LEVANTAMENTO GRAVIMÉTRICO-1

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LEVANTAMENTO GRAVIMÉTRICO
Os levantamentos gravimétricos são baseados em medidas das variações do campo de gravidade da terra. Causadas por diferentes tipos de densidade das rochas em subsuperfície, a gravimetria consiste de um conjunto de técnicas que tem por finalidade medir a intensidade da gravidade.
A prospecção gravimétrica evoluiu do estudo do campo gravitacional e depende de cinco fatores: latitude, elevação, topografia, marés e variações de densidade em subsuperfície. A gravidade anômala causa uma perturbação no campo gravitacional, essa gravidade pode causar anomalias mensuráveis em pequena escala. Numa escala maior, pequenas anomalias são associadas a domos de sal. Numa escala ainda maior, grandes anomalias de gravidade são geradas.
A superfície do nível do mar, ou geoide, é a superfície equipotencial mais facilmente reconhecível, a qual é horizontal em qualquer lugar, ou seja, forma ângulos retos com a direção da gravidade.
MEDIÇÃO DA GRAVIDADE
A medição da gravidade parece simples, por a gravidade ser uma aceleração. Simplesmente deveria envolver determinações de distância e tempo, mas não são facilmente executáveis, a medição de um valor absoluto de gravidade é difícil e requer um longo período de observação. Tal medição é executada usando grandes pêndulos ou técnicas de queda de corpos, as quais podem ser feitas com uma precisão de 0,01gu (unidade gravimétrica-gravitunit). Os valores de gravidade absolutos de estações de medição podem ser obtidos por meio daRede Internacional de Padronização da Gravidade.
Instrumentos de leitura relativa foram baseados em pequenos pêndulos ou na oscilação de fibras de torção e, embora sejam portáteis, levam um tempo para fornecer leitura. Modernos instrumentos capazes de rápidas medições são conhecidos como gravímetros. Os gravímetros são basicamente balanças de mola carregando uma massa constante.
A mola tem duas funções que são de sustentar a massa e agir como dispositivo de medida. A necessidade da mola em servir essas duas funções, limitou a sensibilidade dos primeiros gravímetros, conhecidos como estáveis e estáticos. Esse problema foi solucionado nos instrumentos modernos (instáveis ou astáticos) que empregam força adicional e amplifica diretamente seu movimento.
Um exemplo de instrumento moderno instável é o gravímetro de LaCoste e Romber. O medidor consiste de uma haste articulada em relação a vertical, se a gravidade aumenta, a haste é abaixada e a mola estendida.
Outro instrumento instável de uso comum é o gravímetro tipo Worden, onde a haste é sustentada por duas molas. Os efeitos térmicos são minimizados pelo uso de componentes de quartzo e de uma haste bimetálica.
Para uso geral os gravímetros são capazes de registrar mudanças na gravidade com uma precisão de 0,1gu. Uma falha dos gravímetros é fenômeno de deriva(drift). A deriva resulta da elasticidade imperfeita das molas, que sofrem uma pequena deformação anelástica com o tempo.
A gravidade pode ser medida no mar, usando um gravímetro da terra dentro de um recipiente a prova d’água. Mas há desvantagens pois a taxa de levantamento é muito baixa. Também existem gravímetrosmais adequados para o mar, conhecidos como medidores embarcados.
O acoplamento cruzado é uma das maiores fontes de erro em medidas de gravidade no mar feitas com instrumentos que usam uma massa suportada por uma haste e ele resulta da natureza direcional do sistema.
O gravímetro marinho de maior sucesso é o gravímetro de Bell. Uma corrente DC passando através da bobina faz com que a massa aja como um magneto, na posição nula o peso da massa é equilibrado pelas forças exercidas pelos magnetos permanentes. As taxas de deriva do gravímetro de Bell são baixas e uniformes, e foi demonstrado que a precisão do instrumento atinge umas poucas unidades de gravidade, sendo capaz de discriminar anomalias com comprimentos de onda de 1 a 2 km. Essas precisões são maiores que as dos instrumentos antigos, o que impede uma maior utilização desse medidor é seu alto custo.
A medição de gravidade por meio de uma aeronave é complexa, em razão dos grandes erros possíveis na aplicação de correções. Também em uso, há um sistema com um helicóptero, no qual o gravímetro é abaixado até o solo por um cabo, nivelado e lido remotamente, de modo que podem ser feita medições em locais onde é impossível aterrissar uma aeronave.
As calibrações do gravímetros devem ser checadas periodicamente. Na calibrações dos medidores do tipo Worden, medidas são feitas para várias posições do parafuso de ajuste, checada para o máximo de intervalo de leitura possível do instrumento.
Já nos gravímetros de LaCoste e Romberg, cada faixa de leitura tem sua constante própria de calibração, pode ser feita por meio de leituras sobre uma mesa de inclinação para diferentes inclinações do gravímetro.
Os gravímetros efetivamente respondem apenas à componente vertical da atração gravitacional de uma massa anômala.
No entanto, anomalias de massas muito grandes, como uma cadeia de montanhas, podem produzir deflexões verticais locais mensuráveis.
O espaçamento das estações usado num levantamento gravimétrico pode variar de uns poucos metros, no caso de levantamentos geotécnicos ou de detalhe para mineração a vários quilômetros em levantamentos de reconhecimento regional.
A densidade de estações deve ser maior onde o campo de gravidade muda mais rápido, uma vez que medidas acuradas dos gradientes de gravidade são críticas para uma interpretação subseqüente.
Durante um levantamento gravimétrico, o gravímetro é lido na estação-base com uma freqüência que depende das características de deriva do instrumento. Para cada estação são registrados a posição, o tempo, a elevação/profundidade da água e a leitura do gravímetro.
Em áreas terrestres com muitos levantamentos, a densidade de elevações acuradamente determinadas em marcos topográficos é, em geral, suficientemente alta para que as estações gravimétricas possam ser localizadas em marcos topográficos ou conectadas a ela por levantamentos de nivelamentos.
Antes que os resultados de um levantamento gravimétrico possam ser interpretadas, é necessário corrigi-los para todas as variações do campo gravitacional a terra que não resultem de diferenças de densidade nas rochas em subsuperfície. Esse processo é conhecido como redução gravimétrica ou redução ao geóide, pois o nível do mar é geralmente o datum mais conveniente.
A correção para deriva do instrumento é baseada em leituras sucessivas numa estação de base ao longo do dia. A leitura do medidor é plotada contra o tempo e assume-se a dariva como sendo linear entre leituras consecutivas da base.
A gravidade varia com a latitude, por causa da forma não esférica da terra e pelo fato de a velocidade angular de um ponto sobre a superfície da terra diminuir a partir de um máximo no equador ate zero nos pólos.
A correção para diferentes elevações de estações gravimétricas é feita em três partes. A correção de ar livre corrige para a diminuição da gravidade com altura ao ar livre resultante do aumento da distância ao centro da terra, de acordo com a lei de Newton.
A correção Bouguer remove esse efeito pela aproximação da camada de rocha abaixo do ponto de observação a uma placa horizontal infinita de espessura igual à de elevação do ponto de observação acima do datum .
Classificamente, as correções de terreno são aplicadas usando-se uma gratícula circular conhecida como carta de Hamer.
Antes que os outros resultados de um levantamento gravimétrico possam ser interpretados, e necessário corrigi-los para todas as variações do campo gravitacional da terra que não resultem de diferenças de densidade nas rochas em subsuperficie. Esse processo e conhecido como redução gravimétrica, pois o nível do mar e geralmente o datam mais conveniente.
Dentro da redução gravimétrica existem vários sub-topicos como a correção de deriva, que e baseada em leituras sucessivas numa estação de base ao longo do dia; a correção de latitudeque varia com a gravidade, por causa da formaçãonão esférica da terra e pelo fato de a velocidade angular de um ponto sobre a superfície da terra diminuir a partir de um máximo no equador ate zero nos polos; as correções de elevação que visa à correção bouguer que remove esse efeito pela aproximação da camada de rocha abaixo do ponto de observação a uma placa horizontal infinita de espessura igual a da elevação do ponto de observação acima do datum; correção de mare-
A gravidade medida num local fixo varia com o tempo, por causa da variação periódica dos efeitos gravitacionais do sol e da lua associados a seus movimentos orbitais e, num levantamento de alta precisão, devem ser feitas correções para essas variações. A despeito de sua massa muito menor, a atração gravitacional da lua e maior que a do sol, por causa de sua proximidade. Ainda, esses efeitos gravitacionais causam a variação da terra solida de forma bastante parecida com que as atrações celestes causam assim as mares no mar; correção de Eotvos e aplicada as medidas de gravidade tomadas num veiculo em movimento, como um avião.
Dependendo da direção do trajeto, o movimento do veiculo gerara uma aceleração centrípeta que, ou reforçara ou se oporá a gravidade; anomalias de ar livre e de bouguer a anomalia bouguer forma a base para a interpretação dos dados gravimétricos em terra, entretanto essa anomalia não e apropriada para levantamento em aguas profundas. Consequentemente, a anomalia de ar livre e frequentemente usada para a interpretação em tais áreas.
As densidades das rochas estão entre as menos variáveis de todos os parâmetros geofísicos. A densidade de uma rocha e dependente de sua composição mineralógica e sua porosidade.
Variações na porosidade éa principal causa de variação na densidade em rochas sedimentares. Assim, em sequencia de rochas sedimentares, a densidade tende a aumentar com a profundidade, devido à compactação, e com a idade, devido à cimentação progressiva. Deve ser enfatizado que a densidade de qualquer tipo de rocha em particular pode ser bastante variável. Em razão disso, e geralmente necessário medir varias dezenas de amostras de cada tipo de rocha particular para se obter uma densidade media e uma variância confiável.
Ao lado desses métodos diretos de determinação da densidade, há vários métodos indiretos. Estes geralmente fornecem uma densidade media de uma determinada unidade de rocha que pode ser internamente bastante viável. Contudo, os métodos in situproduzem valiosas informações onde à amostragem e dificultada e dificultada por falta de afloramentos ou quando e impossível porque as rochas de interesse ocorrem em profundidade.
As medidas de gravidade em diferentes profundidades abaixo da superfície, usando-se um gravimetro especial para poços ou, mais comumente, um gravimetro padrão numa chaminé de mina, fornecem uma medida da densidade media do material na superfície e num ponto em subsuperficie a uma profundidade h imediatamente abaixo. Se g1 e g2 forem os valores de gravidade obtidos nos dois níveis, então, aplica-se as correções e ar livre e de bouguer.
INTREPRETAÇÃO INDIRETA
Neste caso a forma e densidade do corpo causal é simulada por modelo cuja à anomalia é calculada. A forma do corpo e o contraste da densidade, são alterados até que as anomalias observadas e calculadas coincidam o melhor possível.
O corpo causador de uma anomalia gravimétrica,e simulada por um módulo, cuja anomalia teórica pode ser calculada e a forma do modelo é alterada até que a anomalia calculada iguale aproximadamente a anomalia observada. Uma abordagem simples da interpretação indireta é a comparação da anomalia observada com a anomalia calculada para certas formas geométricas padrão cujo tamanho, posição, forma e contraste de densidade são alterados para melhorar o ajuste. As anomalias bidimensionais podem ser comparadas com anomalias calculadas para cilindros horizontais ou meio cilindro, e as anomalias tridimensionais.
Uma interpretação bidimensional, em termos de um modelo de geometria irregular, representado por um contorno poligonal, do granito BodminMoor, no sudoeste da Inglaterra. A parte superior do modelo é controlada pelo afloramento do granito, enquanto os contrastes de densidade empregados são baseados nas medidas de densidade de amostras de rocha. Os métodos bidimensionais podem algumas vezes, ser estendidos para corpos tridimensionais pela aplicação de fatores de correção de terminação que considerem a extensão restrita do corpo causador ao longo da sua direção (Cady, 1980). Os fatores de correção de terminação, são entretanto apenas aproximações, e é preferível uma modelagem tridimensional completa.
A anomalia gravimétrica de um corpo tridimensional pode ser calculada dividindo-se o corpo em uma série de fatias horizontais, aproximando cada fatia de um polígono (Talwane e Ewing,1960).
Anomalia gravimetrica - É a diferença entre o valor real da aceleração da gravidade de um lugar e o valor calculado teoricamente. Quando o valor real é superior ao valor teórico, a anomalia diz-se positiva e, no caso contrario, diz-se negativa. As anomalias são positivas nos oceanos e negativas nos continentes.
Os campos gravitacional e magnético são ambos, campos potenciais. Em geral, o potencial, em qualquer ponto, é definido como o trabalho necessário para mover uma unidade de massa ou um polo de uma distancia infinita daquele ponto através do campo ambiente. Campos potenciais obedecem a equação de Laplace, que determina que a soma das taxas de mudança do gradiente de campo em três direções ortogonais é zero. O campo potencial pode ser representado em termos de ondas senoidais e cossenoidais cuja amplitude é controlada exponencialmente pelo nível de observação.
Os métodos de continuação para cima, são empregados em interpretação gravimétrica para determinar a forma da variação gravimétrica regional sobre uma áreade levantamento, uma vez que se assume que o campo regional é orientado por estruturas localizadas. A continuação para baixo de campos potenciais é de aplicação mais restrita. A técnica pode ser usada na resolução das anomalias separadas causadas por estruturas adjacentes cujos efeitos se sobrepõem no nível de observação. Na continuação para baixo, as componentes de numero de onda alto são relativamente melhoradas, e as anomalias exibem extremas flutuações se o campo for continuado ate uma profundidade maior que aquela de sua estrutura causadora. O nível no qual essas flutuações se iniciam fornece uma estimativa da profundidade-limite do corpo anômolo.
Onda cossenoidal- é o sinal periódico utilizado para transportara informação em diversos tipos de modulação, sendo que abaixo tem-se onda cossenoidal de amplitude e período unitários. A onda senoidal ou sinusoidal obedece a uma função seno ou cosseno e é a forma de onda mais simples.
Os estudos de gravidade são usados extensivamente na investigação de estruturas geológicas de grande e media escalas (Paterson e Reeves, 1985).
Os primeiros levantamentos marinhos, realizados por submarinos, indicavam a existência de grandes anomalias gravimétricas positivas e negativas associadas a arcos de ilhas e fossas oceânicas, respectivamente; subsequentes levantamentos conduzidos por navio demonstraram sua continuidade lateral, mostrando que a sua maior parte de grandes feiçõesda superfície da terra pode ser delineada por levantamento gravimétricos.
Em media escala, as anomalias gravimétricas podem revelar a forma em superfície de instruções ígneas, como batólitos graníticos e maciços anortositicos. De modo semelhante, levantamento gravimétrico tem sido bastante usado na localização de bacias sedimentares, e a interpretação de suas estruturas forneceram importantes informações sobre os mecanismos de formação de bacias. Os levantamentos gravimétricos podem ser usados em investigações hidrogeológicas para determinar a geometria de potenciais aquíferos.
Os levantamentos microgravimetricos também encontram aplicação em investigações arqueológicas, nas quais podem ser usados na detecção de edifícios soterrados,tumbas e outros artefatos. A técnica também foi usada para estudar o movimento, ao longo do tempo, de água subterrânea através de uma dada região.
Anomalia Bouguer- é obtida a partir da subtração do valor da gravidade observado no terreno, corrigido dos efeitos de maré, deriva instrumental e latitude, o valor da gravidade normal.
Gravimetros- instrumentos que mede diretamente as pequenas variações da componente vertical da gravidade, ou seja, os valores relativos desta componente, o fundamento dogravimetro é muito simples, consiste em uma massa suspendida por uma mola, ou sistema de molas, as pequenas variações do peso com consequente alargamento ou encurtamento da mola de suspensão.