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Instituto de Investigação
em Vulcanologia e Avaliação de Riscos
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Nacionais

Vulcão do Fogo, S. Miguel

FREEROCK - FRacture Evolution and Solid-Fluid Interaction in Igneous Rocks at Atlantic Volcanic Edifices

Coordenador Científico


 

Investigador Responsável/CVARG


Resumo


O campo de tensões existente em zonas vulcânicas activas resulta da sobreposição de dois efeitos principais: enquadramento tectónico, que em termos temporais é uma acção de baixa freqência, e um campo de tensões, devido à acção simultânea de geofluídos, com flutuações de maior frequência. A sua compreensão, envolvendo variação de pressão e temperatura, associada à circulação de fluídos, que vão, simultâneamente, ter acção mecânica e química, está ainda em debate. O seu efeito directo é o desenvolvimento da fracturação nas rochas do sistema vulcânico. Como processo dinâmico, o desenvolvimento da fracturação vai simultâneamente alterar as condiçoes de circulação hidrotermal, afectar gradientes de temperatura, alterar porosidade das rochas, e ainda, alterar as suas propriedades mecânicas. É conhecido que a acção simultânea de uma tensão e de uma circulação de fluído a alta temperatura, tende a despoletar o desenvolvimento de micro-fracturas, “craks”, provocando a fragilização da rocha. Se o processo se desenrola durante muito tempo, e contínuamente ou periódicamente, a fracturação da rocha é atingida para limiares de tensão, menores do que os que a mesma rocha apresenta quando sujeita a tensões “instantâneas”. A quantificação deste fenómeno é difícil. Não só é difícil quantificar a pressão dos diferentes geo-fluídos na crusta, como, existem lacunas no comportamento hidromecânico das rochas. Assim, o processo físico e químico da interação sólido-fluído e o seu efeito no despoletar das microfissuras até à fase final de fractura macroscópica é ainda um problema em aberto. Para a sua compreensão é necessário quantificar as propriedades físicas das rochas e simular o seu comportamento em condições próximas das encontradas no terreno. Quantificar a variação das propriedades físicas da rocha em função da variação das condições exteriores: pressão, temperatura e circulação de fluídos, integrando o efeito de propriedades intrínsecas, em particular, textura, porosidade e estado inicial de fracturação. A presença de craks, a sua densidade e dimensão, a variação de pressão, a circulação de fluídos, a evolução da porosidade, são efeitos que afectam as velocidades das ondas elásticas e a sua anisotropia. (ScGu03; FoScGu07; Mi08). Vários projectos neste âmbito, à escala regional e à escala microscópica, estão em curso na UE (por ex. TRIGS- Triggering of instabilities in materials and geosystems e The Laboratory Volcano). Esforços têm sido feitos no estudo de propriedades mecânicas de basaltos de estruturas vulcânicas (Etna e Islândia) (ViTrMeBe05, BeMeViYo0808). Nos Açores e Cabo Verde a monitorização vulcânica tem estado especialmente concentrada no estudo dos fenómenos de escala local e regional. Propomos aqui um estudo laboratorial sistemático de caracterização da evolução da microestrutura de rochas magmáticas, sujeitas à acção simultânea de pressão, temperatura e interação de fluidos. Pretende-se avaliar as descontinuidades da evolução da fracturação desde o “crack” até à fractura macroscópica. Para atingir este objectivo, propõe-se um estudo laboratorial, no ISEL e no “Laboratoire de Géologie” da ENS, este último capaz de simular condições de profundidade de ~10 km, com efeito de temperatura e circulação de fluídos. Estas experiências serão planeadas de forma a simular diversas condições de aplicação de pressão (contínua, pulsante...), de variação de temperatura, de circulação de fluído corrosivo.\nAssim, será possível obter um conjunto de dados da variação das velocidades de ondas P e S, módulos elásticos e emissão acústica (EA). A monitorização da EA, produzidas no decorrer das experiências, vai permitir a localização dos hipocentros destes “micro-sismos” na rocha. A amostragem de alta frequência irá permitir definir geométrica e temporalmente a evolução das microfracturas, percursoras da fracturação macroscópica. Os resultados experimentais serão comparados com os modelos teóricos que têm vindo a ser desenvolvidos pela equipa francesa. Pretende-se poder definir o mecanismo que leva à mudança da microestrutura e das propriedades mecânicas, e simultâneamente possibilitar a previsão da evolução das propriedades da rocha. Pretende-se ainda fazer uma comparação dos resultados obtidos em laboratório, à escala centimétrica, com a observação no terreno, do tipo de fracturação e descontinuidades, do mesmo tipo de rocha, nos locais seleccionados. Os locais selecionados são duas ilhas Atlânticas, em ambientes tectónicos distintos: S. Miguel (Açores) num ambiente de “rifting” e Brava e Fogo (Cabo Verde) num ambiente de vulcanismo intraplaca. O programa EGIDE/GRICES (08-09) deu início a uma cooperação ISEL/ENS, cujo objectivo científico está relacionada com uma primeira abordagem da influência da circulação de fluidos na alteração das propriedades de rochas basálticas. O trabalho preliminar realizado em 2008 mostrou resultados encorajadores, que apontam para um alargamento desta cooperação e um incremento na capacidade tecnológica.

Equipa Científica/CVARG


Outros Investigadores


​Maria Graça Silveira, Fernando Marques, Nuno Dias, José Madeira, Delphine Fitzenz, Alexandre Schubnel, Jerome Fortin, Sergio Vinciguerra, Vincent Maury

Outras Instituições


Fundação Gaspar Frutuoso (FGF), Fundação da Faculdade de Ciências (FFC/FC/UL), Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL/IPL), Universidade de Évora (UE), Laboratoire de Géologie de l'Ecole Normale Súperieur (UMR8538), Instituto Dom Luís (IDL/UL)​

Ficha de Projecto


FREEROCK
FRacture Evolution and Solid-Fluid Interaction in Igneous Rocks at Atlantic Volcanic Edifices
Entidade financiadora: FCT
Contrato nº: PTDC/CTE-GIX/100687/2008
Investigador Responsável: Nicolau Wallenstein (CVARG) / Mário Moreira (FCUL - Projecto)
Duração: 2009 - 2012
Total: 16.461,00€ (CVARG) / 175.000,00€ (Projecto)
Data de Início

 
Data de Encerramento

 

Anexos


Unidades Científicas


Unidades Científicas Operacionais