. CMBH GC Itabira RNL Figura

103 Oliveira, N. V Modelagem e Inversão 2D Magnetométricas no sinclinal Gandarela e homoclinal Curral, QFe CMBH GC Itabira RNL Figura