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 indutivo (EM) no monitoramento de contaminantes em subsuperfície

O uso combinado de poços de amostragem e técnicas geofísicas constitui a maneira mais adequada para identificação e o monitoramento de áreas contaminadas. Este procedimento permite a locação de poços de amostragem e de monitoramento em pontos estratégicos, otimizando resultados e minimizando gastos. O método geofísico Eletromagnético Indutivo (EM) apresenta amplas possibilidades de aplicação em estudos ambientais devido à facilidade na aquisição de dados, versatilidade do equipamento em campo e a possibilidade de varredura de grandes áreas num curto espaço de tempo. Este trabalho realiza uma análise comparativa de dados em obtidos no ano de 1992 e em 2003. O local estudado é uma área industrial que apresenta contaminação do solo e água subterrânea por Benzeno, Tolueno, Xileno, 1,2 dicloroetano, Sódio e Cloreto, produto da infiltração de efluentes químicos diretamente do solo. Os resultados indicam uma acentuada atenuação da pluma contaminante, com provável redução no grau de contaminação. Os compostos de fase leve (LNAPLs) apresentaram maior tendência de migração horizontal, concomitante ao movimento da água subterrânea. Os compostos de fase densa (DNAPLs) apresentaram uma tendência mais acentuada de migração no sentido vertical, possivelmente devido à ausência de superfícies impermeáveis. Os compostos inorgânicos acompanharam o fluxo dos compostos de fase líquida não aquosa (NAPLs), o que por sua vez permitiu a caracterização da pluma de contaminação como um corpo condutivo em relação às áreas adjacentes.

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.

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

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.

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

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 sísmicos de refração e eletromagnético aplicados ao estudo de um paleocanal da Ilha do Marajó, Pará

Os métodos sísmico de refração e eletromagnético foram aplicados, em caráter experimental, à prospecção de água subterrânea. A eficiência destes métodos foi testada com cerca de 1.500m de perfis de refração rasa na delimitação geométrica em três dimensões de um paleocanal na região dos campos naturais da Ilha de Marajó e com um perfil eletromagnético (técnica Slingram) para a detecção de contatos laterais de água doce-água salobra. A interpretação dos dados sísmicos foi realizada com as equações de tempo de intersecção para n camadas inclinadas com o auxílio do controle geológico de 2 (dois) poços para contornar problemas de camadas não detectadas. Obteve-se uma baixa velocidade (0,81 km/s) para os sedimentos silte-arenosos saturados que preenchem o paleocanal. Em virtude da inversão de velocidades ter sido obtida como resultado para estes sedimentos, não se aconselha o mapeamento de paleocanais pela sísmica de refração, salvo com a utilização de técnicas especiais de campo (registro digital, 'up-hole survey', registro ondas S, reflexão simultânea, ...). Os dados eletromagnéticos foram analisados semi-quantitativamente com o auxílio de um modelo reduzido construído a partir de uma seção de resistividades aparentes. Um diagrama de Argand, traçado com os dados de laboratório, fornece subsídios para a determinação da condutância em ambientes de sedimentos não consolidados análogos ao de Marajó. Recomenda-se a utilização dos métodos eletromagnéticos para o reconhecimento lateral de zonas de água doce-água-salobra, uma vez que a componente quadratura da frequência alta (2640 Hz) define, com precisão suficiente, estas zonas. A comparação dos resultados dos dois métodos mostra que apenas parte do paleocanal se comporta como um aquífero.

Modelagem unidimensional de dados do método MCSEM com variação na resistividade da água do mar e na orientação dos sensores

O Marine Controlled Source ElectroMagnetic (MCSEM) é um novo método geofísico que tem sido empregado para a detecção de camadas resistivas no sub-solo oceânico e tem se mostrado uma ferramenta promissora para a indústria do petróleo. Neste trabalho, é modelado levantamentos do método MCSEM incluindo variações nos valores de resistividade da água do mar. Tais variações podem resultar da influência de correntes marinhas, gradientes de temperatura ou de qualquer fator que possa afetar a salinidade da água. Observamos que os dados do método são afetados de maneira significativa por tais variações. Tanto a variação na resistividade quanto na espessura da camada de água pode afetar os resultados do MCSEM de maneira semelhante. É modelado também o posicionamento aleatório dos receptores, mostrando um decaimento significativo da amplitude do sinal quando os receptores se posicionam a uma certa distância da linha de medidas.

Modelamento eletromagnético analógico de corpos tabulares em contato e sem contato com o manto

Nas últimas três décadas os métodos eletromagnéticos vem se desenvolvendo satisfatoriamente em função da aplicabilidade na prospecção de corpos de sulfetos maciços. Em regiões de climas tropicais, normalmente o manto de intemperismo apresenta-se condutivo. E este, na maioria das vezes, não é levado em conta na prospecção eletromagnética, causando portanto erros consideráveis de interpretações. Neste trabalho consideramos o manto de intemperismo em contato e sem-contato com o corpo condutor. Com o objetivo de estudar os efeitos dos mantos sobre anomalias EM de corpos tabulares inclinados, foram feitos vários experimentos utilizando modelamento analógico em escala reduzida, admitindo-se diferentes parâmetros de resposta para o corpo e o manto. Para simular o corpo foram utilizadas placas de aço inoxidável com as dimensões suficientemente grande em relação ao espaçamento entre as bobinas, de tal modo que simulassem um semi-plano. Para simular o manto foi utilizado uma solução de sais, sendo que para o caso de manto-condutivo, o corpo foi colocado em contato galvânico com a solução. Para o manto-indutivo foi considerado sem-contato galvânico, de tal forma que o corpo e o manto fossem acoplados apenas indutivamente. Onde 1) o corpo foi colocado totalmente sem contato com o manto 2) o corpo foi revestido por uma película resistiva e colocado em contato com o manto. Com a presença de manto-indutivo, observamos que a amplitude dos perfis é levemente atenuada. Além disso, observamos na quadratura a reversão e o aparecimento de um pico-extra nas inclinações do corpo θ≤60º e nos valores de número de indução α_c≥78.16 e α_m≥0.5 respectivamente do corpo e do manto. E a rotação de fase se dava no sentido horário, sendo mais intensa para altos valores de número de indução do corpo. No manto-indutivo o corpo parece estar a uma profundidade maior que a verdadeira, e ser mais condutivo do que realmente é. Com manto-condutivo, observamos que as amplitudes dos perfis são ligeiramente acrescidos assim como, a rotação de fase se dava no sentido anti-horário sendo mais intensa para pequenos valores de número de indução do corpo. Os demais efeitos tais como reversão na quadratura e presença de pico-extra ocorrem de modo análogo ao ocorrido no caso de manto-indutivo. No manto-condutivo, o corpo parece estar a uma profundidade inferior à verdadeira e ser menos condutivo. As anomalias EM são ligeiramente modificadas em função da rotação de fase e atenuação de amplitudes que ocorrem nos campos primário e secundário quando atravessam o manto, e também em consequência da interação indutiva de corrente induzida entre corpo e manto. Além disso ocorre a redistribuição de corrente no manto devido à presença de corpo dentro do manto. No manto-condutivo as correntes são canalizadas dentro do corpo que está em contato galvânico com o manto, enquanto no manto-indutivo ocorre um desvio de corrente, devido à película resistiva que envolve o corpo.

Geologia estrutural aplicada às rochas ornamentais na Pedreira Knawa, Cláudio (MG)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)