Modelagem direta bidimensional do método magnetotelúrico com o método dos elementos finitos de arestas

Fizemos a modelagem direta 2D do método magnetotelúrico (MT) com o método dos elementos finitos (MEF) de arestas em termos dos campos primários e secundários. Para usarmos modelos de maior complexidade e diminuirmos o custo computacional utilizamos malhas não estruturadas. Nas malhas utilizadas, introduzimos quatro nós em torno de cada estação MT, constituindo um quadrado alinhado nas direções dos eixos cartesianos

Modelagem direta de dados de eletrorresistividade 3-D

Dentre os métodos geofísicos, o da Eletrorresistividade é um dos mais tradicionais, com o seu desenvolvimento ocorrido há mais de 80 anos. Durante esse tempo o seu uso acompanhou o avanço no poder de processamento numérico e mais recentemente, a modelagem e inversão tridimensional tornou-se uma possibilidade para o geofísico. Apresentamos, neste trabalho, a técnica de elementos finitos aplicada ao método da eletrorresistividade 3-D, através do cálculo do potencial secundário. Para o desenvolvimento da metodologia, simulamos o levantamento do método da eletrorresistividade 3-D com os arranjos Dipolo-Dipolo e Schlumberger, visando medir as variações laterais e verticais da resistividade aparente do solo. Estes arranjos consistem na injeção de corrente elétrica na superfície e de medidas de diferenças de potencial elétrico, resultante da interação da corrente elétrica com o solo. Sendo que, as fontes e receptores são localizados de acordo com os arranjos escolhidos para o levantamento. Neste trabalho, as curvas de sondagem e as pseudo-secções de resistividade aparente, são obtidas através da modelagem de eletrorresistividade 3-D, usando malha de elementos finitos regular. Para efeito de validação, os resultados são comparados com a resposta 3-D obtida a partir dos potenciais totais.

Modelagem de eletrorresistividade 2-D a partir do potencial elétrico secundário

Um dos métodos clássicos da geofísica de exploração é o Método de Eletrorresistividade, estabelecido há um século pelos irmãos Schlumberger e desde então amplamente empregado em prospecção mineral, estudos ambientais e hidrogeologia e em pesquisa de fontes geotermais. Conceitualmente o método consiste de injeção de corrente elétrica na subsuperfície e de medida de diferença de potencial elétrico, resultante da interação da corrente com o meio. As localizações dessas fontes e receptores são determinadas pelo arranjo escolhido para o levantamento. Após o processamento, obtém-se pseudo-seções de resistividade aparente que indicam a distribuição de condutividade em subsuperfície. Devido à simplicidade dos fundamentos físicos de sua formulação, o método apresenta fácil implementação computacional quando comparado aos métodos eletromagnéticos de fonte controlada. Na literatura há inúmeros trabalhos de modelagem computacional, onde se calcula a resposta para problemas 2-D e 3-D. Nestes trabalhos, as pseudo-seções são obtidas a partir do cálculo do potencial elétrico total. Neste trabalho, apresentaremos a resposta da modelagem de eletroresistividade 2-D com o arranjo dipolo-dipolo, obtida a partir do potencial elétrico secundário. A solução é calculada através do método de elementos finitos usando malhas não estruturadas. Para efeito de validação, os resultados são comparados com a resposta 2-D obtida a partir dos potencias totais.

Modelagem e filtragem de distorções estáticas em levantamentos de dipolos contínuos

As distorções estáticas são um grave problema que afeta o método magnetotelúrico e muitas tentativas têm sido feitas para eliminar ou minimizar os seus efeitos. Este trabalho trata de uma técnica nova que trata deste problema, o método EMAP, que é uma adaptação do método magnetotelúrico na qual as medidas de campo elétrico são feitas em uma linha contínua de dipolos conectados entre si, e os dados coletados desta maneira são tratados com um filtro espacial passa-baixa dependente da frequência. Este trabalho é composto de duas partes principais, a simulação numérica dos dados contaminados com as distorções estáticas e a filtragem destes dados com o filtro espacial passa-baixa. Na primeira parte, aplicamos o método dos elementos finitos para simular a resposta dos dipolos elétricos, os quais fazem as medidas do campo elétrico. Na segunda parte aplicamos a janela de Hanning como filtro passa-baixa apropriado para tratar os dados.

Modelagem do mCSEM no domínio do tempo usando transformada discreta de Fourier

A modelagem do mCSEM é feita normalmente no domínio da frequência, desde sua formulação teórica até a análise dos resultados, devido às simplificações nas equações de Maxwell, possibilitadas quando trabalhamos em um regime de baixa frequência. No entanto, a abordagem através do domínio do tempo pode em princípio fornecer informação equivalente sobre a geofísica da subsuperfície aos dados no domínio da frequência. Neste trabalho, modelamos o mCSEM no domínio da frequência em modelos unidimensionais, e usamos a transformada discreta de Fourier para obter os dados no domínio do tempo. Simulamos ambientes geológicos marinhos com e sem uma camada resistiva, que representa um reservatório de hidrocarbonetos. Verificamos que os dados no domínio do tempo apresentam diferenças quando calculados para os modelos com e sem hidrocarbonetos em praticamente todas as configurações de modelo. Calculamos os resultados considerando variações na profundidade do mar, na posição dos receptores e na resistividade da camada de hidrocarbonetos. Observamos a influência da airwave, presente mesmo em profundidades oceânicas com mais de 1000m, e apesar de não ser possível uma simples separação dessa influência nos dados, o domínio do tempo nos permitiu fazer uma análise de seus efeitos sobre o levantamento. Como parte da preparação para a modelagem em ambientes 2D e 3D, fazemos também um estudo sobre o ganho de desempenho pelo uso do paralelismo computacional em nossa tarefa.

Modelagem de perfis de indução no domínio do tempo por diferenças finitas

Apresentamos aqui uma metodologia alternativa para modelagem de ferramentas de indução diretamente no domínio do tempo. Este trabalho consiste na solução da equação de difusão do campo eletromagnético através do método de diferenças finitas. O nosso modelo consiste de um meio estratificado horizontalmente, através do qual simulamos um deslocamento da ferramenta na direção perpendicular às interfaces. A fonte consiste de uma bobina excitada por uma função degrau de corrente e o registro do campo induzido no meio é feito através de uma bobina receptora localizada acima da bobina transmissora. Na solução da equação de difusão determinamos o campo primário e o campo secundário separadamente. O campo primário é obtido analiticamente e o campo secundário é determinado utilizando-se o método de Direção Alternada Implícita, resultando num sistema tri-diagonal que é resolvido através do método recursivo proposto por Claerbout. Finalmente, determina-se o valor máximo do campo elétrico secundário em cada posição da ferramenta ao longo da formação, obtendo-se assim uma perfilagem no domínio do tempo. Os resultados obtidos mostram que este método é bastante eficiente na determinação do contato entre camadas, inclusive para camadas de pequena espessura.

Modelagem sísmica por diferenças finitas em meios bidimensionais com difratores

Este trabalho tem por objetivo a modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações. Como parte deste estudo foi feita a análise numérica visando as condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas. Para a validação do programa de diferenças finitas foi feita a comparação cinemática com a Teoria do Raio para um modelo simples. O motivo deste estudo é ter uma melhor compreensão e controle sobre os problemas de modelagem, visando contribuir para a solução de problemas na interpretação de dados sísmicos. Segundo vários autores na literatura geológica, Derby (1877), Evans (1906), Paiva (1929) e Moura (1938). A Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o recente, atingindo espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançando espessuras de centenas de metros, perfazendo um volume total de 90.000 quilômetros cúbicos. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica, impossibilitando uma melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo das soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foi usado um modelo acústico de velocidades. Para o cálculo dos sismogramas foi utilizado um programa de diferenças finitas com aproximação de quarta ordem da equação da onda acústica no espaço e no tempo. As aplicações dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas têm melhorado a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observado a influência significativa das múltiplas devido a camada de alta velocidade, o que faz com que haja maior perda de energia dificultando a interpretação dos alvos. Por esta razão recomendo a integração de dados de superfície com os dados de poço, com o objetivo de se obter uma melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.

Caulins amazônicos: possíveis materiais de referência

Caulim é um produto originado pela ação do intemperismo de silicatos de alumínio como os feldspatos, que na região amazônica é favorecida pelo clima quente e úmido. Usado na fabricação de materiais refratários, cimentos, fármacos, catalisadores, cobertura e enchimentos de papel e outras diversas finalidades. Este trabalho tem como objetivo a caracterização e a comparação de caulins de coberturas e in natura de diferentes regiões do Pará (Rio Capim, Jarí e Vila do Conde) de origens sedimentares com caulins utilizados como materiais de referência (IPT-28, IPT-32, IPT-42, KGa-1b e KGa-2). Nas caracterizações foram utilizados métodos de análise química, física e mineralógica como: Análise de tamanho de partícula, Difração de raios X, Fluorescência de raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Análise Térmica Diferencial. Os resultados mostraram como principal fase mineral em todos os caulins estudados a caulinita, com diferentes graus de "cristalinidade". Os caulins amazônicos apresentaram-se com alto e baixo grau de ordem estrutural, assim como os materiais de referências. No que se referem às propriedades de composição química, ambos os materiais apresentaram teores de SiO₂ + Al₂O₃ acima de 90%, teores de Na₂O e TiO₂ muito baixos, em média 0,6% e 1,92%, respectivamente para os materiais de referência, e para os amazônicos foram de Na₂O 0,3% e 1,62% para TiO₂. Quanto à análise de tamanho de partícula, observaram-se variações de D₅₀ = 0,7 a 9 µm para os da Amazônia e D₅₀ = 1,7 a 6 µm para os de referência. Os caulins amazônicos sedimentares por mostrarem baixos teores de impurezas e por serem encontrados em grandes quantidades, sugerem um forte potencial para utilização como caulins de referência.

Modelagem unidimensional de dados do método MCSEM com variação na resistividade da água do mar e na orientação dos sensores

O Marine Controlled Source ElectroMagnetic (MCSEM) é um novo método geofísico que tem sido empregado para a detecção de camadas resistivas no sub-solo oceânico e tem se mostrado uma ferramenta promissora para a indústria do petróleo. Neste trabalho, é modelado levantamentos do método MCSEM incluindo variações nos valores de resistividade da água do mar. Tais variações podem resultar da influência de correntes marinhas, gradientes de temperatura ou de qualquer fator que possa afetar a salinidade da água. Observamos que os dados do método são afetados de maneira significativa por tais variações. Tanto a variação na resistividade quanto na espessura da camada de água pode afetar os resultados do MCSEM de maneira semelhante. É modelado também o posicionamento aleatório dos receptores, mostrando um decaimento significativo da amplitude do sinal quando os receptores se posicionam a uma certa distância da linha de medidas.

Modelagem do tempo de execução de obras civis: estudo de caso na Universidade Federal do Pará

Este artigo propõe a adoção de um modelo numérico prognóstico para estimar a variável "tempo de execução" para empreendimentos públicos de forma objetiva. O trabalho de campo consistiu na aplicação de métodos estatísticos para analisar dados de obras licitadas e executadas durante o período de 2006 a 2009 na Universidade Federal do Pará (UFPA). A análise de dados envolveu cálculos de regressões lineares e transformadas das funções. Após estratificação e tratamento inicial dos dados, os elementos adotados para construção do modelo final se restringiram a 102 obras de um total de 225 originariamente pesquisadas, resultando nos seguintes parâmetros estatísticos: coeficiente de correlação (R) de 0,899; coeficiente de determinação (R²) de 0,808; coeficiente de determinação ajustado (R² ajustado) de 0,796 e erro padrão (Se) de 0,41. Estes parâmetros indicam forte correlação linear entre as variáveis, indicando que 79,60% da variação do tempo para executar uma obra pública podem ser causadas pela variação, em conjunto, das variáveis área construída, custo orçado, capacidade técnica operacional do contratante, capacidade operacional da empresa, tipologia de serviço e estação do ano.

Observações hidrológicas e resultados de modelagem no espalhamento sazonal e espacial da pluma de água Amazônica

Neste estudo são apresentadas as análises espaciais e temporais dos dados sinóticos coletados durante quatro campanhas oceanográficas do programa “REVIZEE/SCORE-N” realizadas em março-abril de 1995, outubro-novembro de 1997, abril-maio de 1999 e agosto-setembro de 2001. Em complemento às análises dos dados hidrológicos, foram utilizados resultados do modelo numérico CLIPPER - Experimento ATL6 (1/6 deg.). A ênfase deste artigo é avaliar o deslocamento sazonal e espacial da pluma de água Amazônica nas regiões localizadas à sudoeste, noroeste e em frente à foz do rio Amazonas. Dados hidrológicos e resultados do modelo demonstram que durante os meses de março-maio a pluma do rio Amazonas move-se para sudoeste, ao longo da costa norte brasileiro, tendendo a diminuir o deslocamento da pluma para sudoeste durante os meses de agosto-setembro. De outubro a novembro, não foi observado ou registrado o deslocamento da pluma para sudoeste. Resultados do modelo revelam anéis gerados pela retroflexão da Corrente Norte do Brasil (CNB) em torno de 7º N, e também a influência de água proveniente do rio Amazonas em volta desses anéis durante o mês de agosto.

Síntese e caracterização de materiais híbridos (PCHs e Organoargilas) com aplicabilidade na adsorção de fenol, benzeno e tolueno

Este estudo avalia o uso de argila do Estado do Acre de natureza esmectítica (argila original) como precursora na síntese de PCHs (Porous Clay Heterostructure) e na organofuncionalização com mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTS-Arg) e aplicabilidade desses materiais como adsorventes de fenol, benzeno e tolueno em fase líquida. A síntese de PCHs envolve as seguintes etapas: preparação de organoargila com hexadeciltrimetilamônio (HDTMA-Argila); aumento do espaçamento basal (d₀₀₁) da organoargila usando o cosurfactante octilamina e adição concomitante de uma fonte de Si, como o tetraetilortosilicato (TEOS); lavagens com etanol em HCl, secagem a 60 o C (PCH-60 A e B); calcinação a 500 o C e 700 º C (PCH 500 A/B e PCH 700), com a remoção do surfatante/co-surfactante e consequente substituição destas substâncias orgânicas por prótons que permanecem nas paredes das galerias de pilares de SiO₂ até novo tratamento porventura realizado no PCH. O material MPTS-Arg foi obtido a partir da intercalação de mercaptopropiltrimetoxisilano na argila original sob agitação durante 1 h (Arg-MPTS 1) e na argila original previamente tratada com HCl 1 mol L^-1 e sob agitação durante 2 h (Arg-MPOS 2). Os materiais (argila original, HDTMA-Argila, PCH-60, PCH-500/700 e MPTS-Arg) foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura acoplado a espectroscopia de raios X por dispersão de energia (MEV/ EDS), espectroscopia de absorção molecular IV com transformada de Fourier (FTIR), técnicas de análises térmicas (DTA_TG) e análises texturais, como as medidas de área superficial específica (ASEBET, ASE_Langmuir), volume total de poros (VTP) e diâmetro médio de poros (DMP). Caracterização complementar por ressonância nuclear magnética no estado sólido acoplada a espectrometria de massa (RMN-M AS) foi realizada para o PCH-500 A. Nos experimentos de adsorção de fenol, benzeno e tolueno foram utilizadas suspensões aquosas dos adsorventes contendo separadamente os adsorvatos. As concentrações de equilíbrio de fenol, tolueno e benzeno foram medidas por espectroscopia de absorção molecular na região ultravioleta, conforme método aceito e aplicado em outros estudos de adsorção. Foram obtidos os seguintes resultados: identificação do argilomineral esmectita na argila natural com espaçamento basal de 1,25nm; intercalação do HDTMA e do MPTS com expansão do d(001) para 1,95nm (HDTMA-Arg 5) e 2,1nm (MPTS-Argila 1h). Após a modificação observou-se através da análise de EDS um decréscimo das concentrações dos elementos Na, Si e Al (%) nas posições interlamelares e aumento na concentração de C. O espectro ²⁹Si MAS NMR do PCH-500 A apresentou sinais químicos dos centro Q₃ Si(OSi)₃OH e Q₄ Si(OSi)₄ que indicam a formação de sílica em sua estrutura. Os PCHs (60 e 500 A) foram classificados como mesoporosos, apresentando ASE_BET entre 417 a 446 m² g^-1 e volume total de poros (cm³ g^-1) = 0,367 - 0,369. O aumento da temperatura de calcinação do PCH 500 para 700 o C (PCH 700) propiciou decréscimos em SBET (305 m² g^-1) e diâmetro médio de poros (0.976 nm). Foi verificado a partir da avaliação das medidas dos diâmetro de poros em PCH 700 que 46% das medidas correspondem a microporos. No estudo do equilíbrio de adsorção foram obtidos os valores de K_L (L mg^-1), K_F (L mg^-1) e q_Max (mg g^-1) nos seguintes processos: (i) adsorção de fenol (1.40; 2.26 e 3.80) e tolueno (145, 7.18 e 135) em PCH-500 A; (ii) adsorção de benzeno (0.33, 41.49 e 69.81) em PCH 500 B; (iii) na adsorção de tolueno em argila-MPOS 1 (1.06, 118.9 e 146) e argila-MPOS 2 (2.1, 92 e 97); (iv) na adsorção de fenol (0.07, 0.48 e 4.44) e benzeno (0.11, 4.95 e 35.8) em HDTA-Arg 5, respectivamente. Os dados obtidos sobre a caracterização dos materiais indicaram que a formação dos PCHs propiciou grande aumento nas concentrações de Si e decréscimo nas concentrações de Al, Fe e outros elementos, devido à delaminação- exfoliação da esmectita original. Foi verificado que os materiais são mais adequados para adsorção de tolueno e benzeno do que fenol.

Modelagem de dinâmica do uso da terra e cobertura vegetal na região de Santarém, oeste do Pará

A região de Santarém, na última década, apresentou um aumento da área de agricultura de grãos, em especial, arroz, milho e soja. Na base da estrutura fundiária da região, essa dinâmica tem concorrido para a concentração fundiária devido à substituição da pequena propriedade pela grande propriedade capitalizada. Políticas de ordenamento territorial criaram um mosaico de unidades com regras específicas de uso da terra, são unidades de conservação e diferentes modalidades de projetos de assentamentos. Este trabalho tem dois objetivos: estudar o processo de transformação da paisagem após a introdução da agricultura capitalizada de grãos e construir cenários de futuro que analisem alternativas para conter o desflorestamento e a concentração fundiária em curso. O estudo foi realizado utilizando técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento, a partir de imagens Landsat 5 TM dos anos de 1999, 2004 e 2007. Técnicas de modelagem dinâmica foram empregadas para explorar cenários de futuro (2015) considerando regras de uso do território. Os resultados obtidos mostram que, até 2004, a maior parte da agricultura mecanizada foi implantada em áreas onde anteriormente eram ocupadas pela agropecuária familiar, pastagem e capoeira. Após 2004, a sua expansão se deu, principalmente, sobre áreas de floresta, em especial, dentro de projetos de assentamento. A análise das transições de uso, em diferentes modalidades de assentamento, demonstra que as regras de uso do território estabelecidas por medidas de ordenamento territorial não têm sido seguidas em muitos casos. Este trabalho apresentou como principal contribuição metodológica a incorporação de questões institucionais relacionadas à estrutura fundiária na análise de transformação da paisagem e construção de cenários. Os resultados mostram que tal abordagem é essencial para entender os processos de transformação correntes à região em questão.

Aspectos regionais da variabilidade de precipitação no estado do Pará: estudo observacional e modelagem climática em alta resolução

O objetivo do presente trabalho foi agregar diferentes redes de estações meteorológicas de superfície para a criação de um novo banco de dados integrado, a partir do qual foi gerada uma climatologia recente (1978-2007) para a precipitação do estado do Pará em alta resolução espacial – 30 km, permitindo melhor identificar a variabilidade climática regional, sobretudo influenciada pelos aspectos da fisiografia e em função de mecanismos climáticos de grande escala dos oceanos Pacífico e Atlântico. Buscou-se, ainda, estabelecer uma configuração otimizada do modelo climático RegCM3 utilizando duas diferentes parametrizações de cumulus: RegCM3/Grell e RegCM3/MIT. Foram realizadas 26 simulações (1982/83 a 2007/08) durante a estação chuvosa na Amazônia oriental (dezembro a maio) para cada esquema de parametrização convectiva, utilizando 30 km de resolução espacial. O modelo mostrou-se capaz de capturar os sinais de anomalia na presença de forçantes climáticas extremas, como o El Niño-Oscilação Sul e o dipolo do Atlântico. O RegCM3/MIT obteve ótimo desempenho na região de Altamira/PA e performance razoável nos setores Nordeste (região de Belém), Leste ( região de Marabá), Sudeste (região de Conceição do Araguaia), e Noroeste (região de Tiriós). O RegCM3/Grell destacou-se nas regiões Nordeste, Leste, Sudeste e Noroeste, com desempenho razoável. O setor Norte (região de Macapá) foi o mais problemático, com pouca ou nenhuma sensibilidade apresentada pelo modelo. Embora o RegCM3 tenha obtido resultados razoáveis na maior parte do domínio, foram detectados erros sistemáticos nas simulações, com viés seco para o RegCM3/Grell e viés úmido para o RegCM3/MIT na porção Sul e viés seco na porção Norte. Estas características denotam a necessidade de ajustes às condições regionais dos esquemas de convecção.