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Os esforços que levaram à abertura do Atlântico Sul foram responsáveis por extensões intracontinentais e, consequentemente, pela formação de um número de riftes abortados no Nordeste do Brasil. A extensão teve início no Neojurássico, com a formação de uma depressão Afro-Brasileira ao sul do Lineamento Patos, e continuou no Eoberriasiano com o rifteamento ao longo de dois eixos de deformação de direção NS: RecôncavoTucano-Jatobá (RTJ) e Gabon-Sergipe-Alagoas (GSA). A progressão do rifteamento se deu ao norte do Lineamento Pernambuco a partir do Neoberriasiano – Eobarremiano, migrando posteriormente para o Oeste ao longo do trend Cariri-Potiguar (CP) de direção NE-SW. No Neobarremiano, aproximadamente coincidindo com a abertura do Atlântico Equatorial, o rifteamento foi abortado ao longo dos eixos RTJ e CP, e continuou ao longo do trend GSA, eventualmente resultando na separação dos continentes. A atividade magmática na margem continental brasileira parece estar restrita ao norte do Lineamento Patos, representada pelos diques do Rio Ceará- Mirim. A história geológica do processo de rifteamento continental no NE do Brasil indica a influência de diferentes tipos de esforços extensionais nos estilos de rifteamento de cada sub-bacia. Com o objetivo de melhor entender a influência desses esforços nos possíveis modelos de rifteamento, foram instaladas 11 estações sismográficas ao longo e ao redor do trend RTJ em outubro de 2018. A instalação foi financiada pela empresa nacional de petróleo Petrobrás e incluiu estações tanto de período curto quanto de banda larga. Além disso, utilizou-se mais 10 estações da Rede Sismográfica do Nordeste (RSISNE) que estavam próximas da área de estudo. Neste trabalho será relatado sobre medidas de espessura crustal e razões Vp/Vs obtidas a partir da análise da inversão simultânea de funções do receptor e curvas de dispersão de ondas de superfície e com auxílio da metodologia de empilhamento H-k. Os resultados mostram que a crosta tem espessura de 40 km abaixo das sub-bacias do Recôncavo e Tucano e que contém uma camada espessa (5-8 km) de materiais de alta velocidade (Vs > 4.0 km/s) abaixo de 35 km. Essas observações contrastam com a estrutura imediatamente a Oeste (Cráton São Francisco) e a Leste (Província Borborema) da bacia, para a qual as espessuras crustais são da ordem de 44 km e 36 km, respectivamente, as velocidades da crosta mais baixas estão abaixo de 4,0 km/s, e instâncias locais de crosta tão finas quanto 31 km são observadas. Desta forma propomos, de acordo com o modelo 'flexural cantilever', que a camada de alta velocidade que forma a crosta mais inferior da bacia, resultou de underplating máfico após o alongamento e afinamento durante a fase sin-rifte, restaurando a espessura da crosta a valores da fase pre-rift (ou maiores) e fornecendo a flutuabilidade necessária para iniciar um soerguimento regional. Além disso, embora não sejam generalizados, os casos de crosta fina ao longo da lapa podem estar relacionados à erosão do tipo ‘rift flank’. Concluímos então que, independentemente do modo de extensão na crosta superior, nossos resultados favorecem modelos de formação de bacias que envolvem a extensão da crosta inferior por cisalhamento puro. The stresses that led to the opening of the South Atlantic were responsible for intracontinental extensions and, consequently, for the formation of a number of aborted rifts in Northeastern Brazil. The extension began in the Neo-Jurassic, with the formation of an Afro-Brazilian depression south of the Patos Lineament, and continued in the Eoberriasian with rifting along two NS-directed deformation axes: Recôncavo-TucanoJatobá (RTJ) and Gabon - Sergipe-Alagoas (GSA). The rift progression took place north of the Pernambuco Lineament from the Neoberriasian - Eobarremian, later migrating to the West along the NE-SW trend Cariri-Potiguar (CP). In the Neobarremian, approximately coinciding with the opening of the Equatorial Atlantic, the rifting was aborted along the RTJ and CP axes, and continued along the GSA trend, eventually encountering the separation of the continents. The magmatic activity on the Brazilian continental margin seems to be restricted to the north of the Patos Lineament, represented by the dykes of the Ceará-Mirim River. The geological history of the continental rifting process in NE Brazil indicates an impact of different types of extensional efforts on the rifting styles of each sub-basin. In order to better influence efforts on possible rifting models, 11 seismographic stations were installed along and around the RTJ trend in October 2018. The installation was financed by the national oil company Petrobrás and included both short-term stations how much bandwidth. In addition, 10 more stations from the Northeast Seismographic Network (RSISNE) that were close to the study area were used. In this study, measures of crustal thickness and Vp/Vs ratios were obtained from the joint inversion analysis of receiver functions and surface wave dispersion curves and with additional constraints obtained from the H-k stacking methodology. The results show that the crust is 40 km thick below the Recôncavo and Tucano sub-basins and that it contains a thick layer (5-8 km) of high velocity materials (Vs> 4.0 km/s) below 35 km. These observations contrast with the structure immediately to the West (São Francisco Craton) and East (Borborema Province) of the basin, for which crustal thicknesses are around 44 km and 36 km, respectively, the lowest crustal velocities are below of 4.0 km/s, and local crustal thicknesses as thin as 31 km are observed. Thus, we propose, according to the 'flexural cantilever' model, that the high-speed layer that forms in the lower crust of the basin resulted from mafic underplating after stretching and thinning during a syn-rift phase, restoring the crust thickness to pre-rift phase values (or greater) providing the necessary buoyancy to initiate a regional uplift. Furthermore, although not generalized, cases of thin crust along the footwall may be related to ‘rift flank’ erosion. We conclude that, regardless of the mode of extension of the upper crust, our results favor the basin formation models that involve the extension of the lower crust by pure shear.

O Sistema Transformante São Paulo (STSP) está localizado na Dorsal Meso-Atlântica (MAR), Atlântico Equatorial e é formado por um complexo sistema de falhas, no qual suas interações provocam a ocorrência de eventos sísmicos com magnitudes pequenas a moderadas. A ausência de uma rede de estações sismográficas permanentes na região dificulta a caracterização da sismicidade neste local. Como resultado, os efeitos da sismicidade, de falhamento e de interação de fluidos na massa rochosa permanece pobremente amostrada. Nesta dissertação, nós quantificamos as perturbações de velocidade associadas à atividade sísmica no Arquipélago São Pedro São Paulo (ASPSP) usando uma estação sismográfica instalada na ilha Belmonte. Foram calculadas funções de autocorrelação (ACFs) de ruído a partir dos registros contínuos dessa estação ao longo do ano de 2012. As ACFs foram obtidas por duas abordagens diferentes: autocorrelação clássica normalizada geometricamente (ACGN) e autocorrelação por fase (PAC). Ambas as abordagens forneceram resultados similares e fomos capazes de estimar variações de velocidades devido a sismos com 3.0 ≤ ML ≤ 4.7. As mudanças no meio foram investigadas através da análise conjunta de curvas de decorrelação e de variações de velocidade, esta última sendo obtida pelo método de Moving Window Cross Spectral (MWCS). Nossas análises mostram que as variações de velocidade são possivelmente associadas ao acoplamento hidromecânico, no qual os aumentos de velocidade observados podem ser controlados por mudanças no esforço estático e interações rocha-fluido são responsáveis pelas quedas de velocidade observadas. Esses comportamentos são qualitativamente explicados pela natureza do complexo sistema de multi-falhas do STSP, onde interações rocha-fluido exercem um importante papel nas variações de velocidade observadas. The Saint Paul Transform System (SPTS) is located in th MId-Atlantic Ridge (MAR), Equatorial Atlantic and is formed by a multi-fault complex system, where many faults are interacting and small-to-moderate events are routinely located in the area using global seismic networks. This seismicity is challenging to charecterize since no permanent seismic stations near this area is available. As a result, the effect of the seismic events on the rock mass and the inter-play between seismicity, faulting and fluid in the MAR is poorly constrained. In this dissertation, we quantify the seismic velocity pertubations due to smallto-moderate magnitude earthquakes in the Saint Peter Saint Paul Archipelago (SPSPA) using one seismographic station installed in the region. We calculate noise auto-correlation functions using the data recorded by this station. The auto-correlograms were obtained by two different approaches: classical auto-correlation geometrically normalized (ACGN) and phase autocorrelation (PAC). We found that both approaches give very similar results and we are able to estimate velocity changes due to small earthquakes (between 3.0 and 4.7 ML). The changes in the medium were investigated through the joint analysis of decorrelation curves and velocity changes obtained by Moving Window Cross Spectral (MWCS) method. Our analysys show that the velocity changes are possibly associated with a hydromechanical coupling in which the observed velocity increase is driven by static stress changes and fluid-rock interaction is responsible for the observed velocit drop. This behavious is qualitatively explained by the multi-fault complex system nature of the SPTS, where fluid-rock interaction plays an important role in the observed velocity variation.

A análise do ruído sísmico de ambiente tem-se mostrado uma alternativa viável à análise de ondas sísmicas geradas por terremotos. Embora durante muito tempo tenha sido comumente descartado dos registros de terremotos, tem-se mostrado que a correlação cruzada do registro do ruído sísmico de ambiente permite a recuperação da função de Green entre dois receptores. Além do mais, o ruído sísmico tem a propriedade de se propagar ininterrompidamente e independentemente da ocorrência de terremotos, pelo que permite a realização de estudos tomográficos de alta resolução em regiões de baixa sismicidade. Ao longo das duas últimas décadas, a correlação de ruído sísmico entre pares de estações sismográficas tem sido bastante utilizada para estudos de tomografia de ondas de superfície. Em particular, para o Nordeste do Brasil, estudos de tomografia usaram estações de banda larga temporárias e permanentes para investigar a estrutura profunda (crosta superior) da Província Borborema; entretanto, além das estações de banda larga acima mencionadas, existe um grande volume de dados coletados por 22 estações de período curto que permitiria melhorar a resolução desses estudos tomográficos. Assim, o objetivo desta dissertação de mestrado é o de investigar se: (i) dados de período curto podem ser utilizados em estudos tomográficos de onda de superfície e (ii) podem ser combinados com dados de banda larga em uma única inversão tomográfica. Através da correlação cruzada do ruído sísmico registrado e seu empilhamento, observou-se a emergência do modo fundamental das ondas Rayleigh e seu caráter dispersivo entre estações de perído curto. Verificou-se também que é possível calcular as curvas de dispersão (grupo e fase) de forma satisfatória para períodos de até 10 s (após remoção da resposta instrumental) usando técnicas padrão de análise de ondas de superfície e que é efectivamente viável invertê-las tomograficamente junto às curvas de dispersão obtidas de registros de banda larga. Os resultados obtidos na Província Borborema mostram foram para os períodos de 5 s de 10 s. Assim, foi possível definir novas estruturas como a bacia sedimentar de Sergipe Alagoas e principalmente o Planalto da Borborema o qual é uma das estruturas geológicas mais importantes da região de estudo, que não foram bem delineadas em estudos tomográficos anteriores. Analysis of ambient seismic noise has proved to be a viable alternative to earthquake-generated seismic wave analysis. Although for a long time it was commonly discarded from earthquake recordings, it has been shown that the cross correlation of ambient seismic noise allows the recovery of the Green’s function between receivers. Moreover, seismic noise has the property of propagating uninterruptedly and independently of the occurrence of earthquakes, allowing for high resolution tomographic studies in low seismicity regions. Over the past two decades, the correlation of seismic noise between pairs of seismographic stations has been widely utilized in surface-wave tomography studies. In particular, for the northeast Brazil region, tomography studies used temporary and permanent broadband stations to investigate the deep structure (upper crust) of the Borborema Province; however, in addition to the broadband stations mentioned above, there is a large volume of data collected by 22 short-period stations that could improve the resolution of these tomographic studies. Thus, the goal of this MSc dissertation is to investigate whether short-period data: (i) can be used in surface-wave tomography studies, and (ii) can be combined with broadband data in a single tomographic inversion. Through the cross correlation of the recorded ambient seismic noise between short-period stations and subsequent stacking, the emergence of the dispersive, fundamental-mode Rayleigh waves was verified. It was also found that the dispersion curves (group and phase) could be satisfactorily obtained for periods of up to 10 s (after removal of the instrumental response), using standard surface-wave analysis techniques, and that it was indeed feasible to invert them together with dispersion curves from broadband recordings. The results obtained in the Borborema Province show that, for the 5 to 10 s period range, it was possible to define structures such as the Sergipe-Alagoas basin and the Borborema Plateau, which were not well delineated in previous tomographic studies.

Apresentamos nessa tese diferentes abordagens metodológicas para caracterizar a estrutura crustal e para imagear a Zona de Transição do Manto com o objetivo de elucidar os principais processos geodinâmicos que atuaram na Bacia do Parnaíba. Estimativas pontuais da espessura e da razão Vp Vs da crosta, juntamente com perfis de velocidade da onda S, obtidas da análise de funções do receptor em várias estações sismográficas de banda larga instaladas na bacia, mostram uma crosta espessa próxima ao atual depocentro da bacia causada por uma camada de alta velocidade sísmica alocada no limite crosta/manto. O arcabouço crustal apresentado corresponde a estruturas de terrenos Pré-Cambrianos e sugere um estiramento crustal mínimo na direção leste-oeste. O imageamento da Zona de Transição do Manto através da migração de funções do receptor, por outro lado, rechaça o papel de processos convectivos profundos na bacia como responsáveis pela subsidência cratônica da mesma, pois a espessura apresentada se mantém constante sob a bacia. Outro ponto que rejeita movimentos verticais dirigindo a subsidência da bacia é o soerguimento da descontinuidade de 660 km sob riftes Cambrianos próximos ao Lineamento Transbrasiliano. Este soerguimento indica uma anomalia térmica na base da Zona de Transição, mas não na parte superior, onde não se observa nenhuma alteração. A adição de novas restrições crustais e mantélicas às principais propostas sobre o mecanismo que gerou a subsidência observada na Bacia do Parnaíba representam nossa principal contribuição nesse debate sobre a evolução da mesma, e espera-se que estas restrições contribuam para elucidar os processos que determinaram a evolução da bacia ao longo do tempo geológico. In this thesis we present different methodological approaches that characterize the crustal structure and the Mantle Transition Zone in order to elucidate the main geodynamic processes that operate in and under the Parnaíba Basin. Point estimates of crustal thickness and Vp Vs ratio, together with S-wave velocity profiles, obtained from receiver function analysis at various seismographic stations within the basin show a thick crust near the current depocenter caused by a high-velocity seismic layer located at the crust/mantle boundary. The basin’s crustal structure matches that of Precambrian terrains worlwide and suggests minimal crustal stretching in the east-west direction. Imaging of the Mantle Transition Zone (MTZ) through migration of receiver functions, on the other hand, rules out deep convective processes under the basin as responsible for its cratonic subsidence, as the constrained MTZ thickness remains uniform under the basin. Another finding that rules out vertical asthenospheric flow driving basin subsidence is the shallowing of the 660 km discontinuity under the Cambrian rifts near the Transbrasiliano Lineament. This upwarp is indicative of a thermal anomaly at the base of the Transition Zone, but not at the top where no change is observed. The addition of new crustal and mantle constraints for the Parnaíba Basin represents our main contribution to the present debate on its origin and cratonic evolution, and we expect that they will contribute in the future to unveiling the processes that determined the evolution of this basin over geological time.

Analisamos o desempenho da inversão conjunta de funções do receptor (RF) e dispersão de ondas de superfície na caracterização do pacote sedimentar na bacia do Parnaíba que está localizada no nordeste do Brasil. Esse metodologia é rotineiramente utilizada em estudos crustais de sísmica passiva para obter variações de velocidade de onda S com a profundidade abaixo de estações sismológicas, raramente tem sido aplicada a conjunto de dados de alta frequência para investigação da estrutura sedimentar fina. A bacia do Parnaíba é uma bacia intracratônica composta por 5 supersequências, acumulando até 3,5 km de rochas sedimentos com intercalações de soleiras de diabásio do Cretáceo tardio. O conjunto de dados usado nesta pesquisa foi adquirido entre os anos de 2015 e 2017 através da implementação de 10 estações de período curto e 1 estação de banda larga distribuídas ao longo de um arranjo linear de 100 km no centro da bacia. A implantação das estações foi realizada no âmbito do Parnaíba Basin Analysis Project (PBAP), um projeto multi-institucional e multidisciplinar financiado pela BP Energy do Brasil. Funções do receptor de alta frequência (f < 4,8 Hz) foram calculadas a partir da deconvolução de formas de onda P de eventos telessismicos ( 30o < ∆ < 90o ) e depois rotacionadas em relação ao caminho do grande círculo (sistema ZRT), enquanto que as curvas de dispersão de alta frequência (0,25-2Hz) foram obtidas através do Multiple Filter Analysis de Funções de Green Empíricas (EGFs) obtidas através da correlação cruzada (componente ZZ) e empilhamento (6 meses) de ruído sísmico de ambiente normalizado no domínio do tempofrequência. Perfis de velocidade de onda S de até 5 km de profundidade foram obtidos por uma abordagem de inversão conjunta linearizada e iterativa que minimiza a diferença quadrática entre as observações e predições. Comparações com perfis independentes de reflexão sísmica que se sobrepõem à nossa linha de sísmica passiva revelam que os nossos modelos recuperam com sucesso a espessura do pacote sedimentar e a profundidade da sequência sedimentar Cenozóica. Além disso, observamos em nossos perfis de velocidade de onda S invertidos zonas de alta velocidade em profundidades que variam de 1,5 a 2,5 km, que interpretamos como o resultado da presença de soleiras de diabásio do Cretáceo superior que estão intercaladas nas rochas sedimentares da bacia. We assess the performance of the joint inversion of receiver functions (RF) and surface wave dispersion in the characterization of the sedimentary package making the Parnaíba Basin of NE Brazil. This procedure is routinely utilized in passive-source crustal studies to retrieve S-velocity variations with depth under recording stations, and has seldom been used with high-frequency datasets to investigate fine sedimentary structure. The Parnaíba Basin is a Paleozoic cratonic basin composed of up to 5 supersequencies, accumulating up to 3.5 km of sediments interbedded by Late Cretaceous diabase sills. The dataset used for this research was acquired between 2015 and 2017 through deployment of 10 short-period and 1 broadband seismic stations distributed along an approximately 100 km-long linear array in the center of the basin. The deployment was carried out under the Parnaíba Basin Analysis Project (PBAP), a multi- institutional and multidisciplinary effort funded by BP Energy do Brasil. High-frequency RFs (f lt; 4.8 Hz) were calculated from deconvolution of teleseismic P-waveforms (30o < ∆ < 90o ) after rotation into the great-circle path (ZRT system), while high-frequency dispersion curves (0.25 - 2 Hz) were obtained through Multiple Filter Analysis of Empirical Green’s Functions (EGFs) developed from cross-correlation (ZZ component) and stacking (6 months) of time-frequency- normalized ambient seismic noise recordings. S-wave velocity-depth profiles down to 5 km depth were developed through an iterative, linearized joint inversion approach that minimizes the root-meansquare misfit between observations and predictions. Comparison to independent seismic reflection profiles overlapping with our passive-source seismic line reveals the inverted velocity models successfully retrieve thickness of the sedimentary package and depth to the Cenozoic sedimentary sequence. Additionally, high-velocity zones at depths ranging from 1.5 to 2.5 km are observed in the inverted velocity-depth profiles, which are interpreted as due to the Late Cretaceous sills interbedding the basin’s sediments.

A estrutura litosférica do continente Sul-Americano foi investigada principalmente por meio de estudos sismológicos de escala continental e vários experimentos sísmicos na região andina. No entanto, estudos mais detalhados na plataforma Sul-Americana ainda são escassos. Com o objetivo de melhorar a cobertura sísmica no continente, a Universidade de São Paulo (USP) está atualmente liderando um esforço internacional e multi-institucional financiado pela FAPESP que se concentra na investigação da estrutura profunda das bacias do Paraná, Pantanal e Chaco através da análise. dados sísmicos (“3- Basins Project”). Nesse sentido, as estações existentes pertencentes à Rede Sismográfica do Brasil foram complementadas com a implantação temporária de mais de 30 estações de banda larga em toda a SW-Brasil, Bolívia, Uruguai e Paraguai. Aqui apresentamos os resultados obtidos a partir da análise dos dados coletados em 33 estações dentro e ao redor da bacia do Pantanal. Nosso estudo consiste em: (i) uma análise das fases de conversão P-para-S na Moho em funções do receptor para determinar a espessura da crosta e a razão Vp/Vs; e (ii) a inversão simultânea das RFs e curvas de dispersão de onda de superfície para desenvolver perfis de velocidade-profundidade de onda S para a crosta e o manto superior sob cada estação. As estimativas da espessura crustal (H) e da razão Vp/Vs (κ) foram obtidas através da técnica do H-κ stacking, que realiza um empilhamento ponderado das amplitudes das funções do receptor ao longo das curvas phase-moveout através de uma pesquisa sistemática no espaço de parâmetros H-κ. A construção de perfis de velocidade é baseada em uma linearização do problema direto seguido pela minimização de uma média ponderada do erro RMS para dados de função do receptor e de dispersão de onda de superfície. A análise das conversões Ps revelou que as profundidades da Moho e razões Vp/Vs variam entre 33 e 50 km e entre 1.56 e 1.83, respectivamente. Dentro da bacia do Pantanal, no entanto, a crosta é mais fina (34-38 km) e exibe os menores valores de razão Vp/Vs (1.56-1.69). Os modelos de velocidade revelam a existência de até quatro diferentes tipos crustais que se correlacionam com a geologia da superfície: (i) crosta de 35 km com Vs 4.0 km/s abaixo de 40 km de profundidade, flanqueando a bacia ao leste e oeste; (iii) crosta de 50-55 km com Vs>4.0 km/s abaixo de 40 km de profundidade, flanqueando a bacia ao norte e sul e ao longo do TBL; e (iv) crosta de 42.5-45.0 km com Vs4.0 km/s below 40 km depth, flanking the basin to the East and West; (iii) crust of 50-55 km with VS>4.0 km/s below 40 km depth, flanking the basin to the North and South and along the TBL; and (iv) crust of 42.5-45.0 km with Vs

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Atualmente, o maior desafio a superar de modo a aplicar FWI é evitar o cycle-skipping. Cumprir esse objetivo demanda um modelo de velocidade inicial com um conteúdo significativo dos longos comprimentos de onda da distribuição de velocidades em subsuperfície. Para conseguir um modelo inicial adequado e evitar o cycle-skipping, esta tese propõe uma abordagem de inversão composta por três estágios. A saída de cada estágio é a entrada do próximo. No primeiro estágio, Dix-Stage, construímos um modelo derivado de uma análise de velocidades de Dix grosseira. No segundo estágio, K-Stage, nós derivamos modelos de velocidade que honram os tempos de trânsito das primeiras chegadas usando uma abordagem de inversão de transmissão. No terceiro estágio, FWI-Stage, um processo finalizante de inversão de forma de onda composto por três etapas é realizado. Nosso foco é no segundo estágio, onde comparamos a tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas com a inversão de um funcional ajustante baseado nas primeiras chegadas janeladas do envelope em produção de modelos iniciais para o FWI-Stage, e no terceiro estágio. Nós usamos os modelos Marmousi e Overthrust para mostrar que, no K-Stage, o funcional de envelope das primeiras chegadas produz soluções com, no mínimo, a mesma qualidade daquelas derivadas da tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas. Como resultado, no FWIStage, modelos de velocidade finais com qualidade similar são obtidos, não importando se este estágio foi iniciado com modelos de envelope de primeiras chegadas ou de tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas. Contudo, ao contrário da tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas, a inversão de envelope das primeiras chegadas não requer marcação de tempos, economizando uma quantidade expressiva de tempo. Além disso, o funcional de envelope das primeiras chegadas é robusto a ruído aleatório. Então, concluímos que o funcional de envelope das primeiras chegadas tem um bom potencial para substituir a tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas no K-Stage. Contudo, nenhum dos funcionais estão livres de problemas, e cabe ao intérprete julgar os modelos de velocidade resultantes e decidir se eles são válidos para iniciar um processo de FWI. Para o FWI-Stage, propomos uma sequência de diferentes funções ajustantes no domínio do tempo. As funções ajustantes empregadas são sensíveis a diferentes comprimentos de onda, mas usam o mesmo algoritmo de modelagem e a mesma malha. A primeira etapa promove uma transição suave entre o K-Stage e a segunda etapa usando o envelope da forma de onda completa. Na segunda etapa de inversão, a componente refletida (chegadas tardias) dos envelopes dos campos de onda é ajustada, em contraste com o K-Stage, que ajusta a componente transmitida (chegadas iniciais). A maior parte das fases das ondas refletidas é ajustada na terceira etapa, que é baseada na função ajustante de forma de onda preservando apenas as chegadas tardias. A segunda e terceira etapas são de crucial importância para ajustar os eventos refletidos. Nós testamos essa abordagem com o modelo Marmousi usando conjuntos de dados com diferentes frequências, obtendo melhores estimativas do campo de velocidade do que as obtidas com a FWI clássica. As soluções obtidas tanto com a FWI clássica como com a abordagem de inversão sequencial degradam à medida que a frequência de pico do conjunto de dados aumenta, mas a solução da FWI clássica degrada mais rapidamente. Currently, the greatest challenge to overcome in order to apply FWI is avoiding cycle-skipping. Accomplishing this goal requires an initial velocity model that has a significant amount of longwavelength information from the subsurface velocity distribution. In order to produce a suitable initial model, this thesis proposes an inversion approach composed of three stages. The output of each stage is the input of the next one. In the first stage, Dix-Stage, we build a model derived from a coarse Dix velocity analysis. In the second stage, K-Stage, we derive velocity models that honor the first-arrival traveltimes using a transmission inversion approach. In the third stage, FWI-Stage, a concluding waveform inversion process composed by three steps is carried out. The focus here is on the second stage, where we compare first-arrival traveltime tomography with the inversion of a misfit functional based on the windowed early arrivals of the envelope in producing starting models for the FWI-Stage, and on the third stage. We use the Marmousi and Overthrust models to show that, in the K-Stage, the early-arrival envelope functional produces solutions with at least the same quality as those derived from first-arrival traveltime tomography. As a result, in the FWI-Stage, final velocity models with similar quality are obtained not mattering whether this stage was initialized with early-arrival envelope or with first-arrival traveltime tomography models. However, unlike the first-arrival traveltime tomography, the early-arrival envelope inversion does not require time picking, which could save an expressive amount of time. In addition, the early-arrival envelope functional is robust to random noise. We conclude then that the earlyarrival envelope functional has good potential to substitute first-arrival traveltime tomography in the K-Stage. However, neither early-arrival envelope or traveltime functionals are free from problems and, as a result, the interpreter ultimately must judge the resulting velocity models to decide whether they are valid to initialize an FWI process. For the FWI-Stage, we propose a sequence of different misfit functions in the time domain. The employed misfit functions are sensitive to different wavelengths but use the same modeling algorithm and the same model grid. The first step promotes a smooth transition between the K-Stage and the second step, by using the envelope of the complete waveform. In the first inversion step the reflected (late arrivals) component of the wavefield envelopes is fitted, in contrast with the K-Stage that fits the transmitted (early arrivals) component. The phases of the reflected waves are mostly fitted in the third step, which is based on the waveform misfit function preserving only the late arrivals. The second and third steps are of crucial importance to fit the reflected events. We test this approach with the Marmousi model using datasets with different frequencies, obtaining better estimates of the velocity field than those obtained with the classic FWI. The solutions obtained with both classic FWI and sequential inversion approach degrade with a progressively higher peak frequency dataset, but the classic FWI solution degrades more rapidly.

O objetivo deste trabalho é investigar como os processos relacionados à subducção no noroeste da América do Sul deformam e alteram a composição da placa superior, assim como a relação entre fluidos crustais e vulcanismo ativo/inativo. Para esse fim, este estudo desenvolveu: (1) Correlações cruzadas de ruído sísmico ambiente para os componentes vertical, radial e transversal entre todos os possíveis pares de estações permanentes implantadas pelo Serviço Geológico da Colômbia entre 2012 e 2016, que foram usadas para reconstruir as funções empíricas de Green para ondas Rayleigh e Love na região; (2) Novas medições de velocidade de ondas supeficiais de grupo para ondas Rayleigh e Love a partir de fontes de terremotos regionais e distantes; (3) Novos Mapas de ondas de superfície de fase e grupo entre 7 e 150 s para as ondas Love e Rayleigh, a partir de tomografia de ruído ambiente e ondas de superfície; (4) Novos mapas de velocidad das ondas VSV e VSH para a crosta e manto superior (até 140 km); e, (5) Um modelo 3D de anisotropia radial do noroeste da América do Sul. Os modelos de velocidade da onda S e de anisotropia radial para a crosta e manto superior para o noroeste da América do Sul foram desenvolvidos a partir de 1.300 funções de Green empíricas a partir de correlações cruzadas de ruído ambiente, e de 11.000 percursos de ondas de superfície de fontes de terremotos. As curvas de dispersão de fase e grupo para as ondas Rayleigh e Love foram medidas no intervalo de 7 a 150 s no conjunto de dados total, e invertidas tomograficamente para produzir mapas de fase e de grupo para ondas Rayleigh e Love numa grade de 0.5◦ x 0.5◦ para tomografia de ruido sismico e de 1.0◦ x 1.0◦ para tomografía de on-das de superficie. Perfis de velocidade para VSV e VSH en função da profundidade foram construídos a partir da inversão conjunta das curvas de dispersão de grupo e fase em cada nó da grade da tomográfica até 140 km de profundidade. Os modelos de velocidade revelam zonas de baixa velocidade a 25-35 km de profundidade sob regiões de vulcanismo ativo e inativo, sugerindo a presença de magmas que levam a assinatura da subducção segmentada na placa superior. As regiões de baixa velocidade crustal exibem anisotropia radial negativa (VSH VSV ) sob regiões vulcânicas inativas é consistente com o armazenamento de magma em soleiras. A 40 km de profundidade, velocidades baixas sob as cordilheiras Central e Oriental exibem anisotropia radial positiva (até 15%), que é interpretado como armazenamento de magmas relacionados à subducção na crosta inferior. Baixas velocidades da onda S com anisotropia radial positiva são observadas na Bacia Inferior do Magdalena em todos os níveis crustais, o que é consistente com velocidades altas e baixas alternadas dentro do pacote sedimentar, tensões extensionais, cisalhamento sub-horizontal e/ou magmas sub-litosféricos que atravessaram uma placa caribenha fraturada. Em níveis crustais superiores a médios, anisotropia radial negativa e altas velocidades coincidem com os principais terrenos tectônicos (Maciço de Santa Marta, Batólito de Antioquia, Maciço de Santander, Batólito de Ibagué), enquanto a anisotropia positiva e as velocidades baixas caracterizam as principais bacias costeiras (por exemplo, Bacia Inferior do Magdalena, Bacia de Tumaco). Em terrenos tectônicos, a anisotropia negativa pode ser explicada através de tectônica de escape, enquanto a anisotropia positiva sob as bacias costeiras pode ser resultante de uma combinação de soleiras, tectônica extensional e/ou cisalhamento sub-horizontal. The objective of this work is to investigate how subduction-related processes in NW South America deform and alter the composition of the overriding plate, as well as the relationship between crustal fluids and active/inactive volcanism. To that end, this study developed: (1) Vertical, radial and transverse ambient seismic noise cross-correlations between all possible pairs of permanent stations deployed by the Colombian Geological Survey between 2012 to 2016, to reconstruct empirical Green’s functions for inter-station Rayleigh and Love waves in the region; (2) New surface-wave group-velocity measurements for Rayleigh and Love waves from regional and teleseismic earthquake sources; (3) Surface-wave dispersion maps of phase and group velocity variation between 7 and 150 s for Love and Rayleigh waves; (4) New maps of VSV and VSH velocity at crustal and upper mantle depths (down to 140 km); and, (5) a 3D model of radial anisotropy for NW South America. S-wave velocity and radial anisotropy for the crust and upper mantle under NW South America have been developed from 1,300 empirical Green’s functions from ambient noise cross-correlations and from 11,000 fundamental-mode, surface-wave trains from earthquake sources. Phase- and group-velocity curves for Rayleigh and Love waves were measured in the 7-150 s period range from the combined dataset, and tomographically inverted to produce maps of phase- and group-velocity variation in a 0.5◦ x 0.5◦ grid for ambient noise and 1.0◦ x 1.0◦ for surface waves. VSV and VSH velocity-depth profiles were constructed from the joint inversion of local group and phase dispersion curves at each node in the tomographic grid down to 140 km depth. The S-velocity models reveal zones of slow velocity at 25-35 km depth under regions of both active and inactive volcanism, suggesting the presence of melts that carry the signature of segmented subduction into the overriding plate. The regions of slow crustal S-velocity display negative radial anisotropy (VSH < VSV ) under active volcanoes, suggesting the presence of sub-vertical magmatic dykes feeding the volcanics, and positive radial anisotropy (VSH > VSV ) under inactive volcanic regions, consistent with magma storage along flat-lying sills. At 40 km depth, slow velocities under the Central and Eastern cordilleras display positive radial anisotropy (up to 15%), which is interpreted as storage of subduction-related magmas in the lower crust. Slow S-velocities with positive radial anisotropy are observed in the Lower Magdalena Basin at all crustal levels, consistent with a combination of alternating fast and slow velocities within the sedimentary package, extensional stresses, sub-horizontal shear, and/or sub-lithospheric melts from a fractured Caribbean flat slab. Negative radial anisotropy is also observed under Lower Magdalena Basin at upper mantle levels, coinciding with the location of the Caribbean flat slab. At upper to mid crustal levels negative radial anisotropy and high velocities coincide with major tectonic terrains (Santa Marta Massif, Antioquia Batholith, Santander Massif, Ibague Batholith), while that positive anisotropy and slow velocities characterizes major coastal basins (e.g., Lower Magdalena Basin, Tumaco Basin). In tectonic terrains, negative anisotropy may be explained through escape tectonics, while positive anisotropy under the coastal basins could be resulting from a combination of flay-lying magmatic sills, extensional tectonics, and/or sub-horizontal shear.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O estudo da fonte sísmica é importante para um melhor entendimento dos processos físicos dinâmicos geradores de sismos e para investigações sismotectônicas de uma região. Neste trabalho, alteramos uma metodologia existente para determinação do tensor momento sísmico através da inversão das amplitudes espectrais de ondas de corpo, que é testada com eventos locais registrados nas proximidades de São Caetano, em Pernambuco, no nordeste do Brasil. A metodologia consiste em minimizar a diferença entre os valores observados e previstos das amplitudes espectrais – com polaridade - de ondas P, SV e SH, para determinação dos seis componentes independentes do tensor momento sísmico. A metodologia original foi desenhada para inverter amplitudes espectrais de ondas diretas em eventos induzidos em minas profundas e registrados em redes sismográficas subterrâneas. Em nosso estudo, propomos alterações para adequação desta metodologia para eventos tectônicos registrados em superfície. Com isso, é preciso remover os efeitos da superfície terrestre a partir dos três componentes sísmicos registrados no sismograma para recuperar as formas de onda P, SV e SH incidentes e, assim medir sua amplitude espectral. Para ângulos de incidência pré-críticos, a correção é facilmente realizada através da divisão do componente vertical das formas de onda P e SV por seus correspondentes coeficientes de reflexão da superfície livre; para ângulos de incidência pós-críticos, uma correção mais sofisticada envolvendo a transformada de Hilbert das formas de onda registradas é necessária para remover a distorção da forma de onda introduzida pela mudança de fase. A metodologia proposta é extremamente vantajosa, visto que utiliza informações dos padrões de radiação tanto das ondas P quanto das ondas S para determinar o mecanismo focal de eventos individuais. Testamos com 16 terremotos registrados em distâncias locais ( < 10 km) por uma rede sismográfica implantada na localidade de São Caetano, PE, entre 15 de setembro e 23 de dezembro de 2010. Por fim, comparamos com um mecanismo focal composto desenvolvido em trabalhos anteriores na zona de estudo a partir de polaridades da onda P e verificou-se uma consistência com as nossas soluções do tensor momento, o que demonstra a aplicabilidade do método aqui proposto para registros locais em superfície. Além disso, a metodologia apresentada permite estimar a magnitude momento (MW) para os eventos analisados. The study of the seismic source is important to improve our understanding of the physical processes that trigger earthquakes, and also for seismotectonics investigations of a region. In this work, we modify an existing methodology for determination of the seismic moment tensor by inversion of spectral amplitudes, and test it with events recorded at local distances near Sao Caetano, Pernambuco, in northeastern Brazil. The methodology consists of minimizing the difference between observed and predicted values of the spectral amplitudes – with polarity attached - of P, SV and SH waves, to determine the six independent components of the moment tensor. The original methodology inverts spectral amplitudes of direct waves for events in deep mines and recorded at underground seismographic networks. In our study, we adapt this methodology to tectonic events recorded by surface networks. First, the effects of the Earth's free surface are removed from the seismic recordings to recover the incident P, SV and SH waves; then, the corresponding spectral amplitudes are measured and a polarity is attached; finally, the spectral amplitudes are inverted in a least squares sense. At pre-critical incidence angles, the correction is easily achieved by dividing the vertical component of the P and SV waveforms by the corresponding free-surface reflection coefficients; at post-critical incidence angles, a more sophisticated correction involving the Hilbert transform of the recorded waveforms is needed to account for waveform distortion introduced by the coefficient’s phase shift. Correction of the SH components is achieved through division by a factor of 2. The proposed methodology is extremely advantageous since it uses the radiation patterns of both P and S waves to determine the focal mechanism of individual events. The adapted methodology is applied to 16 earthquakes recorded at local distances (< 10 km) by an aftershock network deployed in the locality of São Caetano, PE, between September 15th and December 23rd, 2010. Comparison with a composite focal mechanisms developed in previous works in the study area from fist-motion polarities shows consistency with our moment tensor solutions, thus demonstrating the portability of the spectral amplitude method. Additionally, the ported methodology allows the estimation of moment magnitudes for individual events.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A região noroeste do estado do Ceará é uma das principais regiões com sismicidade ativa dentro da Província Borborema. Há relatos de um abalo sísmico ocorrido em 1810, na cidade de Granja. A partir de janeiro de 2008, a atividade sísmica na região aumentou consideravelmente e foi instalada uma rede sismográfica com 11 estações digitais na serra da Meruoca. Em 2009, outra sequência de abalos sísmicos iniciou-se e outra rede foi instalada na cidade de Santana do Acaraú, com até 6 estações digitais. Os resultados mostrados nessa tese foram obtidos através da análise dos dados registrados nessas duas redes, principalmente. As áreas epicentrais estão localizadas nas proximidades da parte nordeste do Lineamento Transbrasiliano, uma zona de cisalhamento com trend NE-SW que corta a região de estudo. Identificamos zonas sísmicas com hipocentros localizados entre 1km e 8km. Os mecanismos focais encontrados foram do tipo transcorrente, predominante na Província Borborema. Foi realizada uma integração entre dados sismológicos, geológicos e geofísicos (aeromagnéticos) e mostramos que as falhas sismogênicas encontradas estão orientadas na mesma direção das estruturas frágeis locais observadas em campo e de lineamentos magnéticos. A direção do SHmax (esforço máximo) na região foi estimada usando uma inversão de sete mecanismos focais espalhados pela região e usamos as direções dos falhamentos sismogênicos. O esforço horizontal possui máxima compressão (σ1=300°) com orientação NW - SE e extensão (σ3=210°) com direção NE - SW e σ2 vertical. Esses resultados estão de acordo com resultados de estudos anteriores, mas foi usado um número maior de mecanismos focais. A atividade sísmica registrada na área de estudo não está relacionada com uma possível reativação do Lineamento Transbrasiliano, até o momento. Inside the Borborema Province the Northwestern Ceará (NC) is one of the most seismic active regions. There are reports of an earthquake occurred in 1810 in the Granja town. On January, 2008 the seismic activity in NC has increased and it was deployed a seismographic network with 11 digital stations. In 2009, another earthquake sequence began and it was deployed another seismographic network in the Santana do Acaraú town with 6 stations. This thesis presents the results obtained by analyzing the data recorded in these two networks. The epicentral areas are located near the northeastern part of the Transbrasiliano Lineament, a shear zone with NE-SW-trending that cuts the study area. The hypocenters are located between 1km and 8km. The strike-slip focal mechanisms were found, which is predominant in the Borborema Province. An integration of seismological, geological and geophysical data was performed and it show that the seismogenic faults found are oriented in the same direction to the local brittle structures observed in field and magnetic lineaments. The SHmax (maximum compressional stress) direction in NC was estimated using an inversion of seven focal mechanisms. The horizontal maximum compression stress (σ1 = 300°) with orientation NW-SE and extension (σ3 = 210°) with NE-SW and σ2 vertical. These results are consistent with results of previous studies. The seismic activity recorded in NC is not related to a possible reactivation of the Transbrasiliano Lineament, by now.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A Província Borborema, localizada no nordeste do Brasil, possui um embasamento de idade Pré-cambriana e um arcabouço tectônico estruturado no Neoproterozóico (740-560 Ma). Após a separação dos continentes Sul-Americano e Africano, durante o Mesozóico formou-se um sistema de riftes no nordeste brasileiro, o qual deu origem às bacias marginais e interiores localizadas na Província. Depois da separação continental, eventos de vulcanismos e epirogenia ocorreram na Província, tais como o soerguimento do Planalto da Borborema e o magmatismo ao longo da linha Macau-Queimadas (AMQ), marcando assim a evolução da Província. As causas do soerguimento do Planalto poderiam estar associadas a um underplating magmático (material máfico preso na base da crosta), talvez relacionado com a geração de plugs continentais jovens (45-7 Ma) ao longo do AMQ devido a um mecanismo de convecção em pequena escala na borda do continente. O objetivo deste trabalho é investigar as causas do soerguimento intra-placa e sua possível relação com o vulcanismo AMQ utilizando sismologia de banda larga, tendo em conta a correlação de nossos resultados com estudos geofísicos e geológicos realizados na Província Borborema. As metodologias de banda larga para investigar a estrutura profunda na Província incluem as funções do receptor e velocidade de dispersão das ondas de superfície. Tanto as funções de receptor quanto a tomografia de dispersão de ondas superficiais são métodos que utilizam eventos telessísmicos e permitem obter estimativas de parâmetros estruturais como espessura crustal, razão Vp/Vs e velocidade de onda S. Os sismogramas utilizados neste trabalho para as funções do receptor foram obtidas de 52 estações localizadas no Nordeste do Brasil: 16 estações de banda larga da rede RSISNE (Rede Sismográfica do Nordeste do Brasil), 21 estações de período curto da rede INCT-ET (Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia – Estudos Tectônicos) e 6 estações de banda larga. Estes resultados acrescentam significativamente dados anteriores coletados em estações isoladas como a estação RCBR, da rede global GSN, as estações banda v larga CAUB e AGBL do projeto BLSP (Brazilian Lithosphere Seismic Project IAG/USP) e de 6 estações banda larga do projeto Milênio (Estudos geofísicos e tectônicos na Província Borborema - CNPq). Para dispersão de ondas de superfície foram usados sismogramas de 22 estações: 16 estações de banda larga da rede RSISNE, bem como das 6 estações banda larga do projeto Milênio. Neste trabalho foram desenvolvidas: (i) estimativas de espessura crustal e razão Vp/Vs para cada estação usando as funções do receptor, (ii) novas medidas de velocidade de grupo de ondas de superfície, que foram integradas com os percursos usados em uma tomografia da América do Sul, já desenvolvida, para ampliar a resolução no Nordeste Brasileiro e (iii) modelos de velocidades de onda S (1D) para vários locais na Província Borborema usando a inversão simultânea de funções do receptor com velocidades de dispersão. Os resultados descrevem velocidades de onda S para a base da crosta que são consistentes com a presença de uma camada máfica de 5-7.5 km de espessura. Foi observada a camada máfica em apenas uma porção da região do planalto (parte sul) e ausência da mesma na parte norte. Outra observação importante e que corrobora estudos de funções do receptor e refração sísmica são as diferentes espessuras crustais, também dividindo o planalto em uma parte de crosta fina (parte norte) e outra parte de crosta espessa (parte sul). Os modelos existentes para evidenciar a epirogenia não conseguem explicar todas essas observações. Sendo assim, propõe-se que durante a orogenia Brasiliana, uma camada de material máfico pré-existente foi delaminada, total ou parcialmente, da crosta. A delaminação parcial teria acontecido na parte sul do planalto, onde estudos independentes evidenciaram uma reologia mais resistente à deformação. Após isso, durante o Mesozóico e consequente processo de rifteamento houve afinamento da crosta da região costeira e depressão sertaneja, incluindo a parte norte do planalto. Já no Cenozóico, o soerguimento da parte norte do planalto teria ocorrido e o resultado seria uma parte norte sem material máfico na base da crosta e parte sul com camada máfica parcialmente delaminada,mas ambos com topografia elevada até os dias atuais. The Borborema Province, located in northeastern Brazil, has a basement of Precambrian age and a tectonic framework structured at the Neoproterozoic (740-560 Ma). After separation between South America and Africa during the Mesozoic, a rift system was formed, giving rise to a number of marginal and inland basins in the Province. After continental breakup, episodes of volcanism and uplift characterized the evolution of the Province. Plateau uplift was initially related to magmatic underplating of mafic material at the base of the crust, perhaps related to the generation of young continental plugs (45-7 Ma) along the Macau-Queimadas Alignment (MQA), due to a small-scale convection at the continental edge. The goal of this study is to investigate the causes of intra-plate uplift and its relationship to MQA volcanism, by using broadband seismology and integrating our results with independent geophysical and geological studies in the Borborema Province. The investigation of the deep structure of the Province with broadband seismic data includes receiver functions and surface-wave dispersion tomography. Both the receiver functions and surface-wave dispersion tomography are methods that use teleseismic events and allow to develop estimates of crustal parameters such as crustal thickness, Vp/Vs ratio, and S-velocity structure. The seismograms used for the receiver function work were obtained from 52 stations in Northeast Brazil: 16 broadband stations from the RSISNE network (Rede Sismográfica do Nordeste do Brasil), and 21 short-period and 6 broadband stations from the INCT-ET network (Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia – Estudos Tectônicos). These results add signifi- cantly to previous datasets collected at individual stations in the Province, which include station RCBR (GSN - Global Seismic Network), stations CAUB and AGBL (Brazilian Lithosphere Seismic Project IAG/USP), and 6 other broadband stations that were part of the Projeto Milênio - Estudos geofísicos e tectônicos na Província Borborema/CNPq. For the surface-wave vii tomography, seismograms recorde at 22 broadband stations were utilized: 16 broadband stations from the RSISNE network and 6 broadband stations from the Milênio project. The new constraints developed in this work include: (i) estimates of crustal thickness and bulk Vp/Vs ratio for each station using receiver functions; (ii) new measurements of surfassewave group velocity, which were integrated to existing measurementes from a continental-scale tomography for South America, and (iii) S-wave velocity models (1D) at various locations in the Borborema Province, developed through the simultaneous inversion of receiver functions and surface-wave dispersion velocities. The results display S-wave velocity structure down to the base of the crust that are consistent with the presence of a 5-7.5 km thick mafic layer. The mafic layer was observed only in the southern portion of the Plateau and absent in its northern portion. Another important observation is that our models divide the plateau into a region of thin crust (northern Plateau) and a region of thick crust (southern Plateau), confirming results from independent refraction surveys and receiver function analyses. Existing models of plateau uplift, nonetheless, cannot explain all the new observations. It is proposed that during the Brazilian orogeny a layer of preexisting mafic material was delaminated, as a whole or in part, from the original Brasiliano crust. Partial delamination would have happened in the southern portion of the plateau, where independent studies found evidence of a more resistant rheology. During Mesozoic rifting, thinning of the crust around the southern Plateau would have formed the marginal basins and the Sertaneja depression, which would have included the northern part of the Plateau. In the Cenozoic, uplift of the northern Plateau would have occurred, resulting in a northern Plateau without mafic material at the base of the crust and a southern Plateau with partially delaminated mafic layer.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Através de funções de receptor migradas e empilhadas (phase-weightedstack), investigou-se a arquitetura crustal da Província Borborema. Para isso, foram utilizados telessismos de ondas registrados em 64 estações sismográficas distribuídas no Nordeste brasileiro, depois de aplicar um conjunto de modificações no algoritmo de empilhamento para corrigir inconsistências detectadas no algoritmo original e melhorar sua eficiência computacional. A Província Borborema representa a porção mais oeste de um orógeno Neoproterozoico, que experimentou extensão no Mesozoico, o que levou à formação de um grande número de bacias intracontinentais do tipo rifte, e, posteriormente, à deriva continental. O Cenozoico foi marcado por processos de soerguimento topográfico, que poderia estar relacionado com vulcanismo, o que possibilitou a formação do Planalto da Borborema. Devido à limitada compreensão a respeito da arquitetura crustal da Província, as relações de causa e efeito entre a topografia superficial, a extensão Mesozoica e o soerguimento Cenozoico não são claras. O empilhamento de funções de receptor evidencia as conversões no limite entre a crosta e o manto, mostrando crosta espessa, entre 36 e 40 km na porção sul do Planalto e crosta entre 30 e 32 km nas regiões ao redor, incluindo o norte do Planalto. Essa mesma abordagem também revelou a presença de uma descontinuidade entre 9 e 18 km de profundidade, que tende a desaparecer em direção ao sul do Planalto, à medida que a crosta se torna espessa. Dessa forma, argumenta-se que a crosta fina na Província Borborema é o resultado de processos de estiramento crustal durante o Mesozoico e que a descontinuidade intracrustal observada consiste num detachment de baixo ângulo, que atuou na acomodação da distensão. A crosta espessa na porção sul do Planalto seria, então, um bloco com reologia mais resistente, que resistiu a deformação durante o Mesozoico, enquanto a crosta fina sob o norte do Planalto seria proveniente de uma bacia pretérita, cuja crosta foi afinada durante o Mesozoico e soerguida durante o Cenozoico. The crustal architecture of the Borborema Province was investigated through migration and stacking of receiver functions (phase-weighted-stack). The stacks were developed from teleseismic -waves recorded at 64 seismological stations distributed throughout Northeast Brazil, after applying a number of modifications to the stacking algorithm that corrected inconsistencies in the original algorithm and improved its computational efficiency. The Borborema Province is the westernmost portion of a Neoproterozoic orogen that experienced extension in the Mesozoic, leading to the formation of a number of intracontinental rift basins and, eventually, to the continental drift. The Cenozoic was marked by topographic uplift of the Province, perhaps related to coeval episodes of volcanism, which resulted in the formation of the Borborema Plateau. Due to limited understanding of the crustal architecture of the Province, the causal relationships between surface topography, Mesozoic extension, and Cenozoic uplift are poorly understood. The receiver function stacks highlight conversions from the crust-mantle boundary that demonstrate a thick crust between 36 and 40 km in the southern Plateau, and crust between 30 and 32 km in the regions around, including the northern Plateau. The receiver function stacks also revealed the presence of a discontinuity between 9 and 18 km depth that tends to fade away towards the southern Plateau as the crust thickens. It is argued that the thin crust in the Borborema Province is the result of crustal stretching during Mesozoic times, and that the intracrustal discontinuity marks the location of a lowangle detachment zone that accommodated extension within the crust. The thick crust in the southern Plateau would then be a rheologically strong block that resisted deformation during the Mesozoic, while the thin crust beneath the northern Plateau would be a portion of a formerly depressed crust that experienced uplifted during the Cenozoic.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Localizada no limite oeste do nordeste brasileiro, a Bacia do Parnaíba é uma bacia intra-cratônica produtora de petróleo. O presente estudo tem como objetivo caracterizar sua estrutura térmica, utilizando dados aeromagnéticos e gravimétricos. Com isso, foi utilizado à técnica de análise espectral em dados magnéticos da bacia, para mapear a profundidade dos corpos magnéticos e assimila-los à profundidade da isoterma de Curie da magnetita, com o interesse de mapear o seu gradiente geotérmico. Utilizando a técnica da análise espectral, foi possível mapear a Superfície da base das fontes magnéticas (SBFM), superfície que delimita a profundidade na qual ainda ocorre magnetização da magnetita. Na Bacia do Parnaíba a SBFM apresentou profundidades em torno de -20,5 e -28,5 km. Paralelamente para servir como gabarito para a SBFM, foi feita uma inversão dos dados magnéticos utilizando a técnica de inversão do vetor de magnetização (MVI), que demonstrou ser consistente com a SBFM. Além disso, a SBFM se correlaciona positivamente com a profundidade da Moho que foi estimada através de dados gravimétricos do satélite GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer). Supondo que a SBFM coincida com a Isoterma de Curie da Magnetita (ICM), superfície na qual a magnetita ( ) perde as suas propriedades ferromagnéticas, foi possível estimar o gradiente geotérmico. Deste modo, o gradiente geotérmico na bacia apresentou valores entre 19,2 e 26,5 . Pelo gradiente geotérmico foi possível estimar o fluxo térmico na bacia utilizando uma condutividade térmica de 2,69 . Deste modo, foi encontrado um fluxo térmico na bacia variando entre 51,6 e 71,3 , que é consistente com valores encontrados em outros trabalhos de fluxo térmico da América do Sul. Adicionalmente foi possível estimar a espessura da litosfera através de uma relação empírica entre esta e a Isoterma de Curie da Magnetita, encontrando valores entre -65,8 e -89,2 . Através destas informações, propomos que a estrutura térmica da bacia do Parnaíba está sendo influenciada por uma anomalia térmica profunda. Esta anomalia tem aquecido a litosfera sob a bacia e tem resultado em valores relativamente finos III para a espessura litosférica e valores relativamente altos para o fluxo de calor na superfície. A origem desta anomalia não é clara, mas a correlação entre a profundidade de Curie e a topografia da Moho, sugere que processos tectônicos de extensão poderiam ter influenciado na geração da mesma. Located on the western edge of the Brazilian northeast, the Parnaíba Basin is an intra cratonic basin with oil production. This study aims at understanding its genesis and evolution, using aeromagnetic and gravity data. We used the spectral analysis of aeromagnetic data to map the depth to the bottom of the magnetic sources in order to assimilate this depth with the depth of the Curie isotherm, and infer the geothermal gradient. Using the spectral analysis technique, we succeeded in mapping the surface of the depth to the bottom of magnetic sources (SBFM), which marks the depth that occur magnetization. In the Parnaíba Basin the SBFM presented depths around -20,5 and -28,5 , which was consistent with an inversion of the same dataset using the technique of Magnetization Vector Inversion (MVI). Furthermore, SBFM topography correlates well with Moho depth, which was estimated from satellite gravimetric data from the GOCE mission (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer). Assuming that SBFM coincides with the Curie isotherm of magnetite (ICM), defined as the surface at which magnetite ( ) looses its ferromagnetic properties, it was possible to estimate the geothermal gradient. The geothermal gradient in the basin showed values between 19.2 and 26.5 , allowing to estimate the heat flow for the Parnaíba basin after assuming a conductivity of 2.69 . The resulting heat flow values ranged between 51.6 and 71.3 , which is consistent with values found in other works throughout the South American continent. Lithospheric thickness using an empirical relationship, finding values between -65.8 and -89.2 . We propose that thermal structure of Parnaíba basin is influenced by a deep thermal anomaly. This anomaly has heated the lithosphere beneath the basin and has resulted in relatively thin values for the lithospheric thickness and relatively high surface heat flow values. The origin of the anomaly is not clear, but the correlation between Curie depth and Moho topography, suggests that tectonic extension processes could have played a role.

A zona de transição do manto está definida por duas descontinuidades sísmicas, nominalmente a 410 e 660 km de profundidade, que resultam de transformações de fase no mineral olivina. A topografia dessas descontinuidades fornece informações sobre as variações laterais de temperatura da zona de transição. Neste trabalho, foram utilizadas conversões P-para-S telessísmicas registradas em 32 estações sísmicas de banda larga na Província Borborema para determinar a espessura da zona de transição abaixo desta região e para investigar se há mudanças laterais da temperatura neste intervalo de profundidade, para isso foi feito o empilhamento e a migração de funções do receptor. Na Província Borborema, estudos geofísicos revelaram a existência de uma anomalia de geóide que poderia refletir a presença de uma anomalia térmica, a qual estaria relacionada à origem do vulcanismo intraplaca e da epirogênese que atingiram a Província no Cenozóico. Vários modelos têm sido propostos para explicar esses eventos, dentre eles o modelo de pluma do manto e de eventos rasos como células de convecção de pequena escala. Os resultados deste trabalho mostram que essa anomalia térmica não atinge a profundidade da zona de transição do manto, visto que não foram identificadas variações significativas na espessura da zona de transição. Contudo foram observadas regiões de topografia baixa para ambas as descontinuidades (410 e 660 km) que aproximadamente se sobrepõem no espaço, sugerindo que variações laterais negativa nas velocidades acima de 410 km de profundidade podem existir abaixo da Província Borborema. O que é consistente com a estrutura de baixa densidade que seria consequência de uma alteração térmica. Portanto a fonte magmática que teria provocado no Cenozóico o vulcanismo intraplaca e estaria relacionada ao soerguimento na Província, estaria confinada acima da zona de transição. The mantle transition zone is defined by two seismic discontinuities, nominally at 410 and 660 km depth, which result from transformations in the mineral olivine. The topography of these discontinuities provides information about lateral temperature changes in the transition zone. In this work, P-to-S conversions from teleseismic events recorded at 32 broadband stations in the Borborema Province were used to determine the transition zone thickness beneath this region and to investigate whether there are lateral temperature changes within this depth range. For this analysis, stacking and migration of receiver functions was performed. In the Borborema Province, geophysical studies have revealed a geoid anomaly which could reflect the presence of a thermal anomaly related to the origin of intraplate volcanism and uplift that marked the evolution of the Province in the Cenozoic. Several models have been proposed to explain these phenomena, which include those invoking the presence of a deep-seated mantle plume and those invoking shallower sources, such as small-scale convection cells. The results of this work show that no thermal anomalies are present at transition zone depths, as significant variations in the transition zone thickness were not observed. However, regions of depressed topography for both discontinuities (410 and 660 km) that approximately overlap in space were identified, suggesting that lower-thanaverage, lateral variations in seismic velocity above 410 km depth may exist below the the Borborema Province. This is consistent with the presence of a thermally-induced, low-density body independently inferred from analysis of geoid anomalies. Therefore, the magma source responsible for the Cenozoic intraplate volcanism and related uplift in the Province, is likely to be confined above the upper mantle transition zone.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq O ruído sísmico tem sido tradicionalmente considerado como uma perturbação não desejada do ambiente que ―contamina‖ a aquisição de dados de terremotos. Mas ao longo da última década tem sido mostrado que informações coerentes sobre a estrutura do subsolo podem ser extraídas a partir de correlações cruzadas do ruído sísmico de ambiente. Neste contexto, as regras são reversas, sendo os terremotos o que necessitamos excluir dos dados. Os principais causadores do ruído sísmico de ambiente são os microssismos oceânicos e perturbações atmosféricas. A períodos menores que 30 s, o espectro do ruído sísmico de ambiente é dominado por energia microssísmica. O microssismo é o sinal sísmico mais contínuo da Terra e pode ser classificado como primário (observado na faixa 10-20 s) e secundário (observado na faixa 5-10 s). A função de Green do meio de propagação entre dois receptores pode ser reconstruída através da correlação cruzada do ruído sísmico de ambiente registrado simultaneamente nesses dois receptores. A reconstrução da função de Green é geralmente proporcional à porção de ondas de superfície do campo de onda sísmico, já que a energia microssísmica viaja principalmente como ondas de superfície. Neste trabalho, são apresentadas 194 funções de Green obtidas a partir de correlações cruzadas de 1 mês de registro da componente vertical do ruído sísmico de ambiente para diferentes pares de estações sísmicas do Nordeste do Brasil. As correlações cruzadas diárias foram empilhadas utilizando a técnica não linear tf-PWS que realça sinais coerentes fracos através da redução de ruído incoerente. As correlações cruzadas mostram que o sinal emergido é dominado por ondas Rayleigh nas componentes verticais e que as velocidades de dispersão podem ser medidas confiavelmente para uma faixa de períodos entre 5 e 20 s. O estudo inclui tanto estações permanentes para monitoramento sísmico, quanto estações temporárias de experimentos passivos na região, formando uma rede combinada de 33 estações separadas por distâncias entre 60 e 1311 km, aproximadamente. Estas medidas de velocidades de dispersão de ondas Rayleigh em seguida são usadas na elaboração de imagens tomográficas da Província Borborema do Nordeste do Brasil. As tomografias de ruído sísmico obtidas aqui permitem mapear satisfatoriamente feições estruturais existentes na região. As imagens tomográficas de períodos mais curtos (~5 s) mostram a estrutura crustal rasa e claramente definem as bacias sedimentares marginais e intracontinentais, bem como as partes de zonas de cisalhamento importantes que atravessam a Província Borborema. As imagens tomográficas de períodos mais longos (10 - 20 s) atingem profundidades da crosta superior e a maior parte das anomalias desaparece. Algumas delas localizada no interior da Província Borborema, no entanto, persistem. A evolução Cenozóica da Província Borborema foi marcada por episódios de vulcanismo Cenozóico e elevação, mas nenhuma correlação é observada com estas características Cenozóicas e as anomalias profundas. As anomalias não se correlacionam com mapas disponíveis de fluxo de calor superficial na Provínica Borborema, e a origem das anomalias profundas permanece enigmática. Ambient seismic noise has traditionally been considered as an unwanted perturbation in seismic data acquisition that "contaminates" the clean recording of earthquakes. Over the last decade, however, it has been demonstrated that consistent information about the subsurface structure can be extracted from cross-correlation of ambient seismic noise. In this context, the rules are reversed: the ambient seismic noise becomes the desired seismic signal, while earthquakes become the unwanted perturbation that needs to be removed. At periods lower than 30 s, the spectrum of ambient seismic noise is dominated by microseism, which originates from distant atmospheric perturbations over the oceans. The microsseism is the most continuous seismic signal and can be classified as primary – when observed in the range 10-20 s – and secondary – when observed in the range 5-10 s. The Green‘s function of the propagating medium between two receivers (seismic stations) can be reconstructed by cross-correlating seismic noise simultaneously recorded at the receivers. The reconstruction of the Green‘s function is generally proportional to the surface-wave portion of the seismic wavefield, as microsseismic energy travels mostly as surface-waves. In this work, 194 Green‘s functions obtained from stacking of one month of daily cross-correlations of ambient seismic noise recorded in the vertical component of several pairs of broadband seismic stations in Northeast Brazil are presented. The daily cross-correlations were stacked using a timefrequency, phase-weighted scheme that enhances weak coherent signals by reducing incoherent noise. The cross-correlations show that, as expected, the emerged signal is dominated by Rayleigh waves, with dispersion velocities being reliably measured for periods ranging between 5 and 20 s. Both permanent stations from a monitoring seismic network and temporary stations from past passive experiments in the region are considered, resulting in a combined network of 33 stations separated by distances between 60 and 1311 km, approximately. The Rayleigh-wave, dispersion velocity measurements are then used to develop tomographic images of group velocity variation for the Borborema Province of Northeast Brazil. The tomographic maps allow to satisfactorily map buried structural features in the region. At short periods (~5 s) the images reflect shallow crustal structure, clearly delineating intra-continental and marginal sedimentary basins, as well as portions of important shear zones traversing the Borborema Province. At longer periods (10 – 20 s) the images are sensitive to deeper structure in the upper crust, and most of the shallower anomalies fade away. Interestingly, some of them do persist. The deep anomalies do not correlate with either the location of Cenozoic volcanism and uplift - which marked the evolution of the Borborema Province in the Cenozoic - or available maps of surface heat-flow, and the origin of the deep anomalies remains enigmatic.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This thesis presents and discusses the results of the various seismic areas in the State of Pernambuco, with the aim of having a vision of regional seismicity and its causes. To the papers published in journals were added two new original works submitted to international journals, dealing with seismic areas located in the counties of São Caetano, Cupira, and Agrestina. All seismic areas mentioned in this thesis are located on the Pernambuco Lineament and its surroundings (both in branches or single faults within 40 km of it). The Pernambuco Lineament is a Neoproterozoic shear zone of continental-scale that deformed the Borborema Province, and presents as branches, shear zones with NE-SW direction. The new submitted papers are from the analysis of data collected by three local networks of stations that operated in the following areas: network SO07 (seismicity in the district of Santa Luzia - São Caetano, 2007), network BM10 (data from seismic areas of Serra Verde ( Cupira) and Barra do Chata (Agrestina), in 2010), network SO10 (seismicity near the urban center of São Caetano in 2010). These data were used for determining the hypocenters and focal mechanisms in order to discuss the relationship between the seismicity and geological features of the area. The new mechanisms obtained, as well as the previously published allowed the determination of the direction of the average stress in the region. The direction of stress in the region involving the various seismic areas, now or previously studied, is quite stable and approximate EW direction (SHmax). The correlation between seismicity and geological features is observed on the lineament and north of it. In the south (Cupira and Agrestina), in seismic areas nearby shear zones NE-SW, there is no correlation and seismogenic EW normal faults are active and its motion is compatible with regional stresses. It is probable that these active faults are more recent than the Neoproterozoic, probably of the Cretaceous period, when the last great movement of the Pernambuco Lineament occurred Nesta tese são apresentados e discutidos os resultados do estudo de diversas áreas sísmicas no Estado de Pernambuco com o objetivo de se ter uma visão regional da sismicidade e suas causas. Aos trabalhos já publicados em revistas foram acrescentados dois novos trabalhos originais, submetidos a periódicos internacionais, abordando as áreas sísmicas localizadas nos municípios de São Caetano, Cupira e Agrestina. Todas as áreas sísmicas abordadas nesta tese estão situadas sobre o Lineamento Pernambuco ou seu entorno (seja em ramificações ou falhas isoladas a menos de 40 km do mesmo). O Lineamento Pernambuco é uma zona de cisalhamento Neoproterozóica de escala continental que deformou a Província Borborema e que apresenta, como ramificações, zonas de cisalhamento com direção NE-SW. Os novos trabalhos submetidos são decorrentes da análise de dados coletados por três redes de estações que operaram nas seguintes áreas: rede SO07 (sismicidade no distrito de Santa Luzia - São Caetano, em 2007); rede BM10 (dados das áreas sísmicas de Serra Verde (Cupira) e Barra do Chata (Agrestina), em 2010); rede SO10 (sismicidade próxima ao centro urbano de São Caetano, em 2010). Esses dados foram utilizados na determinação dos hipocentros e mecanismos focais visando discutir a correlação entre a sismicidade e as principais feições geológicas da região. Os novos mecanismos obtidos, bem como os anteriormente publicados permitiram a determinação da direção do esforço médio na região. A direção dos esforços na região envolvendo as diversas áreas sísmicas, agora ou anteriormente estudadas, é bastante estável e de direção aproximada EW (SHmax). A correlação entre a sismicidade e feições geológicas é observada sobre o lineamento e ao norte do mesmo. Ao sul (Cupira e Agrestina), em áreas sísmicas próximas a zonas de cisalhamento NE-SW, não há correlação e falhas sismogênicas normais de direção EW estão ativas e seu movimento é compatível com os esforços regionais. É provável que essas falhas ativas sejam mais recentes que o Neoproterozóico, provavelmente do período Cretáceo, época do último grande movimento do Lineamento Pernambuco

This study presents new stress orientations and magnitudes from the Potiguar basin in the continental margin of Brazil. We analyzed breakout and drilled induced fractures derived from resistivity image logs run in ten oil wells. We also used direct Shmin measurements determined from hydraulic fractures and rock strength laboratory analysis. In addition, we compared these results with 19 earthquake focal mechanisms located in the crystalline basement. We observed that stress directions and magnitudes change across the basin and its basement. In the basin, the SHmax gradient of 20.0 MPa/km and the SHmax/Shmin ratio of 1.154 indicate a normal stress regime from 0.5 to 2.0 km, whereas the SHmax gradient of 24.5MPa/km and the SHmax/Shmin ratio of 1.396 indicate a strike slip stress regime from 2.5 to 4.0 km. The deeper strike-slip stress regime in the basin is similar to the regime in the basement at 1-12 km deep. This stress regime transition is consistent with an incipient tectonic inversion process in the basin. We also noted that the SHmax direction rotates from NW SE in the western part of the Potiguar basin to E W in its central and eastern part, following roughly the shoreline geometry. It indicates that local factors, as density contrast between continental and oceanic crust and sediment loading at the continental shelf influence the stress field. The concentration of fluid pressure in faults of the lowpermeability crystalline basement and its implications to establish a critically stressed fault regime in the basement is also discussed Nesse trabalho são apresentados novos dados de orientação e magnitude de tensões na Bacia Potiguar. Foram analisados fraturas induzidas e breakouts em 10 poços na bacia através da interpretação de perfis de imagem microrresistiva.. Foram também utilizados dados de fraturamento hidráulico para estimativa da magnitude da tensão horizontal mínima e análises de laboratório para estimativa da resistência à compressão não confinada em amostras de testemunho. Adicionalmente, os dados de orientação e regime de tensões obtidos em poços foram comparados aos resultados de 19 soluções de mecanismos focais publicados na literatura e localizados na borda cristalina da Bacia Potiguar. Observou-se que a direção e a magnitude de tensões variam através da bacia e do embasamento circundante. Na bacia, entre as profundidades de 0,5 a 2,0km, estimouse um gradiente de tensão horizontal máxima (SHmax) de 20,0 MPa/km, uma razão entre as tensões horizontais (SHmax/Shmin) de 1.154 e um regime de falhas normais. Por outro lado, entre as profundidade de 2,5 a 4,0 km, estimou-se um gradiente de SHmax de 24,5 MPa/km, razão entre as tensões horizontais de 1.396 e uma transição para um regime de tensões transcorrente. O regime transcorrente predomina nos mecanismos focais a profundidade de 1 a 12 km. A transição entre um regime de tensões normal para transcorrente é consistente com um processo incipiente de inversão tectônica instalado na bacia. Além disso, observou-se em ambos dados de poços e mecanismos focais, rotação na orientação de SHmax de NW-SE na porção oeste da bacia para E-W nas porções central e leste, acompanhando a geometria da linha de costa. Tais dados indicam que mecanismos locais controlam o campo de tensões, como contraste de densidade entre crosta oceânica e continental e carga sedimentar na plataforma continental. Adicionalmente, a concentração de transmissibilidade e pressão de fluidos em falhas e fraturas de baixa permeabilidade e sua contribuição para o estabelecimento de um regime de falhas em equilíbrio por fricção é também discutida