Espalhamento elástico em meios anisotrópicos estratificados

A análise de AVO constitui-se, atualmente, numa importante ferramenta para a extração de informações litológicas a partir de dados sísmicos, através do uso dos contrastes de impedância acústica nas interfaces que separam diferentes litologias. A hipótese usual de isotropia deixa de valer, em muitos casos, após o advento de arranjos de grande afastamento e geofones com multi-superfície. Para a interpretação destes dados, a análise de AVO deve incluir anisotropia. Este trabalho apresenta uma teoria de AVO e resultados numéricos para um meio anisotrópico estratificado. Esta tese contém três contribuições. Inicialmente, é apresentada uma nova abordagem para o estudo da reflexão-transmissão através de interface plana que separam dois meios anisotrópicos com pelo menos um plano horizontal de simetria especular. As equações de Zoeppritz são generalizadas para incluir anisotropia, através da introdução das chamadas matrizes de impedância, o que simplifica bastante o formalismo anterior. Posteriormente, é descrito o estudo da reflexão de ondas P através de interface entre um meio isotrópico e outro transversalmente isotrópico (TI). É mostrado que a reflexão de ondas P, neste tipo de experimento, não fornece informações sobre a presença de anisotropia do semi-espaço TI, pelo menos em incidência pré-crítica. Finalmente, é discutido o comportamento da reflexão e transmissão de pulsos, em incidência pós-crítica, através de meios anisotrópicos estratificados. Observa-se que o comportamento pós-crítico dos pulsos espalhados carregam valiosa informações sobre a anisotropia dos meios atravessados por eles.

Modelagem 1D e 2,5D de dados do método CSEM marinho em meios com anisotropia transversal inclinada

Neste trabalho apresentamos a solução do campo eletromagnético gerado por um dipolo elétrico horizontal em meios transversalmente isotrópicos com eixo de simetria vertical (TIV) e com eixo de simetria inclinado (TII). Para modelos unidimensionais, o campo eletromagnético foi obtido por duas metodologias distintas: (1) solução semi-analítica das equações de Maxwell com auxílio de potenciais vetores no caso TIV e (2) em modelos com anisotropia transversal inclinada o campo eletromagnético foi separado em primário e secundário, e então, o campo secundário foi calculado pelo método de elementos finitos no domínio (k_x, k_y, z) da transformada de Fourier. Para estruturas bidimensionais, foi aplicada a mesma metodologia usado nos modelos TII unidimensionais, onde o campo secundário foi calculado pelo método de elementos finitos no domínio (x, k_y, z), da transformada de Fourier, com a utilização de malhas não estruturadas para discretização dos modelos. Estas respostas foram usados para avaliar os efeitos da anisotropia elétrica nos dados CSEM marinho 1D e 2,5D.

Modelagem sísmica e inversão na presença de anisotropia

A necessidade da adoção de modelos elásticos anisotrópicos, no contexto da sísmica de exploração, vem crescendo com o advento de novas técnicas de aquisição de dados como VSP, walkway VSP, tomografia poço a poço e levantamentos sísmicos com grande afastamento. Meios anisotrópicos, no contexto da sísmica de exploração, são modelos efetivos para explicar a propagação de ondas através de meios que apresentam padrões de heterogeneidade em escala muito menor que o comprimento de onda das ondas sísmicas. Particularmente, estes modelos são muito úteis para explicar o dado sísmico mais robusto que são as medidas de tempo de trânsito. Neste trabalho, são investigados aspectos da propagação de ondas, traçado de raios e inversão de tempos de trânsito em meios anisotrópicos. É estudada a propagação de ondas SH em meios anisotrópicos estratificados na situação mais geral onde estas ondas podem ocorrer, ou seja, em meios monoclínicos com um plano vertical de simetria especular. É mostrado que o campo de ondas SH refletido a partir de um semi-espaço estratificado, não apresenta qualquer informação sobre a possível presença de anisotropia em subsuperfície. São apresentados métodos simples e eficientes para o traçado de raios em 3D através de meios anisotrópicos estratificados, baseados no princípio de Fermat. Estes métodos constituem o primeiro passo para o desenvolvimento de algoritmos de inversão de tempos de trânsito para meios anisotrópicos em 3D, a partir de dados de VSP e walkaway VSP. Esta abordagem é promissora para determinação de modelos de velocidade, que são necessários para migração de dados sísmicos 3D na presença de anisotropia. É efetuada a análise da inversão tomográfica não linear, para meios estratificados transversalmente isotrópicos com um eixo de simetria vertical(TIV). As limitações dos dados de tempo de trânsito de eventos qP para determinação das constantes elásticas, são estabelecidas e caracterizados os efeitos da falta de cobertura angular completa na inversão tomográfica. Um algoritmo de inversão foi desenvolvido e avaliado em dados sintéticos. A aplicação do algoritmo a dados reais demonstra a consistência de meios TIV. Esta abordagem é útil para casos onde há informação a priori sobre a estratificação quase plana das formações e onde os próprios dados do levantamento poço a poço apresentam um alto grau de simetria especular em relação a um plano vertical. Também pode ser útil em interpretações preliminares, onde a estimativa de um meio estratificado, serve como modelo de fundo para se efetuar análises mais detalhadas, por exemplo, como um modelo de velocidades anisotrópico para migração, ou como um modelo de calibração para análises de AVO.

Estudo da hidrogeologia no município de Palestina do Pará usando o método de eletroresistividade

Esse trabalho de geofísica aplicada à hidrogeologia, foi realizado numa área localizada na porção sudeste do estado do Pará, mas precisamente na cidade de Palestina à margem esquerda do rio Araguaia. Ironicamente existem problemas de abastecimento de água potável para a população da cidade. Esse problema deve-se ao fato que, no momento, é antieconômico o tratamento e transporte de água do rio para a cidade. Considerando que a extração de água subterrânea é economicamente mais viável para a solução desse problema, o Departamento de Geofísica e o curso de Pós-graduação de Geofísica da Universidade Federal do Pará (UFPa), por solicitação da prefeitura daquele município e da Fundação Nacional de Saúde (FNS), participaram no levantamento geofísico de eletroresistividade para investigar os possíveis locais de ocorrência de água subterrânea. Foram realizadas, na área, 21 Sondagens Elétricas Verticais (SEVs) medidas na superfície, utilizando o arranjo Schlumberger com abertura máxima dos eletrodos AB e MN de 500m e 50m, respectivamente. Para a sua interpretação foram usados os programas de modelagem direta (EGSLIB/SEV1D) e inversa (EGSLIB/SEV1DIN) de RIJO (1994), de modelos de n camadas horizontais, homogêneas e isotrópicas. Com base nos resultados da interpretação das 21 SEVs, e também das informações da geologia local foram confeccionadas três mapas de contorno e seis secções geoelétricas. Dos seis horizontes que aparecem nessas secções, o mais favorável para a exploração hidrogeológica é o quarto, com espessura variando de 10 a 79 m, estando a uma profundidade média de 50m e com valores de resistividade variando de 150 — 850 Ωm, sendo correlacionavel com a Formação Potí. A analise final dos mapas e das secções geoelétricas, indicou que o local mais apropriado para a perfuração de poços, é uma área próximo à atual área de captação.

Hidróxidos duplos lamelares à base de escória de alto forno

Hydrotalcite like compounds (HT) were prepared by co-precipitation (Mg/Al = 3.5), using an acid solution with blast furnace slag and MgCl2.6H2O and aqueous solutions of NaOH. The following synthesis variables were investigated: temperature (30 and 45 ºC) and pH (9 and 12). Depending of the temperature two systems were observed: Mg-Al-CO3 (T = 30 ºC); Mg-Al-Cl-CO3 (T = 45 ºC). An increase in the pH of synthesis and Mg2+ concentration produced HTs well-crystallized and with greater values of all cell parameters. The study showed the potentiality of BFS in the synthesis of well-crystallized LDHs without the presence of other crystalline phases.

Modelagem 2,5D por elementos finitos dos efeitos da topografia do terreno sobre dados obtidos com o método eletromagnético a multifrequência

Este trabalho consiste em realizar a modelagem, via elementos finitos (EF) 2,5D, do efeito da topografia do terreno sobre dados obtidos com o método eletromagnético a multi-frequência (EMMF). Este método usa como fonte uma grande espira quadrada de corrente elétrica com centenas de metros de lado, e como receptores, bobinas posicionadas na horizontal em alinhamento com o transmissor. A subsuperfície é representada por heterogeneidades bidimensionais imersas em um meio horizontalmente estratificado. A formulação, partindo das equações de Maxwell, é desenvolvida a partir da separação do campo eletromagnético em primário (campos no hospedeiro multi-estratificado) e secundário (diferença entre o campo total e o primário). O domínio discretizado é descrito por uma malha não estruturada, com elementos triangulares. Para calcular as componentes derivadas da solução de elementos finitos, em um determinado nó da malha, foi usada a média aritmética das derivadas das funções bases de EF em torno daquele nó. O código de modelagem construído permite quantificar e analisar como os gradientes topográficos influenciam as medidas dos campos eletromagnéticos gerados. A aplicação é a avaliação dessas influências sobre a componente radial do campo da espira na superfície terrestre, que é a componente empregada no método eletromagnético a multi-frequência (EMMF).

Modelagem de dados MT 2D em multicamadas com anisotropia arbitrária

Neste trabalho apresentamos a modelagem direta bidimensional do método Magnetotelúrico (MT) com anisotropia arbitrária na condutividade elétrica para modelos de multicamadas estratificadas horizontalmente, separando a resposta do campo resultante em duas partes, primária e secundária. A parte primária refere-se ao campo 1D do modelo na ausência de heterogeneidades; a secundária, à contribuição no campo resultante gerada pela anomalia. Esta modelagem foi feita via técnica numérica dos Elementos Finitos (EF). Apresentamos também a modelagem direta do caso MT 1D para o mesmo modelo e anisotropia arbitrária, porém, com solução analítica pelo método da matriz de propagação; tal resultado é usado como fonte na formulação 2D. No estudo a respeito do comportamento dos campos 1D em profundidade na presença da anisotropia, verificamos nas componentes horizontais que suas curvas dentro de cada camada se assemelham a de um campo na presença de fontes, pois experimentam um aumento na amplitude; além de verificar o surgimento da componente normal E_z do campo, sem que haja uma densidade de corrente nesta direção. Com arbitrariedade na anisotropia queremos dizer que seus eixos principais podem assumir qualquer orientação em relação ao eixo de referência adotado para o problema; tal orientação é descrita sob três rotações consecutivas, chamadas de strike, dip e slant, que simulam inclinações bastante presentes na geologia dos ambientes terrestres. Verificamos que a anisotropia provoca alterações no comportamento das pseudo-seções de resistividades aparentes, interferindo na interpretação correta dos dados.

Modelamento de perfis de indução

Neste trabalho foi implementado um algoritmo que permite o modelamento das respostas das sondas de indução (2C40-6FF40-ILD) em meios estratificados. O algoritmo é baseado na solução exata do problema de Green para a obtenção do campo eletromagnético em meios estratificados com a fonte no interior dos estratos. O código computacional desenvolvido neste trabalho para meios horizontalmente estratificados tem o objetivo de auxiliar o desenvolvimento de códigos mais avançados, uma vez que é difícil o acesso para a pesquisa dos códigos citados na literatura. Os códigos disponíveis são comerciais, mas estes têm o objetivo único de produção, além de serem, bastante dispendiosos. O código também foi utilizado para a obtenção da resposta da sonda ILD em reservatórios do tipo laminado, onde a sonda tem baixa resolução. E verificamos, a exemplo de outros autores, que a condutividade obtida pela sonda pode ser expressa pela soma das condutividades dos constituintes litológicos do reservatório ponderada pelos seus percentuais em volume. Esta relação foi definida para reservatórios ainda não analisados na literatura, tipo arenito moderadamente silicificado/arenito/folhelho, onde a lâmina de interesse tem resistividade superior a resistividade de uma das lâminas, e inferior a resistividade da outra. Foi analisado também reservatórios tipo arenito moderadamente silicificado/arenito, onde a lâmina de interesse tem a menor resistividade. Com esta relação pode-se obter para estes reservatórios laminados estimativas mais precisas de Rt e consequentemente determinar as saturações água/óleo e produtibilidade, também de forma mais precisa.

Reaproveitamento de lama vermelha na obtenção de compostos do tipo hidrotalcita do sistema (Zn-Ni-Cu/Fe-Al)-SO4

Compostos do tipo hidrotalcita, também conhecidos como hidróxidos duplos lamelares (HDLs), do sistema (Zn-Ni-Cu/Fe-Al)-SO₄ foram obtidos por meio de co-precipitação a pH variável (crescente) utilizando lama vermelha (LV) como material de partida devido a sua elevada porcentagem de Fe³⁺ e Al³⁺. Para tal estudo, a LV, previamente caracterizada por FRX e DRX, foi submetida à abertura ácida com HCl_conc. e H₂SO₄ 2N. Para os HDLs obtidos, foram avaliados a influência do tipo de cátion bivalente, da variação do pH de síntese (pH 5, 7, 8, 9, 10 e 12) e da variação de razão molar teórica r = M^II/M^III (2, 3 e 4) na sua estrutura cristalina mediante as seguintes técnicas de caracterização: DRX, FT-IR, MEV/EDS, TG/ATD. Os resultados FRX revelaram que a LV é composta principalmente por Fe₂O₃ (32,80%), Al₂O₃ (19,83%), SiO₂ (18,14%) e Na₂O (11,55%). DRX corrobora os resultados da análise química, visto que foram identificados os minerais: hematita, goethita, gibbsita, sodalita, calcita, anatásio e quartzo. Zn-HDLs mostraram que a o aumento de pH de síntese colabora para um melhor ordenamento cristalino do material, uma vez que os picos se tornam melhor definidos, culminando com a melhor condição experimental em pH 9 e r = 3, cujo HDL foi identificado como o mineral natroglaucocerinita (d~11 Ǻ). Nesses valores de pH, a incorporação de SO₄^2- no espaçamento interlamelar foi favorecida apesar da competição com o CO₂ presente no ar atmosférico no momento da síntese. FT-IR também indica a presença do sulfato. As análises por MEV revelam a presença de cristais muito finos e pequenos, > 2μm, de forma hexagonal que pela análise via EDS indicaram, em sua composição, os elementos Na, Zn, Fe, Al, S, C e O. TG/ATD evidenciaram quatro etapas de perda de massa: desidratação, desidroxilação, desoxidenação e dessulfatação, para os HDLs com melhor ordenamento cristalino. Para os materiais menos cristalinos, as duas primeiras etapas ocorrem simultaneamente. Ni-HDLs apresentaram três picos com posições próximas às do mineral carrboydita a partir de pH igual a 7. No entanto, a partir de pH 9, surge hematita como uma fase acessória. Também há disputa entre os ânions SO₄^2- e CO₃^2- no espaço interlamelar, visto que os valores de espaçamento basal d diminuem (de aproximadamente 9,5 até 7,8 Ǻ). Tal fato também foi observado pelo FT-IR. As análises por MEV mostraram aglomerados de minerais anédricos menores que 2μm que, via EDS indicaram composição Ni, Fe, Al, S, C e O. As análises de TG/ATD apresentaram o mesmo comportamento do sistema anterior, evidenciaram as etapas de desidratação, desidroxilação, desoxigenação e dessulfatação e, para os materiais menos cristalinos, as duas primeiras etapas também ocorrem simultaneamente. Cu-HDLs, em valores de pH entre 7 e 10, não cristalizaram a fase HDL tal qual verificada para os sistemas contendo zinco ou níquel. O cobre distorce a estrutura do octaedro causando o chamado Efeito Jahn-Teller: distorção tetraédrica no ambiente octaédrico. As análises por FT-IR apresentaram o mesmo comportamento dos sistemas anteriores, apesar de o material se apresentar amorfo via DRX. O MEV também revela aglomerados amorfos que, de acordo com o EDS, indicaram em sua composição os elementos Cu, Fe, Al, S, C e O. As análises de TG/ATD apresentaram o mesmo comportamento que os materiais menos cristalinos dos dois sistemas anteriores, para os quais as etapas de desidratação e desidroxilação ocorreram simultaneamente. Mt-HDLs (mistura de Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺), apresentaram comportamento semelhante aos HDLs de níquel, com quatro picos em posições próximas aos da carrboydita a partir de pH igual a 7. A disputa entre sulfato e carbonato também se repete, visto que os valores de espaçamento basal d diminuem (de aproximadamente 9,5 até 7,9 Ǻ), o que também pode ser notado nos espectros de FT-IR. O MEV dessas amostras também apresentaram aglomerados com tamanhos menores que 2μm e, via EDS, indicaram em sua composição os elementos Zn, Cu, Ni, Fe, Al, S, C e O. Aqui também o comportamento das curvas TG/ATD foi semelhante aos materiais pouco cristalinos obtidos anteriormente.

Viabilidade da aplicação do GPR para o mapeamento de camadas de bauxita laterítica e de goethita

O método eletromagnético GPR foi testado no mapeamento de camadas em depósitos de minérios, localizados em dois diferentes ambientes geológicos. Foram realizadas medidas com o intuito de mapear camadas que compõem depósitos de origem supergênica de bauxita laterítica e goethita. Os levantamentos para o mapeamento das camadas de bauxita foram realizados no município de Paragominas, no Pará. As medidas para o mapeamento das camadas de goethita foram realizadas no interior de uma fazenda particular, localizada entre os municípios de Xambioá e Vanderlândia, estado do Tocantins, próximo ao Cinturão Araguaia. O estudo teve como principal objetivo identificar os parâmetros profundidade e espessura das zonas mineralizadas, que podem auxiliar no trabalho de explotação dos minérios. Os resultados obtidos podem ser considerados bastante satisfatórios, pois o método apresentou boa resposta para os dois tipos de minérios investigados, tornando-se possível a caracterização das camadas e a verificação de suas profundidades e espessuras.

Síntese de hidróxidos duplos lamelares do sistema Cu, Zn, Al-CO3: propriedades morfológicas, estruturais e comportamento térmico

Hidrotalcitas são argilas aniônicas, também conhecidas como Hidróxidos Duplos Lamelares (HDLs) e possuem estrutura semelhante ao mineral brucita. Os HDLs do sistema Cu, Zn, Al-CO₃ foram sintetizados em condições que favorecem a formação de cristais pequenos e de elevada área superficial. A caracterização foi feita por difração de raios X, análise termogravimétrica, espectroscopia na região do infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. A síntese foi feita pelo método de coprecipitação em pH variável, utilizando sulfatos de cobre e zinco, soluções de alumínio e solução de hidróxido sódio. Os difratogramas de raios X mostram que os compostos sintetizados possuem alta cristalinidade; a intensidade e a largura dos picos comprovam que os materiais se apresentam bem organizados e com empilhamento das lamelas. Os espectros de infravermelho apresentaram bandas associadas ao ânion carbonato presente na região interlamelar dos HDLs.

Síntese e caracterização de hidróxidos duplos a partir da lama vermelha

O resíduo do refino da bauxita, comumente conhecido como lama vermelha, tem mostrado ser capaz de ligar metais traços tais como o cobre, cádmio, zinco, cromo, níquel e chumbo sob condições apropriadas. A neutralização da lama vermelha é necessária porque essa lama é tipicamente cáustica, com pH em torno de 13. Muitas pesquisas têm sido desenvolvidas envolvendo a utilização da lama vermelha, porque contem uma série de elementos valiosos. Assim a utilização da lama vermelha como material de construção e como adsorvente é atrativa porque ela é utilizada em grande quantidade. Nada pode ser feito sem descartar componentes valiosos como titânio, zircônio e principalmente ferro. A síntese de hidrotalcita conectada com a reciclagem de soluções alcalinas representa uma maneira efetiva de uso dessa solução considerando a forte demanda por proteção ambiental no mundo. Os compostos tipo hidrotalcita, precipitados durante a neutralização da lama, também removem oxi-ânions de metais de transição através da combinação de intercalações e adsorção de espécies aniônicas na sua superfície externa. Os hidróxidos duplos lamelares (HDL) vêm sendo investigados à muitos anos como materiais hospedeiros para uma variedade de reações de intercalação de anions. A estrutura lamelar dos HDLs pode ser usada para controlar a adição ou remoção de uma variedade de espécies químicas, tanto orgânicas quanto inorgânicas. Isto é alcançado através de sua habilidade de adaptar a separação das lamelas de hidróxidos, e da reatividade da região interlamelar. O material resultante adsorve anions quando colocado em soluções e reverte a estrutura da hidrotalcita. Avanços significativos têm sido alcançados recentemente na caracterização desses materiais, incluindo estudos estruturais sobre o mecanismo de intercalação. O objetivo desse trabalho foi a síntese e caracterização de HDLs a partir da lama vermelha, e testar esses materiais como adsorventes de metais pesados.