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Geofísica
O que é Geofísica ?
É a aplicação de métodos físicos para localizar e quantificar
recursos minerais.
Se constitui em um conjunto de métodos indiretos de
investigação do subsolo.
Esses métodos medem propriedades físicas das rochas ao longo da superfície do terreno ou ao longo das paredes de poços.
Geofísica
Principais famílias de métodos geofísicos:
	Sísmica
	Métodos Potenciais (Gravimetria e Magnetometria)
	Métodos elétricos e eletromagnéticos
	Radiometria
	Calorimetria
Geofísica
Aplicações:
	Exploração de petróleo, gás e água subterrânea
	Exploração de recursos minerais
	Diagnóstico geoambiental
	Geotecnia
	Geologia forense
	Arqueologia
	Monitoramento de possíveis desastres naturais
	Uso militar e de segurança
Geofísica
Objetivos do curso:
	Tornar o aluno familiar com os principais métodos geofísicos de investigação do subsolo;
	Fazer o aluno reconhecer os princípios físicos que estão por trás de cada método;
	Apresentar exemplos de aplicação dos métodos geofísicos para a investigação do subsolo;
	Fazer o aluno entender as vantagens e limitações de cada método;
Geofísica
Objetivos do curso:
	Apresentar procedimentos de campo para aquisição de dados geofísicos;
	Ensinar fundamentos de processamento e correção dos dados adquiridos;
	Tornar o aluno capaz de requerer e interpretar dados geofísicos;
Geofísica
Métodos apresentados neste curso:
	GPR (Ground Penetrating Radar);
	Métodos elétricos e eletromagnéticos;
	Sísmica de reflexão e de refração;
	Gravimetria;
	Magnetometria;
	Perfilagem geofísica de poços
	Radiometria.
Geofísica
GPR
CLAY
*
6.unknown
7.unknown
Geofísica
GPR
Geofísica
Aplicações
	Engenharia Civil/Estrutural
	Utilidades (tubos, cabos), ferragem e cavernas
	Transportes: estradas e linhas férreas
	Espessura da camada de gelo
	Meio-ambiente
	Mapeamento de plumas contaminantes
	Detecção de tanques enterrados
	Geotécnica
	Mapeamento estratigráfico, de cavidades e poços
	Água subterrânea, instalações de minas
	Militar
	Detecção de artilharia
	Integridade de vias
	Arqueologia
*
Geofísica
Capacidade de detecção
	Transmissão em UHF e VHF
	De 16 MHz a 2000 MHz
	Potência média de radiação muito baixa, 0.06-100 mW
	Diferentes antenas para diferentes freqüências (a freqüência da antena afeta a capacidade de penetração do sinal)
	Profundidade de Investigação
	Altamente dependente da condutividade das rochas
	Profundidade de investigação mínima: 4cm
	Profundidade de investigação máxima: 50 metros
	Tamanho dos Objetos Detectáveis
	Menor: malha de fios (milímetros)
	Maior: estrutura geológica (centenas de metros)
*
Geofísica
Como um Equipamento GPR funciona
O GPR é um equipamento de baixa potência que transmite energia eletromagnética no intervalo de freqüências de 16 MHz a 2000 MHz para o interior da subsuperfície. A potência total transmitida (poucos milliWatts) é menor que a dos rádios de comunicação.
A seguir temos uma visão geral de como o sistema funciona:
*
Geofísica
	Um pulso é gerado na unidade de controle a uma taxa de repetição de cerca de 50 KHz.
	Tempo de subida – 0.5 a 2ns
	Tempo de queda varia com o modelo de antena
	a 50 KHz – tempo de registro é de 20 microsegundos
(para antena com potência normal) 
	a 25 KHz – tempo de registro é de 40 microsegundos
(para antena com potência normal)
2) O pulso é enviado através do cabo para a antena transmissora.
*
Geofísica
3)	Na antena transmissora, cada pulso é transformado em um pulso bipolar com uma amplitude mais alta que o pulso original. A forma 	do pulso varia com o modelo de antena.
Transformação do pulso original em um pulso bipolar.
*
Geofísica
	O pulso transmitido é propagado pela antena e penetra na subsuperfície. O tamanho da antena e as propriedades elétricas da subsuperfície determinam a freqüência da energia propagada (antena maior = freqüência menor). 
	Na subsuperfície, reflexões ocorrem nas interfaces onde há contraste dielétrico. A parte refletida da energia incidente viaja de volta para o conjunto de antenas.
	A antena receptora detecta o sinal refletido e o envia de volta para a unidade de controle.
*
Geofísica
	A saída gráfica (impressa) ou a exibição na tela de vídeo é uma representação do sinal análogo.
	O eixo horizontal é a distância percorrida na superfície.
	O eixo vertical é o tempo duplo de propagação do pulso de radar em nanosegundos.
	A amplitude do sinal determina a mancha de cinza no papel ou a cor na exibição na tela de vídeo.
	Na unidade de controle o sinal é processado e exibido.
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Geofísica
Sinal GPR registrado e
exibição gráfica de um perfil
*
Geofísica
Anatomia de um registro de radar
O eixo horizontal é a posição da antena na superfície.
Superfície
Reflexão
em uma
interface
Tempo/Profundidade
*
Geofísica
Formatos opcionais de exibição dos dados
	Linescan escala de cinzas
	Linescan escala de cores
	Wiggle Trace
	Osciloscópio
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Geofísica
Exibição Linescan escala de cinzas
Distância horizontal
Prof
*
Geofísica
Linescan escala de cores
Distância horizontal
Prof
*
Geofísica
Exibição Wiggle
Distância horizontal
Prof
*
Geofísica
Exibição Osciloscópio
*
Geofísica
Propriedades elétricas importantes para o GPR
	Condutividade elétrica (inverso da resistividade)
	Permissividade Elétrica - “Constante Dielétrica”
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Geofísica
Condutividade elétrica
Siemens/metro (S/m) ou mho/m
	Representa a capacidade de um material para conduzir corrente elétrica
	Intervalo de valores de 4 a 10-9 S/m
	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
	Condutividade > 0.01 S/m (resistividade < 100 ohm-metros) representam condições desfavoráveis para o GPR
*
Geofísica
Condutividade de solos e sedimentos
saturados
Modelo do índice de refração
		= condutividade da camada de sedimento
	a 	= condutividade do ar
	w 	= condutividade da água
	s = condutividade das partículas de solo
f	= porosidade (%)
s	= saturação
*
Geofísica
Variação da condutividade como
função da porosidade em sedimentos
*
Sheet1
		0		0		0		0.0003
		10		0.00001		0.00002		0.00035
		20		0.00004		0.00005		0.00041
		30		0.00009		0.00011		0.00047
		40		0.00016		0.00018		0.00054
		50		0.00025		0.00027		0.0006
&A
Page &P
Sheet1
		
&A
Page &P
AREIA
SILTE
ARGILA
porosidade (%)
condutividade (Siemens/m)
Sheet2
		
&A
Page &P
Sheet3
		
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Sheet4
		
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Sheet5
		
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Sheet6
		
&A
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Sheet7
		
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Sheet8
		
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Sheet9
		
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Sheet10
		
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Sheet11
		
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Sheet12
		
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Sheet13
		
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Sheet14
		
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Sheet15
		
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Sheet16
		
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Geofísica
Efeito da saturação de água
na condutividade elétrica
*
Chart3
		0
		5
		10
		15
		20
		25
		30
&A
Page &P
Saturação de água (gramas de H2O/gramas de solo)
condutividade registrada (mhos/m)
-7
-3.5
-2.6
-2.34
-2.15
-2.05
-1.95
Sheet2
		
		0		0.000001		-7
		5		0.0003		-3.5
		10		0.0025		-2.6
		15		0.0045		-2.34
		20		0.007		-2.15
		25		0.009		-2.05
		30		0.011		-1.95
&A
Page &P
Sheet3
		
&A
Page &P
Sheet4
		
&A
Page &P
Sheet5
		
&A
Page &P
Sheet6
		
&A
Page &P
Sheet7
		
&A
Page &P
Sheet8
		
&A
Page &P
Sheet9
		
&A
Page &P
Sheet10
		
&A
Page &P
Sheet11
		
&A
Page &P
Sheet12
		
&A
Page &P
Sheet13
		
&A
Page &P
Sheet14
		
&A
Page &P
Sheet15
		
&A
Page &P
Sheet16
		
&A
Page &P
Geofísica
Classificação segundo a condutividade:
	Baixa condutividade - excelentes condições para o radar
	 (cond. <10-7S/m)
	ar
	granito seco, calcário seco
	concreto, asfalto
	Condutividade média– condições médias para o radar
	 (10-7 < cond. < 10-2S/m)
	água doce, gelo doce, neve
	areia, silte, argila seca, basalto, gelo de água do mar
	Alta condutividade – condições ruins para o radar
	 (cond. > 10-2S/m)
	argila saturada, folhelho saturado
	água do mar
*
swa )1(s)s1( 
0
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
0.0006
0.0007
0
10
20
30
40
50
porosidade (%)
condutividade (Siemens/m)
AREIA
SILTE
ARGILA
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
051015202530
Saturação de água (gramas de H2O/gramas de solo)
condutividade registrada (mhos/m)