Estudo de pluma de contaminação por combustível com o método GPR e desenvolvimento de simulador geofísico para fins educativos

Este trabalho consistiu na investigação geofísica da possível contaminação de um posto de combustíveis em Belém-PA, bem como no desenvolvimento de um simulador geofísico para fins educativos. A investigação consistiu no levantamento de 13 perfis com o método geofísico eletromagnético Ground Penetrating Radar (GPR). Os radargramas obtidos, conjuntamente com os dados pré-existentes de sondagens mecânicas, Volatile Organics Compounds (VOC) e Benzeno-Tolueno-Etil-benzeno-Xileno (BTEX), permitiram identificar zonas de baixa reflexão do sinal eletromagnético (zonas atenuadas) em áreas com predominância de areia, o que indicaria contaminação. Como as medidas de GPR foram repetidas no período chuvoso, foi possível observar a redução da atenuação em perfil rico em areia, indicando a lixiviação dos ácidos graxos oriundos da biodegradação dos hidrocarbonetos, bem como o aumento da atenuação provocada pela argila, devido a sua elevada porosidade, e também, possivelmente, pelo aumento da biodegradação dos hidrocarbonetos que ficam retidos na argila. Este resultado constitui o primeiro caso inserido no simulador geofísico, experimento que permite mostrar o uso de diferentes métodos geofísicos. O simulador possui duas telas computacionais, a debaixo para simulação do modelo de subsuperfície escolhido e, a tela de cima, para representação da resposta geofísica obtida com o auxílio de uma unidade ótica que percorre o perfil representado na tela debaixo. Trata-se de uma modelagem analógica com recursos computacionais ainda não reportada na literatura, que permitirá mostrar diversos casos investigados constantes em dissertações e teses. O simulador poderá ser deslocado para empresas, universidades e secretarias, que fazem ou podem fazer uso da Geofísica, além de praças, escolas, etc., contribuindo de forma incisiva para a difusão da Geofísica como ferramenta na gestão de áreas contaminadas bem como para chamar a atenção da população para diferentes tipos de problemas, de modo a instruí-la sobre os mesmos.

O método GPR aplicado à localização de tubulações utilizadas no abastecimento de água na região urbana do município de Belém - Pará

Este trabalho consistiu em avaliar a viabilidade do método GPR (Ground Penetrating Radar) na localização de tubulações de aço, cimento-amianto, PVC e ferro fundido, de diversos diâmetros, utilizadas pela Companhia de Saneamento do Pará (COSANPA), no abastecimento de água à população da região urbana do município de Belém-Pará. Para o alcance deste objetivo foram realizados 14 perfis em 6 locais, distintos da área urbana de Belém, com o intuito de identificar 13 alvos, utilizando-se antenas de 200 MHz e 400 MHz, geralmente usadas neste tipo de levantamento. Os radargramas obtidos com o GPR permitiram identificar quase todos os alvos pesquisados. Apenas 3 dos 13 alvos, não foram plenamente identificados, ficando de fora, apenas os alvos de PVC, de pequena bitola (50 mm e 75 mm). Após o estudo concluímos que o método GPR é muito eficaz neste tipo de aplicação e que sua utilização tem grande valia na localização das redes de abastecimento de água. O que deve facilitar enormemente as obras de expansão da rede, assim como a sua manutenção.

Evolução Quaternária da Baixada de Jacarepaguá a partir de perfis GPR

O trabalho presente tem como enfoque o estudo da evolução quaternária da Baixada de Jacarepaguá situada no estado do Rio de Janeiro através do uso do método GPR (Ground Penetrating Radar). Os numerosos estudos feitos na Baixada de Jacarepaguá, baseados nas curvas de variação do nível do mar em diferentes setores da costa Brasileira (MARTIN et al. 1985) e datações ao radiocarbono contribuíram na elaboração de um modelo evolutivo no Pleistoceno e no Holoceno. Esse modelo mostra em primeiro lugar episódios transgressivos em 7000-5100 anos BP, 3900-3600 anos BP e 2700-2500 anos BP e episódios regressivos a 5100-3900 anos BP, 3600-2700 anos BP e depois de 2500 anos BP. Esses episódios de variações do nível relativo do mar tiveram por consequência a constante evolução da Baixada de Jacarepaguá do estado de ilha-barreira com uma e depois duas barreiras (interna e externa), fruto da inundação da planície por invasão marinha em episódios transgressivos, a um estado de planície costeira emersa em episódios regressivos com barreira progradante direção ao mar e processos erosivos associados. Esse modelo evolutivo não inclui dados processados obtidos com o GPR, método que permite por impulsos eletromagnéticos de alta freqüência gerar um perfil de refletores baseado nas descontinuidades elétricas na subsuperficie. Os perfis levantados e processados nesse trabalho permitiram confirmar esse modelo evolutivo, mostrando uma sucessão de migração do perfil de praia e geometria sedimentar associada em resposta as numerosas variações eustática local.

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

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.

Estudo da contaminação por hidrocarbonetos em postos de serviços de Abaetetuba-PA utilizando georadar

O trabalho apresenta os resultados de um levantamento Geofísico utilizando o método Radar de Penetração de Solo (GPR) ou Georadar para detectar possíveis zonas de contaminação provocadas por vazamentos de derivados de hidrocarbonetos em postos de serviços da região urbana do município de Abaetetuba, no estado do Pará. A metodologia foi aplicada em postos de serviços porque eles constituem uma das principais fontes potenciais urbanas de contaminação do solo e de aqüíferos rasos por combustíveis. Conceitos básicos sobre a contaminação por derivados do petróleo e sua interação com o subsolo são apresentados, juntamente com os princípios básicos que permitem o entendimento do funcionamento do método GPR para o problema abordado. Durante o trabalho, foram realizadas medidas do nível de água em poços rasos, visando a elaboração de um mapa de fluxo subterrâneo. A interpretação geofísica foi auxiliada pelo conhecimento do comportamento do fluxo hídrico subterrâneo local, que mostra o sentido de movimentação da provável contaminação. A correlação entre os dados de GPR, os dados de fluxo e as informações sobre o histórico dos postos levaram a classificá-los em suspeitos de produzir contaminação e possivelmente contaminados.

Estudo geofísico sobre a erosão fluvial do Rio Guamá na orla da Universidade Federal do Pará, Belém (PA)

Este trabalho apresenta estudo geofísico de parte de orla fluvial sujeita à erosão, com o objetivo primordial de avaliar o seu uso na detecção de áreas degradadas pela erosão em estágio crítico, antes de seu desmoronamento. Esta área está situada ao longo de 600 m à margem do rio Guamá, entre a ponte do rio Tucunduba e o Porto de Canoagem, dentro do campus da Universidade Federal do Pará (UFPA), na cidade de Belém no Estado do Pará (Brasil). Conta, em alguns trechos, com diferentes tipos de contenção de erosão, entre os quais muro de concreto e sacos de cimento. A área é consequentemente, um laboratório para se testar a eficiência da Geofísica em detectar as zonas em que a ação da erosão, embora ainda não observável em superfície, atue, de modo a auxiliar obras de contenção da orla antes do seu colapso. Foram utilizados quatro métodos geofísicos: Potencial Espontâneo (SP), Eletrorresistividade, Slingram (LIN) e Radar de Penetração do Solo (GPR). As medidas foram levantadas durante a maré baixa e a maré alta na tentativa de mapear os caminhos preferenciais subsuperficiais para a entrada de água trazida pela maré alta e, por esse meio, para o trabalho erosivo. O efeito global da maré é aumentar as oscilações nas medidas de SP, Eletrorresistividade e LIN e aumentar a intensidade das reflexões obtidas com o GPR em relação às medidas obtidas com maré baixa. Na maré alta, as medidas mostram, em relação às medidas obtidas na maré baixa: I) Em zona com erosão, a redução da voltagem obtida com o método SP, a diminuição da resistividade obtida com imageamento realizado com o método da Eletrorresistividade, o aumento da condutividade LIN bem como tanto o aumento da intensidade das reflexões como a perturbação da continuidade dos refletores obtidos com o Método GPR II) Em zona com contenção, o aumento da voltagem SP, o aumento da resistividade obtida com Eletrorresistividade, a diminuição da condutividade LIN e, finalmente, a atenuação de reflexões obtidas com o GPR e redução do efeito global da maré. A despeito das dificuldades, os resultados demonstram que a Geofísica pode ser uma ferramenta auxiliar na previsão de locais onde a queda erosiva do terreno provocado por ela está prestes a ocorrer bem como na análise da eficácia da obra de contenção realizada.

Monitoramento da atenuação natural de pluma de contaminação pelo método de radar de penetração no solo (GPR)

O monitoramento da atenuação natural em áreas contaminadas tem se mostrado uma técnica alternativa e de baixo custo para a remediação de áreas contaminadas. A degradação por microorganismos é um dos processos mais importantes na atenuação natural de contaminantes, especialmente compostos de fase líquida não aquosa (NAPL). em muitos casos, a ação efetiva deste processo resulta na geração de ácidos orgânicos, que sob elevadas concentrações ocasionam a dissolução de minerais presentes em subsuperfície onde se encontra a contaminação, com conseqüente liberação de íons. O aumento na quantidade de íons colabora para o aumento da condutividade elétrica do meio. O princípio físico da técnica de Radar de Penetração no Solo (GPR) é a emissão de ondas eletromagnéticas de alta freqüência. A propagação da onda eletromagnética é condicionada à freqüência de sinal emitido e as propriedades elétricas do meio. O aumento da condutividade elétrica do meio resulta na atenuação do sinal e, por conseqüência, na diminuição da profundidade de penetração da onda eletromagnética. Este fator permite o monitoramento de áreas contaminadas sob atenuação natural a partir de análises temporais com o GPR. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre perfis de GPR adquiridos em 1998 e 2003 em uma área contaminada por compostos de fase líquida leve não aquosa (LNAPL), sob atenuação natural. Os resultados indicam um aumento da condutividade elétrica do meio, a partir da atenuação acentuada do sinal GPR observada nas seções de 2003. Este aumento pode estar associado à liberação de íons por dissolução de minerais, pelo ataque de ácidos orgânicos resultantes do processo de biodegradação.

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

Uso do GPR na geração de modelos estáticos 3D para o planejamento de lavra de minerais pesados depositados em dunas eólicas

This project was developed as a partnership between the Laboratory of Stratigraphical Analyses of the Geology Department of UFRN and the company Millennium Inorganic Chemicals Mineração Ltda. This company is located in the north end of the paraiban coast, in the municipal district of Mataraca. Millennium has as main prospected product, heavy minerals as ilmenita, rutilo and zircon presents in the sands of the dunes. These dunes are predominantly inactive, and overlap the superior portion of Barreiras Formation rocks. The mining happens with the use of a dredge that is emerged at an artificial lake on the dunes. This dredge removes sand dunes of the bottom lake (after it disassembles of the lake borders with water jets) and directs for the concentration plant, through piping where the minerals are then separate. The present work consisted in the acquisition external geometries of the dunes, where in the end a 3D Static Model could be set up of these sedimentary deposits with emphasis in the behavior of the structural top of Barreiras Formation rocks (inferior limit of the deposit). The knowledge of this surface is important in the phase of the plowing planning for the company, because a calculation mistake can do with that the dredge works too close of this limit, taking the risk that fragments can cause obstruction in the dredge generating a financial damage so much in the equipment repair as for the stopped days production. During the field stages (accomplished in 2006 and 2007) topographical techniques risings were used with Total Station and Geodesic GPS as well as shallow geophysical acquisitions with GPR (Ground Penetrating Radar). It was acquired almost 10,4km of topography and 10km of profiles GPR. The Geodesic GPS was used for the data geopositioning and topographical rising of a traverse line with 630m of extension in the stage of 2007. The GPR was shown a reliable method, ecologically clean, fast acquisition and with a low cost in relation to traditional methods as surveys. The main advantage of this equipment is obtain a continuous information to superior surface Barreiras Formation rocks. The static models 3D were elaborated starting from the obtained data being used two specific softwares for visualization 3D: GoCAD 2.0.8 and Datamine. The visualization 3D allows a better understanding of the Barreiras surface behavior as well as it makes possible the execution of several types of measurements, favoring like calculations and allowing that procedures used for mineral extraction is used with larger safety

Interpretação de dados de GPR com base na hierarquização de superfícies limitantes e na adaptação de critérios sismoestratigráficos

Due to its high resolution, Ground Penetrating Radar (GPR) has been used to image subsurface sedimentary deposits. Because GPR and Seismic methods share some principles of image construction, the classic seismostratigraphic interpretation method has been also applied as an attempt to interpret GPR data. Nonetheless some advances in few particular contexts, the adaptations from seismic to GPR of seismostratigraphic tools and concepts unsuitable because the meaning given to the termination criteria in seismic stratigraphy do not represent the adequate geologic record in the GPR scale. Essentially, the open question relies in proposing a interpretation method for GPR data which allow not only relating product and sedimentary process in the GPR scale but also identifying or proposing depositional environments and correlating these results with the well known Sequence Stratigraphy cornerstones. The goal of this dissertation is to propose an interpretation methodology of GPR data able to perform this task at least for siliciclastic deposits. In order to do so, the proposed GPR interpretation method is based both on seismostratigraphic concepts and on the bounding surface hierarchy tool from Miall (1988). As consequence of this joint use, the results of GPR interpretation can be associated to the sedimentary facies in a genetic context, so that it is possible to: (i) individualize radar facies and correlate them to the sedimentary facies by using depositional models; (ii) characterize a given depositional system, and (iii) determine its stratigraphic framework highligthing how it evolved through geologic time. To illustrate its use the proposed methodology was applied in a GPR data set from Galos area which is part of the Galinhos spit, located in Rio Grande do Norte state, Northeastern Brazil. This spit presents high lateral sedimentary facies variation, containing in its sedimentary record from 4th to 6th cicles caused by high frequency sea level oscillation. The interpretation process was done throughout the following phases: (i) identification of a vertical facies succession, (ii) characterization of radar facies and its associated sedimentary products, (iii) recognition of the associated sedimentary process in a genetic context, and finally (iv) proposal of an evolutionay model for the Galinhos spit. This model proposes that the Galinhos spit is a barrier island constituted, from base to top, of the following sedimentary facies: tidal channel facies, tidal flat facies, shore facies, and aeolic facies (dunes). The tidal channel facies, in the base, is constituted of lateral accretion bars and filling deposits of the channels. The base facies is laterally truncated by the tidal flat facies. In the foreshore zone, the tidal flat facies is covered by the shore facies which is the register of a sea transgression. Finally, on the top of the stratigraphic column, aeolic dunes are deposited due to areal exposition caused by a sea regression

Gradiometria magnética e GPR aplicados à arqueologia em sítio estuarino em Penalva - MA

Esta pesquisa apresenta os resultados da aplicação de métodos geofísicos não invasivos, visando a indicação de possíveis locais de deposição de materiais, no levantamento arqueológicos em um sítio estuarino localizado no município de Penalva, no estado do Maranhão. Os métodos utilizados foram Magnetometria e Radar de Penetração no Solo (GPR). As medidas magnéticas foram utilizadas para indicar os locais para escavação. O GPR foi utilizado para confirmar as anomalias geradas pelo método magnético, proporcionando a diminuição de erros quando as anomalias magnéticas não são provenientes de feições arqueológicas. Foram realizados 14 perfis de GPR, utilizando uma antena de 400 MHz e 1664 medidas magnéticas, utilizando o magnetômetro. Durante o levantamento arqueológico realizado, baseando-se nas anomalias fornecidas pela geofísica, a equipe liderada pelos arqueólogos Deusdédit Carneiro Leite Filho e Fernando Luiz Tavares Marques realizou cinco escavações no sítio, o que lhes permitiu o resgate de várias peças cerâmicas. Os resultados apresentados nesta pesquisa permitiram verificar e avaliar a potencialidade da prospecção geofísica como método auxiliar em estudos arqueológicos.

Calibration functions for estimating soil moisture from GPR dielectric constant measurements

Ground-penetrating radar (GPR) is widely used for assessment of soil moisture variability in field soils. Because GPR does not measure soil water content directly, it is common practice to use calibration functions that describe its relationship with the soil dielectric properties and textural parameters. However, the large variety of models complicates the selection of the appropriate function. In this article an overview is presented of the different functions available, including volumetric models, empirical functions, effective medium theories, and frequency-specific functions. Using detailed information presented in summary tables, the choice for which calibration function to use can be guided by the soil variables available to the user, the frequency of the GPR equipment, and the desired level of detail of the output. This article can thus serve as a guide for GPR practitioners to obtain soil moisture values and to estimate soil dielectric properties.