Métodos Geofisicos Experimentais

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Apostila para a disciplina de Mtodos Geofsicos Experimentais Curso de Graduao em Engenharia e Explorao de Petrleo.

VOL. I - FUNDAMENTOS DE AQUISIO DE DADOS GEOFSICOS, GPS, MAGNETOMETRIA, ELETRO-RESISTIVIDADE.

Prof. Marco Antnio Rodrigues de Ceia

Maca abril de 2011

Introduo Geofsica Experimental

CENTRO DE CINCIA E TECNOLOGIA-CCT LABORATRIO DE ENGENHARIA E EXPLORAO DE PETRLEO-LENEP

Apostila de Mtodos Geofsicos Experimentais

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Sumrio

Introduo 3 Fundamentos de Aquisio de dados Geofsicos 4 Posicionamento 11 Sistema de Posicionamento Global 20 Magnetometria 32 Eletro-resistividade 47

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1-Introduo

A Geofsica uma das atividades de investigao da sub-superfcie que tem por finalidade produzir imagens baseadas no mapeamento de certas propriedades fsicas na superfcie, cujos valores refletem a influncia das propriedades fsicas caractersticas de cada camada ou estrutura em sub-superfcie.

Na explorao de recursos naturais, as imagens obtidas pelos Mtodos Geofsicos possibilitam a identificao, a delimitao e a quantificao de jazidas ou reservas naturais. Estes mtodos tambm so empregados no monitoramento de reservatrios de petrleo durante ao longo do tempo de produo, no mapeamento de plumas de contaminao, na localizao de objetos enterrados e muitas outras aplicaes.

O objetivo deste trabalho proporcionar aos alunos da disciplina de Mtodos Geofsicos Experimentais um texto que sumariza os conceitos abordados nas disciplinas pr-requisito (Mtodos Geofsicos I, II e III), porm com enfoque mais prtico, de modo a auxili-los na execuo das tarefas pertinentes a disciplina. Desta forma so abordados, os mtodos geofsicos como: Magnetometria e Eletro-resistividade, as tcnicas de campo, os equipamentos e noes de controle de qualidade, processamento e interpretao de dados geofsicos. Alm disso, noes de posicionamento das estaes utilizando o sistema de posicionamento global, tambm so abordadas.

Recomenda-se aos alunos a leitura dos textos de referncias para um conhecimento mais aprofundado dos temas aqui abordados.

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2-Fundamentos de Aquisio de dados Geofsicos

Nos levantamentos geofsicos as medies so efetuadas em pontos na superfcie do terreno. Estes pontos de medidas so usualmente chamados de estaes (Fig. 1). Um conjunto de estaes alinhados numa mesma direo chamado perfil ou linha de medida (Fig. 2). Um conjunto de perfis ou um agrupamento de estaes que cubram uma determinada rea chamado de malha (ou grid), conforme pode ser observado na Fig. 3.

Planejamento das Estaes

O planejamento da localizao das estaes de medidas deve obedecer alguns critrios:

1. A orientao geralmente transversal a direo do alinhamento das estruturas (strike) a serem observadas. Isto feito tendo como base informaes pr-existentes (mapas geolgicos, levantamentos geofsicos anteriores, topografia, etc.).

2. O espaamento entre as estaes deve ser tal que se consiga observar as descontinuidades ou estruturas isoladas (e de interesse) na sub-superfcie.

3. Acessibilidade. As estaes devem ser colocadas em lugares em que possvel o acesso.

4. As estaes de ser colocadas longe de fontes de rudo.

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99999999

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Figura 1 Estao de Medida Figura 2 Perfil geofsico

Figura 3 Malha

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A Fig. 4 ilustra um exemplo de posicionamento de estaes em sentido transversal ao strike.

Figura 4 - exemplo de posicionamento de estaes em sentido transversal ao strike geolgico.

Quanto maior o nmero de estaes, mais detalhada ser a imagem da sub-superfcie, entretanto mais demorado ser o levantamento de dados (trabalho de campo). Como pode ser observado na Fig. 5, se este parmetro no for bem estimado, determinadas estruturas podem no ser percebidas durante o levantamento.

Figura 5 Ilustrao da influncia da escolha do nmero de estaes no detalhamento das estruturas em sub-superfcie.

Deve-se lembrar que em alguns casos o ponto de medida exatamente onde esto situados os instrumentos de medio, como no caso da magnetometria, em outros, o ponto de medida situa-se a meio caminho entre os instrumentos de medio, que o caso da reflexo ssmica, onde o ponto de medida situa-se equidistantemente entre a fonte (transmissor) e o geofone (receptor), como mostrado na Figura 6.

L1

L2

L3

** * ** * ** *

** * ** * ** *

** * ** * ** *

L1

L2

L3

** * ** * ** *

** * ** * ** *

** * ** * ** *

Strike

* * * **

o o o oo

Distncia

Pro

fundi

dade

Pro

fundi

dade

Distncia

Obs

ervad

o

Obs

ervad

o

6

Figura 6 Ilustrao da posio do ponto de medida. Na figura da esquerda o ponto situa-se exatamente onde est o instrumento de medio (magnetometria) enquanto que na figura a direita o ponto situa-se equidistantemente entre a fonte (transmissor) e o geofone (receptor) (reflexo ssmica).

Profundidade de Investigao

Depende das propriedades fsicas das estruturas em sub-superfcie, das caractersticas do mtodo e do tipo de equipamento utilizado (Ex. potncia da fonte, sensibilidade do receptor, etc.).

Etapas da Prospeco Geofsica

99999999

* *

Estudos Geofsicos Preliminares

Planejamento

Aquisio de Dados

Processamento de Dados

Interpretao de Dados

Caracterizao Geolgico-Geofsica do Alvo Propriedades fsicas dos materiais Razo Sinal-Rudo Condies Operacionais

Preparao da rea e estratgia de medio

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Rudos

Consideram-se rudos sinais indesejveis que se somam ao sinal medido e que podem resultar em interpretaes errneas dos dados adquiridos. Os rudos podem ser classificados da seguinte forma:

Instrumentais: Devidos a erros nos instrumentos. Ex. rudos eltricos, eletrnicos, partes mecnicas descalibradas, etc.

Operacionais: Erros na observao das leituras. No cumprimento de exigncias do mtodo. Frequentes em regies de topografia acidentada ou vegetao densa.

Terreno: Contribuio de heterogeneidades do subsolo sem importncia para a campanha (rudos geolgicos e topogrficos).

Parasitrios: Produzidos por ventos, campos naturais e obras humanas (rudos culturais ou humanos).

Uma medida pode ser descrita como uma funo do sinal (S) e do rudo (R). Quanto maior a razo S/R, melhor a qualidade dos dados. Uma razo S/R baixa pode impossibilitar a aplicao dos mtodos Geofsicos, pois as medidas se mostraro como um amlgama de efeitos indistinguveis (Luiz & Silva, 1995).

Durante os levantamentos de campo, deve-se tomar cuidado para minimizar estes rudos. Esta tarefa comea j na escolha do equipamento mais adequado, o qual deve ter o mnimo de rudo eletrnico possvel. Instrumentos com partes mecnicas tm que estar calibrados. Deve-se observar as exigncias operacionais do mtodo utilizado, com ateno na leitura dos dados. Fontes de rudos parasitrios devem ser evitadas, tanto quanto possvel. Um exemplo afastar-se de linhas de transmisso, no caso dos mtodos eletromagnticos.

Sinais

Na maior parte dos levantamentos geofsicos, os sensores registram a propriedade fsica correspondente ao mtodo utilizado e fornece com sada um sinal eltrico, correspondente a medida efetuada. Muitas vezes a quantidade de medidas de campo muito grande e as operaes com as mesmas so complexas, sendo necessrio, para realizar estas operaes de modo efetivo, rpido e econmico, a utilizao de computadores digitais. As medidas registradas analogicamente devem, portanto, ser convertidas em sinal digital, numa operao chamada DISCRETIZAO ou DIGITALIZAO (Fig. 7). As principais caractersticas de um sistema de digitalizao so: a preciso de amostragem (faixa dinmica) e a freqncia de amostragem. A faixa dinmica (dynamic range) uma expresso da razo entre a maior amplitude e a menor amplitude mensurveis (Kearey et al., 2009). A frequncia de amostragem (sampling frequency) o nmero de pontos de amostragem por unidade de tempo ou de distncia. O inverso da freqncia de amostragem chama-se intervalo de amostragem.

Pode-se reconstruir digitalmente um sinal analgico, sem perda de informao, desde que a freqncia de amostragem seja muito maior que a freqncia mais alta da funo amostrada. Entretanto se houverem freqncias acima da freqncia de Nyquist no

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sinal amostrado, isto resultar numa sria forma de distoro chamada de falseamento (aliasing).

tf N 21 Onde: fN =Freqncia de Nyquist; t =Intervalo de Amostragem.

Figura 7 Ilustrao do processo de digitalizao ou discretizao de um sinal analgico. Modificado de Luiz & Silva, 1995.

Exibio de Dados Geofsicos

Os dados geofsicos podem ser exibidos de diversas maneiras. Por exemplo, dados relativos a uma nica estao podem ser exibidos como curvas da propriedade fsica medida ao longo do tempo ou da freqncia. Geralmente, este tipo de grfico est associado a: verificao da qualidade do sinal ou anlise de variaes em profundidade da propriedade estudada. Variaes laterais das propriedades fsicas podem ser analisadas atravs da plotagem das informaes de diferentes estaes ao longo de um perfil. Outra forma de exibio consiste em utilizar mapas de contorno de curvas de iso-valores, obtidas atravs dos dados das estaes. Este tipo de exibio conveniente para se obter a delimitao 2D das variaes da propriedade fsica estudada. Por ltimo, a visualizao 3D, possibilita a exata delimitao 3D das variaes da propriedade fsica estudada, sendo extremamente til para a quantificao de jazidas ou reservas.

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Figura 8 Painel Esquerdo Perfis gravimtricos exibidos individualmente e em mapas de iso-valores. Painel Direito - Mapa de contorno obtido a partir da interpolao dos dados dos perfis.

Em relao aos mapas de contorno, estes podem ser exibidos em diversas escalas de cores (Fig. 9). O objetivo das escalas de cores sempre facilitar a interpretao dos dados associando a variao da propriedade fsica estudada ao contaste entre as cores de uma determinada escala.

50

5050 50

50

50

50

50

50

50 40

40

40

40

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30

40 40

40

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50

5050 50

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40

40

40 40

30

40 40

40

30

Perfil 1

0

10

2030

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12Distncia (m)

g (m

Gal

)

Perfil 0

0

10

2030

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50

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0 2 4 6 8 10 12Distncia (m)

g (m

Gal

)

Perfil

Dist

nci

a (m

)

Figura 9 Painel Esquerdo: Mapa de contorno em escala de cinza. Painel Direito: Mapa de contorno em escala de cores (rainbow)

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Operaes de Campo

As operaes de campo, por vezes, constituem-se em atividades perigosas e com condies insalubres, podendo ocorrer em locais inspitos ou de ocupao humana sub-regular. Convm-se atentar para as normas de segurana pertinentes a cada metodologia, bem como a utilizao de equipamentos de proteo individual (EPI), como: botas, camisas de manga comprida, calas compridas, culos de proteo (principalmente em locais com vegetao densa), culos de sol (locais abertos com forte exposio solar), perneiras, repelentes e capacetes. Recomenda-se estar com os esquemas de vacinao atualizados, em especial contra: febre amarela, ttano e difteria.

Em relao forma de levantamento de dados, estes podem ser terrestres (com deslocamentos a p ou por veculos), martimos ou areos. Alguns destes mtodos podem ser empregados em poos, numa operao denominada de Perfilagem de Poos (tambm chamada de Geofsica de Poo).

IMPORTANTE: Nas atividades de campo da disciplina de Mtodos Geofsicos Experimentais, recomenda-se a utilizao de calas compridas, bons, botas ou tnis fechados e a aplicao de protetor solar.

Mtodos Geofsicos

Os principais mtodos geofsicos podem ser classificados nas seguintes reas:

Mtodos Ssmicos: Refrao, Reflexo, VSP, etc. Mtodos Potenciais: Gravimetria, Magnetometria e Radiometria. Mtodos Eltricos e Eletromagnticos: Geo-radar (GPR), LOTEM,

Magnetotelrico.

Nesta apostila sero abordados alguns dos mtodos geofsicos referentes aos experimentos a serem realizados durante as aulas.

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3-Posicionamento

A relevncia do posicionamento das estaes de medida pode ser entendida pela frase abaixo:

A melhor e mais acurada medida geofsica no serve para nada se no se souber aonde ela foi realizada

O conhecimento da localizao precisa das estaes parte crucial das operaes de campo, uma vez que auxiliam na integrao dos dados de diversas estaes e/ou perfis, resultando numa interpretao mais acurada das estruturas em sub-superfcie. Tambm essencial na locao de poos, na delimitao e na quantificao de jazidas ou reservatrios. As estaes de medida costumam ser plotadas em mapas (Fig. 10), desta forma a utilizao de um sistema de coordenadas se faz necessrio. O exemplo da Fig. 10 utiliza um sistema local de coordenadas, a partir de um determinado ponto de referncia. Na prtica costuma-se utilizar as coordenadas do ponto em latitude e longitude, ou outros sistemas de coordenadas de aceitao internacional.

Figura 10 Exemplo de mapa de localizao de estaes de medidas.

O sistema de coordenadas geogrficas, onde as latitudes e longitudes so expressas em graus, minutos e segundos, tem como base, a representao da Terra como uma esfera (Fig. 11).

10

20

30

** * ** * ** *

** * ** * ** *

** * ** * ** *

00 10050

10

20

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10

20

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** * ** * ** *

** * ** * ** *

** * ** * ** *

00 10050

Ponto de Origem = Referncia

**

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Figura 11 Ilustrao dos sistemas de coordenadas geogrficas

No sistema de coordenadas geogrficas, a representao das estaes em mapas 2D exige que se utilize uma projeo das coordenadas esfricas num plano cilndrico (Fig. 12). Isto acarreta distores, principalmente nos plos.

Uma desvantagem de se utilizar o sistema de coordenadas geogrficas em mapas 2D que a distncia entre as estaes no facilmente mensurvel utilizando-se uma rgua ou escala. Normalmente, clculos mais complicados precisam ser efetuados. Outro sistema de coordenadas bastante utilizado para localizao das estaes de medidas o sistema UTM (Universal Transverse Mercator).

Figura 12 Ilustrao da Projeo cilndrica dos das coordenadas geogrficas.

Localizao absoluta LAT/LONG (Graus, Min.,Seg.)Coordenadas Geogrficas

Projeo CilndricaGreenwich

Equador

Grande distoro nos plos.Maior distoro no eixo N-S.

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Uma vantagem do sistema UTM que ele expresso em metros, facilitando o clculo das distncias em mapas 2D. Este sistema utiliza 60 projees de rotao do cilindro ao longo do equador (zonas UTM) de modo a diminuir a distoro no eixo N-S (Fig. 13). Cada zona UTM equivale a 6 de longitude.

Figura 13 Ilustrao do conceito dos sistemas de coordenadas UTM.

Figura 14 Conceito do sistema de coordenadas UTM.

Transversal ao plano do equador

Menor distoro na direo N-S.Usa 60 projees de rotao do cilindro ao longo do equador (zonas UTM).Cada zona UTM = 6

Imagine a Terra como uma laranja, com plos, linha do equador, paralelos e meridianos desenhados sobre ela.

Imagine usar uma faca e retirar dois pequenos crculos no plo norte e no plo sul. Fazendo um corte na casca da laranja na direo norte-sul e repetindo este corte norte-sul a intervalos iguais, obter 60 zonas ou fusos destacados.

Cada uma destes fusos formar a base de uma projeo de um mapa. O achatamento necessrio para projetar a superfcie curva da casca da laranja em uma superfcie plana pode ser visualizado forando esta tira de casca laranja nesta superfcie.

Comprimindo seu centro, podemos forar a casca a ficar plana attocar totalmente a superfcie lisa. Esta ao de planificao resulta em uma distoro leve das caractersticas geogrficas dentro deste fuso. Mas, sendo o fuso relativamente estreito, a distoro pequena e pode ser ignorada pela maioria dos usurios de mapas.

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Figura 15 Zonas UTM.

Caractersticas da Zona UTM

Meridiano Central - meridiano intermedirio aos dois meridianos secantes ao cilindro. No meridiano central, o fator de reduo de escala (ko) de 0,9996 originado pela particularidade da secncia do cilindro e elipside.

As coordenadas UTM so expressas em metros.

Eastings (E)

No

rth in gs (N )

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Figura 16 Ilustrao das caractersticas das coordenadas UTM. Mapas UTM

Para evitar coordenadas negativas, atribudo o valor 500.000 m (false easting) ao meridiano central. Assim, para os 6 de amplitude do fuso, o eixo E varia de aproximadamente 160.000 m at 840.000 m para cada fuso.

Para o eixo N, a referncia o equador e o valor atribudo depende de hemisfrio. Quando tratamos de regies no hemisfrio norte, o equador tem um valor de N igual a 0 m.

No hemisfrio sul, o equador tem um valor N (false northing) igual a 10.000.000 m.

Elipside/Datum

-Elipside de Revoluo: Superfcie adotada como referncia para os clculos de posio, distncias, direes e outros elementos geomtricos da cartografia.

a = semi-eixo maior do elipside b = semi-eixo menor do elipside f = achatamento do elipside = [(a-b)/a]

Figura 17 Ilustrao de elipside de revoluo.

Na tabela abaixo so mostrados alguns dos principais elipsides utilizados no Brasil:

Tabela 1 Elipsides de revoluo.

297.0

6378388

Hayford

298.257223563

6378137

WGS 84

298.25

6378160

South American 1969

f a ELIPSIDE

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Elipsides & Geides

A aproximao da forma da terra por um elipside matematicamente simples, todavia no reproduz a realidade. Modelos matemticos mais complexos so utilizados para incorporar as distores devido topografia e ao formato irregular da superfcie terrestre. Estes modelos so chamados de geides (Fig. 18). Em geral eles conseguem ajustar as superfcies topogrficas relativas s grandes cadeias de montanhas e depresses, porm nem sempre conseguem ajustar as variaes da topografia local.

Figura 18 Exemplos da superfcie do elipside, do geide e da topografia real.

Transformao de Coordenadas

- Coordenadas Cartesianas (x,y,z) - Superfcie de Referncia: Elipside de Revoluo;

Figura 19 Equaes para transformao de coordenadas.

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Segue abaixo uma lista com websites onde podem ser encontrados programas para a converso de coordenadas. Alguns deles permitem executar programas online.

http://www.resurgentsoftware.com/geomag.html http://www.epa.gov/athens/learn2model/part-two/onsite/ll-dms.htm http://www.eosgis.com/ ftp://ftp.unb.br/pub/download/ig/util/gencoord.zip http://www.oasisphoto.com/navigation/convert_form.php

Determinao do Meridiano Central da UTM

A Fig. 20 mostra um mapa de zonas UTM correspondentes ao territrio brasileiro e os respectivos meridianos centrais de cada uma dessas zonas.

Figura 20 - Mapa de zonas UTM correspondentes ao territrio brasileiro e os respectivos meridianos centrais.

Exemplo de Mapa UTM

A Fig. 21 mostra um mapa magntico da regio norte fluminense, com as coordenadas tanto geogrficas quanto UTM. Neste exemplo pode-se facilmente determinar a distncia entre Campos dos Goytacazes (RJ) e Farol de So Tom (RJ) com base nas coordenadas UTM.

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Figura 17 Mapa magntico de parte da regio norte fluminense. Notar que as coordenadas esto tanto em UTM quanto no sistema geogrfico.

Referncias

Luiz, J.G. & Silva, L. M. C. 1995. Geofsica de Prospeco. Vol. I. Editora Universitria UFPA. Belm-PA.

Kearey, P., Brooks, M. & Hill, I. 2009.Geofsica de Explorao. Ed. Oficina de Textos. Sob licena da Blackwell Publishing Company (UK).

http://www.gpsglobal.com.br/Artigos/Cartografia/Proj_utm.html

http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/mapproj/mapproj_f.html

http://www.mundogps.com/cartografia/articulos.asp?id_articulo=249&pagina=1

Pavie G., 2001

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http://exchange.manifold.net/manifold/manuals/5_userman/mfd50Projections_Tutorial.htm

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4-Sistema de Posicionamento Global

Atualmente na maioria dos levantamentos geofsicos, o posicionamento das estaes de medida feito utilizando-se os equipamentos de GPS (Global Positioning System) ou Sistema de Posicionamento Global.

O que o GPS?

um sistema de radio-navegao desenvolvido pelo Departamento de defesa dos EUA, com o intuito de ser o principal sistema de navegao das foras armadas norte-americanas.

Como funciona?

Atravs da captao sinais de rdio emitidos por uma constelao de satlites artificiais que giram em torno da Terra, possvel determinar as distncias entre a antena receptora e estes satlites, de modo que, conhecendo-se as coordenadas dos satlites em um sistema de referncia apropriado, pode-se calcular as coordenadas da antena receptora no mesmo sistema de referncia.

Curiosidades

Foi concebido pelo Departamento de Defesa dos EUA no incio da dcada de l960, sob o nome de 'projeto NAVSTAR'. O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em l995. Seu desenvolvimento custou 10 bilhes de dlares. Testes realizados em 1972 mostraram que a pior preciso do sistema era de 15 metros. A melhor, 1 metro. Preocupados com o uso inadequado, os militares americanos implantaram duas opes de preciso: para usurios autorizados (eles mesmos) e usurios no-autorizados (civis). Nos anos 70, os soviticos desenvolveram seu prprio sistema chamado: GLONASS.

Segmentos GPS

A metodologia do GPS baseia-se em 3 segmentos: Espacial, de Controle e de Usurios. O segmento espacial (Fig. 18) constitui-se da rede de satlites em rbita da Terra. Esta rede constitui-se de 24 satlites distribudos em 6 planos orbitais, igualmente espaados, com 4 satlites em cada plano numa altura aproximada de 20.200 Km e com uma inclinao de 55. Estes satlites (Fig. 19) possuem relgios atmicos de csio e rubdio (preciso de 1 bilionsimo de segundo) e completam 1 rbita terrestre em cada 12 hrs. O segmento de controle (Fig. 20) formado por um Grupo de 5 estaes terrestres que registram os sinais GPS. Estas estaes efetuam medidas meteorolgicas e enviam os dados para a estao principal. A estao principal re-calcula as EFEMRIDES e os coeficientes de correo dos relgios e transmite novamente para os satlites, com informaes para correo de rbita e do seu sistema de tempo.

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Figura 18 Ilustrao do segmento espacial do GPS. Uma rede de 24 satlites ao redor da Terra.

Figura 19 Ilustrao de um satlite GPS. Estes satlites possuem relgios atmicos de csio e rubdio.

Figura 20 Localizao das estaes terrestres do segmento de controle.

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O segmento de usurios (Fig. 21) composto por receptores civis e militares que podem registrar as medidas de pseudo-distncias com base nas duas frequncias L1 e L2, disponveis no sinal GPS.

Figura 21 Ilustrao do segmento de usurios GPS.

Os sinais GPS

Os satlites emitem sinais de rdio codificados. Consistem de ondas portadoras de L1 (1575,42 MHz) e L2 (1227,60 MHz). Cada satlite emite um sinal que contem: cdigos de preciso (P); cdigo geral

(C/A) e informao de status, modulados em fase sobre a portadora.

Figura 22 Ilustrao de um sinal GPS.

Cdigo P Usado pelos sistemas militares. Tem preciso de 1 m. Cdigo C/A Usado pelos sistemas civis. Disponibilidade Seletiva (Selective Availability (SA)) - interferncia deliberada

introduzida pelo Departamento de Defesa dos EUA. Os civis desconhecem o valor do erro, que alterado aleatoriamente e est entre 15 e 100 metros. Os receptores militares no so afetados.

Em 1/05/2000, o Pres. Bill Clinton desativou a SA. A acurcia do cdigo C/A caiu para 6-12 m.

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Partes do sinal GPS:

1.Parmetros de correo do relgio. (6s) 2.EFEMRIDES Informaes de status dos satlites. (6s) 3.EFEMRIDES Informaes de status dos satlites. (6s) 4.Coeficientes para a correo de retardo na ionosfera e coeficientes para a converso de GPST (GPS Time) em UTC (Universal Time Coordinate). (6s) 5.ALMANAQUE Informaes de localizao (constelao) e status dos satlites transmitida por cada satlite e coletada pelo receptor. (6s)

Clculo da Posio

1. Medida da distncia em relao aos satlites. o Distncia = velocidade x tempo

Velocidade = vel. da luz Tempo = tempo de trnsito do sinal

o Medio do tempo de trnsito O receptor gera os mesmos cdigos dos satlites. Mede a diferena de tempo (delay) entre os cdigos provenientes dos

satlites e os auto-gerados. Distncia = vel. da luz x delay

2. Obteno das posies dos satlites. o O dado orbital (EFEMRIDE) est inserido nas mensagens dos dados dos

satlites. o A EFEMRIDE contm os parmetros que descrevem o caminho elptico do

satlite (rbita). o O receptor usa este dado para calcular a posio do satlite (X,Y, Z).

3. Clculos de Triangulao Se a posio de um determinado ponto A conhecida, e a distncia ao ponto A tambm conhecida. A posio desejada cai em algum lugar ao longo de um crculo. Se as distncias a 2 pontos so conhecidas. A posio desejada um dos dois pontos de interseo entre os crculos (Fig. 23). Todavia, se as distncias a 3 pontos so conhecidas, a posio desejada a interseo entre os trs crculos (Fig. 24). Isto se observarmos de uma maneira bi-dimensional. Considerando um espao tri-dimensional, i.e., incluindo a altura, precisa-se saber as distncias a 4 pontos para obter-se um ponto de interseo nico (Fig. 25), que determinar a posio desejada.

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Figura 23 Ilustrao do clculo de triangulao em 2D.



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4. Ajuste do erro do relgio local

4 satlites so necessrios para se determinar fielmente 1 ponto em 3D. A partir da, possvel determinar o tempo de trnsito correto e assim

encontrar o fator de correo a ser aplicado aos relgios do receptor. Esta diferena de tempo (clock bias) comum a todos os satlites. O fator de correo aplicado aos dados dos satlites e a partir da, todas as

outras medidas estaro corrigidas.

Erros nas medies GPS

TROPOSFERA (0-50 Km) Meio no-dispersivo. Refrao independe da frequncia.

IONOSFERA (50-1000 Km) Meio dispersivo. Refrao depende da frequncia. Portadora sofre avano de fase e modulada (cdigos) sofre retardo.

MULTI-CAMINHAMENTO Sinal GPS refletido em construes ou montanhas, por exemplo.

ERRO NO RELGIO DO RECEPTOR Uma vez que esses relgios no so relgios atmicos, pode haver erros de sincronizao.

ERROS ORBITAIS Quando existe erro nas informaes de posicionamento dos satlites.

Figura 26 Ilustrao do erro de multi-caminhamento.

NMERO DE SATLITES VISVEIS Quanto maior o nmero de satlites rastreados pelo receptor, melhor a acurcia da medida. Construes, terrenos, interferncia eletrnica ou mesmo uma densa folhagem das rvores ao redor, podem obstruir o sinal GPS. Quanto mais clara for a viso dos satlites, melhor a recepo. O GPS no funciona direito em ambientes interiores, subaquticos ou subterrneos.

ERRO DE GEOMETRIA/SOMBREAMENTO Refere-se a posio relativa dos satlites num dado intervalo de tempo. A geometria ideal dos satlites ocorre quando eles

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esto localizados em ngulos relativamente largos entre eles. Uma geometria pobre existe quando os satlites rastreados esto localizados em linha ou num agrupamento.

DEGRADAO INTENCIONAL DO SINAL DO SATLITE Disponibilidade Seletiva. Criada para previnir que militares inimigos usam-se os sinais GPS de alta preciso. Desligada em maio de 2000.

Dados de sada do receptor

Posio (LAT/LONG ou UTM) e Altitude (WGS1984) Tempo (UTC) Data e Hora Velocidade (Speed) Direo (Heading)

Figura 27 - Ilustrao da tela de um receptor GPS.

A Diluio da Preciso (Dilution of Precision DOP), expressa o erro equivalente do usurio:

DOP = (desvio padro da posio)/(desvio padro da observao)

Tipos de DOP HDOP (Horizontal DOP) VDOP (Vertical DOP) PDOP (3-D positioning DOP) TDOP (Time DOP) GDOP (Geometrical DOP)

comum que o receptor GPS mostre as informaes de GDOP. Quanto menor for este valor, melhor a acurcia, significando que os satlites captados esto distantes um

27

dos outros e juntos cobrem uma rea mais abrangente. Recomenda-se no trabalhar com valores de PDOP ou GDOP acima de 7.

Figura 28 Ilustrao de DOP (Dilution of Precision).

Tipos de Receptores GPS

GPS de mo (handheld GPS)

O GPS de mo (handheld GPS) (Fig. 29) um equipamento leve, de baixo custo, porttil, que fornece medidas absolutas do posicionamento em 3 dimenses. Atualmente sua acurcia pode chegar a 1m. muito utilizado para navegao, devido possibilidade de se observar variao do posicionamento num mapa exibido na tela do receptor, em tempo real. Isto permite que facilmente se encontre a localizao no campo de coordenadas previamente gravadas (waypoints) (geralmente oriundas do planejamento do levantamento geofsico). Alm da navegao, este equipamento tambm possibilita a gravao das rotas (routes) percorridas e a gravao das coordenadas de um determinado ponto no campo, o que til para o posicionamento de estaes que por motivos operacionais tiverem que ser deslocadas no campo.

Figura 29 Fotografia de um GPS de mo.

GDOP Ruim GDOP bom

28

GPS Diferencial (Differential GPS - DGPS)

Este equipamento (Fig. 30) consegue determinar a posio de uma determinada estao com preciso milimtrica. Isto ocorre porque se utilizam dois receptores GPS, sendo que um deles mantido fixo (Fig. 31), sendo denominado como estao base. Desta forma, alguns tipos de erros como, por exemplo, erros devido propagao dos sinais na troposfera e na ionosfera podem ser minimizados, j que se soubermos a posio precisa da estao base, qualquer medida que resulte numa posio diferente ser atribuda como erro e poder ser descontada tambm das medidas com o outro receptor, denominado mvel (rover).

Figura 30 Fotografia de um equipamento de GPS diferencial.

Figura 31 Ilustrao do funcionamento do GPS diferencial.

Estao Base = Ponto cujas coordenadas sejam conhecidas

29

Operaes com o DGPS

Existem 3 tipos bsicos de levantamentos com o DGPS: Esttico, Stop-and-go e Cinemtico.

Modo Esttico

A estao mvel permanece fixa no ponto a ser medido durante um certo tempo maior ou igual a cinco minutos, conforme mostrado na Fig. 32.

Figura 32 Ilustrao do modo de operao esttico do DGPS. A tabela no painel inferior mostra as diferentes caractersticas do modo esttico em funo das condies operacionais.

Modo Stop-and-Go

Neste modo, o primeiro ponto, ou seja, a primeira estao feita com o modo esttico (com durao da aquisio de dados de pelo menos 1 h), e as subseqentes so realizadas com a permanncia de apenas 20 s na estao.

Modo Cinemtico

Neste modo, o primeiro ponto, ou seja, a primeira estao feita com o modo esttico (com durao da aquisio de dados de pelo menos 1 h), e as subseqentes so realizadas com a permanncia de apenas 1 s na estao, ou seja, na prtica, no h parada, o GPS mvel se move continuamente ao longo das estaes. ideal para levantamentos areos e martimos.

Estao-Base (Referncia) Estao-Mvel (Rover)

. . .

>20 min10-15 KmEsttico Rpido

Tempo de ObservaoDistncia da BaseModo

1-2 hrs15-30 KmEsttico

10-20 min5-10 KmEsttico Rpido5-10 minAt 5 KmEsttico Rpido

>20 min10-15 KmEsttico Rpido


1-2 hrs15-30 KmEsttico

10-20 min5-10 KmEsttico Rpido5-10 minAt 5 KmEsttico Rpido

30

Figura 33 Ilustrao dos modos de operao stop-and-go e cinemtico do DGPS. A tabela no painel inferior mostra as diferentes caractersticas do modo esttico em funo das condies operacionais.

Tabela 2 Comparao entre as acurcias dos diferentes modos de operao DGPS.

Tabela 3 Caractersticas dos modos de operao DGPS.

Estao-Base (Referncia)

Ponto de Inicializao

Parte Inicial Parte Mvel

. . .

20 segundos por pontoAt 15 KmStop-and-Go


1 segundo por pontoAt 15 KmCinemtico

20 segundos por pontoAt 15 KmStop-and-Go


1 segundo por pontoAt 15 KmCinemtico

10-30 mmStop-and-Go

10-50 mmCinemtico

5-10 mmEsttico (Static)

Preciso Horizontal

Modo

10-30 mmStop-and-Go

10-50 mmCinemtico

5-10 mmEsttico (Static)

Preciso Horizontal

Modo

Perda de ciclos faz com que seja necessria uma nova cadeia.

Rpida aquisio de dadosPode-se voltar ao ponto anterior se houver perda de ciclos

Cinemtico



Stop-and-Go

Demora muitoMelhor PrecisoPerda de ciclos no afeta muito

Esttico

DesvantagemVantagemModo



Cinemtico



Stop-and-Go

Demora muitoMelhor PrecisoPerda de ciclos no afeta muito

Esttico

DesvantagemVantagemModo

31

Referncias

http://www.ccg-gcc.gc.ca/dgps/guide/guide2_e.htm

http://www.trimble.com

http://www.garmin.com

Monico, J.F. G. Posicionamento pelo Navstar-GPS, Descrio, fundamentos e aplicaes. Ed. UNESP

32

5-Magnetometria

O mtodo magnetomtrico baseia-se na medio do campo magntico em diversos pontos ao longo de um perfil ou dentro de uma malha (Fig. 34), de modo que aps as etapas de processamento de dados, possam ser confeccionados mapas de contorno dos valores do campo magntico e derivados que possam refletir as variaes de susceptibilidades magnticas associadas s variaes na litologia.

Figura 34 Ilustrao dos fundamentos do mtodo magnetomtrico.

Os principais minerais magnticos responsveis pelas distores no campo magntico terrestre so (Luiz & Silva, 1995): a magnetita, a pirrotita e a ilmenita. Alm de permitir a localizao de minerais de grande importncia econmica, este mtodo pode ser utilizado tambm na identificao de contatos geolgicos e de estruturas geolgicas (falhas e dobras), que possam, inclusive, ter servido para abrigar acumulaes de petrleo e gs. Diques e soleiras tambm costumam ser bem mapeados com este mtodo.

O Campo Magntico Terrestre

A principal teoria para a origem do campo magntico terrestre a Teoria do Dnamo, na qual o campo magntico produzido por correntes eltricas que circulam no ncleo lquido da Terra, o qual se acredita que seja constitudo principalmente por ferro (Luiz & Silva, 1995). Este campo magntico chamado de campo magntico principal (Fig. 35). Superpe-se ao campo principal, as contribuies devidas a campos produzidos por fontes externas a Terra (Fig. 36). A causa destes campos externos devido s correntes eltricas que fluem na ionosfera decorrentes da interao entre o campo magntico principal, a magnetosfera, a ionosfera e o vento solar. Alm dessas tambm podemos

9999

9999

9999

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99999999

99999999

99999999

33

destacar, as contribuies de carter local, oriundas das concentraes de minerais magnticos e que costumam ocorrer nos primeiros 5 Km da crosta (Fig. 37); e a contribuio devido a rudos, como por exemplo, ondas eletromagnticas produzidas artificialmente como as geradas por torres de celular, estaes de rdio e linhas de energia.

Figura 35 Campo Magntico Principal da Terra.

Figura 36 Campo Magntico Externo.

Campo Principal

34

Figura 37 Outras contribuies ao campo magntico da Terra.

A variao do campo magntico principal ocorre ao longo de sculos e so chamadas de variaes seculares, enquanto que a variao do campo magntico externo ocorre ao longo de um dia, por isso estas so chamadas de variaes diurnais, que podem chegar a amplitudes mximas em torno de 50-80 nT. J as contribuies das anomalias de carter local, provenientes das litologias e dos objetos enterrados, so constantes ao longo do tempo.

Tempestades Magnticas So decorrentes de emisses intensas de plasma solar e a sua interao com o campo principal da Terra. Este fenmeno pode acarretar em variaes superiores a 1000 nT, e geralmente as medidas magnetomtricas para fins de prospeco so interrompidas durante as tempestades, uma vez que a qualidade das mesmas passa a ser duvidosa. A durao destas tempestades aleatria, podendo durar desde fraes de segundo at vrios dias. Em geral elas so aperidicas, podendo acontecer a qualquer momento, porm existem algumas que so cclicas.

Determinao do Campo Magntico Principal

Para esta finalidade utiliza-se o Campo Geomagntico de Referncia Internacional (International Geomagnetic Field Reference-IGRF), que um modelo matemtico baseado nas medidas de uma rede de observatrios magnticos espalhados pelo mundo. Existem websites onde possvel calcular-se o valor do IGRF, a partir das coordenadas, altitude e data da medio. Alguns deles so listados abaixo:

Clculo do IGRF http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html

Outras fontes

Descargas Eltricas Anomalias Campos Artificiais

35

http://swdcwww.kugi.kyoto-u.ac.jp/igrf/ http://www.ava.fmi.fi/MAGN/igrf/applet.html http://www.geomag.bgs.ac.uk/gifs/igrf_form.shtml

Determinao do Campo Magntico Externo

O mtodo mais comum consiste em se usar 2 magnetmetros, sendo que um deles permanece fixo numa determinada posio durante todo o perodo do levantamento (magnetmetro base ou estao base), desta forma qualquer alterao no campo magntico registrado no magnetmetro base pode ser atribudo ao campo externo, j que o campo magntico principal praticamente constante ao longo de um dia e as anomalias locais so sempre constantes. Supe-se no haver fontes de rudos.

Campo Magntico Total (CMT)

CMT=Campo Principal + Diurnal + Anomalia + Descargas Eltricas

Campo Principal IGRF Diurnal Medida numa estao fixa Descargas Eltricas Podem ser filtradas, usando algum tipo de algoritmo ou simplesmente eliminadas, submetendo-se os dados posteriormente a uma interpolao.

Anomalia = CMT Diurnal IGRF

Magnetmetros

Magnetmetro de Saturao (Fluxgate)

O princpio bsico de funcionamento do magnetmetro de saturao ilustrado na Fig. 38. Este magnetmetro possui dois ncleos de material ferromagntico (um-metal, ferrite, etc.) de elevada permeabilidade magntica. Os ncleos so dispostos paralelamente e, cada um, envolvido por uma bobina primria e uma secundria, que so iguais, porm foram enroladas em sentido oposto. As bobinas primrias so ligadas em srie e recebem uma corrente alternada de baixa freqncia. J as bobinas secundrias so conectadas a um voltmetro. O campo magntico produzido nas bobinas primrias suficiente para magnetizar a saturao dos ncleos ferromagnticos. Se no houver campo magntico externo o voltmetro registrar zero, uma vez que os campos induzidos nas bobinas secundrias so iguais, porm de sentidos contrrios. No caso de um campo magntico externo, este se somar vetorialmente ao campo que existe em um dos ncleos, saturando-o mais cedo, enquanto que a saturao do outro ncleo ocorrer posteriormente. Nesta situao, haver uma voltagem induzida nas bobinas que ser proporcional intensidade do campo externo. Este tipo de magnetmetro pode ser utilizado tanto para se medir o campo magntico total, como apenas algumas de suas componentes (horizontais ou verticais).

36

Figura 38 Princpio de funcionamento de um magnetmetro de saturao (fluxgate): (a) Curva de Histerese dos dois ncleos; (b) enrolamentos dos ncleos; (c) fluxo magntico nos ncleos na ausncia de um campo externo; (d) voltagens induzidas (V1 e V2) nas bobinas secundrias na presena de um campo externo (CMT); (e) voltagem resultante (V1 + V2) registrada no voltmetro.

Magnetmetro de Prtons (Precesso Nuclear)

Atualmente o magnetmetro mais utilizado, tanto para trabalhos de levantamento quanto para monitoramento em observatrio (Kearey at al., 2009). O dispositivo sensor do magnetmetro um recipiente preenchido com um lquido rico em prtons, como querosene (mais utilizado), gua ou hexano. Este recipiente envolto por uma bobina. Os ncleos de hidrognio exibem um momento angular, o qual produz um momento de dipolo resultante. Este tender a alinhar-se com algum campo externo. Se houver alguma variao do campo magntico externo, o prton ir precessar (Fig. 39) para alinhar-se ao novo campo. A freqncia de precesso, chamada tambm de Freqncia de Larmor, depende da intensidade do campo externo.

Figura 39 Ilustrao do movimento de precesso dos ncleos de hidrognio.

37

Freqncia de Larmor

Onde: =Freqncia Angular de Precesso; p =Razo giromagntica do prton (aproximadamente 267,54 MHz/Tesla); F0 =Campo Magntico Total.

A Fig. 40 ilustra na prtica o funcionamento de um magnetmetro de prtons. Na situao (A) os prtons esto originalmente alinhados com o Campo Magntico Total. Quando se pressiona o boto do magnetmetro para iniciar a medida, uma corrente contnua comea a fluir pela bobina externa, resultando num forte campo magntico B que alinha os prtons (B). Depois de um certo tempo, o equipamento corta esta corrente, de modo que os prtons comeam a precessar para se alinharem novamente com o campo externo (C). Quando isto ocorre, uma corrente alternada induzida na bobina receptora, cuja freqncia a freqncia de Larmor. Quanto mais forte o campo magntico da Terra, maior ser a freqncia desta corrente. Uma vantagem deste equipamento que o sensor no precisa estar orientado, embora idealmente, ele devesse fazer um ngulo aprecivel com o vetor de campo total (Kearey et al. 2009). Desta forma pode-se tomar leituras por sensores rebocados atrs de navios ou aeronaves sem a necessidade de mecanismos de orientao. Por outro lado como as leituras no so contnuas em razo do perodo finito do ciclo, isto pode representar uma desvantagem em relao aos levantamentos aeromagnticos. Isto porque pequenas anomalias podem ser ignoradas, uma vez que uma aeronave percorre uma distncia significativa entre as medidas discretas, espaadas por intervalos de poucos segundos.

Figura 40 Ilustrao do princpio de funcionamento do magnetmetro de prtons.

p

F

0

38

Efeito Overhouser Muitos magnetmetros de prtons modernos fazem uso deste efeito. Para isto, adiciona-se ao fluido do sensor um outro lquido contendo alguns eltrons livres em rbitas no pareadas (Kearey et al. 2009). Os prtons so polarizados indiretamente, usando-se energia de radiofreqncia, prxima a 60 MHz. Uma vantagem que este tipo de equipamento consome apenas cerca de 25 % dos magnetmetros de prtons convencionais. Alm disso, o sinal gerado pelo fluido cerca de 100 vezes mais forte, sendo o rudo, muito mais baixo; a tolerncia do gradiente melhor e as taxas de amostragem so maiores, i.e., aquisies mais rpidas.

Magnetmetros de Bombeamento tico (Vapor alcalino)

Na presena de um campo magntico externo, como o campo magntico da Terra, por exemplo, os eltrons de valncia de um elemento tm o seu nvel estvel de energia separado em dois sub-nveis: um deles corresponde ao estado em que o momento magntico devido ao spin do eltron paralelo ao campo magntico (estado paralelo) e o outro, em que ele anti-paralelo (Luiz & Silva, 1995). A excitao destes eltrons por uma radiao produz dois novos sub-nveis de energia, que correspondem aos estados paralelo e anti-paralelo descritos. A intensidade do campo magntico ser proporcional a diferena de energia entre os sub-nveis estveis ou entre os sub-nveis excitados. No magnetmetro de bombeamento tico, os eltrons do nvel de energia mais externo so excitados por meio de uma fonte luminosa especial, de modo a deslocar (bombear) eltrons de um dos sub-nveis estveis para o correspondente sub-nvel excitado. A principal aplicao deste tipo de magnetmetro na tcnica de gradiometria (a ser explicada mais adiante), principalmente onde haja a presena de elevados gradientes magnticos (comuns sobre depsitos de ferro).

Tipo Sensibilidade Faixa de Medidas Fluxgate 1 nT +/- 100.000 nT Precesso de Prtons 1 nT 20.000-100.000 nT Bombeamento tico 0,01 nT 20.000-100.000 nT Tabela 4- Comparao entre os diversos tipos de magnetmetros.

Existem outros tipos de magnetmetros, mas os descritos anteriormente so os mais utilizados nos trabalhos de campo.

Aquisio de Dados

Figura 41 Ilustraes de levantamentos magnetomtricos: em terra, ar e mar.

39

Nas atividades prticas da disciplina de Mtodos Geofsicos Experimentais, sero efetuados levantamentos terrestres, utilizando um magnetmetro de prtons (ENVIMAG), conforme mostrado na Fig. 42.

Figura 42 Fotografia do magnetmetro de prtons ENVIMAG.

Uma seta marcada no sensor indica que esta deva ser apontada para o norte magntico (Fig. 43). Isto resultar em melhores medidas do campo magntico, uma vez que nesta direo ser o sinal ser captado de mais intensamente.

Figura 43 Ilustrao do magnetmetro de prtons com uma seta indicativa no topo do sensor, que deve apontar para o norte magntico.

Sensor

Console

N

40

Tcnicas de Levantamento

Medidas de Campo Magntico Total Consistem em utilizar 2 magnetmetros (Fig. 44), um permanece fixo num determinado ponto durante todo o levantamento (Magnetmetro Base ou Mag_Base), e serve para registrar a variao dirunal. Um outro magnetmetro (mvel ou rover) utilizado para adquirir os dados de Campo Magntico Total nas estaes, sendo deslocados de uma a uma. Quando h disponibilidade de mais magnetmetros pode-se utiliz-los para acelerar a aquisio dividindo-se as estaes a serem medidas entre os equipamentos disponveis. Neste caso, recomenda-se que em pelo menos uma estao, haja medies com todos os magnetmetros mveis utilizados, de modo a se verificar se h algum tipo de diferena entre as medidas devido aos diferentes equipamentos.

Figura 44 Ilustrao da aquisio de medidas de CMT.

Medidas de Gradiometria (Gradiente Vertical) Consistem em utilizar um console e dois sensores separados por uma certa distncia na vertical (Fig. 45). O gradiente vertical determinado atravs da razo entre a diferena dos valores de CMT medidos em cada um dos sensores e a distncia entre eles. Uma vantagem desta tcnica que dispensa a correo de diurnal, uma vez que o efeito o mesmo nos 2 sensores e eliminado na diferena entre os campos.

99999999

99999999

5m 10m 15m 20m

Estao Base

Estao Mvel

41

Figura 45 Ilustrao da aquisio de medidas de Gradiente Vertical (Gradiometria).

Figura 46 Equipamento para gradiometria.

99999999

5m 10m 15m 20m

Estao Mvel

oEspaament

CMTCMTGradiente 21

42

Processamento de Dados

As principais etapas do processamento de dados magnetomtricos esto listadas abaixo:

1. Correo do Diurnal 2. Filtragem 3. Remoo do IGRF 4. Correo Topogrfica

Correo de Diurnal Consiste em utilizar as informaes do magnetmetro de base para remover a variao diurnal dos dados.

Filtragem Rudos provenientes de descargas eltricas (raios) so caracterizados por serem intensos, porm de curta durao. Tais eventos so facilmente observados nos grficos de CMT em funo do tempo. Desta forma esses dados podem ser removidos manualmente ou atravs da utilizao de filtro passa-baixa, e posterior interpolao do restante dos dados. Outros tipos de rudos aleatrios tambm podem ser removidos desta maneira.

Remoo do IGRF Esta etapa tem como base, a remoo do campo magntico principal. O procedimento simples, primeiro calcula-se o valor do IGRF para a estao em questo, utilizando programas especficos, alguns podem ser utilizados na Internet de maneira on-line. Os dados de entrada so as coordenadas, a altitude e a data do levantamento. A etapa seguinte remover este valor dos dados, tal qual mostrado abaixo. O resultado chamado de residual e refere-se a contribuio das anomalias, i.e., estruturas em profundidade, que

basebaseMvelcorr CMTCMTCMTCMT

Diurnal

Exemplo: Horrio: 10:00

= 20.507 nT= 20.502 nT= 20.500 nT= 20.505 nT

mvelCMTbaseCMTbaseCMT

corrCMT

43

podem ser objetos enterrados, diques, soleiras, jazidas minerais ou a topografia do embasamento.

Correo Topogrfica - O campo magntico inversamente proporcional ao cubo da distncia, desta forma necessrio corrigir os efeitos da topografia, uma vez que diferenas nos valores de CMT medidos podem ser devidas apenas ao desnivelamento entre as estaes.

Subprodutos

Em geral, alm da apresentao dos mapas de CMT, costuma-se apresentar mapas de combinaes matemticas dos valores medidos, tais como: primeira derivada vertical, segunda derivada vertical e sinal analtico.

Primeira derivada vertical Enfatiza as feies mais prximas superfcie. Pode ser medido diretamente (gradiente vertical) ou computado a partir dos dados.

Segunda derivada vertical Enfatiza os contornos das zonas de interesse ou alvos.

Sinal Analtico uma combinao de derivadas. Tambm enfatiza os contornos das zonas de interesse ou alvos, porm o formato independente da inclinao/declinao do campo induzido.

Equao do Sinal Analtico

21

222

z

yxFy

yxFx

yxFyxA ,,,,

Clculo do IGRF (Software). Residual = CMTcorr IGRF.

44

Figura 47 Mapas de Campo Magntico Total (CMT), Primeira derivada (Gradiente) vertical e Sinal Analtico. (Modificado de Pavie, 2004).

Estimativa de Profundidade

Existem mtodos de interpretao direta da profundidade como a deconvoluo de Euler (Kearey et al., 2009) e mtodos de interpretao indiretos, no qual feita uma tentativa de igualar a anomalia observada calculada por um modelo, por meio de ajustes iterativos. Estes podem ser manuais (modelagem direta) quanto automatizados (modelagem inversa).

Figura 48 Modelagem direta de um perfil de CMT entre Farol de So Tom e Campos, RJ. Ver mapa de CMT da Fig. 47 (Pavie, 2004)

CMT 1 Der. Vert. Sinal Analtico

ObservadoCalculadoObservadoCalculado

45

Aplicaes

Explorao Mapeamento da topografia do embasamento e intruses magmticas (diques, soleiras, etc).

Engenharia - Localizao de tubulaes e outros artefatos metlicos enterrados. Minerao Localizao de jazidas minerais.

Material Susceptibilidade x 10-3 (SI)

Ar ~0

Quartzo -0,01

Hematita 0,5-35

Magnetita 1200-19200

Calcrio 0-3

Arenitos 0-20

Folhelhos 0,01-15

Granito 0-50

Basalto 0,2-175

Pirita 0,05-5

Peridotita 90-200

Tabela 5 Susceptibilidade Magnticas tpicas de alguns materiais.

46

Referncias

Clculo do IGRF o http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html o http://swdcwww.kugi.kyoto-u.ac.jp/igrf/ o http://www.ava.fmi.fi/MAGN/igrf/applet.html o http://www.geomag.bgs.ac.uk/gifs/igrf_form.shtml

Software de gridagem o SurGe (http://mujweb.cz/www/SurGe/) o MATLAB

Luiz, J.G. & Silva, L. M. C. 1995. Geofsica de Prospeco. Vol. I. Editora Universitria UFPA. Belm-PA.


Pavie, G.F. 2004. Anlise Geofsica-Geolgica Da Poro Emersa Da Bacia De Campos Atravs De Uma Metodologia Integrada. Dissertao de Mestrado. UENF/LENEP.

47

6-Eletro-resistividade

um mtodo de investigao da resistividade eltrica do subsolo pela injeo de corrente eltrica atravs de dois eletrodos (A e B) diretamente fincados no solo e a medio da diferena de voltagem entre dois outros eletrodos (M e N).

Figura 49 Esquema do mtodo de eletro-resistividade.

Corrente eltrica em um fio condutor

Figura 50 Ilustrao de um fio condutor de comprimento L e rea da seo transversal

Da Lei de Ohm: RIV onde a resistncia R dada por uma propriedade do material do qual o fio feito (r, resistividade) multiplicada por um fator geomtrico (razo entre o comprimento L e a rea da seo reta A do fio):

ALR

Logo,

ALIV

AA+ i+ i

BBMM NN- i- i

ii

vv

AA+ i+ i

BBMM NN- i- i

ii

vv

Linhas de corrente Superfcieseqipotenciais

LLAA

LLAA

48

Voltagem numa semi-esfera

A rea de uma esfera :

e a diferena de potencial :

Logo, no subsolo (semi-esfera), a voltagem induzida por um eletrodo de corrente :

Figura 51 Arranjo de eletro-resistividade.

Usando o arranjo mostrado na Fig. 51 temos que:

24 rA

r

IV

4

r

IV

2

AA+ i+ i

BBMM NN - i- i

ii

vv

AA+ i+ i

BBMM NN - i- i

ii

vvvvvv

r1r1

r2r2

AA+ i+ i

BBMM NN - i- i

ii

vv

AA+ i+ i

BBMM NN - i- i

ii

vvvvvv

r1r1

r2r2

21

12

2 rrrrIV

49

Profundidade de investigao

A profundidade de investigao controlada pela distncia entre os eletrodos de corrente AB (Fig. 52). Quanto maior o espaamento AB, maior ser a profundidade de investigao.

At a profundidade AB/2 passam 2/3 de toda a corrente, logo a resistividade medida representativa dessa zona.

Figura 52 Ilustrao da profundidade de investigao em funo do espaamento AB.

Arranjos de campo

WENNER: Nesse arranjo as distncias AM, MN e NB so iguais. Uma desvantagem que necessrio mover os 4 eletrodos quando se deseja alterar o espaamento AB.

Figura 53 Esquema do arranjo de campo do tipo WENNER. As distncias AM, MN e NB so iguais.

A resistividade dada pela equao abaixo:

11

22

AA B1B1 B2B2

11

22

AA B1B1 B2B2

AA+ i+ i

BBMM NN- i- i

ii

vvaa

aaaa

AA+ i+ i

BBMM NN- i- i

ii

vvaa

aaaa

IV

a

2

50

SCHLUMBERGER: Mais simples de operar (AB 5 MN). Normalmente s necessrio mover-se os eletrodos A e B, quando se deseja aumentar o espaamento entre eles. Os eletrodos M e N s precisam ser movidos quando o valor de voltagem registrado estiver muito baixo, prximo do limite de sensibilidade do equipamento. A movimentao destes eletrodos neste caso chamada de EMBREAGEM.

Figura 54 - Esquema do arranjo de campo do tipo SCHLUMBERGER.

A resistividade neste arranjo dada pela equao abaixo:

DIPOLO-DIPOLO: usado principalmente em levantamentos de Polarizao Induzida (IP). Apresenta boa resoluo horizontal, porm tambm apresenta relao sinal/rudo pobre em relao a outros arranjos.

Figura 55 Esquema de arranjo de campo do tipo dipolo-dipolo.

AA+ i+ i

BBMM NN- i- i

ii

vv

AA+ i+ i

BBMM NN- i- i

ii

vv

IVAB

MN

2

2

51

A resistividade neste arranjo dada pela equao abaixo:

IV

xnnn

21

Tcnicas de Investigao

Caminhamento Eltrico (CE) Aplica-se principalmente quando o objetivo verificar descontinuidades laterais nos materiais geolgicos, tal como: diques, soleiras, contatos geolgicos, fraturas, falhas, corpos mineralizados, plumas de contaminao, etc.

Sondagem Eltrica Vertical (SEV) Aplica-se quando o objetivo investigar as camadas em profundidade, determinando suas espessuras, resistividades e/ou cargabilidades.

Perfilagem Eltrica (PERF) empregada em poos. O objetivo principal estudar as variaes das propriedades fsicas in-situ;

Figura 56 Ilustrao das diversas tcnicas de aquisio de dados, (a) Sondagem Eltrica Vertical, (b) Caminhamento Eltrico e (c) Perfilagem Eltrica.

Equipamentos

Figura 57 Painel esquerdo: linha de eletrodos. Painel Direito: Resistivmetro.

52

Interpretao de eletroresistividade

A interpretao consiste primeiramente na associao das resistividades em funo do espaamento AB ou AB/2.

Figura 58 Esquema de interpretao dos dados de eletro-resistividade (ER).

Posteriormente deve-se relacionar estas resistividades em funo da profundidade. Isto pode ser feito utilizando softwares de modelagem direta ou inversa, como o IP2WIN. A Fig. 59 mostra um exemplo de aplicao deste programa na interpretao de dados de uma SEV.

Figura 59 Exemplo de modelagem direta utilizando o software IP2WIN para interpretao dos dados de ER.

11

22

AA B1B1 B2B2

11

22

AA B1B1 B2B2

2

1

1AB 2AB

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A interpretao integrada dos resultados de vrias estaes til para averiguar a geometria das estruturas em sub-superfcie. A Fig. 60 mostra um exemplo de uma seo de resistividade e sua interpretao. Os valores de resistividade eltrica so representados por uma escala de cores.

Figura 60 Seo de resistividade eltrica.

O aspecto trapezoidal da seo da Fig. 60 deve-se a utilizao de uma tcnica de aquisio de dados chamada roll-along, na qual os eletrodos de um perfil/linha so todos posicionados primeiramente e em seguida move-se apenas os cabos (Fig. 61) de modo a poder efetuar um tipo de levantamento que uma mistura do caminhamento eltrico e da seo eltrica vertical (Loke, 2000). Esta tcnica utilizada para estender horizontalmente a rea de levantamento.

Figura 61 Ilustrao da tcnica de levantamento roll-along.

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Material Resistividade (ohm.m) Granito 5x103 - 106 Basalto 103 - 106 Arenito 8-4x103 Folhelho 20-2x103 Calcrio 50-4x102 Argila 1-100 gua Doce 10-100 gua do Mar 0.2

Tabela 6 Resistividades tpicas de vrios materiais.

Referncias


Loke, D.H.M. Electrical Imaging surveys for environmental and engineering studies. A practical guide to 2-D and 3-D surveys. (Disponvel em www.geometrics.com)

Métodos Geofisicos Experimentais

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