Livro Tectônica e geologia estrutural

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UNIVERSIDADE PETROBRAS 
-� PETROBRAS 
UNIVERSIDADE PETROBRAS 
� PETROBRAS 
UNIVERSIDADE PETROBRAS 
-� PETROBRAS 
1' edição: abril de 2013 
Proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, sem autorização por escrito da Petróleo 
Brasileiro 5/A-Petrobras, Recursos Humanos, Universidade Petrobras. Este material foi desenvolvido para 
uso exclusivo em treinamento no Sistema Petrobras. 
PETROBRAS 
A fim de desenvolver e aprimorar o desempenho profissional do seu quadro funcional, ali­
nhando esse público à estratégia do negócio, a Petrobras tem investido intensamente em ações 
educativas. 
O curso Formação em Geofísico Jr. da Universidade Petrobras caracteriza uma dessas ações, 
e o presente material constitui a disciplina Tectônica e Geologia Estrutural, parte integrante 
do referido curso. 
Com este material, os recém-concursados para cargos de geofísico da Petrobras terão acesso 
aos conceitos e às aplicações de geotectônica e geologia estrutural relacionados à origem e 
evolução de bacias, aos sistemas petrolíferos e à geologia de reservatórios. 
Esperamos que os conceitos apresentados neste treinamento sejam revertidos em conhecimen­
to capaz de cooperar com o seu desenvolvimento profissional e de contribuir com uma atua­
ção alinhada às estratégias estabelecidas pela Companhia para a sua área. 
Bom estudo! 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Créditos 
Direitos desta edição reservados à Universidade Petrobras. 
Vedada, nos termos da lei, a reprodução total ou parcial deste livro. 
RECURSOS HUMANOS/UNIVERSIDADE PETROBRAS/ ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS E&P 
Gerente Geral da Universidade Petrobras: 
José Alberto Bucheb 
Gerente da ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS E&P- ECTEP: 
Luiz Carlos Veiga de Oliveira 
Orientador Didático do Curso de Formação de Geofísico Jr.: 
Roberto Callari 
Coordenação e apoio: 
Rosana Kunert ( RH/UP/ECTEP) 
Conteúdo: 
Henrique Zerfass ( RH/UP/ECTEP) 
Validação Técnica: 
ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS E&P- ECTEP 
Coordenação da organização da obra: em parceria com o Senac Rio. 
-
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Sutnário 
,-.... Estrutura do Manual 12 
,....,. Unidade 1 
� 
----
A Tectônica de Placas nas Geociências 16 
r" 1 . 1 . Tectônica 16 
� 1 .2. Teoria, Paradigma ou Programa de Pesquisa? 17 
,....., 
,......_ Unidade 2 
,.-
Introdução à Geodinâmica 24 """ 
2.1 . Origem da Terra 24 ..-... 
r'- 2.1 .1 . Força nuclear forte 25 
2.1 .2. Força eletromagnética 26 
2.1 .3. Força nuclear fraca 27 
2.1 .4. Força gravitacional 27 
2.2. Origem do Sistema Solar 28 
2.2.1. Planetesimais e protoplanetas 29 
..-... 2.2.2. Meteoritos 30 
2.2.3. Planetas terrestres 33 
2.3. Evolução da Litosfera terrestre 35 
,...... 2.3.1 . Desenvolvimento dos primeiros blocos crustais: 
r" composição da crosta primitiva 35 
r'- 2.3.2. Fusão fracionada 36 
2.4. Mecanismo de Diferenciação Crustal 38 
2.4.1 . Modelo félsico 38 
'"""' 
" 2.4.2. Modelo anortosítico 38 
,..... 2.4.3. Modelo basáltico 39 
,... 2.5. Rochas mais Antigas 40 
......._ 2.5. 1 . Terreno Warrawoona, Austrália (3,5 - 3,2 ga) 43 
" 
2.5.2. Greenstone belts arqueanos: bacias primitivas 44 
� PETROBRAS 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Atividade 45 
---,_ 
2.6. Tectônica de Placas e Acreção Crustal no Arqueano 47 
2.7. Ganho de Densidade: Modelos 48 
" 
2.7. 1 . Modelo de gotejamento (drip tectonics) 48 
2.7.2. Principais períodos de acreção 53 
2.8. O Mecanismo da Tectônica de Placas 55 
2.9. A Tectônica de Placas como Programa de Pesquisa 57 
Atividade 58 
Unidade 3 
'""" 
Força, Tensão e Deformação 60 
3 .1 . Força 60 
3.1 . 1 . As forças na escala geológica 64 
3.2. Tensão 65 
3.2 .1 . Tensão média 67 
3.2.2. Tensão desviante 68 ' 
3.2.3. Tensão diferencial 68 
---,_ 
3.3. Deformação 69 
3.3 . 1 . Modos de deformação 73 
Atividade 80 ' 
....... 
Unidade 4 .....,_ 
� 
Deformação Inelástica Plástica 82 ........_ 
4.1 . Estruturas Rúpteis 83 
' 
4.1 . 1 . Junta 83 
4.1 .2. Falha 84 
4.1 .3. Fratura 84 ' 
4.2. Visão Macroscópica 86 .....,_ 
4.2.1 . Ensaios de cisalhamento puro 86 
---., 
4.2.2. Teoria de Coulomb-Mohr 88 
� 
4.2.3. Refração de falha 93 
&;iW PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
4.3. Visão Microscópica 
4.3 .1 . Fraturas em bordas de cavidades 
4.4. Propagação e Ligação de Fraturas 
4.4.1 . Juntas 
4.4.2. Falhas: ensaios de cisalhamento simples 
4.4.3. Evolução de pares conjugados 
4.5. Rochas Associadas a Falhas 
4.6. Sistemas de Falhas 
4.6 .1 . Falhas distensionais 
4.6.2. Falhas compressionais 
4.6.3. Falhas direcionais 
4.7. Análise Estrutural 
4.7. 1 . Inventário de estruturas 
4.7.2. Medição das estruturas planares e lineares 
Atividade 
Unidade 5 
Deformação Viscosa 
5 .1 . Modelos de Fluxo Viscoso 
5 .1 . 1 . Modelo newtoniana 
5.1.2. Modelo não newtoniana 
5 .1 .3. Aplicação dos modelos de fluido viscoso 
5.2. Estruturas Produzidas por Deformação Viscosa 
5.2.1 . Foliação e lineações penetrativas associadas 
5.2.2. A origem da foliação 
5.2.3. Lineações minerais 
5.2.4. Dobras 
5.2.5. Clastos estirados 
5.3. Noções de Tectônica de Sal 
5.3.1 . Características dos depósitos de sal 
5.3.2. Estruturas 
Atividade 
94 
94 
99 
100 
103 
109 
1 10 
1 13 
1 14 
1 18 
121 
125 
125 
128 
130 
136 
136 
136 
138 
139 
141 
141 
142 
143 
144 
148 
151 
151 
155 
160 
� PETROBRAS 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Unidade 6 
' 
" 
Ambientes Tectônicos e Bacias Associadas 168 '""" 
6.1 . Zonas de Interação entre Placas Tectônicas 168 ....... 
6.2. Zonas Convergentes 171 
6.2.1 . Zonas acrecionárias 173 
6.2.2. Zonas colisionais 193 
6.3. Zonas Divergentes 198 
6.3 . 1 . Rifts continentais 198 
6.4. Aulacógenos 208 ---..._ 
6.5 Rifts Prato-oceânicos 210 
6.5.1 . Cadeias mesa-oceânicas 212 ' 
Atividade 214 
6.6. Zonas Transformantes 217 
......._ 
6.6.1 . Zonas transpressivas 220 
6.6.2. Zonas transtrativas 221 --..._ 
Atividade 222 
6.7. Zonas intraplacas 226 
6.7.1 . Margens passivas 226 
6.7.2. Tectônica de jangadas (raft tectonics) 231 
Atividade 232 
6.7.3. Bancos continentais 233 ...., 
6.7.4. Bacias intracratônicas 236 ---..._ 
6.7.5. Mecanismos de subsidência 239 -... 
Atividade 240 
6.7.6. Bacias oceânicas 241 
6.8. Ambientes Tectônicos e Bacias Associadas 243 ...., 
Atividade 245 ' 
(iW PETROBRAS 
......., 
,-. 
1 1 
"'"' 
Unidade 7 ,......_ 
,......_ Evolução Tectônica da Terra 248 
,.-... 
7.1 . Paleomagnetismo 248 
7.2. A Evolução Tectônica da Terra e a Geologia do Brasil 252 
,...._, 
,......., Atividade 272 
_....,_ 
,.-.. 
,...... Unidade 8 
,......_ 
,......., 
A Geologia Estrutural e a Indústria do Petróleo 274 
,......., 8.1 . Exploração 274 
8.2. Produção 275 
,...... 
,......., 
,.-.. 
,......_ 
,....._, 
Referências bibliográficas 280 
&;iW PETROBRAS 
12 
Tectônica e Geologia Estrutural 
E s t r u t u r a d o Ma n u a l 
O Manual de Tectônica e Geologia Estrutural é composto por oito unidades que contem­
plam os conteúdos do curso de Formação de Geofísico Jr. O material apresenta-se de forma 
sequenciada e integrada, a saber: 
Unidade 1- A Tectônica de Placas nas Geociências 
Competência 
• Conhecer os conceitos introdutórios sobre a Tectônica de Placas nas Geociências. 
Unidade 2- Introdução à Geodinâmica 
Competências 
• Conhecer os processos que originaram as rochas e um planeta rochoso. 
• Conhecer a formação dos primeiros blocos crustais. 
• Discutiras principais hipóteses sobre o surgimento da litosfera e dos movimentos 
das placas tectônicas . 
Unidade 3- Força, Tensão e Deformação 
Competências 
• Compreender a Geologia Estrutural como uma disciplina fundamentada na Física, 
especialmente na Mecânica Clássica. 
• Dominar os conceitos teóricos fundamentais, como tensão, deformação e 
magnitude de deformação. 
• Conhecer o fluxo de trabalho da Geologia Estrutural, atentando para as 
semelhanças e diferenças em relação à Física. 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Unidade 4 - Deformação Inelástica Plástica 
Competências 
• Reconhecer os diferentes tipos de estruturas formadas através de deformação 
inelástica plástica friccionai. 
• Compreender os processos que geram esse tipo de estrutura. 
• Compreender os mecanismos de ligação das estruturas e sua organização em 
sistemas. 
Unidade 5- Deformação Viscosa 
Competências 
• Compreender os principais modelos de fluxo viscoso. 
• Conhecer as condições na litosfera para desenvolvimento de fluxo viscoso. 
• Conhecer as principais estruturas relacionadas à deformação viscosa. 
• Ter noções de tectônica salífera, da deposição de evaporitos até as estruturas 
formadas pela deformação do sal. 
Unidade 6- Ambientes Tectônicos e Bacias Associadas 
Competências 
• Reconhecer e diferenciar os diferentes ambientes tectônicos, com base nos 
processos atuantes e nas principais estruturas formadas. 
• Conhecer os tipos de bacias formadas em cada aUlbiente tectônico e o estilo de 
sedimentação de cada uma. 
� PETROBRAS 
13 
14 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Unidade 7- Evolução Tectônica da Terra 
Competências 
• Conhecer as principais ideias sobre a evolução tectônica da Terra. 
• Associar os grandes eventos tectônicos com províncias geológicas, especialmente 
as do Brasil. 
Unidade 8- A Geologia Estrutural e a Indústria do Petróleo 
Competências 
• Contextualizar os conteúdos apresentados anteriormente na exploração e 
produção de hidrocarbonetos. 
� PETROBRAS 
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)" . UNIVERSIDADE PETROBRAS 
� PETROBIIAS 
16 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Unidade 1 
A Te c t ô n i c a d e P l a c a s 
n a s G e o c iên c i a s 
A geologia é uma Ciencia que estuda a Terra e os planetas do Sistema Solar, 
trabalhando com o raciocínio do tempo de formação e de evolução da Terra. Para 
isso, ela utiliza a física, a química, a biologia, a astronomia e áreas afins. 
A geologia tem uma metodologia muito similar à da história. Se, por exemplo, um 
historiador quiser defender uma tese sobre um determinado acontecimento do 
passado, ele pesquisará dados, evidências e registros antigos para comprová-la. 
As geologia funciona da mesma maneira: os registros do passado são as rochas, 
os fósseis; os acontecimentos são as mudanças climáticas, a ligação entre os 
continentes, a formação de cadeia de montanhas etc. 
Este curso abordará como as montanhas e os oceanos se formaram, além de 
entender a deformação das rochas como um processo físico. 
1.1. Tectônica 
À medida que os geólogos foram aumentando seu conhecimento, perceberam que os 
continentes não eram homogêneos, havendo setores muito diferentes uns dos outros em 
termos de rocha e idade. A Tectônica é o estudo de como essas partes se formaram. 
----------01 
, 
A Tectônica tem origem no termo grego tectos, que significa pedaços, em alusão à 
tarefa de "juntar" terrenos como, por exemplo, fragmentos de continentes. 
� PETROBRAS 
""'"' 
Universidade Petrobras 
A Tectônica de Placas nas Geociências 
Já as Placas são os principais pedaços que formam a crosta da Terra. Deslocam-se lateralmen­
te e podem se modificar com o passar do tempo, fragmentando-se em mais de uma. 
----------� 
Tectônica de Placas • 
É a teoria sobre a movimentação horizontal das Placas. 
1.2 . Teoria, Paradigma ou Programa de Pesquisa? 
Uma teoria científica só pode ser considerada como tal se for falseável. Quanto maior 
sua falseabilidade, ou seja, quanto mais informativa, melhor será a teoria . Dessa forma, 
não há uma distinção entre diferentes teorias, em termos de hierarquia e abrangência . 
Há teorias muito abrangentes, que tratam de todo um "universo" complexo; em contra­
partida, há teorias que explicam um simples fenômeno. 
Se uma dessas "cosmologias", ou seja, esses campos de conhecimento, forem falseadas 
em um único aspecto de muitos outros dos quais ela trata, será ela falseada e abandona­
da para sempre? 
Pensando sobre isso, um filósofo chamado Imre Lakatos definiu o conceito de programa 
de pesquisa para um complexo formado por um núcleo heurístico e um escudo protetor 
de teorias auxiliares. Dessa forma, quando algum pesquisador se depara com alguma 
descoberta que foge às suas expectativas, esta não confrontará o núcleo, e sim as teorias 
auxiliares. Serão precisos muitos pesquisadores trabalhando para criar ideias que de­
sestabilizem o escudo protetor desse núcleo, já que só dessa forma é possível derrubar 
a teoria. 
Em uma abordagem mais sociológica do problema científico, o filósofo Thomas Kuhn 
definiu o conceito de paradigma, uma teoria aceita por toda uma comunidade científica. 
Os paradigmas normamente surgem de forma revolucionária, representando a visão de 
� PETROBRAS 
1 7 
18 
Tectônica e Geologia Estrutural 
mundo num período específico da história de uma ciência. Eles não podem ser falseados 
em iniciativas individuais ou de pequenos grupos de cientistas. 
Vamos buscar na física um exemplo para o que estamos tratando. Primeiramente, surgiu 
a mecânica newtoniana, em seguida a Teoria da Relatividade e depois a mecânica quân­
tica. As três constituem formas totalmente diferentes de construir o mundo, no entanto, 
todas surgiram a partir de uma revolução, um período de troca de paradigma, e, por 
isso, causaram estremecimento e desconforto. 
A teoria da Tectônica de Placas não possui divergência, virou unanimidade a partir dos 
anos 70, e, hoje, todos concordam com ela, mas nem sempre foi dessa forma. Observe no 
esquema abaixo : 
Exem p l o : Teoria 
G e o ssinclinal 
A crosta teria movimentos 
verti ca i s, d e origem isostátic a . 
As montanha s e as bacias 
representariam fases 
d i ferentes de um cic lo de 
desc ida e subida da placa . 
Divergê n c i as 
Estab il idade 
Após o per íodo d e divergência, vem a 
estabil idade . Pesquisadores ass imilam o novo 
paradigma e passam a fazer ciência a partir de le. 
� PETROBRAS 
Paradigma 
A Tectônica d e Placas torna-se o paradigma 
geológico por excelênci a . Ninguém, a pr incípio, 
d iscorda d ela, e todos escrevem sobre e la em 
todo o mun d o . 
Universidade Petrobras 
A Tectônica de Placas nas Geociências 
A revolução científica da Tectônica de Placas foi iniciada em 1912 por Alfred Wegener. Ele 
propôs uma explicação para a dinâmica da litosfera que vinha de encontro a problemas não 
resolvidos pela Teoria Geossinclinal, a qual tomava unicamente como base o Princípio da 
Isostasia, com a litosfera fixa. 
O desenvolvimento dos continentes foi questionado. Descobriu-se que esses se movimen­
tam lateralmente, mas que ainda assim poderiam subir e descer de acordo com a massa e 
a densidade. 
Essa descoberta foi desacreditada durante muitos anos, mas ainda assim o Paradigma Ge­
ossinclinal entrou em crise, e, em 1960, a revolução proposta pelo cientista passou a ter 
maior credibilidade, quando muitos dados provaram que as coisas funcionavam da manei­
ra como ele informou. 
Um desses dados surge nos anos 20, quando se começou a perceber a semelhança de idade 
de rochas e de fósseis que habitavam alguns lugares. Nessa época, sabia-se que determina­
dos organismos terrestres nãoeram capazes de atravessar o oceano e, com essa informação, 
foi possível embasar a teoria de uma possível proximidade que já existiu entre os continen­
tes, reforçando a ideia do encaixe entre a América do Sul e a África. 
A imagem abaixo, criada em 1927, apresenta a comparação geológica entre a América do 
Sul e a África. Mais do que uma simples imagem, ela representa um hipertexto: o discurso 
sobre a Tectônica de Placas. 
� PETROBRAS 
19 
�-----------------------------------------------------------------------------------------------------
20 
Tectônica e Geologia Estrutural 
COMPARAÇÃO GEOLÓGICA 
ln�nUI 
, ....... , ..... .. 
Cretáceo e 
Eoceno 
Gondwana 
Levantamentos 
pós-triássicos 
DA AMÉRICA DO SUL E ÁFRICA DO SUL 
DU TOIT, 1927 
-
Eozoico Superior e 
Paleozoico Inferior 
Gondwânides e 
dobramentos do cabo 
Embasamento 
granítico 
Limite de Mesosaurus 
Dobramentos andinos 
Brasilides e dobramentos 
pós-Namo 
Figura 1 - comparação geológica entre a América do Sul e a África. Fonte: Du Toit (1927). 
Teoria 
Paradigma 
Programa de pesquisa 
� PETROBRAS 
É uma afirmação conceitual que pode ser falseada. 
Foi uma revolução científica que assumiu o papel de gran­
de teoria da Terra, aceita pela grande maioria da comuni­
dade de geocientistas. 
Tem um núcleo heurístico e teorias auxiliares definidos. 
Universidade Petrobras 
A Tectônica de Placas nas Geociências 
Portanto, pode-se entender a Tectônica de Placas nas geociências como sendo uma teoria, 
um paradigma e um programa de pesquisa. 
O mapa conceitual abaixo apresenta a área do conhecimento que está sendo tratada: a 
geodinâmica e seu paradigma e a Tectônica de Placas. Ambas são alimentadas por outras 
disciplinas e fornecem informações para outras áreas: 
.--------11 geologia :1-------.. .-------, r física
,.... _
t----J 
_ _:__:_ _ __, 
geologia lt-------, 
. t sedimentar I l 
, · 'r-----, � �� sedime�tologia 
1 mecânica 1 geofísi��/ geoqmm1ca 1 ,. � tectonofis1ca t I geomecânica I I est
,
ra
.
tigrafia� geoquímica 
inorgânica/ endógena 
I reologia I J geoquimica 1.-
---'---'.'-----, 
I geologia I estrutural 
ambiente 
geoquímico 
t r tensão & lf-----1 I deformação I geodinâmica 
.-----=-1----, 
T I paradigma I I estilos I � I estruturais I .__ ___ __,�1 tectônica de 
I I classificação I 
I 
I província petrolífera 
,___ ___ _,I parte I 
1 placas 
bacia 
sedimentar 
Figura 2 - mapa conceitual. Fonte: Petrobras. 
orgânica/exógena paradigma 
( 
estratigrafia de 
sequências 
geocronologia I f 
1 � geologia do '-----+1 petróleo 
I 
I origem e I evolução 
+li 
elementos e 
processos 
I 
I sistema I petrolífero I I I contido na I 
� PETROBRAS 
21 
�----------------------------------------------------------------------------------------------------
Tectônica e Geologia Estrutural 
22 
'"" PETROBRAS 
}..-.., 
L, UNIVERSIDADE PETROBRAS 
� PETROB/fAS 
24 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Unidade 2 
I n t r o d u ç ã o à G e o d i nâm i c a / 
2 . 1 . Ori gem d a Te r r a 
L 
A Terra nada mais é que o produto de um processo de formação e de evolução do Universo 
e do Sistema Solar. 
A tabela a seguir mostra os primeiros estágios de formação do Universo, levando em consi­
deração a teoria do Big Bang, com ênfase no surgimento da matéria. 
Tempo Raio (m) Temperatura (K) Eventos 
Zero Zero Infinita Estado de singularidade 
5,4 X 10-44s 1,6 X lQ-35 1Q32 Fim do período Planckiano 
1Q-43s 3 X lQ-35 1Q31 Força gravitacional 
1 Q-33 - 1Q·32 s 3 X lQ-27 - 0,1 1Q27- 1022 Fase inflacionária 
1Q·6s 300 3,3 X 1012 Estabilidade dos quarks (tipos s, d, u), p+ e n° 
10-3 s 300.000 1,4 X 1010 Estabilidade núcleos 2H 
lOs 3 X 109 4,1 X 109 Estabilidade dos e· 
lOOs 3 X 1010 1,5 X 109 Estabilidade dos núcleos 3He e 4He 
800.000 anos 6,6 X 1021 3.000 Formação dos átomos H e He 
Figura 3 - primeiros estágios de formação do universo. Fonte: Cordani (2000). 
Para compreender a geodinâmica, é importante entender as forças que atuam no Universo 
e que, consequentemente, irão atuar na Terra em qualquer escala: desde uma galáxia até o 
núcleo de um átomo. 
Em ordem de magnitude, as forças fundamentais do Universo se classificam em: nuclear for­
te, eletromagnética, nuclear fraca e gravidade. 
� PETROBRAS 
" 
.....__ 
...--... 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 . 1 . 1 . Força nuclear forte 
Essa força constrói o núcleo do átomo e mantém os átomos unidos. O átomo é composto pela 
eletrosfera e pelo núcleo, que possui partículas de cargas positivas (os prótons) e partículas 
de cargas neutras (os nêutrons) . As partículas de cargas negativas (elétrons) giram ao redor. 
Uma grande dúvida, que existiu por muito tempo, é como os núcleos dos átomos são man­
tidos estáveis se não existe atração. Se eles possuem a mesma carga, ou carga neutra, como 
não se repulsam? 
A partir desse questionamento surgiu a teoria de que o próton e o nêutron são formados cada 
um por três quarks com cargas diferentes, e o arranjo dessas cargas faz com que prótons e 
nêutrons se mantenham unidos. 
A existência de prótons que não se repulsam indica que eles são unidos em diferentes zonas, 
ou seja, as regiões de determinado próton vão se atrair com outras regiões de outro próton 
vizinho, por exemplo. 
(a) 
(e) 
o o 
o I 
Núcleos estáveis: 
forte>>> 
eletromagnética 
Núcleos rad ioativos: 
repulsão 
eletromagnética 
periférica 
Fissão n uclear 
Figura 4- força nuclear forte. Fonte: <www.theimagineershome.com/blog/irnages/Quark_struch.ue_ proton>. 
&il6l PETROBRAS 
25 
26 
Internamente, o próton não é homogêneo, pois ele tem regiões com cargas distintas, que 
são os diferentes quarks. Observe a imagem a seguir: 
Figura 5 -próton . 
Fonte: <www.vias.org/physics>. 
2 . 1 .2 . Força e letromagnética 
Os prótons se atraem ou se repelem 
de acordo com a região de contato. A 
atração de cargas iguais é chamada de 
força nuclear forte, e ela é responsável 
por manter o núcleo do átomo unido. 
Quando um átomo é muito grande e 
tem muitos prótons e nêutrons, a peri­
feria dele não é mantida coesa em fun­
ção dessa força, que tem um alcance 
pequeno. Existe uma repulsão que gera 
radioatividade em alguns elementos. 
É a força que mantém o átomo estruturado em núcleo e eletrosfera. Além disso, constrói 
as moléculas, quando a eletrosfera de um átomo interage com a eletrosfera de outro áto­
mo por meio de ligações químicas . 
Figura 6 - átomo de nitrogênio. Fonte: <http://education.jlab.org>. 
� PETROBRAS 
Observe o desenho ao lado. Ele repre­
senta um átomo de nitrogênio, com 
sete elétrons na eletrosfera. Esses elé­
trons são compartilhados com aqueles 
de outros átomos, formando molécu­
las (N2, N02 etc . ) . A grande mobilida­
de dos elétrons faz com que os átomos 
também possam ficar carregados, for­
mando íons (NH3+ etc . ) . 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 . 2 . 3 . Força nuclear fraca 
As partículas mediadoras dessa interação são os bósons (W quando possuem carga e Z 
quando neutros), que participam das interações de partículas carregadas, prótons e elé­
trons, e nêutrons, respectivamente. 
Ao contrário das demais forças, essa não se baseia em atração entre corpos ou partículas, 
mas sim na mudança de uma propriedade dos quarks, denominada de "sabor". 
No nêutron, um dos quarks muda de sabor, de d para u, o que só pode ser realizado sob 
a ação de uma força. Nesse processo, o nêutron emite um bóson W-, um elétron e- e um 
antineutrino ve. A força nuclear fraca atua no decaimento beta de isótopos radioativos;como os bósons são partículas lentas, essa interação tem um alcance muito pequeno, me­
nor do que qualquer outra força fundamental. 
2.2.4. Força gravitac ional 
Apesar de ser a força mais fraca, tem um grande alcance na escala de sistemas estelares 
e galáxias, sendo responsável por manter as porções de matéria unidas. Para entendê-la, 
tome como exemplo os buracos negros, onde a luz é incapaz de escapar por conta desse 
exagero da força gravitacional. 
O Sistema Solar depende da atuação de todas essas forças. A força nuclear forte produziu 
o núcleo dos átomos, a força eletromagnética gerou as moléculas, a força nuclear fraca 
tem importância na fusão nuclear (responsável pela energia do Sol e também pela forma­
ção dos elementos químicos mais pesados), e a força gravitacional formou os primeiros 
aglomerados de matéria, que deram origem ao Sol, aos planetas e aos demais corpos 
celestes do Sistema Solar. 
lil6i PETROBRAS 
27 
28 
Tectônica e Geologia Estrutural 
2 . 2 . Ori ge m d o S i s t e m a S o l a r 
� � .A �-� � ,J...Oih� -<k ��� 
Os átomos e as moléculas simples começaram a ocorrer de forma distribuída no Universo, 
formando núcleos com maior densidade, nos quais o hidrogênio se transformava em hélio por 
meio da fusão nuclear, constituindo as estrelas primitivas. Nessas mesmas estrelas devem ter 
surgido outros elementos químicos, dos quais o ferro era aquele com maior número atômico. 
Depois de certo tempo, essas estrelas explodiam, criando uma nova nuvem de gás e po­
eira que iria formar um novo sistema planetário, em um ciclo. A energia liberada dessa 
explosão estelar era suficiente para formar elementos químicos mais pesados, até o nú­
mero atômico do urânio Ç92) . 
Acompanhe o passo a passo para entender como o nosso Sistema Solar surgiu: 
1 º Um sistema estelar anterior explodiu e deixou uma nuvem de gás e poeira, que 
foi atraída pela força gravitacional. Toda nuvem começa a adquirir um movimen-
to circular, formando um núcleo e assumindo o formato discoide. 
y 
'-
2º À medida que diminuiu de diâmetro, a nuvem passou a adquirir uma aceleração 
maior pelo princípio da conservação do momento angular. Ela também se tornou 
mais heterogênea, ou seja, já começou a concentrar mais matéria em determina-
das regiões do que em outras. 
_._ 
3º Neste momento, os aglomerados de matéria assumem uma zona orbital diferente, 
que vai dar origem às órbitas dos planetas. Inicialmente, com a forma de um anel, 
que aos poucos vai se adensando até formar um planetesimal. A maior concentra-
ção de matéria permaneceu no centro, onde se desenvolveu o protossol. 
y 
4º Na etapa dos discos, começaram a se formar os primeiros agregados sólidos do 
Sistema Solar. As partículas de gás e poeira começaram a se unir e ficaram mais 
densas até formar uma estrutura esférica. Por terem sido formadas no vácuo, a 
forma de esfera representa a situação de equilíbrio da matéria. 
LilÃI PETROBRAS 
� 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
Observe o passo a passo representado na imagem a seguir. 
Figura 7- origem do Sistema Solar. Fonte: <http://www.uni .edu/morgans/astro/course/Notes/section4/new16.html>. 
2 .2. 1 . Planetesimais e protoplanetas 
Cada disco é formado por uma quantidade enorme de pequenas esferas, que são pedaços 
de rochas chamados de côndrulos, a rocha mais antiga existente no Sistema Solar. Esses 
côndrulos começam a se concentrar formando corpos �paiores, os planetesimais, os quais 
darão origem aos planetas. 
7 7 
Toda a matéria do discó é assimilada pela força gravitacional do planetesimal, formando 
os protoplanetas do Sistema Solar; os mesmos seguiram sofrendo modificações, ocorren­
do a evolução dos seus constituintes. 
---------0 , 
O cinturão de asteroides que existe entre a órbita de Júpiter e Marte é o que 
restou de um ou vários protoplanetas rochosos que sofreram impactos e se 
desagregaram em uma série de asteroides. 
� PETROBRAS 
29 
30 
Tectônica e Geologia Estrutural 
2.2.2. Meteoritos + _ . i" -A 7 
� -\L � ""'" '1\I)../I'I.JN. JUI� . 
Os meteoritos são os corpos rochosos mais primitivos do Sistema Solar. Sua datação por 
métodos radiométricos, utilizando elementos com meia-vida longa (ex . : U-Pb), fornece a 
idade aproximada do Sistema Solar. 
A diferente composição dos meteoritos reflete diferentes estágios de evolução; assim, é 
possível conhecer o que se estima serem as fases de planetesimal e de protoplaneta. 
Veja a seguir os tipos de meteoritos: 
A. Condrito: meteorito rochoso que se 
acredita ser fragmento dos primeiros pla­
netesimais. Sua estrutura é a de um aglo­
merado de côndrulos, primeiros aglomera­
dos de minerais que se formaram no vácuo 
e assumiram a forma esférica. 
Figura 8- condrito. Fonte: <http://spiff.rit.edu>. Os condritos, materiais mais primitivos do 
Sistema Solar, quando vistos no microscó­
pio, são compostos por minerais silicáticos, dentre outros. 
Os materiais rochosos são compostos na maior parte por sílica e oxigênio, pois o silício foi 
um dos elementos mais comuns formados nas fases iniciais do Sistema Solar, juntamente 
com oxigênio, ferro, magnésio e cálcio. Muito provavelmente, eles já estavam presentes 
na nuvem de gás e poeira primordial . 
Rochas pouco evoluídas na Terra, com composição primitiva, também são ricas nesses 
minerais. No caso dos condritos, esses minerais se organizam nas estruturas esféricas, 
que são os côndrulos. Observe-os nas figuras que se seguem: 
Figura 9. Fonte: <http://rst.gsfc. 
nasa.gov>. 
Côndrulo de olivina 
[(Mg, Fe)2Si04] 
'"" PETROBRAS 
Figura 10. Fonte: <http://www.cas.usf. 
edu>. 
Côndrulo de enstatita 
[Mg2(Si06)] 
Figura 11. Fonte: 
<h ttp:/ /rst.gsfc. nasa.gov>. 
Anortita 
(CaA12Si208) 
_ Universidade Petrobras 
B. Acondritos: meteoritos rochosos com maior grau de 
evolução. Diferentemente dos condritos, não possuem 
côndrulos. Estima-se que os acondritos sejam fragmen­
tos da crosta e do manto de um protoplaneta que existia 
na região do Cinturão de Asteroides. 
A figura 12 é uma fotografia de um acondrito, formado 
por uma massa de minerais relativamente homogênea, 
com composição semelhante aos basaltos. 
Introdução à Geodinâmica 
Figura 12. Fonte: <http://rst.gsfc.nasa. 
gov>. 
C. Palasitos: compostos por silicatos de alta temperatura, como as olivinas, e cristais de lÚ­
quel-ferro metálico, como mostrado nas figuras que se seguem. Acredita-se que os palasitos 
sejam fragmentos da transição manto-núcleo de um protoplaneta. 
IN./ 2 3 4 5 
• 
Figura 13 - palasito L Figura 14 - palasito 2. 
Fonte: <http://www.kgs.ku.edu>. Fonte: <http://v.rvvw1 .newark.ohio-state.edu>. 
D. Meteoritos metálicos: são compostos por ferro e 
níquel metálicos, em diferentes estados cristalinos. 
Dentro da teoria mais aceita, eles seriam fragmentos 
do núcleo de um planetesimal. 
Não por acaso, os meteoritos possuem diversas com­
posições. Para entender como ocorreu cada etapa do 
processo evolutivo, acompanhe a descrição abaixo. Figura 1 5 - meteoritos metálicos. 
Fonte: <http://www.kgs.ku.edu>. 
Em um primeiro momento, as nuvens e os anéis de poeira se adensaram e formaram as 
faixas orbitais do Sistema Solar primitivo, o que gerou os primeiros côndrulos, que são 
o resultado da solidificação da matéria. Os côndrulos se uniram e formaram fragmentos 
maiores que, ao se aglomerarem, constituíram um planetesimal, o qual sofreu fragmenta­
ções, devido a colisões com outros corpos rochosos que ocupavam a mesma faixa orbital. 
&;iW PETROBRAS 
31 
32 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Alguns dos planetesimais se fragmentaram na etapa inicial, no Cinturão de Asteroides, e 
os fragmentos são os condritos. O supostoprotoplaneta sofreu uma maior diferenciação, 
mas foi destruído por meio de colisões. Os fragmentos da área mais externa, onde estão os 
minerais de mais baixa temperatura, constituem os acondritos; os da área interna, de ferro e 
níquel, chamam-se siderito; e os provenientes da transição entre o manto e o núcleo metálico 
são os palasitos. 
Outra possibilidade de acreção é quando o corpo se manteve estável por um intervalo de 
tempo mais longo e começou a sofrer diferenciação, formando o manto, com a parte inferior 
mais quente, e a crosta, a casca externa. 
Por fim, a parte que sofreu maior pressão e temperatura formou o núcleo de ferro e níquel. O 
processo de diferenciação é contínuo e perdura até hoje. 
A figura 16 ilustra esse processo evolutivo. 
Planetesimal 
Fragmentação 
Acreção 
�'� 
. ._ .. /I 'e 
. , 
Crosta 
Acondrito 
// 
Núcleo 
Diferenciação 
Fragmentação Siderito 
Figura 16 - processo evolutivo. Fonte: Cordani (2000). 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2.2.3. Planetas terrestres 
Os protoplanetas que resistiram à fase de intensa colisão deram origem aos planetas e 
satélites do tipo terrestre, como são hoje conhecidos. 
A crosta é a camada mais delgada e externa da Terra, com espessuras que variam de 20 km a 
100 km. Sua composição química é rica em silício e alumínio (o que é denominado de "SIAL"). 
O manto superior é completamente sólido, rico em silício e magnésio ("SIMA"), e, em 
conjunto com a crosta, forma a litosfera. 
-----------� 
Litosfera • 
É o ambiente da Tectônica de Placas. A porção inferior do manto é também cha­
mada de astenosfera, e está num estado semifundido. O núcleo externo é líquido, 
e o núcleo interno é sólido. Sua composição é de ferro e níquel. 
Figura 17- estrutura interna da Terra. Fonte: Press et ai. (2006) . 
� PETROBRAS 
33 
34 
O interior da Terra pode ser subdividido com base em dois critérios diferentes: 
1 . do ponto de vista químico/composicional: crosta, manto e núcleo; 
2. do ponto de vista reológico: litosfera, astenosfera e núcleo . 
.......---------� 
• 
Crosta: parte sólida composta por rochas mais leves, menos densas e formadas 
em temperaturas mais baixas. � 
.. ,\\J,.,\.� � 
Manto: parte rochosa superior e semifundida,\nterior, formada por minerais 
,.....____ _ 
ferromagnesianos mais densos e com pontos de fusão mais altos. 
Núcleo: possui a parte interna sólida e a parte externa líquida, composta por 
ferro e níquel. 
Litosfera: crosta e manto superior sólido. 
Astenosfera: o manto i:q.ferior semifundido. 
&iW PETROBRAS 
_ Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 . 3 . E volução d a L i t o s f e r a Te r r e s tre 
A formação d a litosfera terrestre foi iniciada a partir d a evolução d e rochas que hoje 
existem no fundo dos oceanos, os basaltos. Estes começaram a espessar e formaram os 
primeiros blocos litosféricos. 
A teoria mais aceita sobre o início da formação da litosfera da Terra diz que, há cerca de 
4,5 bilhões de anos, o material mais quente da astenosfera começou a se solidificar e ge­
rou a litosfera primitiva. 
-----------' 
Atenção! • 
A litosfera primitiva não é a mesma presente hoje, já que ela é capaz de se reei­
dar inúmeras vezes. Hoje, a crosta oceânica preservada mais antiga de que se 
tem notícia tem cerca de 150 milhões de anos . 
Em regiões onde havia fluxo maior de calor se formaram alguns platôs oceânicos basálti­
cos, os quais representariam os primeiros blocos de crosta formados, nesse caso, do tipo 
oceânico. Isso não significa que nesse estágio já existia água líquida, e, portanto, os oce­
anos; no entanto, em algum momento daquele estágio inicial, os oceanos se formaram a 
partir da precipitação do vapor d 'água presente em abundância na atmosfera. 
2.3.1 . Desenvolvimento dos primeiros blocos crustais: composição 
da crosta primitiva J)u. �1 
Não existe nenhum resquício da primeira crosta. No entanto, para tentar entender o que 
ocorreu antes, é possível fazer algumas deduções a partir de alguns resquícios preserva­
dos na natureza. 
O primeiro deles é a existência de rochas muito antigas, que datam de quatro bilhões de 
anos. O segundo é obtido por meio da Lua, um corpo do tipo terrestre que parou em um 
estágio muito inicial da evolução de um planeta. 
� PETROBRAS 
35 
36 
Tectônica e Geologia Estrutural 
------------' 
Atenção! • 
Estima-se que a idade aproximada da Terra seja de quatro bilhões e meio de 
anos; no entanto, ainda não foram encontradas rochas com essa idade. 
2.3.2. Fusão fracionada 
Tenta-se entender como a litosfera evolui de uma rocha mais primitiva, como os peridoti­
tos do manto superior e os basaltos dos primeiros platôs oceânicos, para uma crosta con­
tinental composta especialmente de granitoides. A teoria que hoje se conhece sobre isso 
é a diferenciação crustal, cujo processo físico-químico é nomeado de fusão fracionada. 
Observe a figura 18: 
MagmaTypes 
Andesite (andesite/dlorite) 
Granitic (granite/rhyolite) 
Biotite Mica 
100% Calei um 
Plagioclase 
100% Sodlum 
Plagioclase 
Potassium Feldspar 
Muscovite Mica 
Quartz 
Figura 18- principais silicatos formadores de rochas e sua temperatura de cristalização. 
Fonte: <http://imnh.isu.edu/digitalatlas/geo/basics/diagrams.htm>. 
Li161 PETROBRAS 
1.200°( 
_ Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
A cerca de 1.200°C não existe mineral cristalizado no magma, mas, conforme a tempera­
tura diminui, os minerais iniciam a cristalização. 
À esquerda da figura está a série de Bowen descontínua, que inicia com a olivina, um 
pouco abaixo de 1.200°C, terminando com o quartzo, abaixo de 600°C. Como tendência 
geral, das temperaturas mais altas para as mais baixas, há uma diminuição nos teores de 
magnésio e ferro, e um aumento de potássio e dos teores relativos em sílica. À direita, a 
série continua, representada pela solução sólida dos plagioclásios, desde 100% cálcicos 
(anortita) até 100% sódicos (albita) . 
Em situações em que uma fase de mais alta temperatura cristaliza (por exemplo, olivina e 
anortita), e o magma restante sai do sistema, teria sido formada uma rocha rica em olivi­
na e anortita (um tipo de rocha ultrabásica). O magma remanescente seria empobrecido 
nos elementos que foram utilizados pela olivina e pela anortita em sua estrutura cristali­
na, como magnésio, ferro e cálcio. Dessa forma, o magma restante teria uma composição 
química diferente do magma original. 
Uma vez estabelecido o ciclo das rochas, o mecanismo atuante é no caminho contrário, 
chamado de fusão fracionada . 
.....----------' 
Atenção! • 
Em qualquer processo de fusão de rocha, a fusão é parcial, e a porcentagem 
será diretamente proporcional à temperatura e à pressão de H20. O magma 
produzido por fusão parcial terá uma composição química diferente da rocha 
original e, quando cristalizar, produzirá uma rocha ígnea de outro tipo. 
A atuação desses mecanismos produz a diferenciação magmática, muito importante na 
formação dos primeiros blocos litosféricos, e responsável pela diversidade das rochas 
ígneas. 
� PETROBRAS 
37 
38 
L 
Tectônica e Geologia Estrutural 
2.4 . Mecanismos de Diferenciação Crustal 
O modelo félsico é uma das hipóteses que tenta explicar a formação da Terra. De acordo 
com ela, logo no início houve um processo muito rápido de diferenciação, gerando rochas 
félsicas, como o granito. É importante saber que as primeiras placas eram graníticas. 
Ao levarmos em consideração essa hipótese, é preciso admitir um processo muito rápido 
e intenso de diferenciação magmática nos estágios iniciais de formação da crosta. 
O granito é uma das rochasmais evoluída e mais rica em minerais de mais baixa 
temperatura, como feldspatos potássicos, plagioclásios sádicos, biotita, quartzo. 
2 .4 .2 Modelo anortosítico o � i�� 7 
O modelo anortosítico defende que a primeira crosta terrestre se formou de forma seme­
lhante à Lua, ou seja, havia um mar de magma na Terra (não existia a crosta ainda) e, nes­
se mar, os plagioclásios, que formam os anortositos, por serem mais leves que o magma 
como um todo (o magma primitivo), teriam flutuado e gerado urna crosta anortosítica. 
O anortosito é basicamente composto por plagioclásio cálcico (anortita), e repre­
senta as rochas mais comuns na Lua, ao menos nos níveis crustais mais rasos . O 
anostosito é uma rocha rara na Terra, e só ocorre de forma subordinada, inclusive 
nos terrenos arqueanos . 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 .4. 3 . Modelo basáltico rth kú. J e � .... � r 
O modelo basáltico é a hipótese mais provável. Como há muito basalto entre as rochas 
mais antigas, ela se tornou a mais aceita. O mar de magma teria se solidificado e formado 
o basalto, a principal rocha da crosta oceânica. 
----------0 , 
Até hoje, devido ao calor da astenosfera, a fusão parcial do manto peridotítico 
produz basaltos nas cadeias oceânicas. 
Imagina-se que a primeira crosta basáltica se formou a partir desse mar de magma. Essa 
crosta seria muito parecida com a crosta oceânica atual, porém mais espessa, pois se esti­
ma a temperatura do manto no Arqueano em cerca de 200°C maior do que a atual, o que 
produziria um volume muito grande de magma. 
Os basaltos apresentam uma composição ferro-magnesiana-cálcica, porém com teo­
res de magnésio diminuídos em relação às rochas mais primitivas, como os perido­
titos do manto. Em relação a essas últimas, os basaltos possuem um enriquecimento 
relativo em sílica, sendo, portanto, produto de diferenciação magmática . 
� PETROBRAS 
39 
40 
Tectônica e Geologia Estrutural 
2 . 5 . Rochas m a i s Anti g a s 
� � o$) 1'""í Gh? 
Uma vez apresentadas as hipóteses que explicam a formação da crosta terrestre, agora 
será mostrada uma síntese do conhecimento sobre as rochas mais antigas . 
------------' 
Atenção! • 
As rochas mais antigas preservadas são parte de crosta continental, portanto, 
de formação secundária. 
D Major Archean Cratons 
� Rocks � 3.5 Ga 
- Ladoga 
Enderbyland 
Figura 19 - principais crátons (núcleos de continentes antigos) arqueanos e seus núcleos mais antigos. Fonte: 
Condie ( 1997). 
Os registros mais antigos são de minerais resistatos, os zircões, que foram erodidos de 
uma rocha mais antiga e depois depositados, passando a fazer parte da composição mi­
neralógica de um arenito da Austrália. São zircões de 3,5 a 4,3 bilhões de anos. Ou seja, 
suas idades mais antigas são muito próximas do que se estima para a formação da Terra. 
A rocha mais antiga chama-se gnaisse Acasta e localiza-se no Canadá. Sua ocorrência é 
pontual, como um fragmento preservado em um terreno mais jovem. 
LilÃI PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
Uma rocha um pouco mais nova, e também muito importante, são os gnaisses Itsaq, que 
hoje estão incorporados à Groenlândia. O terreno Itsaq, como um bloco maior e mais co­
eso, é considerado o mais antigo, e é possível que seja um dos mais antigos continentes. 
Uma das associações de rochas que o constitui chama-se TTG (tonalitos-trondhjemitos­
-granodioritos ) . 
....---------� 
TTG • 
A suíte TTG é considerada a primeira associação litológica continental que evo­
luiu a partir dos basaltos e formou os primeiros núcleos continentais. 
Todos os núcleos antigos, que devem ter sido os continentes primitivos, ou têm TTGs na 
composição ou são em parte compostos de TTGs. Dessa forma, estima-se que os platôs 
basálticos da crosta oceânica primitiva sofreram uma nova evolução, um novo processo 
de diferenciação crustal que produziu TTGs. Os blocos assim formados, mais leves (com 
minerais menos densos), flutuaram no manto e geraram os primeiros continentes. 
Acompanhe a seguir uma sequência cronológica de formação das primeiras associações 
litológicas: 
1 º zircões detríticos de 3,5-4,3 Ga nos quartzitos Mt. arrier (3,0 Ga), Austrália. 
2º gnaisses A casta, Canadá, de 4,0 Ga 
Composição: 
• tonalitos (plutônicos); 
• anfibolitos (basaltos e gabros 
metamorfizados); 
• rochas ultramáficas; 
• quartzitos, xistos, calco-silicatadas 
( metassedimen tos); 
• granitos (3,6 Ga) . 
� PETROBRAS 
41 
42 
Tectônica e Geologia Estrutural 
3º Complexo Gnáissico ltsaq, 
Groenlândia (3,9-2,8 Ga), composto 
por três terrenos que colidiram a 
2,7 Ga. 
Composição: 
• TTG (tonalitos-trondhjemitos­
granodioritos); 
• gnaisses granodioríticos; 
• tonalitos, trondhjemitos e 
granodioritos (TTG); 
• rochas arqueanas mais comuns; 
• ígneas plutônicas silícicas com baixo 
teor de K20. 
Observe na figura que se segue um diagrama de classificação de rochas ígneas plutônicas, 
com base nos minerais quartzo, feldspato potássico e plagioclásio recalculados a 100%. 
Está destacado em vermelho o campo dos tonalitos e granodioritos. 
Quartzo 
feldspato alcalino 
sienito 
A 
Figura 20 - diagrama de classificação 
de rochas ígneas plutônicas. 
Fonte: Petrobras. 
LiM;i PETROBRAS 
Q 
Granodiorito 
Monzonito 
Monzonito 
com feldspatoide 
50 
Feldspatoide 
monzodiorito/ 
monzogabro 
Feldspatoidolito 
F 
Quartzomonzodiorito 
Quartzomonzogabro 
Quartzodiorito 
Quartzogabro 
Quartzoanortosito 
p 
Feldspatoide - Diorito 
gabro/anortosito 
com feldspatoide 
Monzodiorito com feldspatoide 
Monzogabro com feldspatoide 
Feldspatoide diorito 
Feldspatoide gabro 
Classificação de 
rochas plutônicas, 
Le Maitre, 1 989. 
" 
....., 
--. 
------
""' 
-----
------
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinârnica 
A imagem 21 mostra o resultado 
de um teste de fusão parcial ex­
perimental de basalto, gerando 
rochas com a composição indica­
da, a qual é muito semelhante à 
dos TTGs naturais. 
Isso reforça a hipótese de que foi 
a partir da crosta primitiva oceâ­
nica basáltica que se formaram os 
primeiros TTGs, que estão pre­
sentes nos primeiros fragmentos 
dos continentes primitivos. 
An An 
Figura 21 - teste de fusão parcial experimental de basalto. 
Fonte: Foley, 2009. 
2.5. 1 . Terreno Warrawoona, Austrália (3 ,5 -3 ,2 ga). 
O r 
Apresenta outro tipo-de associação de rochas que são muito importantes no Arqueano, 
os Greenstone belts. 
------1/-------� 
Greenstone belts • 
São os registros de bacias sedimentares típicas do Arqueno, compostas por ro­
chas vulcânicas submarinas e sílex. Possuem formações ferríferas bandadas que 
são as mais importantes fontes de minério de ferro. 
Considera-se que os ambientes de formação dos Greenstone belts tenham sido platôs 
oceânicos, arcos oceânicos e bacias rasas sobre continentes primitivos, corno rifts. 
Em urna dessas associações de rochas foi encontrado o estrornatolito mais antigo. Todos 
os estrornatolitos são produtos de atividade de cianobactérias; portanto, por meio deles é 
possível conhecer os primeiros registros da vida no planeta. 
� PETROBRAS 
43 
44 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Os processos geradores das formações ferríferas bandadas são o vulcanismo submarino e 
a sedimentação química (precipitação de elementos químicos na água). 
Observação 
• A precipitação química de sílica na água produz sílex. 
• A precipitação química de ferro na água produz as formações ferríferas ban­
dadas. 
2 . 5.2. Greenstonef';,belts ��,queanos : -tb_�cias primitivas 
e t"- � kuM iJtM :..Ji- �� Á<M � � 
Nafigura 22, veremos a sucessão vertical de dois Greenstone belts, Barberton, na África do 
Sul, e Pilbara, na Austrália. É possível vermos a associação de rochas vulcânicas (basaltos, ko­
matiitos e outras de composição intermediária e ácida), sílex e sedimentos vulcanoclásticos. 
o . . 
� 
• 
[2ÇJ 
Figura 22 - Greenstone belts. Fonte: Condie (1997). 
Os komatiitos nos Greenstone belts são rochas vulcânicas importantes, com composição 
primitiva, basicamente só de olivina, mineral de mais alta temperatura. São rochas típicas 
do Arqueano, quando a litosfera era muito primitiva, e são produzidas por taxas mais 
elevadas e fusão parcial do manto litosférico. Essas rochas têm uma textura chamada de 
spininfex, produzida por feixes de olivina alinhados. 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
O sílex é composto de sílica pura precipitada quimicamente na água. As bactérias podem 
ajudar nesse processo; de fato, nessas rochas encontram-se algumas estruturas que se 
atribuem a bactérias. 
�----------------------�_, 
Agora é a sua vez de praticar 
Para realizar esta atividade, você precisará de uma dupla. Após encontrá-la, vo­
cês receberão alguns itens: 
• uma rocha ígnea de um tipo existente no arqueano; 
• um meteorito; 
• uma lâmina delgada. 
Já no laboratório e com os itens em mãos, comece observando a rocha e conclua: 
1. É possível observar cristais? 
2. Os cristais apresentam granulação grossa (>lmm) ou fina? 
3. Os cristais mais grossos se tocam ou estão separados por uma matriz fina? 
4. Quantas espécies minerais você estima estarem presentes, numa primeira 
aproximação? 
� PETROBRAS 
--------------------
45 
46 
Tectônica e Geologia Estrutural 
�----------------------�� 
Agora é a sua vez de praticar 
Agora passe para a lâmina e confirme suas respostas anteriores. Em seguida, 
analise a amostra de meteorito: 
1. Os meteoritos apresentam granulação grossa (>lmm) ou fina? 
2. Que tipo de meteorito você tem em mãos? 
Por fim, aponte semelhanças e diferenças entre as rochas e os meteoritos 
estudados. 
lilÃI PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 . 6 . Te ctôni c a d e Pl a c a s e A c r e ç ã o C ru s t a l no 
A rque ano f-é' -t� (/M ;� �;:M n� �li 'M Y,'A� ! 
Quando se trata sobre a Tectônica de Placas no Arqueano, é importante buscar evidências 
nas rochas. A geologia trabalha com rochas antigas, como formações ferríferas bandadas, 
tonalitos, TTGs e granitos. Essas rochas têm aproximadamente de 3,8 a 2,5 bilhões de 
anos. Algumas delas são formadas pelo processo de subducção, isto é, o mergulho de 
uma placa sob a outra . 
......-----------� 
Como o processo de subducção ocorre? • 
Uma porção de crosta mais densa mergulha no manto, e, dessa forma, interage 
com a crosta não mergulhante, chamada de obductante. Caracteriza-se assim 
uma margem convergente de placas, como um arco oceânico ou continental. 
No entanto, ao se transpor o processo para o Arqueano, surge um problema: estima-se 
que o manto tenha sido cerca de 200°C mais quente que nos dias atuais, o que deve ter 
produzido uma primeira crosta basáltica mais espessa e, portanto, mais flutuante sobre o 
manto, o que inibiria o processo de subducção. 
Um conceito importante é a espessura de insuficiência de densidade, a qual pode ser 
expressa pela fórmula abaixo: 
EID = f [(Qm - Q)/Qm]/õz { 
Onde: 
Qm = densidade do manto 
Q = densidade local 
z = coordenada de profundidade 
� PETROBRAS 
47 
48 
2 . 7 Ganho de Densidade: Modelos 
Agora veja algumas hipóteses de como o primeiro aprofundamento - o primeiro ganho 
de densidade - foi gerado a partir de uma crosta mais espessa. 
2 . 7 . 1 . Modelo de gotejamento (drip tectonics) 
Essa hipótese defende a ideia de que a base da crosta atinge a zona de estabilidade do 
eglogito, torna-se densa e afunda no manto. 
Observe esse processo na figura 23: 
3520 Ma 
deep water 
, ... 
250 km 
, , 
"" "" , 
3480 Ma 
uplift - 2 km 
11' ===::> extension 
felsic volcanics shallow water basalt 
Depleted mantle 
r pot = 1 600°C 
Figura 23 - modelo de gotejamento. Fonte: v. Hunen et ai. (2008). 
� PETROBRAS 
o 
. 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
Já a Figura 24 ilustra que, devido ao fato de a primeira litosfera ser bem espessa, ter alta 
flutuabilidade e ser heterogênea, na base dela se formaram rochas diferentes das que se 
encontram no topo. Enquanto este se tornou mais basáltico, a base permaneceu com mais 
eclogito, que são rochas desenvolvidas em altas pressões. 
Oceanic Crust 
Stretching 
Figura 24- modelo de gotejamento 2. Fonte: v . Hunen e t ai. (2008). 
Por ser muito denso e fundir mais facilmente, o eclogito desceu e fundiu parcialmente o 
manto litosférico, e isso gerou um "puxão", que pode ter sido o disparador da subducção. 
O eclogito funde mais do que o resto da placa e é mais denso, e, ao afundar, perde-se na 
astenosfera, tornando a crosta mais fina, e essa, por sua vez, pode também afundar por 
perder flutuabilidade. 
Outro modelo proposto é o da "reologia de sanduíche" (sandwich rheology) . De acordo 
com o modelo, há um comportamento reológico independente da crosta e do manto, 
devido à estratificação da crosta mais espessa do Arqueano. A crosta inferior teria um 
comportamento mais fluido do que o manto superior. 
Essa interface reológica entre crÔ'sta e manto teria favorecido a subducção deste, que é 
mais denso do que aquela. 
"Subl ithosphere" 
Figura 25 - sandwich rheology. Fonte: v. Hunen et al. (2008). 
� PETROBRAS 
49 
50 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Pelos dados que hoje se tem, é possível afirmar que, em algum momento do Arqueano, ini­
ciou-se a Tectônica de Placas, isto é, as placas continentais oceânicas compostas por basaltos 
mergulharam sob as outras produzindo arcos vulcânicos. 
Ao longo do processo, houve uma diferenciação, novas associações de rochas foram produzi­
das nos arcos vulcânicos, e os basaltos dos arcos e dos platôs oceânicos sofreram uma parcial 
diferenciação para TTG, podendo virar o núcleo de um continente. 
Observe a figura 26: 
a. MAGMATIC OVER- ANO UNDERPLATING 
Rift or 
Flood Basalts 
� 
Mantle 
Plume 
Continent Are 
b. TERRANE COLLISIONS 
Accreted 
Oceanic Crus! 
Are 
A diferenciação dos terrenos no 
interior dos jovens continentes 
também foi promovida quando 
houve instalação de pl umas 
mantélicas, que resultaram em 
magmatismo intracontinental, 
além da fusão da base da crosta 
e do manto superior. O proces­
so de subducção oceano-con­
tinente também criou os arcos 
continentais. 
Submarine 
Plateau Continent Terrane 
1 --"' ��?____ll.....��(.L__� �_/.,L_,.� ���-�--� '-"" ,_:::-, 11 11 ' '� � � 
c:::::J 
Figura 26 - processos de subducção. Fonte: Condie (1997). 
Com o inicio dos processos de 
subducção, formaram-se arcos 
oceânicos e, com o fechamento 
de oceanos, alguns arcos foram 
acrescidos aos continentes. 
Para que se tenha uma ideia da importância das zonas de subducção, a cada milhão de 
anos, 64 a 96 km3 de rocha fundida por quilômetro de zona de subducção é incorporada à 
litosfera, com base nos processos atuais. E cerca de 3 km3 por ano de sedimentos e crosta 
oceânica são incorporados ao manto superior globalmente. Conforme novas rochas vão 
sendo geradas, a litosfera torna-se cada vez mais complexa. Além disso, a acreção nas 
margens continentais é crítica para manter o volume de erosta continental. 
1iW PETROBRAS 
. 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
.....----------' 
Atenção! • 
Toda a Tectônica de Placas se iniciou com zonas de subducção. Nelas, os se­
dimentos e aprópria crosta foram incorporados ao manto novamente, sendo 
assim reciclados. 
Para entender as primeiras fases da Tectônica de Placas, é preciso acompanhar o mode­
lo evolutivo da Província Superior, no Canadá. A idade dessa Província (2,7 bilhões de 
anos) indica que essa já não é a primeira crosta que se formou; no entanto, esse é um dos 
mais antigos registros da formação de um protocontinente. 
O modelo desenvolvido pelos geólogos que estudaram aquela área, para a formação de 
toda a região, está diretamente relacionado à formação dos primeiros blocos litosféricos, 
dos primeiros continentes, onde havia uma crosta oceânica. 
Entende-se que, em algum momento, a crosta mais fina perdeu flutuabilidade e mergu­
lhou sob um platô oceânico, que tem maior flutuabilidade, pois é mais espesso. Então se 
instalou o processo de subducção dessa crosta oceânica normal sob o platô, gerando-se 
um arco oceânico. A diferenciação magmática pela fusão parcial dos basaltos de platô e 
arco produziu TTGs, os núcleos do protocontinente formado. Próximo à zona de subduc­
ção, houve o cavalgamento de fragmentos da crosta oceânica subductada, juntamente 
com sedimentos da fossa sobre a placa subductante, dando início a um prisma de acreção. 
Veja a imagem seguinte - figura 27. Ela apresenta um perfil de um centro de espalha­
mento oceânico até uma zona de subducção. Na zona onde há o espalhamento do fundo 
oceânico, existem rochas como basalto, gabro, pillow lavas (lavas que solidificam embaixo 
d'água), chert (precipitação de sílica) e sedimentos erodidos dos continentes. 
� PETROBRAS 
51 
52 
Fault Zone 
(mélange) 
MOR 
Pil lows 
Gabbro 
Seaftoor 
I 
Bedded chert 
<1 00m 
I 
Siliceous 
Mudstone 
With minor 
lnterbedded 
Chert 
c.S0-100 m 
1 Trench flll 
I 
Turbiditic 
Sandstone 
Up to 1 00's m 
Figura 27 - centro de espalhamento oceânico até uma zona de subducção. Fonte: Cawood et ai. (2009). 
Essa associação de rochas ocorre em Greens tone belts. Estes podem ser interpretados 
como: 
• bacias oceânicas primitivas, que foram incorporadas aos continentes quando houve o 
fechamento dos oceanos; 
• bacias distensionais no interior dos protocontinentes e no interior de associações 
depositadas sobre platôs oceânicos incorporados aos continentes. 
� PETROBRAS 
r. 
2 . 7 . 2 . Principais períodos de acreção 
12 
..... c: Q) u 
Qj g a. 
Q) 
E 
::::l 
g 
4 
2.7 Ga 
4.0 3.0 
Fyfe 
2.0 
Age (Ga) 
Figura 28 - principais períodos de acreção. Fonte: Cawood et nl. (2009). 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
1 00 
r""l c: 
3 
c: 
ClJ ,..... 
:;::· fi) 
< 
2. c: 
50 3 ro 
r""l o ::::l ,..... fi) ::::l ,..... 
-
� o .._ 
o 
1 .0 o 
As datações radiométricas permitiram observar a existência de ciclos de acreção conti­
nental, mostrados na figura 28. O primeiro pico, ocorrido entre 3,0 e 2,5 Ga, corresponde 
à formação dos protocontinentes. Outro pico encontra-se em torno de 1,8 Ga, marcando 
a formação do primeiro supercontinente, Columbia. Esse ciclo orogênico é chamado na 
América do Sul de Transamazônico. 
Um outro período importante de acreção ocorreu no Paleozoico, e está relacionado com 
a última fase de geração de supercontinentes, Gonduana e Euramérica, culminando com 
o Pangea. 
� PETROBRAS 
53 
54 
Tectônica e Geologia Estrutural 
O fluxograma a seguir faz um resumo de todos os processos tratados até o momento. 
FORMAÇÃO DA CROSTA TERRESTRE 
Crosta continental Crosta oceânica 
Erosão, transporte e deposição 
Estiramento crustal 
Erosão, transporte e deposição 
Rifts 
intracontinentais 
Bacias intracratônicas e 
de margem passiva 
Espalhamento do 
fundo oceânico 
Sistemas acrecionários 
Ofiolitos 
comprovados 
Figura 29 - fluxograma. Fonte: Petrobras. 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 . 8 . O M e c an i s m o d a Te ctôni c a de Pl a c a s 
Observe a imagem a seguir para entender o mecanismo d a Tectônica de Placas: 
(a) 
Convection moves hot 
water from the bottom 
to the top . . . 
. . . warms, and 
rises again . 
Figura 30 - mecanismo da Tectônica de Placas. Fonte: Press et al . (2003). 
. . . causing plates 
to form and 
Where plates 
converge, a cooled 
plate is dragged 
under the 
neighboring 
plate . . . 
. . . sinks, warms, 
and rises again. 
1. Correntes de convecção, ou seja, existe uma fonte de calor que esquenta a água 
embaixo. Como a água quente é menos densa, ela sobe. 
2 . A água quente esfria ao entrar em contato com o ar, e desce novamente. Por isso, 
formam-se as células de convecção. 
3. A água é aquecida e sobe novamente. 
4. A matéria quente do manto astenosférico se eleva. 
5 . Formam-se placas oceânicas, que divergem. 
6. Onde as placas convergem, uma placa mais fria é arrastada sob a placa vizinha. 
7. O material que desce se aquece e sobe novamente. 
É necessário, porém, levantar algumas questões, como o que se refere ao descenso da 
placa subductante, que nunca foi constatado. Com os dados de sísmica profunda dispo­
níveis atualmente, a placa subductante não é consumida em um mergulho na astenosfe­
ra. Fragmentos dela são detectados logo abaixo da litosfera. Dessa forma, além de não 
haver a simetria necessária ao modelo de convecção, esses fragmentos de crosta oceânica 
interferem no fluxo de calor da astenosfera para a litosfera abaixo dos continentes . 
� PETROBRAS 
55 
56 
Tectônica e Geologia Estrutural 
O modelo do qual estamos falando é a base para o Ciclo de Wilson . 
.----------� 
Mas o que é o Ciclo de Wilson? • 
O geólogo Thuzo Wilson, um dos grandes teóricos da Tectônica de Placas, con­
siderou que as interações entre as placas tectônicas são cíclicas. Quando um 
continente se rompe, é formado um oceano no meio, e, com o passar do tem­
po, toda a crosta oceânica formada é consumida numa zona de subducção até 
que dois continentes colidam novamente. O supercontinente formado sofre um 
novo processo de ruptura, repetindo o ciclo. 
Existe uma zona de calor anormal que sobe e provoca a fusão parcial do manto litosféri­
co. Uma parte do magma produzido é incorporada à litosfera, na cadeia mesa-oceânica, 
criando uma crosta oceânica. Por incorporar esse material, a nova crosta oceânica cresce e 
se movimenta como em uma esteira rolante. Quando se torna mais densa, principalmente 
devido ao seu esfriamento, ela mergulha sob um continente ou outra crosta oceânica. 
Ao mergulhar, a placa hidratada baixa o ponto de fusão na base da litosfera, produzindo 
o magmatismo. 
Também existem casos de subducção de crosta oceânica sob outra crosta oceânica, geran­
do arcos de ilhas. 
O consumo total de crosta oceânica leva a uma colisão continental e a produção de super­
continentes. Um continente é muito vasto internamente, e também pode se fragmentar. É 
possível a existência de uma zona de calor, uma pluma astenosférica que afina e derrete a 
crosta no interior do continente. Futuramente, isso produzirá outra zona de espalhamen­
to oceânico, e as placas irão se separar. 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Introdução à Geodinâmica 
2 . 9 . A Tectônica de Placas corno Programa de 
Pesquisa 
A Tectônica de Placas é o grande paradigma da geologia, e agora ela será apresentada 
detalhadamente como programa de pesquisa. 
O núcleo heurístico da Tectônica de Placas seria a Deriva Continental e o Ciclo de Wil­
son. As teorias auxiliares explicam aspectos mais particulares e formam o escudo pro­
tetor: essas teorias podem ser falseadas, e, somente após seu falseamento, o núcleo heu­
rístico se fragilizaria e poderia ser atingido, criando o terreno propício para um novoprograma de pesquisa se fundamentar. 
A TECTÔNICA DE PLACAS COMO UM PROGRAMA DE PESQUISA 
I Acreção continental I 
Modelos de ângulo Origem e Espalhamento do 
de subducção evolução dos fundo oceânico 
- continentes --
Evolução das Movimento 
margens ativas � ------- das placas 
NÚCLEO HEURÍSTICO 
Modelos 
Formação de 
Deriva Continental reológicos da ri Subsidência � estruturas no Tensão (Wegener) interior das intraplaca litosfera 
placas 
Ciclo de Wilson 
Campo de � � Formação de platôs 
tensões nas oceânicos e ruptura 
� 
placas dos continentes 
� 
Modelos de ridge Mecanismo de Plumas 
push e slab pull ruptura dos astenosféricas 
continentes 
Modelos de 
rifteamento 
Figura 31 - mapa conceitual: a Tectônica de Placas como programa de pesquisa. Fonte: Petrobras. 
� PETROBRAS 
57 
58 
Tectônica e Geologia Estrutural 
�----------------------�� 
Agora é a sua vez de praticar 
Antes de finalizar a Unidade, algumas questões precisam ser pontuadas: 
1 . Você saberia explicar como funciona o processo de normalização para o 
condrito e para quê ele é utilizado? E ainda, qual a razão da utilização do 
condrito? Para auxiliar, faça uma pesquisa na web . 
Reflita: 
• Se, por hipótese, pudéssemos identificar inequivocamente o mais antigo 
registro geológico da Tectônica de Placas, como ele deveria ser? Quais as 
rochas que encontraríamos? Quais os processos formadores dessas rochas? 
• Agora se imagine procurando indícios dos primeiros continentes . Quais as 
rochas que você deveria rastrear? E suas respectivas idades? Com o auxílio 
de uma pesquisa na web, aponte algumas áreas do Planeta em que essas 
rochas ocorrem. 
Li161 PETROBRAS 
UNIVERSIDADE PETROBRAS 
-� PETROB/fAS 
I � 
60 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Unidade 3 
F o r ç a , Te n s ã o e D e f o r m a ç ã o 
Esta Unidade irá detalhar como a deformação das rochas é gerada no interior das pla­
cas . Trata-se de conceitos oriundos da mecânica, os quais serão aplicados às rochas. O 
objetivo é entender a história da deformação dentro do contexto da Tectônica de Placas, 
conhecendo também o objeto não deformado. Dessa forma, a geologia utilizará os co­
nhecimentos da mecânica clássica, aplicando-os à mecânica da rocha. 
Para a indústria do petróleo, ter em mãos um modelo consistente de uma bacia sedimen­
tar antes de sua deformação significa reconstruir todo o cenário de formação das rochas 
geradoras, do reservatório, dos selos e das trapas estratigráficas. 
· 3 . 1 . Força 
Para entender a deformação de uma rocha, é necessário revisitar historicamente o con­
ceito de força. 
Na Antiguidade, a força, nas 
_
cosmologias dos antigos gregos, não tinha um papel pre­
'ponderante. A mecânica, ciência que e'studa o movimento e sua origem, é marcada a 
partir dos escritos de Aristóteles\ e, para este filósofo, o movimento era fundamental no 
universo. Ainda não se falava em força. 
Aristóteles chamou a transformação e a deformação de corrupção da matéria, a qual 
teria sido produzida pelo movimento . 
1 Aristóteles, filósofo grego (384-322 a.C.). 
� PETROBRAS 
Universidade Petrobras 
Força, Tensão e Deformação 
A ideia de força só começou a se consolidar, posteriormente, a partir da tentativa de se 
entender o universo. O modelo geocêntrico, do astrônomo Ptolomeu2, desenvolveu um 
modelo mecânico do Sistema Solar a partir das ideias de Aristóteles, mas ainda não exis­
tia o conceito de força, já que não eram as forças que mantinham as órbitas dos planetas 
e do Sol ao redor da Terra. 
Esse modelo mecânico só se referia ao movimento de esferas dentro de esferas. Ambos 
- Aristóteles e Ptolomeu - consideravam o universo como uma esfera perfeita, e, em 
seu centro, encontrava-se a Terra. Cada corpo celeste estava preso a uma esfera de um 
material ideal que não deformava e que girava dentro das outras sem nenhum atrito. O 
funcionamento de todo esse sistema era baseado a priori no movimento. 
No século XVI, a teoria heliocêntrica foi lançada por Nicolau Copérnico3, e, apesar de 
não desafiar o geocentrismo, sua teoria impulsionou o surgimento de outros pensamen­
tos, como os do Kepler4, o qual dedicou seus estudos ao heliocentrismo, tentando provar 
que o Sol ficava no centro do Sistema Solar. 
O primeiro modelo criado por ele tinha uma geometria esférica. Ele inseriu diferentes 
corpos isótropos (esfera, tetraedro, cubo, octaedro etc.) uns dentro dos outros sucessi­
vamente, mantendo o Sol no centro. Cada planeta ocupava uma órbita que, por sua vez, 
estava inscrita em cada um desses corpos. 
Kepler escolheu a geometria isótropa porque considerava que esses sólidos eram perfei­
tos por possuírem dimensões iguais em todos os lados. 
No entanto, Kepler ainda não era capaz de descrever matematicamente os movimentos 
dos planetas em seu sistema esférico, e, a partir disso, percebeu que um sistema elíptico 
poderia solucionar o impasse em que se encontrava. Ele propôs um novo modelo geo­
métrico, o modelo da elipse, que era coerente com os dados referentes às medidas dos 
movimentos dos corpos celestes. Nesse modelo, o Sol ficava em um dos focos da elipse, 
e cada órbita planetária era, portanto, uma órbita elíptica. 
Observando seus experimentos, Kepler verificou que existia uma relação entre o período 
e a área varrida pelo arco com vértice no Sol. A distância percorrida pelo planeta num 
dado período era maior quando este estava mais próximo do Sol. Quando estava mais 
afastado, essa distância era menor. 
' Cláudio Ptolomeu, astrônomo, matemático, físico e geógrafo greco-egípcio (90 d .C.-168 d.C.). 
3 Nicolau Copérnico, astrônomo polonês (1473-1543). 
4 Johannes Kepler, astrônomo alemão (1571-1630). 
(il6l PETROBRAS 
61 
62 
Tectônica e Geologia Estrutural 
Kepler constatou também que a área permanecia constante para o mesmo período, mes­
mo em regiões orbitais diferentes. A partir disso, fundou um primeiro pilar, afirmando 
que existia uma ordem na mecânica do Sistema Solar, a qual era representada por uma 
relação geométrica antes desconhecida. 
O outro pilar foi fundeado por Galileo Galilei5, com o estudo do movimento de objetos 
na Terra. Ele fez os primeiros ensaios com queda livre e observou a existência de uma 
relação entre a velocidade final de queda e o tempo de queda. O cientista lançou bases 
para calcular a aceleração da gravidade como uma constante: os corpos, independente 
da sua massa, caíam sempre com a mesma aceleração. Existia algo que os "puxava para 
baixo" sempre com a mesma intensidade. 
A partir das descobertas de Galileo e Kepler, Isaac Newton6 deu início aos estudos da 
Mecânica Clássica, incluindo, então, o conceito de força. Sua pesquisa foi apresentada no 
trabalho Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, e foi a partir de sua obra que surge o 
conceito de força. 
O pesquisador apoiou-se na relação geométrica de Kepler, aperfeiçoando-a e chegando 
à conclusão de que a atração entre a Terra, ou outros planetas, em relação ao Sol varia 
inversamente ao quadrado da distância. Isso foi representado pela fórmula: 
F= G (ml.m2)/ r2 
Onde: 
F = força de atração 
Ml/M2 = massa 
r = distância entre os centros de massa 
G = constante gravitacional 
Mas qual é a definição de força para Newton? 
----------� 
• 
A força foi descrita pelo cientista como a força inata à matéria (vis ínsita). É o poder 
de resistir, por meio do qual todo o corpo, estando em um determinado estado, é ca­
paz de mantê-lo, estando ele em repouso ou em movimento uniforme em linha reta. 
5 Galileu Galilei, físico, matemático e astrônomo italiano (1564-1642). 
6 Isaac Newton, cientista, químico, físico, mecânico e matemático inglês (1643-1727). 
Ci161 PETROBRAS 
UniversidadePetrobras 
Força, Tensão e Deformação 
Já a aceleração pode ser definida por: 
I I A mudança de movimento que é proporcional à força motora imprimida, e é 
produzida na direção da linha reta na qual aquela força é impressa11 .7 
Observa-se o fato de a força ser vetorial e produzir movimento a partir do repouso, ou alterar 
o movimento em magnitude ou orientação. 
A figura 32 ilustra a propriedade vetorial de uma força. Um corpo, que está na posição A, tem 
uma dada tendência a se movimentar para a posição B. Uma segunda força interfere no seu 
movimento, impelindo-o ao ponto C. O deslocamento resultante foi de A para D. 
A 
D 
Figura 32 - propriedade vetorial de uma força. Fonte: Newton (1686). 
L inha de tempo - consol idação do conceito de força. 
I I I I I 
Aristóteles Ptolomeu Copémico Kepler Galileu 
"Corrupção da Modelo Modelo Modelo Lança bases 
matéria" geocêntrico heliocêntrico heliocêntrico- para os 
!dei as sobre elíptico estudos da 
movimento gravidade 
Ideia de força ainda não consolidada. 
Constru ção do conceito de força . 
_______ _, 
7 NEWTON, Isaac. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Obra publicada em 1687. 
I 
Newton 
Mecânica 
clássica 
ldeias sobre 
força 
Consolidação da 
ideia de força. 
� PETROBRAS 
63 
�--------------------�--------------------------------------
64 
Tectônica e Geologia Estrutural 
3 . 1 . 1 . As forças na escala geológica -r-.... _1 � e' � � � "VV\41Kv . 
A força que produz a deformação das rochas vem do fluxo de calor que movimenta as 
placas. Por sua vez, o calor do interior da Terra é produzido pela liberação da energia do 
núcleo dos átomos de elementos de grande massa durante a fissão nuclear, o que é uma 
manifestação da força nuclear forte. 
O modelo mais aceito atualmente para explicar o movimento das placas é uma analogia 
com o processo de transferência de calor em um fluido com uma fonte térmica embaixo, 
produzindo correntes de convecção. A figura 33 ilustra essa analogia. 
(a) 
Convection moves hot 
water from the bottom 
to the top . . . 
. . . causing plates 
to form and 
Where plates 
converge, a cooled 
plate is dragged 
under the 
neighboring 
plate . . . 
. . . sinks, warms, 
and rises again. 
Figura 33 - processo de transferência de calor em um fluido - analogia com o movimento das placas. Fonte: Press et nl. (2003). 
Como a aceleração das placas é constante, no entanto, como a sua aceleração é irrisória, não 
se pode falar de uma força relacionada somente com alterações na inércia das placas. Por si 
só, o movimento delas não produz força alguma. O que irá produzir força é o atrito entre elas. 
As diferentes interações entre as placas produzem atrito entre os blocos litosféricos. 
Figura 34 - sólido em contato com outro corpo sóli­
do. Fonte: <http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/ 
atrito/origem/>. 
� PETROBRAS 
Ao observar um corpo sólido em contato com um 
outro corpo sólido em uma escala microscópica 
(figura 34), percebe-se que esse corpo, no caso uma 
rocha, tem rugosidades e, ao se movime.ptar em re­
lação ao outro, começa a haver pequenas colisões, 
dando resistência ao movimento. Numa escala 
ainda maior, observa-se que o fenômeno é origina­
do da atração eletromagnética entre as moléculas 
da cada corpo. Isso gera atrito, ou seja, uma força 
que imprime uma aceleração negativa, a qual, pos­
teriormente, é transmitida desde a escala de uma 
placa tectônica até a escala microscópica. 
Universidade Petrobras 
Força, Tensão e Deformação 
3 . 2 . Ten s ã o 
O conceito de tensão é fundamental para a geologia estrutural. Para entendê-lo, imagine 
uma força atuando sobre uma massa rochosa como um campo tridimensional . A tensão 
seria o vetor que descreve a magnitude e a direção da força aplicada sobre um plano, real 
ou imaginário, da massa tridimensional. 
------------� 
• 
A tensão é, portanto, a força aplicada perpendicularmente sobre uma superfí­
cie, e sua magnitude é a força distribuída sobre a área do plano. 
T = F/A 
Sua unidade no sistema MKS é o pascal, sendo 1 Pa = IN/1m2• 
Figura 35 - vetor aplicado sobre um plano. 
Fonte: Price & Cosgrove (1990). 
O vetor aplicado sobre um plano qualquer 
pode ser decomposto em um vetor normal 
perpendicular ao plano e a um vetor cisa­
lhante, paralelo ao plano, como pode ser ob­
servado na figura 36 . 
A imagem 35, a seguir, abarca a decompo­
sição da força no espaço tridimensional. O 
cubo representará o corpo rochoso, e será fei­
ta uma análise das tensões sobre um corpo 
tridimensional. 
&;iW PETROBRAS 
65 
66 
Tectônica e Geologia Estrutural 
a. 
'-----
c. 
Figura 36 - decomposição da força em espaço 
tridimensional. Fonte: Petrobras. 
b. 
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a . A força que incide sobre uma face do cubo 
tem uma orienta ção qualquer (a) . 
b . Ela é então decomposta em dois vetores de 
tensão, um normal, outros dois paralelos e 
outro cisalhante (b). 
c . São atribuídos coeficientes a cada u m dos 
vetores, conforme o eixo em que eles estão. 
O paralelo ao x3 vem a ser a33' o paralelo ao 
x1 vem a ser a11, e o paralelo ao x2, a22• Os 
vetores cisalhantes apresentam o primeiro 
coeficiente referente ao plano em que estã o 
contid os e, o segundo, referente ao eixo ao 
qual são paralelos (caso c). 
Na matriz formada de nove elementos, dos seis vetores cisalhantes, três são anulados. 
Isso se deve ao fato de que os dois vetores paralelos ao mesmo eixo - com o segundo 
coeficiente igual - são opostos, resultando em um único vetor no sentido daquele com 
maior magnitude. Passa-se então a uma matriz de seis elementos: três vetores de tensão 
normais e três cisalhantes. Por convenção, as tensões normais são simbolizadas por a, e 
as cisalhantes, por 'L . 
O espaço tridimensional foi orientado de forma que o eixo x1 esteja paralelo ao vetor for­
ça. O cubo de referência manterá então os três vetores normais, mas os cisalhantes serão 
nulos. Os vetores normais são então denominados de a1, a2 e ay na ordem da maior para 
a menor magnitude. 
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Universidade Petrobras 
Força, Tensão e Deformação 
O significado físico é que, no sistema tridimensional de tensões, haverá um plano ao 
qual será aplicada a maior magnitude de tensão, perpendicular a a1 • Da mesma forma, 
outro plano ortogonal sofrerá a menor tensão possível no sistema, o qual será perpen­
dicular a a3• Um terceiro plano, perpendicular aos outros dois, estará sob uma tensão 
com um valor intermediário, sendo então perpendicular a a2• 
A seguir, apresenta-se uma outra representação, o elipsoide de tensão, cujos eixos são 
Traction space 
· I 
Figura 37- elipsoide de tensão. Fonte: Pollard & Fletcher (2005). 
/ 
3 .2.1 . Tensão média 
Com os eixos de tensão já caracterizados, é possível avançar com outras conceituações. 
Agora será visto uma forma de obter a tensão média. Para obtê-la, usa-se a fórmula: 
� PETROBRAS 
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Tectônica e Geologia Estrutural 
3 .2 .2 . Tensão desviante 
A tensão desviante (a0) descreve a anisotropia do sistema, ou seja, o quanto cada vetor de 
tensão principal se afasta da tensão média. Dessa forma, a tensão desviante é definida como: 
A deformação de uma rocha está condicionada à existência de uma tensão desviante. Em 
contrapartida, se esta for nula em todos os eixos, o campo de tensão será isótropo - ou 
hidrostático - e ocorrerá apenas mudança de volume da rocha. 
3 .2 .3 . Tensão diferencial 
A tensão diferencial é um conceito que se correlaciona com o de tensão desviante, con­
sistindo na diferença entre o maior e o menor vetor de tensão: