Processamento e interpretação de dados 2D e 3D de GPR :aplicações no imageamento de feições kársticas e estruturas de dissolução no campo de petróleo de Fazenda Belém-CE

In Fazenda Belém oil field (Potiguar Basin, Ceará State, Brazil) occur frequently sinkholes and sudden terrain collapses associated to an unconsolidated sedimentary cap covering the Jandaíra karst. This research was carried out in order to understand the mechanisms of generation of these collapses. The main tool used was Ground Penetrating Radar (GPR). This work is developed twofold: one aspect concerns methodology improvements in GPR data processing whilst another aspect concerns the geological study of the Jandaíra karst. This second aspect was strongly supported both by the analysis of outcropping karst structures (in another regions of Potiguar Basin) and by the interpretation of radargrams from the subsurface karst in Fazenda Belém. It was designed and tested an adequate flux to process GPR data which was adapted from an usual flux to process seismic data. The changes were introduced to take into account important differences between GPR and Reflection Seismic methods, in particular: poor coupling between source and ground, mixed phase of the wavelet, low signal-to-noise ratio, monochannel acquisition, and high influence of wave propagation effects, notably dispersion. High frequency components of the GPR pulse suffer more pronounced effects of attenuation than low frequency components resulting in resolution losses in radargrams. In Fazenda Belém, there is a stronger need of an suitable flux to process GPR data because both the presence of a very high level of aerial events and the complexity of the imaged subsurface karst structures. The key point of the processing flux was an improvement in the correction of the attenuation effects on the GPR pulse based on their influence on the amplitude and phase spectra of GPR signals. In low and moderate losses dielectric media the propagated signal suffers significant changes only in its amplitude spectrum; that is, the phase spectrum of the propagated signal remains practically unaltered for the usual travel time ranges. Based on this fact, it is shown using real data that the judicious application of the well known tools of time gain and spectral balancing can efficiently correct the attenuation effects. The proposed approach can be applied in heterogeneous media and it does not require the precise knowledge of the attenuation parameters of the media. As an additional benefit, the judicious application of spectral balancing promotes a partial deconvolution of the data without changing its phase. In other words, the spectral balancing acts in a similar way to a zero phase deconvolution. In GPR data the resolution increase obtained with spectral balancing is greater than those obtained with spike and predictive deconvolutions. The evolution of the Jandaíra karst in Potiguar Basin is associated to at least three events of subaerial exposition of the carbonatic plataform during the Turonian, Santonian, and Campanian. In Fazenda Belém region, during the mid Miocene, the Jandaíra karst was covered by continental siliciclastic sediments. These sediments partially filled the void space associated to the dissolution structures and fractures. Therefore, the development of the karst in this region was attenuated in comparison to other places in Potiguar Basin where this karst is exposed. In Fazenda Belém, the generation of sinkholes and terrain collapses are controlled mainly by: (i) the presence of an unconsolidated sedimentary cap which is thick enough to cover completely the karst but with sediment volume lower than the available space associated to the dissolution structures in the karst; (ii) the existence of important structural of SW-NE and NW-SE alignments which promote a localized increase in the hydraulic connectivity allowing the channeling of underground water, thus facilitating the carbonatic dissolution; and (iii) the existence of a hydraulic barrier to the groundwater flow, associated to the Açu-4 Unity. The terrain collapse mechanisms in Fazenda Belém occur according to the following temporal evolution. The meteoric water infiltrates through the unconsolidated sedimentary cap and promotes its remobilization to the void space associated with the dissolution structures in Jandaíra Formation. This remobilization is initiated at the base of the sedimentary cap where the flow increases its abrasion due to a change from laminar to turbulent flow regime when the underground water flow reaches the open karst structures. The remobilized sediments progressively fill from bottom to top the void karst space. So, the void space is continuously migrated upwards ultimately reaching the surface and causing the sudden observed terrain collapses. This phenomenon is particularly active during the raining season, when the water table that normally is located in the karst may be temporarily located in the unconsolidated sedimentary cap

Proposta metodológica para o imageamento, caracterização, parametrização e geração de modelos virtuais de afloramentos

The aim of this work was to describe the methodological procedures that were mandatory to develop a 3D digital imaging of the external and internal geometry of the analogue outcrops from reservoirs and to build a Virtual Outcrop Model (VOM). The imaging process of the external geometry was acquired by using the Laser Scanner, the Geodesic GPS and the Total Station procedures. On the other hand, the imaging of the internal geometry was evaluated by GPR (Ground Penetrating Radar).The produced VOMs were adapted with much more detailed data with addition of the geological data and the gamma ray and permeability profiles. As a model for the use of the methodological procedures used on this work, the adapted VOM, two outcrops, located at the east part of the Parnaiba Basin, were selected. On the first one, rocks from the aeolian deposit of the Piaui Formation (Neo-carboniferous) and tidal flat deposits from the Pedra de Fogo Formation (Permian), which arises in a large outcrops located between Floriano and Teresina (Piauí), are present. The second area, located at the National Park of Sete Cidades, also at the Piauí, presents rocks from the Cabeças Formation deposited in fluvial-deltaic systems during the Late Devonian. From the data of the adapted VOMs it was possible to identify lines, surfaces and 3D geometry, and therefore, quantify the geometry of interest. Among the found parameterization values, a table containing the thickness and width, obtained in canal and lobes deposits at the outcrop Paredão and Biblioteca were the more relevant ones. In fact, this table can be used as an input for stochastic simulation of reservoirs. An example of the direct use of such table and their predicted radargrams was the identification of the bounding surface at the aeolian sites from the Piauí Formation. In spite of such radargrams supply only bi-dimensional data, the acquired lines followed of a mesh profile were used to add a third dimension to the imaging of the internal geometry. This phenomenon appears to be valid for all studied outcrops. As a conclusion, the tool here presented can became a new methodology in which the advantages of the digital imaging acquired from the Laser Scanner (precision, accuracy and speed of acquisition) were combined with the Total Station procedure (precision) using the classical digital photomosaic technique

Dois testes de imageamento com GPR em problemas de controle ambiental em regiões tropicais: migração de dunas e localização de dutos de óleo enterrados

Because the penetration depth of Ground Penetrating Radar (GPR) signals is very limited in high conductive soils, the usefullness of this method in tropical regions is not yet completly known. The main objective of this researh is to test the usefullness of the method in Brazil. Two typical problems where GPR has been used in Europe and North American were choosed for this test: the first one is to characterize the internal structures of a sand body and the second problem is the localization of old buried pipes lines. The first test was done near the city of São Bento do Norte, in the northern coast of Rio Grande do Norte state, NE Brazil. In this region, there is a sand dune that is migrating very fast in the direction of adjacent settling areas. To characterize the internal structure of the dune and its relationship to the prevailing wind direction, as a preliminary step to understand the dune migration, GPR profiles using the 400 MHz frequency were performed in E-W, N-S, NE-SW, and SE-NW directions over the sand dune intersecting at the top of the dune. The practical resolution of the GPR data is around 30 cm; this was sufficient to distinguish individual foresets inside the dune. After applying the elevation correction to the data, we identified that dips of bedding structures are smallest for the N-S profile, which is perpendicular to the dominant wind direction, largest for the E-W profile, and intermediate for the SW-NE and SE-NW profiles. Foresets in the E-W profile dip with angles varying from 2 to 6 degrees. In the E-W profile, the water table and a horizontal truncation interface separating two generations of dunes were identified, as well as an abrupt directional change in the foreset patterns associated to a lateral contact between two dune generations, the older one extending to the west. The used high frequency of 400 Mhz does not allow a penetration deep enough to map completely these internal contacts. The second test was done near Estreito, a small town near Carnaúbais city, also in Rio Grande do Norte state. In this locality, there are several old pipe lines buried in area covered by plantations where digging should be minimized. Several GPR profiles using the 400 and 200 MHz frequency were performed trying to intercept perpendicularly the possible pipe lines. Because of the high conductivity of the soil, the raw original data can hardly be use to identify the pipe lines. However, after an adequate processing over the 200 MHz profiles, six pipe lines were identified. As a global result of the tests, GPR can be very usefull if the conductivity of the ground is low or, in the case of medium conductivities of the soils, if adequate processing is performed

Imageamento digital de paleocavernas colapsadas com georadar

In this study, the methodological procedures involved in digital imaging of collapsed paleocaves in tufa using GPR are presented. These carbonate deposits occur in the Quixeré region, Ceará State (NE Brazil), on the western border of the Potiguar Basin. Collapsed paleocaves are exposed along a state road, which were selected to this study. We chose a portion of the called Quixeré outcrop for making a photomosaic and caring out a GPR test section to compare and parameterize the karst geometries on the geophysical line. The results were satisfactory and led to the adoption of criteria for the interpretation of others GPR sections acquired in the region of the Quixeré outcrop. Two grids of GPR lines were acquired; the first one was wider and more spaced and guided the location of the second grid, denser and located in the southern part of the outcrop. The radargrams of the second grid reveal satisfactorily the collapsed paleocaves geometries. For each grid has been developed a digital solid model of the Quixeré outcrop. The first model allows the recognition of the general distribution and location of collapsed paleocaves in tufa deposits, while the second more detailed digital model provides not only the 3D individualization of the major paleocaves, but also the estimation of their respective volumes. The digital solid models are presented here as a new frontier in the study of analog outcrops to reservoirs (for groundwater and hydrocarbon), in which the volumetric parameterization and characterization of geological bodies become essential for composing the databases, which together with petrophysical properties information, are used in more realistic computer simulations for sedimentary reservoirs.

Caracterização sonográfica e sismoestratigráfica de alta resolução do estuário do Rio Potengi, Natal - RN

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Proposta metodológica para o imageamento digital e modelagem virtual 3d de um bloco de rochas travertinas

In this paper we present the methodological procedures involved in the digital imaging in mesoscale of a block of travertines rock of quaternary age, originating from the city of Acquasanta, located in the Apennines, Italy. This rocky block, called T-Block, was stored in the courtyard of the Laboratório Experimental Petróleo "Kelsen Valente" (LabPetro), of Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), so that from it were performed Scientific studies, mainly for research groups universities and research centers working in brazilian areas of reservoir characterization and 3D digital imaging. The purpose of this work is the development of a Model Solid Digital, from the use of non-invasive techniques of digital 3D imaging of internal and external surfaces of the T-Block. For the imaging of the external surfaces technology has been used LIDAR (Light Detection and Range) and the imaging surface Interior was done using Ground Penetrating Radar (GPR), moreover, profiles were obtained with a Gamma Ray Gamae-spectômetro laptop. The goal of 3D digital imaging involved the identification and parameterization of surface geological and sedimentary facies that could represent heterogeneities depositional mesoscale, based on study of a block rocky with dimensions of approximately 1.60 m x 1.60 m x 2.70 m. The data acquired by means of terrestrial laser scanner made available georeferenced spatial information of the surface of the block (X, Y, Z), and varying the intensity values of the return laser beam and high resolution RGB data (3 mm x 3 mm), total points acquired 28,505,106. This information was used as an aid in the interpretation of radargrams and are ready to be displayed in rooms virtual reality. With the GPR was obtained 15 profiles of 2.3 m and 2 3D grids, each with 24 sections horizontal of 1.3 and 14 m vertical sections of 2.3 m, both the Antenna 900 MHz to about 2600 MHz antenna. Finally, the use of GPR associated with Laser Scanner enabled the identification and 3D mapping of 3 different radarfácies which were correlated with three sedimentary facies as had been defined at the outset. The 6 profiles showed gamma a low amplitude variation in the values of radioactivity. This is likely due to the fact of the sedimentary layers profiled have the same mineralogical composition, being composed by carbonate sediments, with no clay in siliciclastic pellitic layers or other mineral carrier elements radioactive

Imageamento Elétrico 3D em área contaminada por hidrocarbonetono polo industrial de Cubatão - SP

Este trabalho mostra os resultados obtidos com ensaios geofísicos realizados em uma área contaminada por hidrocarboneto no Polo Industrial de Cubatão - São Paulo, com objetivo de caracterizar as anomalias geoelétricas associadas à presença dos hidrocarbonetos, bem como delimitar e cubar tais anomalias. Para tanto, utilizou-se o método da eletrorresistividade, por meio das técnicas de Sondagem Elétrica Vertical (SEV) e Imageamento Elétrico 3D. Os resultados obtidos permitem indicar que a presença de hidrocarboneto está associada a anomalias condutivas devido aos produtos da biodegradação. As anomalias condutivas ocorrem de forma disseminada na área, totalizando um volume de 1365,3 m³; entretanto, este volume corresponde somente à presença de contaminante em fase residual.

Emprego do imageamento elétrico no estudo da contaminação por cemitérios

Due to lack of environmental protection with which the process of burying the corpses was conducted over the decades, many cemeteries have become areas contaminated by organic and inorganic substances and pathogenic microrganisms. This paper presents the results of electrical imaging in delineation of areas potentially contaminated by necrochorume in the municipal cemetery of Vila Rezende, Piracicaba - SP. The results indicate a depth of water table among 3,1 and 5,1 m, with two flow directions, being one to SW and another to SE. So the probable contamination plume, that has the same directions of underground flow, as for the conductive anomalies verified at the geoelectrics sections confirm the suspicions of contamination in the area. The probable plume the SE is prolonged to out of the cemetery. The location of the conductive anomalies and likely contamination plumes demonstrated that the contamination is linked with the depth of water table level and the burial time.

Qualidade de dados fluviométricos obtidos através de perfilamento acústico

Acoustic Doppler current profilers are currently the main option for flow measurement and hydrodynamic monitoring of streams, replacing traditional methods. The spread of such equipment is mainly due to their operational advantages ranging from speed measurement to the greatest detail and amount of information generated about the hydrodynamics of hydrometric sections. As in the use of traditional methods and equipments, the use of acoustic Doppler profilers should be guided by the pursuit of data quality, since these are the basis for project and management of water resources constructions and systems. In this sense, the paper presents an analysis of measurement uncertainties of a hydrometric campaign held in Sapucaí River (Piranguinho-MG), using two different Doppler profilers - a Rio Grande ADCP 1200 kHz and a Qmetrix Qliner. 10 measurements were performed with each equipment consecutively, following the literature quality protocols, and later, a Type A uncertainty analysis (statistical analysis of several independent observations of the input under the same conditions). The measurements of the ADCP and Qliner presented, respectively, standard uncertainties of 0.679% and 0.508% compared with the averages. These results are satisfactory and acceptable when compared to references in the literature, indicating that the use of Doppler profilers is valid for expansion and upgrade of streamflow measurement networks and generation of hydrological data.

Estudo acústico da pronúncia de pares mínimos vocálicos do inglês por falantes nativos, professores brasileiros e alunos de nível intermediário e avançado

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de uma metodologia para elaboração de modelos de predição dos níveis de ruído do campo acústico de usinas hidrelétricas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Técnicas estendidas na performance e no ensino do contrabaixo acústico no Brasil

Pós-graduação em Música - IA

Desenvolvimento de painéis confeccionados a partir de fibras de coco para controle acústico de recintos

Uma boa alternativa para o controle de ruído em ambientes fechados é a utilização de materiais de absorção sonora, onde parte da energia acústica é transformada em energia térmica através da viscosidade do ar, o que ocorre tanto em materiais porosos quanto fibrosos. A característica de absorção acústica de um material é determinada pelo coeficiente de absorção sonora que depende principalmente da freqüência, ângulo de incidência do som, densidade, espessura e estrutura interna do material. Da Amazônia, devido a sua sobrepujante biodiversidade, são retirados milhares de produtos e subprodutos naturais, alguns dos quais não são totalmente aproveitados. Dessa forma, muitos resíduos chegam a outros setores industriais, como é o caso da fibra de coco que é utilizada das mais diversas formas. Assim, o presente trabalho define e descreve um processo de fabricação de painéis acústicos, a partir da fibra de coco, com a determinação experimental dos principais parâmetros visando o controle acústico de recintos, além de desenvolver um modelo numérico para estabelecimento de parâmetros de controle de qualidade e custo, que auxiliem no desenvolvimento e na fabricação de novos painéis. Primeiramente, são coletadas as informações necessárias para iniciar o processo de desenvolvimento dos painéis de fibra de coco, seguindo uma metodologia de desenvolvimento de produto, baseada no “projeto informacional”. Em seguida, são descritas todas as etapas do processo de fabricação destes painéis, para posterior obtenção de suas principais propriedades físico-químicas, mecânicas e acústicas. Com as simulações numéricas, buscou-se analisar e predizer o comportamento de um painel de fibra de coco (além de um painel de espuma comercialmente disponível), e investigar a sua influência sobre os parâmetros acústicos de um auditório (tempo de reverberação, decaimento da pressão sonora e inteligibilidade). Com o desenvolvimento dos painéis pretende-se contribuir para a criação de novos setores na economia do estado, principalmente quando se considera o alto custo dos painéis comercializados no sul do país. Finalmente, outra vantagem significativa é a possibilidade da utilização destes painéis dentro do contexto das linhas arquitetônicas regionais, onde são realçados os materiais da própria região.

Imageamento homeomórfico de refletores sísmicos

Neste trabalho é apresentada uma nova técnica para a realização do empilhamento sísmico, aplicada ao problema do imageamento de refletores fixos em um meio bidimensional, suavemente heterogêneo, isotrópico, a partir de dados de reflexão. Esta nova técnica chamada de imageamento homeomórfico tem como base a aproximação geométrica do raio e propriedades topológicas dos refletores. São utilizados, portanto, os conceitos de frente de onda, ângulo de incidência, raio de curvatura da frente de onda, cáustica e definição da trajetória do raio; de tal modo que a imagem obtida mantém relações de homeomorfismo com o objeto que se deseja imagear. O empilhamento sísmico é feito, nesta nova técnica de imageamento, aplicando-se uma correção local do tempo, ∆ t, ao tempo de trânsito, t, do raio que parte da fonte sísmica localizada em x_o, reflete-se em um ponto de reflexão, C_o, sendo registrado como uma reflexão primária em um geofone localizado em x_g, em relação ao tempo de referência t_o no sismograma, correspondente ao tempo de trânsito de um raio central. A fórmula utilizada nesta correção temporal tem como parâmetros o raio de curvatura R_o, o ângulo de emergência β_o da frente de onda, no instante em que a mesma atinge a superfície de observação, e a velocidade v_o considerada constante nas proximidades da linha sísmica. Considerando-se uma aproximação geométrica seguido um círculo para a frente de onda, pode-se estabelecer diferentes métodos de imageamento homeomórfico dependendo da configuração de processamento. Sendo assim tem-se: 1) Método Elemento de Fonte (Receptor) Comum (EF(R)C). Utiliza-se uma configuração onde se tem um conjunto de sismogramas relacionado com uma única fonte (receptor), e considera-se uma frente de onda real (de reflexão); 2) Método Elemento de Reflexão Comum (ERC). Utiliza-se uma configuração onde um conjunto de sismogramas é relacionado com um único ponto de reflexão, e considera-se uma frente de onda hipoteticamente originada neste ponto; 3) Método Elemento de Evoluta Comum (EEC). Utiliza-se uma configuração onde cada sismograma está relacionado com um par de fonte e geofone coincidentemente posicionados na linha sísmica, e considera-se uma frente de onda hipoteticamente originada no centro de curvatura do refletor. Em cada um desses métodos tem-se como resultados uma seção sísmica empilhada, u(x_o, t_o); e outras duas seções denominadas de radiusgrama, R_o (x_o, t_o), e angulograma, β_o(x_o, t_o), onde estão os valores de raios de curvatura e ângulos de emergência da frente de onda considerada no instante em que a mesma atinge a superfície de observação, respectivamente. No caso do método denominado elemento refletor comum (ERC), a seção sísmica resultante do empilhamento corresponde a seção afastamento nulo. Pode-se mostrar que o sinal sísmico não sofre efeitos de alongamento como consequência da correção temporal, nem tão pouco apresenta problemas de dispersão de pontos de reflexão como consequência da inclinação do refletor, ao contrário do que acontece com as técnicas de empilhamento que tem por base a correção NMO. Além disto, por não necessitar de um macro modelo de velocidades a técnica de imageamento homeomórfico, de um modo geral, pode também ser aplicada a modelos heterogêneos, sem perder o rigor em sua formulação. Aqui também são apresentados exemplos de aplicação dos métodos elemento de fonte comum (EFC) (KEYDAR, 1993), e elemento refletor comum (ERC) (STEENTOFT, 1993), ambos os casos com dados sintéticos. No primeiro caso, (EFC), onde o empilhamento é feito tendo como referência um raio central arbitrário, pode-se observar um alto nível de exatidão no imageamento obtido, além do que é dada uma interpretação para as seções de radiusgrama e angulograma, de modo a se caracterizar aspectos geométricos do model geofísico em questão. No segundo caso, (ERC), o método é aplicado a série de dados Marmousi, gerados pelo método das diferenças finitas, e o resultado é comparado com aquele obtido por métodos convecionais (NMO/DMO) aplicados aos mesmos dados. Como consequência, observa-se que através do método ERC pode-se melhor detectar a continuidade de refletores, enquanto que através dos métodos convencionais caracterizam-se melhor a ocorrência de difrações. Por sua vez, as seções de radiusgrama e angulograma, no método (ERC), apresentam um baixo poder de resolução nas regiões do modelo onde se tem um alto grau de complexidade das estruturas. Finalmente, apresenta-se uma formulação unificada que abrange os diferentes métodos de imageamento homeomórfico citados anteriormente, e também situações mais gerais onde a frente de onda não se aproxima a um círculo, mas a uma curva quadrática qualquer.

Imageamento da porosidade através de perfis geofísicos de poço

O imageamento da porosidade é uma representação gráfica da distribuição lateral da porosidade da rocha, estimada a partir de dados de perfis geofísicos de poço. Apresenta-se aqui uma metodologia para produzir esta imagem geológica, totalmente independente da intervenção do intérprete, através de um algoritmo, dito, interpretativo baseado em dois tipos de redes neurais artificiais. A primeira parte do algoritmo baseia-se em uma rede neural com camada competitiva e é construído para realizar uma interpretação automática do clássico gráfico o P_b - Φ_N, produzindo um zoneamento do perfil e a estimativa da porosidade. A segunda parte baseia-se em uma rede neural com função de base radial, projetado para realizar uma integração espacial dos dados, a qual pode ser dividida em duas etapas. A primeira etapa refere-se à correlação de perfis de poço e a segunda à produção de uma estimativa da distribuição lateral da porosidade. Esta metodologia ajudará o intérprete na definição do modelo geológico do reservatório e, talvez o mais importante, o ajudará a desenvolver de um modo mais eficiente as estratégias para o desenvolvimento dos campos de óleo e gás. Os resultados ou as imagens da porosidade são bastante similares às seções geológicas convencionais, especialmente em um ambiente deposicional simples dominado por clásticos, onde um mapa de cores, escalonado em unidades de porosidade aparente para as argilas e efetiva para os arenitos, mostra a variação da porosidade e a disposição geométrica das camadas geológicas ao longo da seção. Esta metodologia é aplicada em dados reais da Formação Lagunillas, na Bacia do Lago Maracaibo, Venezuela.