Ondas Sísmicas e a Estrutura da Terra

Transcrição

1 AGG 0110 Elementos de Geofísica Ondas Sísmicas e a Estrutura da Terra Parte I Prof. Dr. Marcelo B. de Bianchi m.bianchi@iag.usp.br 2016

2 Parte I Ondas Sísmicas

3 178 km Paquistão, 7.7 em k m Modelo de deslocamento da falha durante o terremoto do Paquistão em 24/09/2013 como publicado pelo serviço geológico dos Estados Unidos

4 Tempo de percurso para onda P em minutos a partir da hora de origem calculado utilizando o modelo IASP91.

5 Mas o que é uma onda? Usando os termos, ondas, waves e radio waves na ferramenta de buscas por imagens do Google podemos obter as seguintes imagens:

6 Matematicamente Matematicamente uma onda é qualquer função que relacione o tempo com o espaço, da seguinte forma: seno( x±vt) f ( x±vt) por exemplo ( x±vt ) v = 1 m/s X=3m X=2m X=1m t=1s t=2s t=3s

7 Tempo vs Distância

8 Experiência com uma mola F = k x F k= x k é a constante elástica da mola. Ela representa o quanto de força é necessário para modificar o tamanho da mola em uma unidade (no sistema SI seria 1 metro).

9 O meio e a onda Da mesma forma como acontece com a mola, as ondas símicas deformam o meio enquanto se propagam. Instante 0 Meio relaxado Instante 1 Instante 2 Instante 3

10 Tipos de deformação Existem dois tipos distintos de deformações: Um elemento Infinitesimal do meio Sem deformação Compressão Cisalhamento Quantidades de Esforços diferentes!!!

11 Tipos de ondas Sísmicas As ondas sísmicas podem ser divididas em ondas de compressão (ondas-p), onde a passagem da onda provoca uma expansão ou uma contração do sólido ou do fluido sem distorção de forma e ondas de cisalhamento (ondas-s) onde a onda provoca distorções da forma do sólido.

12 Ondas P - de Compressão l

13 Ondas S - Cisalhantes l

14 Velocidades para ondas P e S (meio homogêneo/isotrópico) Ondas de Compressão Ondas de Cisalhamento 4 K+ μ 3 v p= ρ μ v s= ρ K, μ são propriedades elásticas do material K é o módulo de incompressibilidade μ é o módulo de rigidez e ρ a densidade do meio

15 Módulo de incompressibilidade (K) É a resistência que o material apresenta a uma mudança de volume. Ele é definido como a pressão dividido pela variação de volume (ΔV/V) dp K= dθ ΔV onde Θ= V

16 Módulo de rigidez A força que impede que o sólido mude continuamente de forma é consequência de uma propriedade típica dos sólidos conhecida como rigidez e que pode ser definida como sendo a resistência que os corpos sólidos oferecem à tentativa de se mudar a sua forma geométrica. Forma geométrica definida é, por sinal, uma característica dos sólidos. Os fluidos não têm forma geométrica definida.

17 Módulo de rigidez É a resistência de um material a esforços paralelos a uma de suas superfícies (esforços puramente cisalhantes). Quanto maior o valor de μ, maior a força necessária para causar uma determinada deformação. Ao contrário, materiais com μ igual a 0, não resistem a nenhuma força aplicada; e= σ 2μ Força Deformação Força / área Módulo de Rigidez

18 Usando o que aprendemos Ondas de Compressão (P) 4 K+ μ 3 v p= ρ Ondas de Cisalhamento (S) μ v s= ρ Ondas S não se propagam em fluidos (μ é zero já que os fluidos não opõem resistência a mudança de forma) As ondas P são sempre mais rápidas do que as ondas S já que ambos os módulos são sempre maiores do que zero!

19 Evento de Uruoca/CE 2.8 mr / Características Ondas P chegam primeiro Ondas S são chegadas secundárias de grande amplitude TS-P aumenta com a distância ( )

20 Ondas P, ondas S e Em um sólido, a velocidade das ondas P é sempre maior do que a velocidade das ondas S. Isso significa que, em um sismograma de um sismo distante, as ondas P são registradas antes das ondas S. A designação P e S é tradicional e significa onda primária e onda secundária.

21 Ondas de superfície Ao contrário das ondas P e S (também chamadas de ondas de corpo) existem ondas que existem (e se propagam) apenas na superfície da Terra. Os dois tipos conhecidos de ondas de superfície são: Ondas Love (Augustus Edward Hough Love, ) Ondas Rayleigh (Lord Rayleigh, )

22 Ondas Love É resultados de uma sequência de ondas S (polarizadas horizontalmente) presas em uma camada superficial.

23 Ondas Rayleigh É o resultado da sobreposição de ondas P e S polarizadas verticalmente (Sv).

24 O registro sísmico Trillium 120PA É o registro do movimento absoluto do solo. Normalmente utilizamos os sismômetros que são sensores de velocidade do solo Existem instrumentos, normalmente utilizando na engenharia para medir diretamente a aceleração do solo e são chamados de acelerômetros

25 Registro em SDV N E

26 Polarização das ondas sísmicas Z NS EW P As ondas P, neste caso vai ser registrada na componente vertical apena!

27 Polarização das ondas sísmicas Z NS EW P S A onda S, na componente horizontal, mais especificamente na componente EW (neste caso)

28 Polarização das ondas sísmicas Z NS EW P S P S E Agora?

29 Componentes de registro e análise comumente utilizadas

30 Rotacionado para ZRT R T

31 Azimute e Azimute-Reverso N Az W E N Az-r ou Back-azimuth S W E S

32 Olhando agora ao longo do Azimute Reeeeeeeelembrando! Ondas de Superfície Ondas P/S ou simplesmente ondas de Corpo

33 US Array

34 Como seria uma onda?