2 Introdução Métodos Eletromagnéticos - CPGG-UFBA · aO método VLF é tipicamente feito em...
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October 10 Hédison K. Sato Métodos Eletromagnéticos MÉTODOS ELETROMAGNÉTICOS Métodos a fontes distantes VLF 2 Introdução a Em 1963, na Suécia, percebeu-se que campos VLF aplicar-se-iam na prospecção de corpos condutores. a Demonstrou-se que, na superfície na terra, `o campo magnético horizontal aumentava nos locais sobre corpos condutores, enquanto o |H z | atingia valores mínimos. `A direção do campo horizontal sofre grande mudança, em locais coincidentes com aqueles em que este campo se torna máximo. a Estes fatos são consistentes com a percepção de que uma corrente elétrica percorre a borda superior do corpo condutor. 3 Introdução a O método VLF é tipicamente feito em terra mas foram construídos para levantamentos aéreos. a Basicamente, medem a inclinação do campo magnético ou a intensidade dos componentes horizontal e vertical dos campos magnéticos. `Alguns equipamentos medem também os componentes do campo elétrico, além dos três componentes do campo magnético, de forma similar ao que se faz no método magneto- telúrico. ⌧Isto permite calcular a impedância da onda EM. a Transmissor VLF portátil `O transmissor usual pode ser desligado sem avisos. 4 Fontes VLF a As primeiras construções datam de 1910 a 1912 para comunicação a grandes distâncias. `Em 1903, Guglielmo Marchese Marconi fez a 1ª transmissão telegráfica sem, enviando do Cabo Cod (USA) para a Inglaterra, uma mensagem do então presidente americano Theodore Roosevelt, para o Rei da Inglaterra, Eduardo VII. a As fontes de ondas VLF são potentes transmissores para comunicações navais. `É útil para comunicações globais devido a baixa atenuação dentro da cavidade terra-ionosfera. `Embora pequena, possui uma penetração efetiva na água do mar, suficiente para que submarinos captem os sinais VLF.
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October 10 Hédison K. Sato
Métodos Eletromagnéticos
MÉTODOS ELETROMAGNÉTICOSMétodos a fontes distantesVLF
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Introdução
Em 1963, na Suécia, percebeu-se que campos VLF aplicar-se-iam na prospecção de corpos condutores. Demonstrou-se que, na superfície na terra,
o campo magnético horizontal aumentava nos locais sobre corpos condutores, enquanto o |Hz| atingia valores mínimos.A direção do campo horizontal sofre grande mudança, em locais coincidentes com aqueles em que este campo se torna máximo.
Estes fatos são consistentes com a percepção de que uma corrente elétrica percorre a borda superior do corpo condutor.
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Introdução
O método VLF é tipicamente feito em terra mas foram construídos para levantamentos aéreos.Basicamente, medem a inclinação do campo magnético ou a intensidade dos componentes horizontal e vertical dos campos magnéticos.
Alguns equipamentos medem também os componentes do campo elétrico, além dos três componentes do campo magnético, de forma similar ao que se faz no método magneto-telúrico.⌧Isto permite calcular a impedância da onda EM.
Transmissor VLF portátilO transmissor usual pode ser desligado sem avisos.
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Fontes VLF
As primeiras construções datam de 1910 a 1912 para comunicação a grandes distâncias.
Em 1903, Guglielmo Marchese Marconi fez a 1ª transmissão telegráfica sem, enviando do Cabo Cod (USA) para a Inglaterra, uma mensagem do então presidente americano Theodore Roosevelt, para o Rei da Inglaterra, Eduardo VII.
As fontes de ondas VLF são potentes transmissores para comunicações navais.
É útil para comunicações globais devido a baixa atenuação dentro da cavidade terra-ionosfera.Embora pequena, possui uma penetração efetiva na água do mar, suficiente para que submarinos captem os sinais VLF.
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Fontes VLF
Com λ≈15 km, antena com 200 a 300 m de altura éeletricamente muito pequena.
Em “Ondas médias”, a frequência é de 520 kHz a 1610 kHz.Isso exige a adição de um carga de topo, formada por um grande conjunto de fios estendido horizontalmente (≈106 m2), para aumentar a capacitância do conjunto, que funciona com um indutor em série.A potência irradiada é dada por
P ≈ 7 x 10-13 V2 C2 he2 f4
Para atingir potências de até 1MW, a voltagem precisa ser da ordem de centenas de kilovolts (C=0,2 μF, he=150m, e f=15kHz).
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Fontes VLF
Transmissor NLK: 24.8 kHz, 125kW, aproximadamente 2,5 km2 a área coberta pela antena
Antena Jim CreekEstação NLKPróximo a Seattle
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Transmissores VLF
Obtido do endereço http://www.abem.se/products/wadi/vlf-freq.pdf
Freq. (kHz) Siglas
Freq. (kHz) Siglas
Freq. (kHz) Siglas
15.1 FUO HWU VTI 18.6 NHB NPN NPM NAA NLK NPG NEJ 22.2 JJI 15.3 NHB NPN NPM NLK NEJ 18.7 JJI 22.3 NWC NAA NLK NPC NSS NPM 15.5 NWC NPM NAA NSS 18.9 UMB 22.6 GBR 15.6 EWB 19.0 GQD NPM NSS 22.8 NWC 15.7 NPM NSS NAK NPL NPG 19.1 JJI 22.9 JJI 16.0 GBR 19.2 VTX 23.3 JJI 16.2 UGK JAP 19.4 NHB NPN NPM NEJ NLK 23.4 NPM 16.3 VTX 19.5 3SA 24.0 NPM NBA NSS NLK 16.4 JXN 19.6 GBZ 24.8 NLK 16.6 NPM NSS NAK 19.8 NWC NPM NLK NPL NPG TBA 25.3 NAA 16.8 FTA 19.9 JJI 25.5 3SB 17.0 VTX 20.2 JJIICV 25.8 NSS NAA 17.1 UMS 20.3 JJI 26.1 NPM NLK NPG NEJ 17.4 NDT 20.5 3SA 3SB 27.0 RCV NAU 17.6 JXZ 20.8 ICV 27.5 NAU 17.8 NPM NAA NSS 21.0 3SA 27.7 3SB 17.9 UBE 21.2 JJI 28.0 DHO, 3SB 18.0 NBA NPL NPG NLK 21.4 NPM NAA NSS 28.5 NAU NPL 18.1 UPD 21.6 3SB 28.6 RAM 18.2 VTX NSS JJH 21.8 TBA 29.0 3SA 18.3 HWU 21.9 JJI 30.0 UNW 18.5 DHO NAA
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Transmissores VLF
Obtido do endereço http://www.abem.se/products/wadi/vlf-freq.pdf
Estação Localização País Estação Localização País3SA Changde China 29N04 111 E43 NEJ Seattle USA 47N41 122 W15 3SB Datong China 39N56 113 E15 NHB Kodiak Alaska 57N45 152 W30 DHO Burlage Germany 53N05 007 E37 NLK Oso Wash USA 48N12 121 W00 EWB Odessa Ukraine 46N29 030 E44 NPC Seattle USA 47N35 122 W32 FTA Assise France 48N32 002 E34 NPG S Francisco USA 38N06 122 W16 FUO Croix France 44N45 000 W48 NPL S Diego USA 32N44 117 W05 GBR Rugby UK 52N22 001 W11 NPM Pearl Harbor Hawai 21N25 158 W09 GBZ Rugby UK 52N22 001 W11 NPN Guam Guatamala 13N34 144 E50 GQD Rugby UK 52N22 001 W11 NSS Washington USA 38N59 076 W27 HWU Le Blanc France 46N37 001 E05 NWC North West Cape Australia 21S47 114 E09 ICV Tavolara Italy 40N55 009 E45 RAM Moscow Russia 55N49 037 E18 JAP Yosami Japan 34N58 137 E01 RCV Rostov Russia 47N18 039 E48 JJH Kure Japan 34N14 132 E34 TBA Antalya Turkey 36N53 030 E43 JJI Ebino Japan 32N05 131 E51 UBE Petrolovsk Russia 52N59 158 E39
JXN Helgeland Norway 66N25 013 E01 UGK Kaliningrad Russia 54N42 020 E30 JXZ Helgeland Norway 66N25 013 E01 UMB Rostov Russia 57N14 039 E48 NAA Cutler ME USA 44N39 067 W17 UMS Moscow Russia 55N49 037 E18 NAK Annapolis USA 38N59 076 W28 UNW Kaliningrad Russia 54N45 020 E30 NAU Aguada Puerto Rico 18N23 067 W11 UPD Murmansk Russia 68N58 033 E05 NBA Balboa Panama 09N04 079 W39 VTI Bombay India 19N00 073 E00 NDT Yokosukaichi Japan 34N58 137 E01 VTX Vijayanarayanam Índia 08N26 077 E44
Coordenadas Coordenadas
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Transmissores VLF
Do endereço http://www.smeter.net
25.0 kHz, PWB, potência desconhecida, em Belém (PA), da Marinha do Brasil.30.00 kHz, PWI, , potência desconhecida, em Recife (PE), da Marinha do Brasil.24.0 kHz, NAA, 1000 kW, U.S. Navy communication stationat Cutler, Maine. This stationis part of the NATO Interoperable SubmarineBroadcast System.
19.8 kHz, NWC, 1000 kW, U.S. Navy communication station Harold E. Holt atExmouth, Australia, that is operated by the Royal Australian Navy.20.0 kHz, VLF, 6 kW, VLF beacon station located nearthe South Pole in Antarctica. Operated by Stanford University. The transmittingantenna is a 7 km horizontal wire dipole 4 to 5 feet abovethe ice. It transmits one-minute duration beaconsignals at 15-minute intervals.
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Estações VLF testadas
FUX 18300 - FrançaNAA 24000 - EUAGBR 22600 - Inglaterra
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Intensidade do sinal VLF
( )
( )
( )( )
( ) ( ) ( ) . propagação e indução , icoeletrostát Termos . fase de propag. const. , ,
antena, da base na corrente a é onde
A/m
V/m
:condutora nteperfeitame e planaterra uma sobre , altura de curta, antena Uma
123
1
210000
20
3200
2120
12
12
−−−
−
−
−
=Ω≈=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+=
•
rrr
eI
eerr
ihIH
eeri
rrihIE
h
ti
tiri
tiriz
πλββπεμη
βπ
ββ
πη
ω
ωβφ
ωβ
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Intensidade do sinal VLF
( )
( )
[ ] ( )⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
1=
•
=
=
•
mV/mmV/m1mV/m db,
db Em W.em dados é onde
A/m
V/m
:elétrica corrente da lugar em potência da função Em
zz
z
z
EE
P
EHrPE
log20
5.9
0ηφ
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Intensidade do sinal VLF
Em condições reais, a modelagem teórica tem que considerar diversos fatores:
Curvatura da Terra.A presença da ionosfera e sua altitude, que varia ao longo do dia.O fenômeno passa a ter modos de propagação.A Terra e a ionosfera não são condutores perfeitos.Eficiência do transmissor em excitar o modo de mais baixa ordem.
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Transmissores VLF
Estação NAA Cutler, Maine24 kHz, 1000 kW
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Transmissores VLF
Estação NSS Anapolis, Maryland21.4 kHz, 400 kW
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Transmissores VLF
Estação NAU Porto Rico28.5 kHz, 100 kW
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Transmissores VLF
Estação GBR Rugby, England16 kHz, 750 kW
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Ruído atmosférico
RelâmpagosAmérica Central e parte central da América do SulÁfrica CentralArquipélagos do sudeste asiático.
Como a corrente é substancialmente vertical,O comportamento do campo é similar ao do VLF.A radiação de relâmpago próximos tendem a ser curtos em duração (“spike”), associados a cada uma das descargas.Em situações distantes, a radiação inclui as contribuições de diversas tempestades e tendem a ter uma distribuição Gaussiana de amplitude, se medida com um receptor de banda estreita.
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Ruído atmosférico
1kHz banda da largura V/m,1db
UT00:08 Julho,μ>
20
Ruído atmosférico
1kHz banda da largura V/m,1db
UT 00:16 Julho,μ>
21
Ruído atmosférico
1kHz banda da largura V/m,1db
UT00:20Julho,μ>
22
Ruído atmosférico
1kHz banda da largura V/m,1db
UT 00:08 Janeiro,μ>
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Ruído atmosférico
1kHz banda da largura V/m,1db
UT00:16 Janeiro,μ>
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Ruído atmosférico
1kHz banda da largura V/m,1db
UT 00:20 Janeiro,μ>
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Comportamento do campo VLF
regiões.as entre suave e
lenta ade,resistivid devariação comTerreno
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Comportamento do campo VLF
allongitudin elétrico emagnético campos dos
lexponencia Decaimento
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Comportamento do campo VLF28
Método VLF (receptor)
Marca: Iris Instruments.
O sensor, levado às costas, interliga-se a um controle das medições, visualização e armazenamento de dados.
Mede (i) inclinação do eixo maior da elipse de polarização do campo magnético e
(ii) resistividade aparente, com a medição do campo elétrico.
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campo magnéticoprimáriodique condutivo
ângulo de inclinação
linha de medição
antena de rádio
resposta VLF
traço
Levantamento
Para um bom resultado, observarO transmissor VLF escolhido (frequência) deve estar alinhado com as direções das estruturas geológicas de interesse.As medições devem ser feitas em linhas perpendiculares às estruturas geológicas.
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VLF: dique vertical enterrado
( )
encaixante da depth" skin"
indução de número encaixante da adecondutivid :
espessura. pela adecondutivid da produto dique do ltransversa acondutânci :
:Parâmetros
2
1
21
22
11
212
1
1
2
2
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
•
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
••
•
μωσ
σσμω
σ
σ
δ
tL
t
1t1
diqueσ 2σ
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VLF: dique vertical enterrado
diversas. adesresistivid de sencaixante com S, ltransversa aCondutânci
%. em --)-(- elipsidade e graus em mergulho de Ângulo111 =tσ
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VLF: dique recoberto
.elipsidade da e mergulho de ângulo do tangenteda %) (em Valoresinclinado. e verticalrecobertos Diques
33Ábaco p/ análise de dados de VLF: dique vertical enterrado
( ) ( )1212 t12
2
= σμωρδ
1L e ,encaixante da depth" skin" o é condutor, dique do topo doprof. a é h
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Efeito topográfico
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Efeito topográfico
É função da variação topográfica em relação ao “skindepth”, portanto qualquer ação depende do conhecimento da resistividade do terreno.Direção do relevo paralelo à direção de propagação
Quando o “skin depth” muito menor que a elevação, o campo magnético tende a ficar paralelo com o terreno, e, portanto, afeta o “dip-angle” em valores similares à inclinação do terreno.Quando o “skin depth” muito maior que a elevação, a anomalia tende a ser pequena.
Direção do relevo normal à direção de propagação:Não há anomalia magnética.
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Filtragem
Pela forma adotada para as medições (razão Hz/Hh), um cruzamento por zero ocorre sobre os corpos, e.g., diques verticais. Tais medidas são inadequadas para contorno.Filtro de Fraser (Fraser, 1969)
Desloca o dado de dip-angle de 90º convertendo cruzamento e inflexões em picos.Atenua longos comprimentos de onda espaciais.Não aumenta o ruído do dado.
( ) 4. por dividem não Alguns.443215,2 vvvvv −−+=
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Filtragem
obscura.pouco um
permaneceestrutura
a todo,um Como
.condutores Diversos
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Filtragem
.informação amelhoroufiltrado
dado O
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Filtragem40
Filtragem
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Aplicações
Zonas fraturadasOcorrência de argilasCavidades com ar ou águaSítios com lixo enterradoTubulações metálicas em geralDiques mineralizadosVariações da profundidade do embasamentoVariações laterais da resistividade elétrica
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Bibliografia:
El-Arabi H. S., Ismail, A. M., Tamer, E. A., 2008, On the use of gravity and magnetic anomalies for locating probable areas of metallic mineralization in Sout Sinai, Egypt. Arab J geosci, 1:137-147.Fraser, D. C., 1969, Contouring of VLF-EM data. Geophysics, 34, 958-967.Keller, G. V. e Frischknecht, F. C., 1966, Electrical methods in geophysics, Pergamon Press, New York.
43
Bibliografia:
McNeill, J. D. e Labson, V. F., 1991, Geological mapping using VLF radio fields. In: Nabighian, M. N., Electromagnetic methods in applied geophysics, V.2, Theory, p. 521-640.Telford, W. M., Geldart, L. P., Sheriff, R. E. e Keys, D. A., 1978, Applied geophysics. Cambridge Univ. Press.
