Resumo Monitoramento Microssísmico

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Introdução
A microssismicidade diz respeito a
mudanças induzidas na pressão e na
tensão a que as rochas ou os maciços
rochosos estão submetidos, causando o
seu fraturamento e/ou ruptura a partir
de processos de reativação destas
estruturas geológicas, ou mesmo de
rupturas da matriz rochosa, resultado
na liberação de sinais microssísmicos.
A microssísmica é gravada a partir do
monitoramento passivo por meio de um
arranjo de geofones triaxiais que
detectam baixos níveis induzidos de
microssismicidade.
A informação produzida corresponde a
reação acústica das rochas e
estruturas a eventos induzidos.
→ O objetivo do monitoramento
microssísmico é a obtenção de 3 tipos
de informações relativas aos eventos
sísmicos em minas:
✿ Quando a rocha/estrutura está
rompendo, a partir do acompanhamento
dos processos de reativação de
estruturas geológicas pré-existentes.
✿ Onde a rocha/estrutura está
rompendo, acompanhando a evolução
dos processos associados a
reativações de estruturas e
instauração de quebras mecânicas,
através do monitoramento da energia
liberada nestes processos, o que é
possível de obter através do
posicionamento dos epicentros dos
fenômenos dinâmicos a partir da
triangulação dos geofones.
✿ O quanto de rocha/estrutura está
rompendo (a dimensão da ruptura),
associada quantidade de energia liberada
→ Técnicas de monitoramento
microssísmico
✿ O fraturamento das rochas pode
ser causado por forças de tração,
compressão ou cisalhamento
✿ Esses eventos liberam energia e a
geração de eventos microssísmicos que
podem ser quantificados e localizados
com precisão
→ Assinatura Sísmica
A emissão de energia provoca a
emissão de energia e produz uma gama
de assinaturas sísmicas (seismic
waveforms)
→ Calibração do sistema
✿ Eventos microssísmicos produzem
ondas mecânicas que se propagam para
fora do ponto de origem da ruptura na
rocha, a partir da liberação da energia
✿ Os sensores microssísmicos coletam
as ondas P e ondas S, onde a P
(primária) são ondas compressionais e a
S (secundária) são ondas cisalhantes
✿ A coleta preliminar de informações
serve para validar o nível de resposta
que determinado ambiente geológico irá
propiciar em termos de assinatura
sísmica e os cálculos das velocidades
das ondas P e S
Tipos de monitoramento
→ Monitoramento microssísmico passivo
✿ Esta técnica é chamada de análise de
ruído do ambiente e é particularmente
útil numa região onde não se espera a
ocorrência de muita atividade
microssísmica
✿ Baseia-se na relação entre a
velocidade com que as ondas sísmicas
viajam através do meio físico (rochas,
maciço) e as características que esse
meio se encontra, como o nível de
fraturamento e nível de alteração.
✿ Este método permite se determinar
os seguintes efeitos do desmonte
(detonações) sobre as estruturas
geotécnicas (barragem, taludes de mina
e pilhas): a) determinar quais efeitos de
curto prazo foram causados pela
atividade de mina nas estruturas
geotécnicas; b) examinar como o
maciço absorve o efeito das ondas e
examinar se existe uma alteração
permanente na velocidade das ondas
sísmicas ou se estas velocidades voltam
a seu estado de normalidade
✿ Se houver algum dano permanente ao
maciço no qual a barragem está
inserida, haverá uma alteração
permanente na velocidade sísmica
monitorada, logo após a energia liberada
pelo desmonte
→ Monitoramento microssísmico
passivo: Stress Change from Ambient
Noise (SCAN)
✿ Este método permite se medir
continuamente (monitora) as mudanças
de tensão sutis do maciço da barragem
e do entorno da estrutura com a
acurácia necessária
✿ SCAN não necessita da ocorrência
de um evento sísmico para funcionar
✿ Esse método informa continuamente
a mudança de tensão do maciço
rochoso para melhorar a avaliação de
estabilidade da estrutura da barragem
de rejeito
✿ Permite detectar as mudanças de
velocidades sísmicas da estrutura a
partir de sensores instalados na crista
da barragem
✿ Identifica a presença de falhas na
estrutura antes que estas sejam
visualizadas por inspeções periódicas
✿ Permite que o alerta seja emitido em
tempo hábil para a execução de medidas
mitigadoras
✿ Aplicação do "sinal" (noise) sísmico na
sismologia crustal: vulcões, zonas de
falhas regionais (falha de San Andreas)
e imagens da estrutura supracrustal da
Terra
Introdução Monitoramento
Microssísmico
→ Geofísica Terrestre: realiza o
imageamento em subsuperfície por meio
do contraste de propriedades físicas.
Dessa forma, a geofísica fornece um
conjunto de metodologias investigativas
que indicam como a estrutura está no
momento de aquisição.
✿ Eletrorresistividade
✿ Polarização Induzida
✿ Potencial Espontâneo
✿ Sísmica de Refração
→ Microssísmica: realiza o
monitoramento do comportamento da
estrutura. Este sistema de
monitoramento é capaz de detectar a
ocorrência de sismos com magnitudes
superiores a 2, além de utilizar o ruído
ambiente para monitorar as mudanças
de velocidade de propagação de ondas
sísmicas no meio.
→ Abordagens:
O mesmo arranjo de geofones opera
em duas abordagens distintas:
✿ Microssísmica Convencional:
monitoramento contínuo da ocorrência
de eventos sísmicos naturais e
antrópicos, com identificação da
localização e determinação de
parâmetros da fonte.
Análise dos ground motions (PGV e PGA)
provocados pelos eventos na estrutura
por meio de shake maps e estatísticas
de gatilhos.
Análise das vibrações experimentadas
pela estrutura de diferentes origens
continuamente (tráfego de veículos,
operação de máquinas)
✿ Interferometria Sísmica (passiva):
monitoramento contínuo da variação de
velocidade de propagação de ondas
sísmicas no maciço das barragens.
Associação da variação de velocidade
com a rigidez do meio:
(i) Poropressão
(ii) Carregamento
(iii) Perda de material
Correlação com os resultados da
instrumentação convencional.
Introdução à Sismologia
→ Sismicidade e Sismologia
✿ Atividade Sísmica: 5000 terremotos
por ano, sendo 100 fortes ao ponto de
provocar danos e 1 capaz de arrasar
cidades inteiras
✿
Fonte
Sísmica: sendo o hipocentro o ponto de
liberação de energia (foco sísmico) no
interior da terra e o epicentro a
projeção na superfície do hipocentro.
✿ Sensores:
(i) Sismógrafos
(ii) Geofones
(iii) Acelerômetros
✿ Sismogramas
✿ Ground Motion
→ Fenômenos associados à sismicidade
→ Fonte Sísmica
✿ Ondas de corpo:
(i) P (primárias)
(ii) S (secundárias)
✿ Ondas de superfície:
(i) Rayleigh
(ii) Love
→ Eventos Sísmicos
✿ Localização absoluta: utiliza apenas os
sismogramas como dados de entrada,
meio assumido como homogêneo,
velocidade de propagação de ondas P e
S constantes no meio, a trajetória dos
raios de propagação entre a fonte e o
sensor é considerada direta
→ Determinação dos parâmetros da
fonte:
✿ Transformada de Fourier
✿ Modelo de Brune
✿ Características dos espectros de
deslocamento, velocidade e aceleração
A partir dos espectros de
deslocamento, velocidade e aceleração,
obtém-se:
✿ Potência
✿ Energia
E, a partir destas, é possível conseguir
a magnitude e Es/Ep.
✿ Magnitude local: esta foi a primeira
escala de magnitude a ser desenvolvida
com o objetivo de descrever
quantitativamente o tamanho de um
evento sísmico (Escala Richter).
✿ Es/Ep: quando as ondas sísmicas se
propagam, elas carregam energia da
fonte para fora em todas as direções.
A relação entre energia da onda S e
energia da onda P pode ser um
indicador do mecanismo da fonte
sísmica. Eventos sísmicos naturais
(cisalhantes) a razão é frequentemente
maior que 10. Eventos não cisalhantes a
razão é igual ou menor que 3.
→ Sensores Utilizados:
✿ Geofones:
(i) Bobina e imã, movimento relativo
(ii) DDP α velocidade
→ Arranjo Microssísmico:
A sensibilidade é maior dentro do
arranjo. A geometria do arranjo deve:
✿ Contemplar toda a área de interesse
✿ Ser adensado em áreas críticas
(i) Triaxial: usualmente instalado em
terreno natural
(ii) Uniaxial: instalado no aterro estrutura
de interesse
→ Processamento de Sinais
Em processamento de sinais é comum
que sejam realizadas transições entre o
domínio analógico e o digital. A
informação é mostrada em um domínio
(geofone) eposteriormente a
informação é concretizada, por fim,
aplica-se um conversor para o domínio
digital (NETADC). O sinal é enviado ao
NetSp e depois para um servidor para
processamento sísmico e visualização
(Software IMS).
→ Aliasing
Distorção na frequência causada por
uma amostragem inadequada do sinal, que
resulta em ambiguidade entre sinal e
ruído.
→ Microssísmica Convencional
No contexto da mineração, há dois
processos principais que produzem
ondas sísmicas:
Os eventos de detonação tipicamente
terão um aumento gradual consistente
em sua curva de energia, enquanto os
eventos sísmicos tenderão a ter um
aumento mais acentuado na curva de
energia.
Interferometria Sísmica
A superfície da Terra está sujeita a
forças contínuas causadas por uma
banda das atividades humanas e por uma
ampla gama de fenômenos naturais. O
campo ambiental gerado por essas
forças constitui a radiação sísmica de
fundo da Terra, historicamente
chamada de microssismos.
A interferometria consiste na
sobreposição de ondas, geralmente
aplicada a fim de melhorar a resolução
do dado.
Definir o ruído ambiente é algo
complexo, sendo mais simples dar suas
características:
→ É uma fonte contínua e onipresente
de sismos
→ Pode decorrer das mais variadas
fontes
→ Apresenta comportamento quase
randômico
✿ Ruído ambiente: varia segundo
posição, tempo e frequência
O ruído sísmico ambiente pode ter sua
origem no movimento das ondas,
deslizamento de geleiras, campos eólicos,
movimentação da cidade.
Fisicamente, este ruído é campo de
onda emitido por uma fonte impulsiva em
xs e t=0, que viaja no eixo x a uma
velocidade aparente c, controlada pelas
propriedades elásticas do meio.
→ Rigidez
A rigidez é uma propriedade do material,
sendo um parâmetro de resistência e
deformabilidade.
A variação de velocidade de propagação
da onda sísmica tem relação direta com
a rigidez do meio.