Sondagens mecânicas e prospecção geofísica na caracterização de fluidos

Esta dissertação aborda a utilização de métodos geofísicos de superfície e de profundidade na caracterização de fluidos, compreendendo várias abordagens distintas, consoante o tipo de temática em análise. Assim, o assunto proposto para a presente dissertação relaciona-se com a utilização conjunta de sondagens mecânicas e prospecção geofísica na caracterização de fluidos através da exploração de três temáticas distintas, designadamente a Hidrogeologia, a Geotermia e o Ambiente. O presente trabalho de dissertação baseado na experiência profissional da autora, é feito de acordo com o estabelecimento de uma linha condutora, fundamentada e estruturada, para uma visão global do modo como a interpretação integrada das sondagens mecânicas e dos métodos geofísicos dá um forte contributo para a melhoria do conhecimento de uma região, seja ele geológico, hidrogeológico ou ambiental. Os temas a abordar foram seleccionados não só pela sua indiscutível importância, devido ao interesse estratégico que actualmente suscitam, como também pelos diferentes modos de processar e interpretar a informação geofísica adquirida consoante os objectivos da mesma, de forma a salientar particularidades na respectiva interpretação e integração de dados.

Prospecção geofísica em ocorrência de cobre localizada na bacia sedimentar do Camaquã (RS)

Estudos de pesquisa mineral são fundamentais para o reconhecimento e a incorporação de novas reservas. Esse trabalho apresenta os resultados de aplicação do método geofísico da eletrorresistividade numa ocorrência mineralizada em carbonatos de cobre, por meio da técnica de caminhamento elétrico em arranjo azimutal. A área de estudos está inserida na bacia sedimentar do Camaquã, formada por um conjunto de unidades estratigráficas sedimentares e vulcanogênicas, onde são descritas diversas ocorrências cupríferas. A presença de azurita e malaquita em fraturas e zonas de maior porosidade em arenito encaixante define a geologia local. Os modelos de inversão revelam anomalias circulares de resistividade moderada para até 25m abaixo da ocorrência aflorante e anomalias de baixa resistividade em profundidades abaixo de 25m, além de áreas adjacentes com alta resistividade. Indicadores de mineralização descritos para ocorrências de cobre estudadas, no âmbito da bacia sedimentar do Camaquã, ocorrem na área de estudos e permitem caracterização em termos de resistividade elétrica. Áreas com silicificação apresentam alta resistividade, enquanto que valores intermediários são atribuídos a zonas com carbonatação e, finalmente, áreas de baixa resistividade, provavelmente, indicam concentrações de sulfetos disseminados.

Equipamento eletromagnético para prospecção geofísica e modelamento reduzido

Nas últimas décadas, a prospecção por métodos eletromagnéticos vem-se constituindo numa técnica eficiente para prospecção mineral. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um equipamento para prospecção eletromagnética quantitativa de corpos condutores, através do método dipolo-dipolo, podendo ainda ser usado em modelos reduzidos. Eletricamente, o sistema mede grandezas relacionadas ao acoplamento indutivo entre duas bobinas: transmissora e receptora. Elas são dispostas na superfície da terra, afastadas entre si, e a terra, desse modo, constitui o núcleo acoplador. Quando existem corpos condutores nas proximidades, estes são denunciados por alterações no comportamento do sinal induzido na bobina receptora. O equipamento compreende dois conjuntos: o transmissor e o receptor, além de acessórios. O transmissor gera um campo eletromagnético nas freqüências de 520 e 3.090 Hz, e um sinal de referência para o receptor, o qual é enviado através de um cabo. O receptor, inicialmente, separa o sinal induzido pelos campos secundários gerados por condutores, do campo normalmente recebido, quando a condutividade da subsuperfície é relativamente uniforme (campo primário). Em seguida, decompõe esse sinal em duas componentes ortogonais, uma em fase, e outra em quadratura com o campo primário. Através de duas escalas de precisão, as amplitudes dessas componentes são mostradas como percentagens do campo primário, com precisão de 1%. A sensibilidade do receptor é de 0,5 μV. O circuito eletrônico foi rigorosamente testado com preciso instrumental de laboratório. Em seguida, testou-se sua aplicação no Laboratório de Modelo Reduzido Eletromagnético do NCGG, refazendo-se experiências clássicas, encontradas na literatura especializada. No campo, foi experimentado próximo da cidade de Araci no Estado da Bahia, em áreas prospectadas pela "Rio Doce Geologia e Mineração S/A-DOCEGEO". Em ambos os casos, verificaram-se bons resultados.

Prospecção geofísica entre as ocorrências cupríferas Capão Grande e Victor Teixeira, Caçapava do Sul - RS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comparação do desempenho dos métodos eletroresistivo e transiente eletromagnético num caso específico de prospecção de águas subterrâneas

O método eletroresistivo é um dos métodos de prospecção geofísica mais empregados na exploração de água subterrânea. Todavia, ele apresenta a desvantagem de ser de difícil uso em locais habitados. De fato, para realizar sondagens elétricas é necessário, muitas vezes, expandir cabos elétricos até um quilômetro ou mais, dependendo da profundidade que se deseja investigar, o que nem sempre é possível em áreas urbanas. O método transiente eletromagnético no domínio do tempo, é usado também para a exploração de água subterrânea e não apresenta as mesmas desvantagens, porque este método indutivo emprega uma bobina quadrada cujo tamanho não é um impedimento para ser utilizado em locais habitados. Por outro lado, o método eletromagnético é mais sensível a ruídos devido a instalações elétricas. Para comparar as vantagens e desvantagens dos dois métodos em áreas urbanas foram utilizados programas para a modelagem sintética das sondagens elétricas verticais e das sondagens transientes eletromagnéticas, ambos desenvolvidos por RIJO (1994ab, 1996). Para tal propósito foram considerados dois casos: no primeiro, foram definidos quatro tipos de modelos (H, K, A e Q) com base nos horizontes geoelétricos em Palestina do Pará. No segundo caso, se considerou os modelos obtidos pelas 21 sondagens elétricas verticais tipo Schlumberger da mesma área. Com base nestes modelos, se utilizou um programa de transientes electromagnéticas para gerar as curvas sintéticas das resistividades aparentes. Como resultado, os valores de resistividades aparentes dados em função do espaçamento de eletrodos (método eletroresistivo) e em função do tempo (método eletromagnético), permitiu obter nos dois casos mencionados uma relação linear em escala bilogaritmica entre o espaçamento (metros) e o tempo (milisegundos). Deste modo é possível inferir a profundidade de investigação desejada em áreas urbanas usando o método eletromagnético, quando a aplicação do método eletroresistivo ficar limitada pela acessibilidade.

Eletroresistividade na prospecção hidrogeológica no município de Ourilândia do Norte-PA

A prospecção geofísica para a exploração de água subterrânea em regiões cristalinas torna-se uma tarefa extremamente difícil pela presença de estruturas como falhas, fraturas e ocorrência de variação lateral de resistividade no manto intempérico. Para analisar a influência da variação bidimensional da propriedade física no comportamento das curvas de sondagem elétrica vertical Schlumberger, simulou-se modelos contendo tais estruturas encaixadas no manto de alteração com ângulo de mergulho de 30° e 90° e com a posição do centro de sondagem variando em relação a heterogeneidade. A modelagem numérica foi feita através do método dos elementos finitos com o programa EGSLIB/SEV2D. O resultado da simulação mostra que o emprego da técnica da sondagem elétrica vertical Schlumberger sobre meios bidimensionais não funciona eficientemente, como quando aplicada em regiões sedimentares e de aluvião, devido o fenômeno da ambigüidade que dificulta a interpretação das curvas. Dentre os métodos geofísicos para a investigação hidrogeológica, a aplicação dos métodos eletrorresistivos mostra-se mais simples, eficaz e econômica. Assim, o levantamento geofísico para orientar os trabalhos de perfurações de poços na cidade de Ourilândia do Norte contou de trinta e duas sondagens elétricas verticais tipo Schlumberger e um caminhamento elétrico dipolo-dipolo realizados em diversas ruas da cidade. As curvas de resistividade aparente, obtidas com as sondagens foram tratadas e processadas considerando um modelo de camadas planas, horizontais, homogêneas e isotropicas, inicialmente com o algoritmo EGSLIB/SEV1D e posteriormente com uso do programa EGSLIB/SEV1DINV, permitindo estabelecer modelos geoelétricos aproximados para a configuração da subsuperfície da cidade. Depois da interpretação quantitativa, foi possível separar duas zonas geoelétricas distintas. Esta diferenciação foi realizada com base nos valores de resistividade aparente e as informações geológicas de superfície. A primeira, com pouca representatividade na área da cidade, apresenta-se constituída por solo/aterro sobre saprolito de natureza argilo-arenosa recobrindo os granitóides tipo Rio Maria. A segunda composta pelo solo/aterro seguido de um horizonte preenchido por sedimentos arenosos superposto a camada argilo-arenosa e finalmente a rocha sã. Esta seqüência geoelétrica predomina na cidade. Os estratos arenoso e argilo-arenoso apresentam condições potenciais para armazenamento de água.

Geofísica aplicada à Arqueologia: investigação no Sítio Histórico Engenho Murutucu, em Belém, Pará

Esta pesquisa visou à indicação de possíveis localizações, através da prospecção geofísica, de vestígios materiais de ocupação e de alicerces da edificação antiga da senzala no Engenho Murutucu, local de grande importância e relevância para a história do Estado do Pará. Tendo como base a orientação de um mapa magnético realizado num levantamento anterior, foram realizados 26 perfis de GPR, utilizando uma antena monoestática de 400 MHz. Os perfis alcançaram uma profundidade aproximada de 1,75 m. Após a análise dos dados magnéticos e registros de GPR, as informações obtidas foram correlacionadas, resultando nas indicações almejadas. Tais indicações servirão de guia para futuras intervenções arqueológicas no sítio.

Interface gráfica para pré e pós-processamentos de dados elétricos e eletromagnéticos em Geofísica

O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma interface gráfica para pré e pós-processamentos de dados elétricos e eletromagnéticos em geofísica utilizando-a na transformação da EGSLIB – Electrical Geophysics Software Library, a qual é constituída por um acervo de programas FORTRAN para DOS, em um software integrado e que possua uma eficiente interface gráfica com o usuário. O resultado deste esforço foi a surgimento de um produto que foi denominado EGS 2000 – Electrical Geophysics Suite - 2000 version. Construído em ambiente DELPHI da Borland, através de um processo de desenvolvimento que, além de orientado a objetos, foi centrado em uma arquitetura que permitiu um alto grau de aproveitamento de programas FORTRAN já desenvolvidos e testados. Tal produto, constitui-se em uma poderosa ferramenta de auxílio à modelagem e interpretação de dados geofísicos totalmente executável no sistema operacional MS-Windows. Com isso, alcançou-se uma forma economicamente viável para dar uma destinação prática aos resultados teóricos obtidos nas universidades e institutos de pesquisa. Os exemplos apresentados, mostram-nos que, auxiliadas por computador, modelagens e interpretações de dados geofísicos alcançam um nível de produtividade e versatilidade jamais obtidos pelas ferramentas de outrora, uma vez que diversos modelos podem ser armazenados e recuperados e seus resultados comparados com dados observados sistematicamente colecionados, conferindo ao processo um alto grau de confiabilidade e rapidez.

Métodos geofísicos aplicados a prospecção mineral na região do Igarapé Chega Tudo, Maranhão - Brasil

O presente trabalho de prospecção geofísica abrange o levantamento de uma faixa de direção NW-SE, desde o local denomina do Chatão, à margem direita do rio Gurupi, até 5 km além de Chega Tudo, no estado de Maranhão. Esse levantamento foi feito em travessas perpendiculares àquela faixa, a qual constitui uma extensa zona de falha. Os trabalhos de geofísica de campo, envolvendo os métodos magnético (campo total), cintilómétrico, eletro-resistivo (Schlumberger, Wenner e Half-Schlumberger) e E.M. (Slingram), foram realizados em duas etapas: a) levantamento de reconhecimento em uma área de 22 km², onde foram aplicados magnetometria e cintilometria e b) levantamento de detalhe em uma área de 3,50 km², onde foram aplicados eletro-resistividade e E.M. Os objetivos principais deste trabalho foram determinar e localizar as principais feições estruturais e geo-elétricas associadas às zonas mineralizadas, e selecionar, entre os métodos geofísicos empregados, qual o de melhor poder resolutivo na indicação de veios de quartzo em sub-superfície, possivelmente associados à mineração de ouro. O método magnético indicou uma anomalia principal no lado NE da área de reconhecimento, enquanto que o cintilométrico apresentou somente o valor do "background" da região. Por isso o método cintilométrico não será discutido nesse trabalho. Com os métodos eletro-resistivo e E.M. foram observadas várias anomalias ao longo de toda a área de detalhe. A interpretação dos dados de magnetometria e de eletro-resistividade foi realizada com técnicas computacionais, enquanto que para a dos dados eletromagnéticos foram empregados diagramas de fase. Os resultados apresentam uma estreita correlação das anomalias magnéticas e eletro-resistivas com a zona mineralizada. O método E.M. não apresentou nenhum poder resolutivo, uma vez que detectou anomalias semelhantes dentro e fora das áreas mais promissoras. Todas as anomalias foram confirmadas com furos de sondagem. Considerando-se que a área prospectada apresenta, devido ao difícil acesso, o mesmo grau de dificuldade para realização da pesquisa por métodos diretos (perfuração, poços ou trincheiras), como qualquer outra área similar na região amazônica, os resultados aqui apresentados confirmaram que os métodos magnético e eletro-resistivo podem ser utilizados com sucesso como ferramenta indireta na localização de zonas promissoras à exploração de ouro dentro da zona de falha de Chega Tudo ou em outros ambientes geológicos de semelhantes características.

Joint inversion of geophysical and hydrologic data during water infiltration

Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Geofísica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Neotectonics of the southwest Portugal mainland : implications on the regional seismic hazard

Tese de doutoramento, Geologia (Geodinâmica Interna), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Estudo de geração de campo uniforme para modelagem eletromagnética

Para estudar os problemas de prospecção geofísica eletromagnética através de modelagem analógica, as condições em escala natural são representadas, no laboratório, em escala reduzida de acordo com a teoria da similitude. Portanto, para investigar os problemas de técnicas VLF, AFMAG e MT, freqüentemente é necessário criar um campo uniforme no arranjo experimental. Os sistemas físicos para geração de campos uniformes estudados aqui são a bobina circular, bobina de Helmholtz, solenóide, um plano de corrente, e dois planos paralelos de correntes. Os mapas de porcentagem de desvio de campo estão presentes para todos os sistemas estudados aqui. Um estudo comparativo desses sistemas mostra que o solenóide é a maneira mais eficiente para criar um campo uniforme, seguido pelo sistema de bobinas de Helmholtz. Porém, o campo criado em um solenóide está em um espaço fechado onde é difícil colocar modelos e substituí-los para executar experimentos. Portanto, recomenda-se o uso de bobinas de Helmholtz para criar um campo uniforme. Este último sistema fornece um campo uniforme com espaço aberto suficiente, o que facilita o experimento.

Análise de feições geológicas na região de Tartarugalzinho, Amapá, através de métodos geofísicos

Dois métodos geofísicos foram aplicados para a detecção de estruturas geológicas na borda oriental do Escudo das Guianas. O método gravimétrico foi aplicado para encontrar falhas, discordâncias e descontinuidades no embasamento, associadas a cinturões de cisalhamento que possuem orientação NW-SE, e o posicionamento da profundidade com que o embasamento se encontra da superfície. Foram encontradas falhas no embasamento e também indicações de que a crosta apresenta um afinamento em certa região da borda. O método eletromagnético GPR foi utilizado para encontrar descontinuidades geológicas nas rochas sedimentares e averiguar se essas feições são o reflexo das falhas no embasamento e/ou reativação de algumas delas. O GPR localizou feições interpretadas como descontinuidades em rochas e paleoestruturas. O estudo teve o intuito de compreender como as descontinuidades do embasamento podem ter influenciado na formação de bacias sedimentares do Terciário e na formação de paleoestruturas rasas.

Desenvolvimento de um magnetometro a precessão nuclear

O objetivo desta tese foi desenvolver um magnetômetro à precessão nuclear para prospecção geofísica e estações-base magnéticas. O magnetômetro à precessão nuclear mede a intensidade total do campo magnético. Seu funcionamento é baseado na ressonância magnética nuclear. A medida de campo é feita pela de terminação da freqüência de precessão de núcleos de hidrogênio – prótons - de líquidos não viscosos no campo magnético terrestre. O magnetômetro é constituído de duas partes: o sensor e o instrumento de medida. O sensor é uma bobina solenoidal, cujo núcleo é preenchido com o líquido. Três líquidos diferentes foram testados; água, propanol e um querosene sintético. Optou-se pelo uso do querosene porque oferece maior amplitude no sinal de precessão, dando, conseqüentemente, maior relação sinal/ ruído. O sistema de medida contém os circuitos de sintonia e amplificação do sinal e, os circuitos lógicos para a programação da operação e contagem da freqüência de precessão. Cada ciclo de medida tem duração de 3 segundos, sendo 2,3s para a polarização e 0,7s para a recepção do sinal. São possíveis dois modos de operação: manual, reciclando automaticamente e por controle remoto. O sinal de precessão é amplificado seletivamente em uma das 14 faixas de sintonia, que cobrem medidas entre 22000 e 95000 gammas. A freqüência de precessão é multiplicada por um fator de 64 e contada durante um tempo igual a 0,36699s, determinado com base na razão giromagnética do próton. O número de pulsos contados é numericamente igual ao valor do campo magnético em gammas. A resposta pode ser lida em mostradores digitais ou na saída BCD paralela quando operando por controle remoto. A precisão da medida é de 1 gamma. O instrumento foi testado no campo para avaliar a relação sinal/ruído, gradiente suportável e consumo de potência. Nos testes de aplicação do protótipo, foram obtidos dados de variação diurna e realizaram-se levantamentos magnético de reconhecimento e detalhe em um sítio arqueológico na Ilha de Marajó, Pará. As respostas dos testes foram comparados com dois magnetômetros comerciais - o GP-70, McPhar e o G-816, Geometrics e, ainda, com dados do Observatório Magnético de Tatuoca-Pa. Em todos os casos, a comparação dos dados mostrou bom desempenho do magnetômetro em teste.

Estudo de geração de campo uniforme para modelagem eletromagnética

Para estudar os problemas de prospecção geofísica eletromagnética através de modelagem analógica, as condições em escala natural são representadas, no laboratório, em escala reduzida de acordo com a teoria da similitude. Portanto, para investigar os problemas de técnicas VLF, AFMAG e MT, frequentemente é necessário criar campo uniforme no arranjo experimental. Vários sistemas físicos para geração de campos uniformes são analisados teoricamente nesta tese. Os sistemas estudados aqui são a bobina circular, bobina de Helmholtz, solenóide, um plano de corrente e dois planos paralelos de correntes. As equações analíticas foram obtidas para campo magnético num ponto do espaço e subsequentemente as condições de campo uniforme. Nos casos em que as condições para o campo uniforme não puderam ser obtidas analiticamente, a porcentagem de desvio do campo em relação a um ponto pré-selecionado foi calculada. Contudo, os mapas de campo magnético, assim como o mapa de porcentagem de desvio, estão presentes para todos os sistemas estudados aqui. Também, foram calculados as áreas e os volumes espaciais de vários desvios de porcentagem do campo uniforme. Um estudo comparativo desses sistemas mostra que o solenóide é a maneira mais eficiente para criar um campo uniforme, seguido pelo sistema de bobinas de Helmholtz. Porém, o campo criado em um solenóide está em um espaço fechado onde é difícil colocar modelos e substituí-los para executar experimentos. Portanto, recomenda-se o uso de bobinas de Helmholtz para criar um campo uniforme. Este último sistema fornece campo uniforme com espaço aberto suficiente, o que facilita o experimento.