Geofísica - (GPR e Sismica).docx

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Sísmica
- Onda P: (compressional) se propaga pelo movimento alternado de compressão e dilatação das partículas na direção de propagação da onda.
- Onda S: (cisalhante) arraste paralelas às interfaces. As deformações são perpendiculares às direções de propagação das ondas.
- Princípios básicos: os métodos sísmicos registram os tempos de trânsito das ondas sísmicas na subsuperfície. Ondas refletidas ou refratadas nas interfaces geológicas; Necessita de contrastes de impedância nas interfaces: ρ1V1 ≠ ρ2V2.
- Sismogramas: são conjuntos de traços sísmicos, os quais registram os tempos de chegadas das ondas diretas, refletidas, refratadas e ruídos. Gráfico dos tempos de trânsito versus amplitudes sísmicas. Vai reconhecer os tipos de ondas que chegam. Quanto mais côncavo, menor a velocidade. Cada traço sísmico é o registro de um geofone ou arranjo de geofones ligado a um canal do sismógrafo.
- Sísmica de reflexão: registro do tempo de trânsito duplo das reflexões. V2 V1.
- Sísmica de refração: registro do tempo de ondas refratadas sob ângulo crítico. V2 > V1. Onda criticamente refratada: a onda “caminha” na interface das diferentes camadas e refrata.
- Qualquer onda é definida através de parâmetros. Se a freqüência é maior, menor o comprimento de onda.
- Fontes: A escolha do tipo de fonte e frequência a utilizar é feita com base na profundidade e nas dimensões do alvo. Tipos: Queda livre de uma massa; Choque forçado de uma massa (martelo, rifle, etc.); Explosivos; Vibradores Mecânicos; Compactadores; Centelhadores.
 - Explosivos: tem a mais alta energia; deve ser soterrado em pequenos poços; 
Desvantagens: é perigoso e destrutivo; precisa de permissão das Forças Armadas; furo demorado e caro; impossibilidade de repetição do tiro na mesma posição; uso restrito quanto ao manuseio e distância mínima de residências, pontes, dutos, etc;
 - Vibradores mecânicos: (Vibroseis) Fonte mecânica de vibração. Gera vibrações de baixa amplitude com frequência continuamente variável (“sweep”); Varre um intervalo de frequências de 10 a 100 Hz com duração de 1 a 10 segundos; 
Vantagens: Podem ser empregados em áreas urbanas; Apresentam uma razão sinal/ruído muito boa devido às múltiplas vibrações; Grande repetibilidade. Sweep rico em frequências; Duração ajustável do pulso.
- Offset: distância entre fonte e receptor (geofone).
- Sísmica de refração: Baixa capacidade de imageamento; Difícil de interpretar quando se tem mais de 4 interfaces; Aplicável apenas para alvos rasos.
 - Picagem: Os tempos de chegada das ondas (diretas, refratadas ou refletidas) para cada evento são “picados” em cada traço. Isto pode ser feito manualmente ou de forma automática.
 - XCRIT: distância mínima da fonte em que a onda refratada começa a ser registrada na superfície.
 - XCROS: distância a partir da qual a onda refratada chega antes da onda direta.
 - Tempo de interceptação: (ti) projeção da refração para coeficiente ponto zero. Usado para calcular a profundidade da onda de refração.
 - Falhas: Camada escondida: Ondas refratadas em interfaces cuja velocidade diminui com a profundidade não são registradas na superfície. Interface não-detectável; Resulta na superestimação de profundidade das interfaces subjacentes.
Camadas finas (difícil distinguir as interfaces): Camadas finas não são detectáveis se os raios que viajam em camadas mais profundas chegam primeiro.
Variações laterais de velocidade: Variações laterais de velocidade geram descontinuidades na inclinação da curva de tempo de trânsito. A mudança na inclinação da curva pode ser interpretada como sendo devido à ocorrência de mais uma camada.
 - O padrão é que as rochas mais profundas estejam mais compactadas, assim a velocidade de trânsito é maior que em camadas superiores (V2 > V1).
 - Correções: topográfica; de profundidade da fonte; de intemperismo.
- Sísmica de reflexão: é importante saber o fluxo de dados sísmicos no processamento. Precisa de contrastes de velocidade e de densidade. Registra os tempos de trânsito de ondas elásticas refletidas em interfaces que apresentam variação de impedância.
- Eventos de reflexão: A energia refletida é reconhecida na seção pelo seu caráter hiperbólico.
- Esquemas de aquisição no campo: Dados de sísmica de reflexão são registrados usando dois tipos principais de esquemas: CMP: multi-canal; COM: um só canal.
- CMP: maior parte dos dados sísmicos é registrada usando CMP. O ponto de tiro é deslocado ao longo da linha de geofones por incrementos iguais a múltiplos espaçamentos de geofones (1R, 2R, 3R, ...).
 - Famílias de traços com tiro comum (shot gathers): Coleção de traços associados com um único ponto de tiro.
 - Cobertura (fold): Os refletores são “amostrados” em pontos comuns a raios oriundos de diversos offsets e trajetórias. Os raios refletidos têm ponto médio comum na superfície. A cobertura diz respeito ao grau de multiplicidade dos dados coletados.
 - Famílias de traços com ponto médio comum: CMP gather: Coleção de traços associados com um único ponto médio na superfície. Obtido pela seleção dos traços de tiro comum durante o processamento (sorting).
Organizar os traços e montar o CMP (coleção de traços refletidos no mesmo ponto). Tem caráter hiperbólico.
Aplica-se a correção de NMO aos traços de CMP.
Somam-se os traços corrigidos do CMP (empilhamento).
 - Empilhamento: Traços em uma família CMP são empilhados (somados) com o objetivo de melhorar a razão sinal/ruído. Empilhamento é a soma aritmética das amplitudes dos traços. A energia que está em fase é adicionada construtivamente; A energia fora de fase é adicionada destrutivamente.
 - Correção NMO aplica num deslocamento de tempo. Se a velocidade é alta, a cavidade é menor (vice-versa). A VNMO correta é a que horizontaliza a hipérbole de reflexão.
 - Tempo de trânsito de reflexão: Para um único refletor horizontal, o tempo de trânsito é o comprimento do percurso dividido pela velocidade da camada superior.
 - Eventos de reflexão: A curva de reflexão da primeira interface é tangente à curva de refração no ponto de distância crítica. A primeira refração sob ângulo crítico é uma reflexão!!!
A curva de reflexão da primeira interface é assintótica à linha de chegada da onda direta. Isso ocorre porque os raios refletidos se tornam mais horizontais à medida que o offset cresce.
- Correção Dinâmica ou NMO: aplica um deslocamento de tempo que depende do tempo de cada amostra do traço e do offset do traço. Após a correção NMO os eventos de reflexão ficam alinhados se a velocidade usada na correção for correta; Velocidade de empilhamento estimada da correção hiperbólica. A velocidade NMO ou de empilhamento é obtida através da análise de velocidades durante o processamento.
 NMO varia com a profundidade: aumenta com a profundidade porque a diferença relativa no comprimento das trajetórias diminui com o aumento da profundidade. 
 NMO varia com a velocidade: diminui com o aumento da velocidade pois os raios são refratados sob ângulos maiores. As trajetórias dos raios tornam-se mais horizontais com a profundidade.
- Análise de velocidade: As velocidades de empilhamento são determinadas de modo iterativo durante o processamento usando: Ajuste da curva de tempo de trânsito (t² versus x²); Semblance; Painéis de velocidade constante.
 - SEMBLANCE: mais comum; testa vários valores de velocidades e vai formando traços. Se a velocidade for correta, obtêm-se um traço.
Aplica um intervalo de velocidades NMO e empilha os traços simultaneamente;
 Para cada refletor, a velocidade que produz a maior amplitude do traço empilhado é assinalada como a velocidade semblance de empilhamento.
GPR
- O GPR é um equipamento de baixa potência que transmite energia eletromagnética no intervalo de frequências de 16 a 2000 MHz para o interior da subsuperfície. A potência total transmitida é menor que a dos rádios de comunicação.
- As ondas eletromagnéticas refletem nas interfaces e voltam à superfície. Na subsuperfície,reflexões ocorrem nas interfaces onde há contraste dielétrico. A parte refletida da energia incidente viaja de volta para o conjunto de antenas.
- O tamanho da antena e as propriedades elétricas da subsuperfície determinam a frequência da energia propagada (antena maior = frequência menor).
- A única semelhança com a sísmica é a reflexão de ondas.
- Dezenas ou centenas de MHz: ondas de GPR.
- Estação de rádio de baixa potência e alta freqüência.
- Penetração é baixa (Max 50m, na prática Max 20m)
- Tem a resolução da imagem muito boa.
- Propriedades elétricas importantes: 
Condutividade elétrica (controla a profundidade de investigação): Representa a capacidade de um material para conduzir corrente elétrica; A grandeza recíproca é a resistividade medida em ohm-metros; O valor de condutividade é controlado principalmente pela saturação de água e/ou o teor de argila; Altas condutividades dificultam a penetração do sinal de radar;
A profundidade de investigação diminui: Condutividade elétrica aumenta; Saturação de água aumenta; Teor de argila aumenta; Espalhamento aumenta; Contaminação condutiva aumenta; Porosidade aumenta; Baixa resistividade = alta condutividade; Quanto mais salina a água for.
A profundidade de investigação aumenta: A frequência das antenas diminui; A potência de transmissão aumenta; A sensibilidade da antena receptora aumenta.
Baixa condutividade: ar, granito e calcário seco, concreto, asfalto. Condutividade média: água doce, gelo doce, neve, areia, silte, argila seca, basalto, gelo de água do mar. Alta condutividade: argila saturada, folhelho saturado, água do mar.
Permissividade elétrica (constante dielétrica) → impedância elástica: Capacidade de um material guardar carga elétrica quando um campo elétrico é aplicado; Os valores variam de 1 ar a 81 água; O valor (para solos e rochas) é controlado principalmente pela saturação de água;
A intensidade das reflexões é controlada pelo contraste nas constantes dielétricas dos dois materiais adjacentes. Contrastes dielétricos afetam as amplitudes de reflexão, e mesmo pequenos como 1 podem causar reflexões em dados GPR. 
- Planejamento: qnd a frequência é >, a qualidade da imagem é > e a profundidade atingida é <; profundidade é > a janela de tempo é >; Suave contraste precisa de maior nº de linhas; Superfície irregular/ondulada espalha a onda; 
- Características do Alvo: Propriedades elétricas do alvo e do material hospedeiro; Intervalo de profundidade dos alvos; Dimensões do alvo e nível de confiança necessário.
- Antenas: selecione a antena de mais alta frequência que penetra àquela profundidade; Tamanho do alvo: Selecione a antena cuja frequência detecta o alvo com a melhor resolução possível, desde que satisfaça penetração.
Frequência maior tem qualidade de imagem maior e menor profundidade atingida. 
Sensibilidade da antena: maior sensibilidade capta sinais mais fracos, mas capta ruídos.
- Velocidade transforma tempo de reflexão em profundidade. 
Estimativa da Profundidade de Alvos em GPR
- Método 1: usa velocidades padronizadas, parâmetros publicados (menos preciso)
- Método 2: localiza objetos de profundidades conhecidas (método mais preciso)
- Método 3 (CPD): mesmo princípio usado na sísmica. É construído através da reorganização de traços. Melhor que o método 1, pior que o 2.
Filtros Usados em GPR
- Passa-alta vertical: 1/6 da frequência da antena
- Passa-baixa vertical: 2 vezes a frequência da antena
- Suavização horizontal: igual a 3
- Remoção do background horizontal