Inversão gravimétrica 2D com vínculo isostático (2D gravity inversion with isostatic constraint), Observatório Nacional
Creators: name: Bastos, B. Marcela S.
Publisher: name: figshare
Year: 2022
Subjects: subject: Geophysics
subject: FOS: Earth and related environmental sciences

description: Dissertação submetida ao programa de pós-graduação em geofísica do Observatório Nacional em Dez/2018 como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Mestre em Geofísica.<br> Master thesis submitted to the graduation program in Geophysics of National Observatory on Dec/2018 as part of the requisites for obtaining the degree of Master in Geophysics. <br> Orientador / Advisor: <sub>Vanderlei C. Oliveira Jr.</sub> <br> Resumo: Propomos um novo método de inversão gravimétrica em bacias sedimentares para estimar, simultâneamente, os relevos do topo do embasamento e da Moho ao longo de um perfil que cruza um rifte de margem passiva. Aproximamos a subsuperfı́cie por um modelo interpretativo composto de colunas adjacentes, cada uma formada por prismas verticalmente empilhados. Cada prisma que compõe uma coluna representa uma camada do modelo interpretativo. Os prismas possuem contrastes de densidade constante e conhecidos que são calculados com relação a um modelo de densidades de referência, o qual define uma distribuição de massas uniforme para a Terra Normal. Neste trabalho, a Terra Normal é composta de crosta continental e manto, sendo a interface planar que separa as duas camadas chamada Moho de referência. Calculamos ao longo do perfil do modelo um conjunto discreto de dados de distúrbio de gravidade devido as fontes gravitacionais do modelo interpretativo, em pontos coincidentes com a coordenada horizontal do centro de cada coluna de prismas que forma o modelo interpretativo. Nosso método consiste em resolver um problema inverso não-linear para estimar espessuras de prismas especı́ficos que definem as geometrias do topo do embasamento e da Moho, bem como uma espessura constante que define a profundidade máxima de nosso modelo interpretativo. Esta profundidade máxima equivale a Moho de referência. Acrescentamos informações a priori a partir de vı́nculos para diminuir a ambiguidade do problema e obtermos soluções estáveis. Impomos suavidade nos relevos do embasamento e da Moho, forçamos estes relevos a serem próximos de profundidades conhecidas ao longo do perfil e impomos suavidade na pressão litostática exercida pelo modelo interpretativo em uma dada profundidade constante, abaixo da qual não existem variações laterais de densidade. O método permite que em algumas regiões isoladas, a pressão litostática possa apresentar variações abruptas. Testes com dados sintéticos mostram boa performance do nosso método em determinar as geometrias do embasamento e Moho em regiões com pronunciado afinamento crustal, que é tı́pico de margens passivas vulcânicas. Resultados obtidos nas bacia de Campos e Pelotas, esta última considerada um exemplo clássico de margem passiva vulcânica no Sul do Brasil, concordam com uma interpretação anterior obtida independentemente a partir de seções sı́smicas 2D ultra-profundas em conjunto com modelagem gravimétrica e magnetométrica. As aplicações em dados sintéticos e reais mostram que nosso método é uma ferramenta promissora para interpretar dado gravimétrico em margens passivas vulcânicas. <br> Abstract: We propose a new gravity inversion method for jointly estimating the basement and Moho reliefs along a profile crossing a passive rifted margin. We approximate the subsurface by an interpretation model composed of adjacent columns, each one formed by vertically stacked prisms. Each prism of a column represents one layer of interpretation model. The prisms have constant and known density contrasts that are obtained from a reference density model, which defines a uniform mass distribution for Normal Earth. In this work, the Normal Earth is composed of continental crust and mantle and the planar interface that separates these layers we call reference Moho. We calculated along the profile of the model a discrete set of gravity disturbance data at points coincident with the horizontal coordinate of the center of each prisms column that forms the interpretation model. Our method consists in solving a non-linear inverse problem to estimate the thickness of specific prisms defining the basement and Moho geometries, as well as a constant thickness defining the maximum depth of our interpretation model. This maximum depth represents a planar reference Moho. To obtain stable solutions, we impose smoothness on the basement and Moho reliefs, force them to be close to previously estimated depths along the profile and also impose isostatic equilibrium. Our method imposes isostatic equilibrium by constraining the lithostatic stress exerted by the interpretation model at a given constant depth, below which there are no lateral density variations. This isostatic constraint introduces the information that the lithostatic stress is mostly smooth, except at some isolated regions, where it can present abrupt variations. At these regions, our method enables the interpretation model to deviate from the isostatic equilibrium. Tests with synthetic data show the good performance of our method in determining the basement and Moho geometries at regions with pronounced crustal thinning, which is typical of passive volcanic margins. Results obtained at the Campos and Pelotas basins, the latter considered a classical example of passive volcanic margin at the southern of Brazil, agree with a previous interpretation obtained independently by using ultra-deep seismic data, gravimetric and magnetometric modeling. The applications to synthetic and real data show that our method is a promising tool for interpreting gravity data on passive rifted margins.