2-D ZO CRS stack by considering an acquisition line with smooth topography

Os dados sísmicos terrestres são afetados pela existência de irregularidades na superfície de medição, e.g. a topografia. Neste sentido, para obter uma imagem sísmica de alta resolução, faz-se necessário corrigir estas irregularidades usando técnicas de processamento sísmico, e.g. correições estáticas residuais e de campo. O método de empilhamento Superfície de Reflexão Comum, CRS ("Common-Reflection-Surface", em inglês) é uma nova técnica de processamento para simular seções sísmicas com afastamento-nulo, ZO ("Zero-Offset", em inglês) a partir de dados sísmicos de cobertura múltipla. Este método baseia-se na aproximação hiperbólica de tempos de trânsito paraxiais de segunda ordem referido ao raio (central) normal. O operador de empilhamento CRS para uma superfície de medição planar depende de três parâmetros, denominados o ângulo de emergência do raio normal, a curvatura da onda Ponto de Incidência Normal, NIP ("Normal Incidence Point", em inglês) e a curvatura da onda Normal, N. Neste artigo o método de empilhamento CRS ZO 2-D é modificado com a finalidade de considerar uma superfície de medição com topografia suave também dependente desses parâmetros. Com este novo formalismo CRS, obtemos uma seção sísmica ZO de alta resolução, sem aplicar as correições estáticas, onde em cada ponto desta seção são estimados os três parâmetros relevantes do processo de empilhamento CRS.

Avaliação de métodos eletromagnéticos aplicando campos polarizados e focalizados

Em investigações geofísicas rasas que empregam os métodos eletromagnéticos indutivos mais avançados, alvos com baixo número de indução (Low Induction Number – LIN) produzem anomalias eletromagnéticas muito baixas e de difícil interpretação. Para suprir esta deficiência, neste trabalho são estudados a aplicabilidade de campos eletromagnéticos polarizados e focalizados – POLFOCEM como fonte primária de indução. Os campos E.M. focalizados e polarizados, vertical e horizontalmente, são obtidos pelas combinações vetoriais de pares de dipolos transmissores e, ocorrem na região central entre eles. A focalização é observada nesta região na profundidade de 0,25 do espaçamento entre esses transmissores – L. Portanto, máximos acoplamentos podem ser obtidos através da seleção da polarização de acordo com a geometria do alvo, ocorrendo um aumento na densidade de fluxo magnético sobre ele e, máximas anomalias produzidas. É utilizada uma metodologia numérica para o cômputo dessas anomalias por meio da técnica dos elementos finitos para solução do problema 2,5-D. Em todos os experimentos numéricos são realizadas comparações qualitativas e quantitativas entre as respostas obtidas pelos sistemas POLFOCEM e convencional, o qual emprega um único dipolo como transmissor (dipolo-dipolo). As anomalias produzidas pelo sistema POLFOCEM, em que os dipolos transmissores são acionados simultaneamente, correspondem à soma das anomalias produzidas por cada um desses dipolos independentes, caracterizando, desta forma, a linearidade dos campos eletromagnéticos. Os experimentos numéricos são realizados para alvos prismáticos bidimensionais com três diferentes inclinações, inseridos num semi-espaço resistivo, e para as freqüências das fontes na faixa das ondas de rádio. As anomalias assimétricas no sistema convencional, que se tornam simétricas no sistema POLFOCEM, apresentam valores menores em amplitude. Contudo, aquelas anomalias tanto assimétricas quanto simétricas que se tornam anti-simétricas apresentam valores maiores. Em decorrência dessas diminuições e aumentos nas amplitudes ocorrem rotações nos diagramas de Argand, no sentido horário e anti-horário para alvos com baixos valores de condutividade, respectivamente. Em experimentos de identificação de presença de dois alvos próximos, o sistema convencional é capaz de identificá-los primeiramente, prevalecendo o seu uso.

Estudo do método de empilhamento SRC e aplicação em dados sintéticos e reais

O empilhamento sísmico é um método de imageamento utilizado para simulação de seções sísmicas com afastamento nulo (AN) a partir de dados de cobertura múltipla, produzindo um aumento da razão sinal/ruído na seção simulada. Este método é realizado usando o processamento convencional denominado ponto médio comum (PMC), através das chamadas correções sobretempo normal e sobretempo oblíquo (STN/STO). Alternativamente, um novo método de empilhamento sísmico, denominado superfície de reflexão comum (SRC) pode ser usado para simular seções sísmicas em afastamento nulo (AN). O método SRC tem como principais características: 1) a construção de uma aproximação do tempo de trânsito de reflexões primárias na vizinhança de um raio de reflexão normal; 2) esta aproximação de empilhamento tem como parâmetros os ângulos de emergência do raio normal e os raios de curvaturas de duas ondas hipotéticas denominadas onda ponto de incidência normal (onda PIN) e onda normal (onda N). O método pressupõe ainda que a velocidade da onda longitudinal na parte superior do modelo próxima à superfície da Terra seja conhecida. Para determinar adequadamente os parâmetros supracitados, fundamentais para o método de imageamento SRC, são necessárias estratégias de busca que utilizem casos particulares da aproximação de segunda ordem hiperbólica dos tempos de trânsito. As estratégias de busca apresentadas são: SRC pragmático-extendito e SRC global-local. Neste trabalho é apresentada uma revisão extensa dos fundamentos teóricos de método de empilhamento SRC, como também das estratégias de busca dos parâmetros SRC, dos algoritmos de implementação, e da delimitação de aberturas do operador de empilhamento SRC usando conceitos de zonas de Fresnel e o fator de estiramento da correção STN. Como um exemplo de aplicação dos atributos ou parâmetros SRC é apresentado o resultado da correção STN, sem estiramento do sinal sísmico, obtido utilizando as velocidades estimadas dos parâmetros SRC. Também, são apresentados os resultados da aplicação dos três métodos de empilhamento (PMC (STN/STO), SRC pragmático-extendido, SRC global-local) nos dados sintéticos Marmousi e real terrestre da bacia paleozóica Amazônica. Finalmente apresentam-se as discussões sobre os resultados, quanto à resolução da imagem sísmica e custo computacional.

Geofísica aplicada à prospecção de água subterrânea na área do Rio Paracauari – Ilha de Marajó - Pará

A região do Rio Paracauari apresenta sérios problemas hídricos devido o excesso de chuvas no inverno e escassez de água no verão. A indústria agropecuária, principal atividade econômica da região, sofre tremendamente durante o período de secas. Foram realizados estudos geofísicos através do método de resistividade para localizar e mapear os aquíferos rasos de boa potencialidade. Foram feitas 53 sondagens elétricas verticais, do tipo Schlumberger, e 5 perfis de resistividade do tipo Wenner. Foi utilizada a técnica do ponto auxiliar e, depois, os diagramas coletivamente foram tratados e processados no computador, para obtenção de modelos aproximados. Depois da interpretação, foi possível separar duas áreas distintas. A primeira com resistividade alta até 950 Ω.m, com predominância de areia, é constituída de excelentes aquíferos e, provavelmente, trata-se de "Paleocanais". A segunda, com resistividade baixa até 0,5 Ω.m, com predominância de sedimentos argilosos, sílticos, com água salobra. Com os mapas de resistência transversal total e de resistividade foram definidas as áreas mais favoráveis à exploração de água potável. A área favorável é somente 30% da área total. Foi feita coleta das águas rasas e superficiais da área, e suas resistividades variam de 362 Ω.m a 1,1 Ω.m. Algumas perfurações foram feitas, e vieram constatar a existência destas áreas distintas. Com isto, foram solucionados parcialmente os problemas de água de algumas fazendas como São Lourenço, Gavinho e Conceição.

Imageamento multifoco de refletores sísmicos

A simulação de uma seção sísmica de afastamento-nulo (ZO) a partir de dados de cobertura múltipla para um meio 2-D, através do empilhamento, é um método de imageamento de reflexão sísmica muito utilizado, que permite reduzir a quantidade de dados e melhorar a relação sinal/ruído. Segundo Berkovitch et al. (1999) o método Multifoco está baseado na Teoria do Imageamento Homeomórfico e consiste em empilhar dados de cobertura múltipla com distribuição fonte-receptor arbitrária de acordo com uma nova correção de sobretempo, chamada Multifoco. Esta correção de sobretempo esta baseada numa aproximação esférica local da frente de onda focalizante na vizinhança da superfície da terra. Este método permite construir uma seção sísmica no domínio do tempo de afastamento nulo aumentando a relação sinal/ruído. A técnica Multifoco não necessita do conhecimento a priori de um macro-modelo de velocidades. Três parâmetros são usados para descrever a aproximação de tempo de trânsito, Multifoco, os quais são: 1) o ângulo de emergência do raio de afastamento nulo ou raio de reflexão normal (β₀), 2) a curvatura da frente de onda no Ponto de Incidência Normal (R_NIP) e 3) curvatura da frente de Onda Normal (R_N). Sendo também necessário a velocidade próximo a superfície da terra. Neste trabalho de tese aplico esta técnica de empilhamento Multifoco para dados de cobertura múltipla referidos a modelos de velocidade constante e modelo heterogêneos, com o objetivo de simular seções sísmicas afastamento-nulo. Neste caso, como se trata da solução de um problema direto, o macro-modelo de velocidades é considerado conhecido a priori. No contexto do problema inverso tem-se que os parâmetros R_NIP, R_N e β₀ podem ser determinados a partir da análise de coerência aplicada aos dados sísmicos de múltipla cobertura. Na solução deste problema a função objetivo, a ser otimizada, é definida pelo cálculo da máxima coerência existente entre os dados na superfície de empilhamento sísmico. Neste trabalho de tese nos discutimos a sensibilidade da aproximação do tempo de trânsito usado no empilhamento Multifoco, como uma função dos parâmetros R_NIP, R_N e β₀. Esta análise de sensibilidade é feita de três diferentes modos: 1) a primeira derivada da função objetivo, 2) a medida de coerência, denominada semelhança, e 3) a sensibilidade no Empilhamento Multifoco.

Métodos de otimização global aplicados na busca dos parâmetros SRC

O método de empilhamento por Superfície de Reflexão Comum (SRC) produz seções simuladas de afastamento nulo (AN) por meio do somatório de eventos sísmicos dos dados de cobertura múltipla contidos nas superfícies de empilhamento. Este método não depende do modelo de velocidade do meio, apenas requer o conhecimento a priori da velocidade próxima a superfície. A simulação de seções AN por este método de empilhamento utiliza uma aproximação hiperbólica de segunda ordem do tempo de trânsito de raios paraxiais para definir a superfície de empilhamento ou operador de empilhamento SRC. Para meios 2D este operador depende de três atributos cinemáticos de duas ondas hipotéticas (ondas PIN e N), observados no ponto de emergência do raio central com incidência normal, que são: o ângulo de emergência do raio central com fonte-receptor nulo (β₀) , o raio de curvatura da onda ponto de incidência normal (R_PIN) e o raio de curvatura da onda normal (R_N). Portanto, o problema de otimização no método SRC consiste na determinação, a partir dos dados sísmicos, dos três parâmetros (β₀, R_PIN, R_N) ótimos associados a cada ponto de amostragem da seção AN a ser simulada. A determinação simultânea destes parâmetros pode ser realizada por meio de processos de busca global (ou otimização global) multidimensional, utilizando como função objetivo algum critério de coerência. O problema de otimização no método SRC é muito importante para o bom desempenho no que diz respeito a qualidade dos resultados e principalmente ao custo computacional, comparado com os métodos tradicionalmente utilizados na indústria sísmica. Existem várias estratégias de busca para determinar estes parâmetros baseados em buscas sistemáticas e usando algoritmos de otimização, podendo estimar apenas um parâmetro de cada vez, ou dois ou os três parâmetros simultaneamente. Levando em conta a estratégia de busca por meio da aplicação de otimização global, estes três parâmetros podem ser estimados através de dois procedimentos: no primeiro caso os três parâmetros podem ser estimados simultaneamente e no segundo caso inicialmente podem ser determinados simultaneamente dois parâmetros (β₀, R_PIN) e posteriormente o terceiro parâmetro (R_N) usando os valores dos dois parâmetros já conhecidos. Neste trabalho apresenta-se a aplicação e comparação de quatro algoritmos de otimização global para encontrar os parâmetros SRC ótimos, estes são: Simulated Annealing (SA), Very Fast Simulated Annealing (VFSA), Differential Evolution (DE) e Controlled Rando Search - 2 (CRS2). Como resultados importantes são apresentados a aplicação de cada método de otimização e a comparação entre os métodos quanto a eficácia, eficiência e confiabilidade para determinar os melhores parâmetros SRC. Posteriormente, aplicando as estratégias de busca global para a determinação destes parâmetros, por meio do método de otimização VFSA que teve o melhor desempenho foi realizado o empilhamento SRC a partir dos dados Marmousi, isto é, foi realizado um empilhamento SRC usando dois parâmetros (β₀, R_PIN) estimados por busca global e outro empilhamento SRC usando os três parâmetros (β₀, R_PIN, R_N) também estimados por busca global.

Assessment of surface water in two Amazonian rivers impacted by industrial wastewater, Barcarena City, Pará State (Brazil)

No ano de 2007, águas superficiais foram coletadas a partir de 21 pontos de amostragem na cidade de Barcarena, Região Norte, Brasil: um ponto de amostragem localizado em um pequeno córrego que recebe descarga de resíduos a partir da indústria de beneficiamento do caulim e deságua no Rio Curuperê, três pontos de amostragens localizados próximos de fontes que emergem na margem esquerda e deságuam no Rio Curuperê, nove pontos de amostragem no Rio Curuperê, que deságua no Rio Dendê, e oito no Rio Dendê, afluente da margem esquerda do Rio Pará. Para todas as amostras de água foram quantificadas 14 variáveis físico-químicas e níveis de 12 metais. Os resultados nos pontos próximos das fontes do Rio Curuperê apresentaram perfil físico-químico e níveis de metais típicos para águas superficiais e esses valores foram utilizados como referência para comparar e identificar possíveis alterações nas características químicas para os demais pontos de amostragem. Quando os resultados das fontes do rio Curuperê foram comparados com os resultados do ponto próximo a descarga de resíduos industriais foram observadas fortes alterações nos valores de 6 variáveis físico-químicas (pH, condutividade elétrica (EC), total de sólidos suspensos (TDS), nitrogênio amoniacal (N-NH4), sulfato (SO4) e salinidade) e aumento em magnitude dos níveis de quatro metais (Al, Fe, Mn e Zn), caracterizando que esses resíduos eram descarregados no ambiente sem tratamentos adequados. Os resultados nos demais pontos de amostragem demonstraram que estas condições anômalas também foram encontradas ao longo dos Rios Curuperê e Dendê, principalmente durante a maré baixa. A partir desta caracterização química das águas foram identificadas condições prejudiciais aos ecossistemas aquáticos e potencial risco à saúde da população local que usa os rios para consumo, recreação e transporte.

Estudo comparativo da estrutura da turbulência atmosférica na camada limite superficial acima da floresta primária e região desmatada da Amazônia: análise de ondeletas aplicadas à detecção de estruturas correntes

Foram analisados dados turbulentos de resposta rápida, coletados em torres micrometeorológicas de 54 metros de altura em Caxiuanã-Pa, de 60 metros de altura na Rebio-Jarú-Ro e em torre de 4,04 metros de altura na Fazenda Nossa Senhora-Ro. Foi desenvolvido estudo comparativo de detecção de estruturas coerentes em dados obtidos acima de florestas e pastagem, portanto sob diferentes condições de rugosidade superficial. Aplicou-se a Transformada em Ondeletas de Morlet para identificar a escala de ocorrência das estruturas coerentes nos sinais de temperatura. Comparou-se a duração média e o comprimento médio das estruturas coerentes para duas.superfícies com rugosidades superficiais diferentes: Caxiuanã e Fazenda Nossa Senhora. Parâmetros de estabilidade atmosférica foram calculados para propiciar um estudo da variabilidade das estruturas coerentes em função das condições de estabilidade atmosférica. Foi calculado sobre a Rebio-Jarú a altura do ponto de inflexão do perfil vertical da velocidade do vento médio e a partir do valor do mesmo observou-se uma nítida correlação deste com a escala de ocorrência das estruturas coerentes. Finalmente, foram calculados os coeficientes de correlação para os sinais brutos e na escala de ocorrência das estruturas coerentes com a finalidade de melhor compreender os resultados de um ponto de vista da ação das estruturas coerentes na mistura turbulenta. Os resultados mostram um comportamento marcadamente diferente, no que diz respeito à floresta e à pastagem. Observou-se que em superfícies rugosas, tais com florestas, em condições próximas da neutralidade, predominam padrões de oscilações associados as escalas temporais da ordem de 80 s, as quais provavelmente, são manifestações de estruturas do tipo "rolos". No entanto, à medida que a altura do ponto de inflexão se aproximou do topo do dossel ocorreu uma diminuição na duração das estruturas coerentes. Além disso, foi observado que o coeficiente de correlação calculado na escala de ocorrência das estruturas coerentes foi consideravelmente maior que o mesmo calculado para o sinal bruto. Tais resultados sugerem mudanças significativas na estrutura da turbulência em regiões desmatadas comparativamente àquelas em que foram mantidas as florestas primárias da Amazônia.

Estudo de águas subterrâneas com métodos elétricos na região do semi-árido de Patos - Pb

O Nordeste do Brasil, em particular a região semi-árida do Estado da Paraíba, é muito castigada pelos períodos de grandes estiagens e escassez de recursos hídricos. A água de superfície não supre a demanda da região, portanto, a busca de água subterrânea e sua exploração é uma constante nos programas dos Governos Federal e Estadual. Nesta região, ocorrem geralmente apenas aquíferos aluviais rasos e aquíferos nas fraturas do embasamento cristalino. Tradicionalmente, as fraturas no cristalino são prospectados através de estudos aerofotogramétricos e geoestruturais, com média de 30% de furos secos. O dimensionamento dos aquíferos aluviais é feito através de perfurações sistemática do subsolo, que é uma metodologia muito demorosa e cara. O objetivo deste trabalho é mostrar que o emprego de métodos geofísicos, especialmente os métodos geoelétricos, são eficazes e econômicos para localizar e avaliar áreas promissoras de água subterrânea, tanto nos aquíferos aluviais como nos cristalinos. Neste trabalho, foram aplicados o convencional método da eletroresistividade e o método eletromagnético, ainda pouco usado na prospecção de água subterrânea, em três áreas selecionadas na região semi-árida de Patos - Pb, sendo duas representantes dos aquíferos aluviais e uma representante dos aquíferos cristalinos. Nos aquíferos aluviais, foi determinada a profundidade até o embasamento cristalino através de sondagens elétricas verticais (SEVs), e os respectivos limites laterais foram mapeados com perfilagens de eletroresistividade. Os resultados das SEVs são coerentes com as profundidades obtidas pelas sondagens mecânicas de confirmação mostrando, assim, a aplicabilidade desta metodologia na pesquisa deste tipo de aquífero. No aquífero cristalino, inicialmente determinou-se a orientação geral das zonas fraturadas do embasamento cristalino pela técnica modificada da sondagem elétrica vertical (SEV Radial) e, em seguida, a localização exata em planta das mesmas foram determinadas com perfilagens de eletroresistividade e eletromagnéticas no sistema horizontal coplanar nas frequências 880 Hz e 2640 Hz. Os resultados dos dois métodos utilizados foram satisfatórios, porém, a perfilagem eletromagnética é mais rápida, necessita de menos mão de obra, reduzindo assim os custos de prospecção de água subterrânea no embasamento cristalino.

Acionamento vetorial por controlador fuzzy modo deslizante de motor de indução

Este trabalho estuda a técnica de acionamento vetorial aplicado ao motor de indução trifásico (MIT), utilizando como estratégia de controle a combinação de controle fuzzy com controladores chaveados do tipo modo deslizante, em uma configuração aqui denominada de Controlador Fuzzy Modo Deslizante (FSMC – Do inglês: Fuzzy Sliding Mode Control). Um modelo dinâmico do MIT é desenvolvido em variáveis ‘d-q’ o que conduziu a um modelo eletromecânico em espaço de estados que exibe fortes não linearidades. A este modelo são aplicadas as condições de controle vetorial que permitem desacoplar o torque e o fluxo no MIT, de maneira que o seu comportamento dinâmico se assemelha àquele verificado em uma máquina de corrente contínua. Nesta condição, são implementados controladores do tipo proporcional e integral (PI) às malhas de controle de corrente e velocidade do motor, e são realizadas simulações computacionais para o rastreamento de velocidade e perturbação de carga, o que levam a resultados satisfatórios do ponto de vista dinâmico. Visando investigar o desempenho das estratégias não lineares nesta abordagem é apresentado o estudo da técnica de controle a estrutura chaveada do tipo modo deslizante. Um controlador modo deslizante convencional é implementado, onde se verifica que, a despeito do excelente desempenho dinâmico a ocorrência do fenômeno do “chettering” inviabiliza a aplicação desta estratégia em testes reais. Assim, é proposta a estratégia de controle FSMC, buscando associar o bom resultado dinâmico obtido com o controlador modo deslizante e a supressão do fenômeno do chettering, o que se atinge pela definição de uma camada de chaveamento do tipo Fuzzy. O controlador FSMC proposto é submetido aos mesmos testes computacionais que o controlador PI, conduzindo a resultados superiores a este último no transitório da resposta dinâmica, porém com a presença de erro em regime permanente. Para atacar este problema é implementada uma combinação Fuzzy das estratégias FSMC com a ação de controle PI, onde o primeiro busca atuar em regiões afastadas da superfície de chaveamento e o segundo busca introduzir o efeito da ação integral próximo à superfície. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da estratégia em acionamento de velocidade variável que exigem elevado desempenho dinâmico.

Refinamento da representação de raízes no modelo de biosfera SiB2 em área de floresta na Amazônia

O objetivo desta pesquisa foi estudar a sensibilidade dos fluxos de superfície e hidrologia do solo em relação à representação e distribuição de raízes no modelo de biosfera para uma floresta de terra firme na Amazônia. A finalidade foi avaliar o impacto na representatividade dos fluxos de energia considerando a sazonalidade da região amazônica, usando como suporte medidas intensivas realizadas em uma reserva biológica (Reserva Biológica do Cuieiras, em Manaus). Foram realizadas oito simulações com o modelo de biosfera SiB2 (“Simple Biosphere Model” – versão 2) , onde cada simulação representou um cenário diferente de distribuição de raízes em uma profundidade de 4 m de solo, dividido em três camadas: 0,5 m, 1,5 m e 2,0 m. As raízes foram distribuídas privilegiando a concentração de raízes na camada superficial, em seguida, na camada intermediária e, por fim, uma concentração de raízes abaixo de 2,0 m de profundidade. As simulações foram realizadas para o período de 2003 a 2006, enfatizando o ano de 2005 para avaliar o efeito da representação de raízes nos fluxos de energia (calor latente – LE e calor sensível – H) e de dióxido de carbono (CO₂). A partir da análise integrada dos fluxos simulados com dados observacionais medidos no sítio experimental foi possível perceber que uma redução na precipitação no ano de 2005, apesar de ter sido menor na parte central da Amazônia, implicou na diminuição da umidade do solo, mostrando que a floresta passou por um período de estresse hídrico maior do que os outros anos analisados. O modelo representou a energia disponível com valores muito próximos aos observados, variando sazonalmente em concordância com os dados medidos em 2005. No entanto, LE é superestimado durante a estação chuvosa, mas mostra juntamente com o fluxo de CO₂, a redução com a umidade do solo na estação seca, enquanto H é superestimado em até 20 W m^-2 durante todo o período simulado. Estes resultados mostram que, a consideração de raízes rasas é mais apropriada para regiões que possuem estação seca curta, conforme se caracteriza a área de estudo, e raízes profundas devem favorecer a modelagem dos processos para superfície de áreas com estação seca mais pronunciada. Com isto os resultados revelam que há necessidade de obter mais informações de propriedades físicas do solo, apropriadas às condições da região, para que outros refinamentos sejam efetivos na distinção do comportamento de florestas tropicais sob diferentes regimes de disponibilidade de água no solo.