Resumo Métodos Geofísicos

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Classificação das Ondas
Uma onda é um movimento causado por
uma perturbação e que se propaga
através de um meio, este não
acompanha a propagação. Podemos
classificar as ondas quanto à sua
origem, à sua direção de oscilação e ao
tipo de energia transportada.
→ Conforme sua natureza, as ondas
são classificadas em:
✿ Ondas Mecânicas: são ondas que
necessitam de um meio material para se
propagar, ou seja, sua propagação
envolve o transporte de energia cinética
e potencial e depende da elasticidade do
meio. Por isso não é capaz de
propagar-se no vácuo. Alguns exemplos
são os que acontecem em molas e
cordas, sons e em superfícies de
líquidos.
✿ Ondas Eletromagnéticas: são as
ondas geradas por cargas elétricas
oscilantes e sua propagação não
depende do meio em que se encontram,
podendo propagar-se no vácuo e em
determinados meios materiais. Alguns
exemplos são as ondas de rádio, de
radar, os raios x e as microondas.
→ Conforme a direção de propagação
das ondas, elas podem ser classificadas
em:
✿ Unidimensionais: que se propagam em
apenas uma direção, como as ondas em
cordas e molas esticadas
✿ Bidimensionais: são aquelas que se
propagam por uma superfície, como as
águas em um lago quando se joga uma
pedra
✿ Tridimensionais: são capazes de se
propagar em todas as dimensões, como
a luz e o som.
→ Conforme à direção da vibração, as
ondas podem ser classificadas como:
✿ Transversais: são as que são
causadas por vibrações perpendiculares
à propagação da onda como, por
exemplo, em uma corda:
✿ Longitudinais: são ondas causadas por
vibrações com mesma direção da
propagação, como as ondas sonoras.
Definição de Som
→ É uma onda mecânica que se
propaga a partir de uma fonte
emissora de maneira concêntrica
através de um meio com massa e
elasticidade.
→ O som não se propaga no vácuo.
→ A velocidade de propagação vai
depender do meio em que a onda se
propaga.
Parâmetros de Ondas
→ Movimentos das partículas
→ Amplitude: deslocamento máximo da
partícula
→ Velocidade: dada pela expressão
V = λ.f, onde λ é o comprimento de
onda e f é a frequência.
→ Comprimento de Onda (λ): medida
entre dois pontos de um ciclo completo.
→ Período (T): tempo necessário para
completar um ciclo completo.
→ Fase (Ø): posição onde inicia o ciclo
da onda.
→ Frequência (f): número de
repetições do ciclo em uma unidade de
tempo. A relação entre frequência e
período é dada pela seguinte expressão:
A unidade de frequência é o Hertz (Hz)
→ Resumo:
Raio da Onda e Frente de Ondas
Raio de onda é considerado a trajetória
dos pontos da frente de onda. Já a
frente é o conjunto dos pontos
atingidos pela perturbação no instante
considerado.
Tipos de Ondas Acústicas
→ Existem basicamente quatro tipos de
ondas sísmicas:
✿ Ondas compressionais ou Tipo P:
deslocamento das partículas se dá na
mesma direção de propagação das
ondas.
✿ Ondas cisalhantes ou Tipo S:
deslocamento das partículas se dá na
direção transversal à direção de
propagação da onda.
✿ Ondas superficiais: são ondas que
viajam logo abaixo da superfície e são
de baixa frequência, alta amplitude e
longa duração.
→ Variação de velocidade com a
profundidade:
✿ Influência da densidade
✿ Influência da porosidade
✿ Efeito da saturação de fluidos
✿ Efeito da pressão diferencial
✿ Relação com as ondas S e o Efeito
da Argilosidade
→ Velocidade de acordo com a
profundidade e Idade de Formação:
Velocidades geralmente aumentam com a
profundidade e a idade de formação,
que pode ser devido a uma redução da
porosidade e a um aumento da
saturação.
→ Lei Wyllie
Geralmente, as velocidades sísmicas
diminuem quando aumentam as
porosidades.
Estimativa de porosidades em geral, e
mais particularmente, para a estimativa
do grau de fracturação das rochas
consolidadas.
→ Rochas Magmáticas e Metamórficas
Diferenças nas velocidades das ondas S
e P nas rochas magmáticas e
metamórficas dependem dos seguintes
fatores:
✿ Diferença da composição das
rochas
✿ Fraturas, fissuras e poros
✿ Anisotropia
✿ Temperatura e pressão
✿ Teor de SiO2
→ Rochas Sedimentares
As velocidades das ondas S e P nas
rochas sedimentares vão depender dos
seguintes fatores:
✿ Composição mineralógica da matriz
da rocha
✿ Consolidação e cimentação da matriz
da rocha
✿ Porosidade, formas e conteúdos dos
poros
✿ Pressão e temperatura
→ Princípio de Huygens
Todo ponto de uma frente de onda
primária (origem na fonte), pode ser
considerado como uma nova fonte,
secundária, também emissora de onda
no volume esférico. E, após certo
tempo, a nova frente de onda primária
tangencia as secundárias.
→ Princípio de Fermat
A onda, ao se propagar, segue a
trajetória que implica no tempo mínimo.
→ Espalhamento
Quando uma frente de onda incide em
uma interface, parte da onda tem
alterada sua direção de propagação por
um processo chamado de espalhamento,
pode ser classificado em quatro tipos:
✿ Reflexão: especular (superfície
suave); difusa (superfície rugosa) e
lambertiana (superfície suave e rugosa)
Ө1 = Ө2
✿ Refração: interface é suave e
contínua, a velocidade de propagação da
onda no meio 2 é maior do que a
velocidade no meio 1, então a onda
dentro do meio 2 se propagará ao longo
da interface. Neste caso, o ângulo de
refração será de 90 ° e é chamado de
ângulo crítico. A distância que o
receptor deve estar do transmissor
para receber uma onda refratada é
chamado de distância crítica..
✿ Difração: gera uma multiplicidade de
ondas. Este fenômeno de espalhamento
ocorre quando uma onda incide em uma
singularidade geométrica.
Geologicamente, elas são muitas vezes
medidas nas vizinhanças de uma falha
vertical ou de uma descontinuidade em
camada geológica (abrupta alteração de
fácies).
✿ Ressonante: ocorre quando uma onda
incide entre interfaces com grande
contraste de propriedades físicas (por
exemplo, objeto fechado ou cilindro) em
diferentes pontos da fronteira em
variados tempos, onde a parte da
energia é refratada e a outra é
refletida. Este espalhamento resulta em
uma energia ressonante, ocasionada
pelas múltiplas ondas no perfil, que
algumas vezes é chamada de ringing.
→ Interferência das Ondas
Duas ou mais frentes de ondas em que
os caminhos dos raios se encontram e
se combinam de acordo com o princípio
da superposição.
✿ Interferência construtiva: amplitude
dos pulsos serão somadas
✿ Interferência destrutiva: amplitudes
dos pulsos serão subtraídos
Propriedades do Meio
→ O meio pode ser dividido em
homogêneo ou heterogêneo:
✿ Meio homogêneo: quando independe da
posição de um volume elementar desse
meio, apresentando as mesmas
propriedades físicas e mesma
velocidade de propagação de onda na
mesma direção.
✿ Meio Heterogêneo: quando depende
da posição de um volume elementar
desse meio, apresentando diferentes
propriedades físicas e a velocidade
varia na mesma direção.
→ O meio pode ser dividido em
isotrópico e anisotrópico:
✿ Isotrópico: quando as propriedades
medidas na mesma posição não mudam
de acordo com a direção medida.
✿ Anisotropia: quando as propriedades
medidas na mesma posição mudam de
acordo com a direção da medida.
Velocidades sísmicas mostram também
anisotropia em meios estratificados.
Velocidade longitudinal é geralmente
superior a partir de 10 a 15% do que a
velocidade transversal.
A anisotropia pode ser causada pelos
seguintes fatores em rochas e
sedimentos:
(i) Orientação preferencial de poros e
fraturas
(ii) Orientação preferencial de minerais
condutores
(iii) Presença de laminações finais de
rochas com condutividade diferente
É definida pela equação:
→ Anisotropia X Heterogeneidade: em
função da escala. Em micro-escala uma
rocha ou sedimento será sempre
heterogêneo e anisotrópico, enquanto
em macro-escala poderá ser
considerado homogêneo e isotrópico.
→ O meio também pode ser dividido em
elástico e inelástico:
✿ Elástico: retorna ao seu estado
normal após sofrer uma deformação
✿ Inelástico: não retorna ao seu estado
normal após sofrer uma deformação
→ Constantes Elásticas
Um meio é definido por suas constantes
elásticas. Elasticidade é a capacidade de
um corpo retornar ao seu estado
original após sofrer deformação.A
teoria da elasticidade estuda as relações
entre as forças e as mudanças na
forma e/ou volume dos corpos com
base nos conceitos de tensão (esforço)
e deformação. A lei de Hooke diz que
pequenas deformações podem ser
consideradas como idealmente elásticas.
→ Tensão
Força por unidade de área, tensão
normal (perpendicular à área) e
cisalhante (tangencial à área).
σxx é a tensão normal dita e σxy a
tensão cisalhante.
→ Deformação
Quando um corpo elástico é submetido a
algum tipo de tensão, ele poderá sofrer
mudanças nas suas formas e/ou
dimensões.
→ Coeficiente de Poisson
→ Relação entre tensão e deformação:
Quantificam as propriedades elásticas
dos diferentes materiais e estão
relacionadas a quantidade de
deformação física em função da força
aplicada.
✿ Módulo de Young (E)
✿ Módulo de rigidez (m)
✿ Módulo de compressão (K)
Traço Sísmico
Traço sintético é constituído por meio
de convolução. A função refletividade é
convolvida com a wavelet produzindo o
sismograma sintético.
Atenuação das Ondas Sísmicas
Uma onda sísmica viajando através de um
meio geológico a ser caracterizado
sofre alguma redução no seu conteúdo
de energia.
A quantidade dessa perda é função
tanto da fonte geradora de energia
quanto das propriedades do meio
sedimentar.
→ Atenuação
Existem mais de 20 mecanismos que
causam atenuação da onda acústica em
rochas e sedimentos. Os mais
importantes são:
✿ Fricção entre grãos (absorção):
transforma energia acústica em calor
devido ao atrito entre os grãos. A
fricção é mais crítica em rochas
granulares e sedimentares.
→ Absorção da Onda Sísmica: os meios
geológicos, ou os reservatórios a serem
caracterizados, comportam-se como
agentes absorventes de energia para as
ondas sísmicas que os venha a
atravessar. Quanto mais elástico for um
meio, menos energia será perdida. Uma
camada pobremente selecionada e/ou
inconsolidada deve ser mais absorvente.
Por isso, espera-se que a absorção
decresça com o aumento da
profundidade.
✿ Movimento relativo entre sólidos e
fluidos (squirt-flow): ocorre em função
dos diferentes níveis de
compressibilidade entre sólidos, gases e
líquidos. Sob ação de uma onda
compressional cada uma das fases irá
se mover com velocidades diferentes
gerando atrito entre os elementos.
✿ Presença de heterogeneidades
(dispersão Rayleigh): bolhas, poros,
microfraturas. Depende da
frequência/comprimento, atenuação alta
se for da ordem de grandeza de
heterogeneidades.
✿ Geração de ondas cisalhantes
✿ Reflexões múltiplas