Predição da hidroquímica da água (qualidade de água) usando sondagens electromagnéticas transientes (TEM)

This work aims the applicability of the Transient electromagnetic method at an arid and semiarid environmental condition in the Santiago Island – Cape Verde. Some seashore areas of this island show an increasing salt contamination of the groundwater. The main objective of present work is to relate this water-quality condition with parameters taken from the transient sounding’s data. In this context, transient soundings have been acquired from 2005 through 2009, at several chosen valleys near the sea, in a mean rate of one field campaign each year. The first phase of this work was the understanding of the geophysical method details, problems and applicability, as the chosen and acquired equipment was the first one to be permanently available to the Portuguese geosciences community. This first phase was also accomplished with field tests. Interpretation of the transient sounding’s data curves were done by application of 1-D inversion methods already developed and published, as also with quasi 2-D and quasi 3-D inversion algorithms, where applicability was feasible. This was the second phase. The 2-D and 3-D approximation results are satisfactory and promising; although a higher spatial sounding’s density should certainly allow for better results. At phase three, these results have been compared against the available lithologic, hydrologic and hydrochemical data, in the context of Santiago’s island settings. The analyses of these merged data showed that two distinct origins for the observed inland groundwater salinity are possible; seashore shallow mixing with contemporary seawater and mixing with a deep and older salty layer from up flow groundwater. Relations between the electric resistivity and the salt water content distribution were found for the surveyed areas. To this environment condition, the electromagnetic transient method proved to be a reliable and powerful technique. The groundwater quality can be accessed beyond the few available watershed points, which have an uneven distribution.

Análise de contaminantes de fase líquida não aquosa (NAPLs) por aplicação do método eletromagnético indutivo (EM)

O descarte indevido de resíduos industriais no solo tem causado danos ao meio ambiente e à saúde humana. A identificação e o diagnóstico de áreas contaminadas é um procedimento necessário afim de que seja possível tomar medidas de contenção da fonte poluidora e posterior remediação. As técnicas geofísicas podem auxiliar na caracterização do meio geológico, definição das dimensões da pluma de contaminação, seleção de pontos para locação de poços de monitoramento e de bombeamento. Este trabalho apresenta os resultados da aplicação do método Eletromagnético Indutivo em uma área industrial contaminada por benzeno, tolueno, xileno (BTX) e dicloroetano. Os resultados indicam dois padrões de migração dos contaminantes em subsuperfície. Uma tendência de migração no plano horizontal até o nível de 15 m de profundidade e uma tendência de migração no plano vertical entre 15 e 60 m de profundidade. As tendências de migração divergentes estão condicionadas a densidade dos compostos que constituem a pluma de contaminação, ou seja, um intervalo LNAPL sobrenadante (BTX), sobreposto a um intervalo DNAPL (1,2 dicloroetano).

Aplicação do método eletromagnético transiente em área contaminada sob atenuação natural

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Modelagem 2,5D dos campos usados no Método Eletromagnético a Multi-Frequência - EMMF

Esta tese mostra a modelagem 2,5D de dados sintéticos do Método Eletromagnético a Multi-frequência (EMMF). O trabalho é apresentado em duas partes: a primeira apresenta os detalhes dos métodos usados nos cálculos dos campos gerados por uma bobina horizontal de corrente colocada sobre a superfície de modelos bidimensionais; e a segunda, usa os resultados obtidos para simular os dados medidos no método EMMF, que são as partes real e imaginária da componente radial do campo magnético gerado pela bobina. Nesta segunda parte, observamos o comportamento do campo calculado em diversos modelos, incluindo variações nas propriedades físicas e na geometria dos mesmos, com o intuito de verificar a sensibilidade do campo observado com relação às estruturas presentes em uma bacia sedimentar. Com esta modelagem, podemos observar as características dos dados e como as duas partes, real e imaginária, contribuem com informações distintas e complementares. Os resultados mostram que os dados da componente radial do campo magnético apresentam muito boa resolução lateral, mesmo estando a fonte fixa em uma única posição. A capacidade desses dados em distinguir e resolver estruturas alvo será fundamental para o trabalho futuro de inversão, bem como para a construção de seções de resistividade aparente.

Tomografia eletromagnética para caracterização de reservatórios de hidrocarbonetos

Na produção de petróleo é importante o monitoramento dos parâmetros do reservatório (permeabilidade, porosidade, saturação, pressão, etc) para o seu posterior gerenciamento. A variação dos parâmetros dinâmicos do reservatório induz variações na dinâmica do fluxo no reservatório, como por exemplo, perdas na pressão, dificultando o processo de extração do óleo. A injeção de fluidos aumenta a energia interna do reservatório e incrementa a pressão, estimulando o movimento do óleo em direção aos poços de extração. A tomografia eletromagnética poço-a-poço pode se tomar em uma técnica bastante eficaz no monitoramento dos processos de injeção, considerando-se o fato de ser altamente detectável a percolação de fluidos condutivos através das rochas. Esta tese apresenta o resultado de um algoritmo de tomografia eletromagnética bastante eficaz aplicado a dados sintéticos. O esquema de imageamento assume uma simetria cilíndrica em torno de uma fonte constituída por um dipolo magnético. Durante o processo de imageamento foram usados 21 transmissores e 21 receptores distribuídos em dois poços distanciados de 100 metros. O problema direto foi resolvido pelo método dos elementos finitos aplicado à equação de Helmhotz do campo elétrico secundário. O algoritmo resultante é válido para qualquer situação, não estando sujeito às restrições impostas aos algoritmos baseados nas aproximações de Born e Rytov. Por isso, pode ser aplicado eficientemente em qualquer situação, como em meios com contrastes de condutividade elétrica variando de 2 a 100, freqüências de 0.1 a 1000.0 kHz e heterogeneidades de qualquer dimensão. O problema inverso foi resolvido por intermédio do algoritmo de Marquardt estabilizado. A solução é obtida iterativamente. Os dados invertidos, com ruído Gaussiano aditivo, são as componentes em fase e em quadratura do campo magnético vertical. Sem o uso de vínculos o problema é totalmente instável, resultando em imagens completamente borradas. Duas categorias de vínculos foram usadas: vínculos relativos, do tipo suavidade, e vínculos absolutos. Os resultados obtidos mostram a eficiência desses dois tipos de vínculos através de imagens nítidas de alta resolução. Os tomogramas mostram que a resolução é melhor na direção vertical do que na horizontal e que é também função da freqüência. A posição e a atitude da heterogeneidade é bem recuperada. Ficou também demonstrado que a baixa resolução horizontal pode ser atenuada ou até mesmo eliminada por intermédio dos vínculos.

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.

Aplicação dos métodos geofísicos elétrico e eletromagnético na determinação de unidades sedimentares costeiras tropicais em Bragança, Nordeste do Pará

Esta dissertação mostra a aplicação de métodos geofísicos na determinação das unidades sedimentares da Planície Costeira Bragantina, que estão sendo estudados no Programa de Manejo e Dinâmica de Manguezais-MADAM (Mangrove Dynamics and Management). A finalidade deste trabalho é testar a metodologia geofísica no ambiente costeiro, visando auxiliar o mapeamento geológico e o entendimento da evolução estratigráfica holocênica da Planície Costeira Bragantina. Na realização deste trabalho, foram aplicados em diferentes unidades morfoestratigráficas da área de estudo: (a) o método convencional da eletrorresistividade através de sondagens elétricas verticais, usando o arranjo Schlumberger e (b) o método eletromagnético slingram (Horizontal Loop Eletromagnetic), com oito freqüências. Com as sondagens elétricas verticais determinaram-se os valores de resistividade em subsuperfície para os diferentes horizontes, correlacionando-os sempre que possível com as informações geológicas disponíveis. Em geral, os resultados obtidos com as sondagens elétricas não foram muito satisfatórios em termos das profundidades investigadas pelo fato do ambiente estudado ser muito condutivo, dificultando a penetração de corrente elétrica e contribuindo para que a profundidade de investigação fosse baixa. A aplicação do método eletromagnético mostrou-se mais simples e rápido do que as sondagens elétricas. A interpretação dos dados obtidos com esse método, realizada através da análise de perfis de medidas e de sondagens eletromagnéticas, permitiu inferir contatos laterais e estabelecer assinaturas geofísicas para os depósitos da planície costeira.

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.

Métodos geofísicos aplicados ao ultramafito da Serra de Quatipuru - Estado do Pará

O objetivo deste trabalho foi a aplicação de métodos geofísicos para a avaliação econômica de ocorrência de níquel, cromo e amianto, em uma área de 6,25 km² - Malha 2 - Serra de Quatipuru, localizada a cerca de 50 km a SW de Conceição do Araguaia, no sul do Estado do Pará. Inicialmente foi aplicado o método magnético em caráter de reconhecimento, usando magnetômetros de campo total e componente vertical visando localizar zonas anômalas de amianto e cromita, uma vez que estes minerais se encontram associados com a magnetita. Em seguida foi usado o método eletromagnético de "dip angle" com o objetivo de definir zonas condutoras associadas a possíveis depósitos minerais ou características estruturais. Com base na interpretação destes dois métodos, definiu-se os locais de aplicação do método de polarização elétrica induzida-resistividade, que teve caráter de detalhe visando como alvo principal depósitos de sulfetos disseminados. As possíveis ocorrências minerais na área foram correlacionadas com anomalias geofísicas e confirmadas através de testemunhos de sondagem concluindo-se não serem de importância econômica. Contudo a aplicação destes métodos geofísicos foi útil, pois possibilitou o levantamento detalhado da área, que de outra forma só poderia ser realizado por meio dos métodos mais convencionais, tais como sondagem mecânica através de perfurações, os quais são muito caros e demorados.

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).

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.

Emprego do método eletromagnético (em) na investigação e mapeamento de contaminações geradas por cemitérios: o caso de Monte Alto/SP

The use of geophysical methods in the analysis and mapping of likely contamination plumes has shown a huge value in the development of researches related to environmental issues. Among the main geophysical methods applied to this purpose, the geoelectrical methods stand out, being based on the use of electric and electromagnetic fields. The electromagnetic method (EM) uses physical environment responses created by electromagnetic field propagation, consisting of an alternated electric output and a magnetization force, used to obtain the electric conductivity (σ) of the subsurface materials. It has a broad application in the mineral exploration and prospection, and its use has been also efficient in environmental researches. By the electromagnetic method, this work examined and mapped possible contaminations created by cemetery leachate in the Saudade's Cemetery, located in the city of Monte Alto, Sao Paulo, where sedimentary rocks of the Bauru Group are exposed. Cemetery leachate is a putrefactive liquid, generated from the decomposition of organic matter, which contains substances that can contaminate soil and groundwater. Results achieved in this work show that the use of the electromagnetic method is an important indirect tool in the investigation of environmental contaminations in areas with highly contrasting physical properties

TDEM survey in an area of seismicity induced by water wells in Parana sedimentary basin, Northern Sao Paulo State, Brazil

This article presents TDEM results from an area with recent induced shallow seismicity. The purpose was to do a geoelectrical mapping of sedimentary and fractured basaltic aquifers for better understanding of the hydrogeologic setting. The study area is in the Parana basin where flood basalts are overlain by sedimentary units near the city of Bebedouro, northern Sao Paulo State, Brazil. 86 TDEM soundings were acquired in an area of 90 km(2) in the Andes and Botafogo study areas. The soundings were chosen next to wells for calibration, and also along profiles crossing the seismically active areas. 1-D interpretation results showed the general geoelectrical stratigraphy of this part of the Parana basin. The upper geoelectrical layer is the shallow sedimentary aquifer (Adamantina formation) with less than 80 m thickness. The second geoelectrical layer contains the upper basalts of the Serra Geral formation at about 60-80 m depths. A saturated fractured basalt zone between 100 and 300 m depths was identifiable on various TDEM soundings. This depth range corresponds to the range of hypocentral depths for more than 3000 micro-earthquakes in this area. The lower basalt layer was estimated to lie between 400 and 650 m depth. The deepest geoelectrical layer detected by various TDEM soundings corresponds to the Botucatu sandstone (Guarani aquifer). Results suggest that the high-discharge wells are located in the fractured zone in the middle basalt of the Serra Geral formation. There is a good correlation between seismically active areas, high discharge wells (>190 m(3)/h), and fracture zones in the middle basalt. The results reinforce the hypothesis that the shallow seismic activity in the Bebedouro region is being triggered by high rates of groundwater withdrawal. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

An electromagnetic-field method modeling of a radial line planar antenna with coupling probes

This communications describes an electromagnetic model of a radial line planar antenna consisting of a radial guide with one central probe and many peripheral probes arranged in concentric circles feeding an array of antenna elements such as patches or wire curls. The model takes into account interactions between the coupling probes while assuming isolation of radiating elements. Based on this model, computer programs are developed to determine equivalent circuit parameters of the feed network and the radiation pattern of the radial line planar antenna. Comparisons are made between the present model and the two-probe model developed earlier by other researchers.

A combined wavelet-element free Galerkin method for numerical calculations of electromagnetic fields

A combined wavelet-element free Galerkin (EFG) method is proposed for solving electromagnetic EM) field problems. The bridging scales are used to preserve the consistency and linear independence properties of the entire bases. A detailed description of the development of the discrete model and its numerical implementations is given to facilitate the reader to. understand the proposed algorithm. A numerical example to validate the proposed method is also reported.