curso de pÓs-graduaÇÃo em geofÍsica-usp-iag aquisição, modelagem e inversão de dados...

CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA-USP-IAG

Aquisição, Modelagem e Inversão de dados Geoelétricos Aplicados à

Exploração de Recursos Naturais

Fernando Monteiro Santos Universidade de Lisboa, CGUL-IDL

Conteúdo:

Parte A - Aquisição de dados

Parte B – Fontes para os métodos EM/ER

Parte C - Modelagem e inversão de dados EM/ER

Parte D - Inversão conjunta

Parte E - Exemplos de aplicação

Parte A - Aquisição de dados

A.1. As características do “target” e o método a usar.

Os métodos geofísicos têm como objectivo determinar a variação espacial (e por vezes temporal) de alguma(s) propriedade(s) física(s) de estruturas localizadas abaixo da superfície do terreno.

1) Determinação da estrutura

2) Determinação de propriedades físicas

O método geofísico a usar depende de muitos factores entre os quais se podem mencionar:

1) a propriedade física que melhor se adapta ao objectivo perseguido;

2) a existência de condições que proporcionem bons contrastes dessa propriedade;

3) a provável dimensão e profundidade do alvo;

4) a variação espacial da propriedade física em jogo;

5) as condições ligadas ao local a investigar (topografia, acessos, ruído electromagnético etc) e ainda,

6) tempo, fundos e número de pessoas disponíveis para a realização do trabalho.

++

+

++

++

+ +

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ ~ ~~ ~

~

~

~

- - - - - - - - -- - - - -

--- - -

AB/2 AB/2

Ohm

-m

Ohm

-m

A B

O segredo é a COMPLEMENTARIDADE dos métodos geofísicos

TABELA 1. Métodos geofísicos mais frequentes e seus usos em problemas hidrogeofísicos.

aquisição método atributos objectivos

Aéreo Remote sensing Res. elect.Rad. GamaRad. termalCampo grav.Campo mag.Reflectividade EM

Mapa de soco,Interface água doce-salgada,Qualidade da água (regional),Falhas

Superfície Sísmica refracção vP Soco, nível freático,Falhas

Sísmica reflexão Reflectividade e vP Estratigrafia, Soco,falhas

Electro-Resistividade Res. Eléctrica Mapeamento de aquíferos,Nível freático, soco, interface água doce-salgada, poluentes,Parâmetros hidráulicos, qualidadeda água, monitorização

ElectroMagnetica Res. eléctrica Mapeamento de aquíferos,Nível freático, soco, interface água doce-salgada, poluentes,Parâmetros hidráulicos, qualidadeda água, monitorização

GPR Const. dieléctrica Mapeamento da estratigrafia,Nível freático, qualidade da água

Furo-Furo(crosshole)

Electro-ResistividadeElectroMagnetica

Res. Elect. Mapeamento de aquíferos,Qualidade da água, monitorização

Radar Const. dieléctrica Mapeamento de aquíferos,Qualidade da água, monitorização

Sísmica vP Litologia, zonas de fractura

Diagrafias logs Vários: Res. Eléct.,vP, actividade gama

Litologia, aquíferos, qualidade daÁgua, zonas de fractura

A.2. O que os dados podem revelar: o problema dos dados incompletos e a existência de erros.

Implicações para a interpretação.

A informação “contida” nos dados depende:

- dos erros e distorções dos dados;

- do “quão completos” são os dados;

- dos parâmetros de aquisição (distância Tx-Rx; geometria Tx-Rx; frequência da fonte);

O O OO1 1> <

O>+ +

+ +

+ +

- -

- -

- -

O1<Ep

EsEs

A B

C D

anob EEE

S

s

os ds

r

qgradE

2||4

1

no

oos Eq

1

1

Static-shift

MT Static-shift correction by using TDEM data

f = 1/3.9t

Sinal distorcido

erros e distorções dos dados

“quão completos” são os dados

“quão completos” são os dados

4 8 12 16 20

distance (cm)

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

ra (

ohm

-m)

l=0l=dl=2d

l

Parâmetros de aquisição

Parâmetros de aquisição

A Sensibilidade do método depende:

- Parâmetros de aquisição (distância Tx-Rx; geometria Tx-Rx; frequência da fonte;

- Profundidade do “target”

- Resistividade do “target”

- Estrutura “do ambiente geológico”

Implicações para a interpretação

- Resolução do modelo;

- Modelos equivalentes;

- Resolução dos parâmetros do modelo;

1E-006 1E-005 0.0001 0.001Tim e / s

10

100

Rho

/ oh

m-m

1 10 100 1000AB/2 / m

1

10

100

Rho

/ oh

m-m

D a taS A inversionP SO inversionIR LS invers ion

020

406

0

Depth in m

1 10

100

1000

R esistiv ity in ohm -m

TD EM dataB

020

406

0

Depth in m

1 10

100

1000

R esistiv ity in ohm -m

SA m odelsIR LS m odelPSO m odels

D CR dataA

020

4060

Depth in m

1 10

100

1000

R esistiv ity in ohm -m

Jo int inversionC

0

10

20

30

40

50

sand and clay

m arl

sandstone

D epth / m

D

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000-1500

-1000

-500

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1 10 100 1000

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

10000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

100

1000

10000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

10000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

1 10 100 1000 10000

10

100

1000

Equipamentos EMNo domínio da frequência

EM31 – EM34 e EM38 da Geonics

VLF-R da SYSCAL e

VLF-EM WADI

DUALEM-421 e DUALEM-21

No domínio do tempo

Aquisição de dados TEM

Fundamentos do método TEM

The TDEM is an inductive method that differs from the classic EM methods:

a) is not in frequency domain;

b) during acquisition the

primary field is absent.

.

i.

ii. iii. Figura 5. Aquisição e princípio de funcionamento do método TEM. Hp – campo primário;

Hs- campo secundário. A espira à superfície é usada como transmissor e receptor

i.

A

B

C

Tx

Tx

Tx

Rx

Rx

Rx

Typical configurations for TDEM data acquisition:

A- central loop

B – coincident loop

C- offset loop

Como funciona?The primary field is a constant magnetic field generated by a constant current in the loop transmitter. This field does not produce any eddy currents. When the current is turn off in the transmitter, the magnetic field varies rapidly originating eddy currents in conductive bodies. A secondary magnetic field is produced by eddy current flow according to Lenz law. Electromotive force is iduced by the secondary field in the receiver loop

The eddy current flow

Evolution of the fields. Note the orientation of secondary

field.

O que se regista?

V = - (dBz/dt) A sinθ ρa versus time

More resistive

More conductive

The LOTEM system

Example of an equipmentthe TEM FAST 48

Sources of error

• Instrumental: clock drift and incapacity to handle the large dynamic of signal

• Geometrical: include topographic effects

• Geological noise: anisotropy, near-surface inhomogeneities, dipping layers; IP effect

• Electromagnetic noise: naturally produced (spherics)

• Man-made noise (cultural)

• a) galvanic coupling

• b) capacitive coupling

IP effect produces negative apparent resistivity values

Effect of a very superficial and thin conductive layer

RESISTIVITY vs. TIME

Oh

m-m

0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5

time, s

1

10

100

10 3

10 4

10 5

1 10 100 1000 10000 100000

tim e

0.1

1

10

100

1000

10000

oh

m-m

s/ poço; poço entubado; poço entubado + gerador

Effect of a powerline

VOLTAGE E(t)/I

V/A

1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6

time, s

10 -6

10 -5

10 -4

10 -3

10 -2

0.1

1

10

1538

RESISTIVITY vs. TIME

Oh

m-m

1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6

time, s

0.1

1

10

100

10 3

10 4

1538

Cultural noise