estimativa de parâmetros elásticos pela inversão dos coeficientes de...

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS MARCUS VINICIUS APARECIDO GOMES DE LIMA Reflexão sísmica rasa: estimativa de parâmetros elásticos pela inversão dos coeficientes de reflexão da onda P acima do ângulo crítico São Paulo 2006

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS

MARCUS VINICIUS APARECIDO GOMES DE LIMA

Reflexão sísmica rasa: estimativa de parâmetros elásticos pela inversão dos

coeficientes de reflexão da onda P acima do ângulo crítico

São Paulo

2006

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MARCUS VINICIUS APARECIDO GOMES DE LIMA

Reflexão sísmica rasa: estimativa de parâmetros elásticos pela inversão dos

coeficientes de reflexão da onda P acima do ângulo crítico

Dissertação de mestrado apresentada ao Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Ciências.

Área de Concentração: Geofísica Orientadora: Profª. Drª. Liliana Alcazar Diogo

São Paulo

2006

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AGRADECIMENTOS

Expresso meus sinceros agradecimentos à:

Deus, em primeiro lugar, por me abençoar e me conceder a sabedoria, paciência e força

necessárias para superar os desafios da vida.

À minha esposa, Janaina, e ao meu filho, Davi, por todo seu amor, por dar significado à

minha vida e, com muita gratidão, a quem dedico este trabalho.

Aos meus pais, Célio e Geralda, e a minha irmã, Ana Lúcia, pela constante presença, carinho,

apoio e incentivo, em todos os momentos principalmente nos mais difíceis.

À minha orientadora, Profª. Liliana, por não apenas mostrar o caminho a ser seguido, mas

também, por me acompanhar durante todo o seu percurso.

A todos os amigos e colegas que acompanharam o desenvolvimento deste trabalho, ajudando

ou incentivando de maneira direta ou indireta.

Ao Departamento de Geofísica do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas

da USP que, através de seus docentes e funcionários, contribuíram para o meu crescimento e

formação científica e intelectual.

A CAPES pela concessão da bolsa de mestrado e pelo apoio financeiro para realização desta

pesquisa.

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RESUMO

LIMA, M. V. A. G. Reflexão sísmica rasa: estimativa de parâmetros elásticos pela inversão

dos coeficientes de reflexão da onda P acima do ângulo crítico. 2006. 74 f. Dissertação de

mestrado - Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São

Paulo, São Paulo, 2006.

O objetivo deste estudo foi implementar um algoritmo de inversão para estimar as

velocidades da onda cisalhante (S) assim como as densidades das camadas acima e abaixo do

refletor em questão, explorando-se a informação contida nas mudanças de fase no pulso da

onda compressional (P), refletida acima do ângulo crítico de incidência. Inicialmente, um

estudo do comportamento da função objetivo, com dados sintéticos, foi realizado, no qual

procurou-se avaliar a unicidade e a estabilidade da solução do problema inverso como,

também, o efeito, sobre os valores da função objetivo, de vários aspectos envolvidos no

processo de inversão. O problema proposto visa determinar quatro parâmetros, de modo que o

comportamento da função objetivo foi analisado pelas seções transversais, variando dois dos

parâmetros e mantendo os outros dois fixos em seus valores corretos.

As análises, usando os dados sintéticos, apresentaram resultados promissores quanto à

viabilidade da metodologia proposta e permitiram identificar os fatores que, na prática,

poderiam inviabilizar a convergência do processo de inversão (normalização das amplitudes e

escolha da wavelet para o cálculo dos sismogramas). Os testes, com dados reais, não

apresentaram resultados satisfatórios. Acredita-se que o principal motivo decorra do ajuste

inadequado entre as wavelets dos dados reais e a utilizada para gerar os dados calculados,

sendo, portanto, necessário investigar qual o método mais adequado para se obter um pulso

mais representativo daquele dos dados reais.

Palavras-chave: reflexão sísmica rasa, inversão, parâmetros elásticos, coeficiente de

reflexão.

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ABSTRACT

LIMA, M. V. A. G. Shallow seismic reflection: estimating elastic parameters from reflection

coefficients inversion using P-wave post-critical. 2006. 74 f. Thesis (Master) - Instituto de

Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.

The objective of this study was to implement an inversion algorithm in order to

estimate shear wave velocities (S) as well as layer densities above and below the reflector by

using information from phase changes in compressional wave pulse (P), reflected post-critical

angle of incidence. At first, a study of objective function behaviour, with synthetic data, was

accomplished in which (1) unicity and (2) stability of inverse problem solution as well as (3)

effect of several aspects involved in the inversion process, with the objective function values,

were evaluated. The proposed problem aims at determining four parameters for that objective

function behaviour was analysed by transversal sections, varying just two of the four

parameters, keeping the two fixed others in their correct values.

Analysis by using synthetic data presented good results related to viability of proposed

methodology; these results allowed identifying factors that could disturbing the convergence

of inversion process (amplitude normalization and wavelet choice to seismogram calculation).

Tests with real data did not present satisfied results. Apparently the main motive of this

trouble was due to inadequate adjustment between wavelet of real data with that one used to

generate calculated data, being necessary to investigate which method is more adequate to

obtain a more representative pulse than that one from real data.

Key words: shallow seismic reflection, inversion, elastic parameters, reflection coefficient.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 2.1 Diagrama de fluxo do algoritmo CRS de Price...................................................33

Figura 2.2 Diagrama de fluxo do clássico método simplex de Nelder e Mead....................34

Figura 2.3 Diagrama de fluxo do algoritmo CRS modificado..............................................35

Figura 2.4

Conjunto dos possíveis novos pontos de busca calculado a partir de uma dada

configuração de 6 pontos de busca: a) para o algoritmo CRS original, e b) para o CRS

modificado................................................................................................................................36

Figura 3.1

Sismograma sintético simulando uma aquisição para análise de ruído (walkway

noise test), onde a janela de afastamentos iluminada em vermelho (correspondente ao

intervalo de 30 a 78 m) representa a região em que as mudanças de fase são mais evidentes; e

a janela de afastamentos iluminada em azul (correspondente ao intervalo de 55 a 103 m) seria

representativa de uma região em que não ocorre superposição da refração.............................39

Figura 3.2

Registros selecionados (janela de afastamentos iluminada em vermelho na

Figura 3.2) para o cálculo da função objetivo, simulando os dados observados: a) sem ruído;

b) contaminados com o ruído 1 e c) contaminados com o ruído 2...........................................40

Figura 3.3

Seções transversais da função objetivo calculadas em função das variações dos

parâmetros: 2, 3, 2 e 3, utilizando os dados sem ruído (Figura 3.3a).................................45

Figura 3.4

Seções transversais da função objetivo calculadas utilizando os dados com o

ruído 1 (Figura 3.3b).................................................................................................................46

Figura 3.5

Seções transversais da função objetivo calculadas utilizando os dados com o

ruído 2 (Figura 3.3c).................................................................................................................47

Figura 3.6

Seções transversais da função objetivo calculadas utilizando os dados da janela

de afastamentos iluminada em azul (Figura 3.2).....................................................................48

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Figura 3.7

Mapas de função objetivo utilizando a normalização 1 nos sismogramas

calculados e nos dados observados...........................................................................................49

Figura 3.8

Mapas de função objetivo utilizando a normalização 2 nos sismogramas

calculados e nos dados observados...........................................................................................50

Figura 3.9

a) Forma do pulso utilizando

= 2 e f = 100 Hz. b) Forma do pulso utilizando

= 3 e f = 90 Hz. c) Espectro de amplitude da forma de pulso exibida em a). d) Espectro de

amplitude da forma de pulso exibido em b)..............................................................................51

Figura 3.10

Mapas de função objetivo com a wavelet alterada em relação à wavelet do

sismograma sintético que simula os dados observados............................................................52

Figura 3.11

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados sem ruído.........57

Figura 3.12

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados sem ruído...57

Figura 3.13

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados sem ruído.........58

Figura 3.14

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados sem ruído...58

Figura 3.15

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados

com o ruído 1............................................................................................................................59

Figura 3.16

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados

com o ruído 1............................................................................................................................59

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Figura 3.17

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados

com o ruído 1............................................................................................................................60

Figura 3.18

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados

com o ruído 1............................................................................................................................60

Figura 3.19

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados

com o ruído 2............................................................................................................................61

Figura 3.20

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados

com o ruído 2............................................................................................................................61

Figura 3.21

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados

com o ruído 2............................................................................................................................62

Figura 3.22

Dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de

função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados com o ruído

2.................................................................................................................................................62

Figura 3.23

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS para a situação apresentada na Figura 3.8.

...................................................................................................................................................63

Figura 3.24

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de

cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS para a situação apresentada na Figura 3.8.

...................................................................................................................................................63

Figura 3.25

Localização do perfil sísmico em superfície.....................................................64

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Figura 3.26

Registros sísmicos com configuração para análise de ruído, processado com

ganho AGC e filtro passa-banda...............................................................................................65

Figura 3.27

Sismograma registrado com o silenciamento preservando as refrações e a

reflexão do topo rochoso...........................................................................................................66

Figura 3.28

Sismograma registrado com o silenciamento preservando a reflexão do topo

rochoso. A janela em vermelho corresponde à segunda janela de afastamentos selecionada

contendo 63 traços....................................................................................................................67

Figura 3.29 Sismograma registrado com o silenciamento cortando parte do pulso refletido a

fim de eliminar qualquer amostra correspondente à superposição da refração. A janela em

vermelho corresponde à segunda janela de afastamentos selecionada contendo 63 traços......68

Figura 3.30

Gráfico da dispersão dos pontos em função do número de avaliações da função

objetivo para os dados do sismograma da Figura 3.26.............................................................69

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LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1

Parâmetros do modelo: profundidade (z) , velocidade da onda P ( ), razão entre

as velocidades da onda P e da onda S ( e densidade ( ).......................................................38

Tabela 3.2 Parâmetros de aquisição utilizados para gerar o sismograma sintético..............38

Tabela 3.3 Modelo velocidade-profundidade fornecido ao algoritmo de inversão..............66

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 12

2 METODOLOGIA DE INVERSÃO 14

2.1 PROBLEMA DIRETO 14

2.2 PROBLEMA INVERSO 23

2.2.1 Função objetivo 24

2.2.2 Parâmetros do modelo 25

2.2.3 Solução do problema direto 26

2.2.4 Descrição do algoritmo de busca 26

2.2.4.1 O algoritmo CRS de Price 27

2.2.4.2 O método simplex de Nelder e Mead (NMS) 28

2.2.4.3 O algoritmo CRS modificado 30

3 ANÁLISE DO PROBLEMA INVERSO E DISCUSSÕES 37

3.1 TESTES SOBRE DADOS SINTÉTICOS 37

3.1.1 Análise do comportamento da função objetivo 40

3.1.2 Resultados da inversão 53

3.2 TESTES COM DADO REAL 64

3.2.1 Área de estudo 64

3.2.2 Dados utilizados 65

3.2.3 Processamento e preparação dos dados 65

3.2.4 Testes de inversão e discussão dos resultados 68

4 CONCLUSÕES E CONTINUIDADE DA PESQUISA 71

REFERÊNCIAS 73

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1 INTRODUÇÃO

Os efeitos das mudanças de fase e amplitude do pulso sísmico em levantamentos de

reflexão sísmica rasa foram discutidos por Pullan e Hunter (1985); Diogo et al. (2004) e

Diogo (2004), chamando a atenção dos usuários das técnicas de reflexão rasa tanto quanto aos

problemas que esses efeitos podem causar na identificação e no processamento das reflexões,

quanto ao potencial para determinar as propriedades elásticas de subsuperfície.

A partição de energia na interface, quantificada pelo coeficiente de reflexão é o

principal fator responsável pelas mudanças no caráter do pulso refletido para ângulos de

incidência maiores do que o ângulo crítico ( c). O coeficiente de reflexão, por sua vez,

depende do ângulo de incidência, das densidades ( ) e das velocidades das ondas

compressional e de cisalhamento (

e , respectivamente) nos meios acima e abaixo do

refletor.

Propõe-se explorar a informação contida nas mudanças de fase do pulso da onda

compressional refletida acima do ângulo crítico para estimar a densidade e a velocidade da

onda de cisalhamento dos meios acima e abaixo do refletor.

Para tal, pretende-se implementar um algoritmo de inversão minimizando a diferença

quadrática entre os valores calculados e observados das amplitudes das ondas P refletidas.

Para simplificar o problema inverso, foi assumido que as velocidades da onda P e a

profundidade do refletor são conhecidas, ou seja, foram previamente obtidas pelos métodos

convencionais de reflexão ou de refração e, portanto, o problema inverso possui quatro

incógnitas, as velocidades da onda S e as densidades dos meios acima e abaixo do refletor

considerado.

Uma das principais vantagens da metodologia proposta seria a possibilidade em se

obter os valores de

e , a partir de levantamentos em superfície empregando apenas ondas

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compressionais. Lembrando, que a realização de levantamentos com ondas de cisalhamento,

em geral, apresentam dificuldades quanto à geração de energia e identificação dos eventos

sísmicos.

Tais parâmetros elásticos, atualmente, só podem ser obtidos através de métodos de

investigação geofísica de aplicação entre furos de sondagem mecânicos, como métodos

sísmicos denominados crosshole e tomografia de transmissão. Além disso, a escala de

investigação destes métodos está restrita à profundidade dos furos de sondagem, visto que a

montagem do arranjo fonte-receptores para os ensaios crosshole levam em conta apenas a

captação de ondas diretas.

Através dos valores de ,

e

determinam-se os módulos de elasticidade dos meios,

os quais são importantes para a caracterização e avaliação das propriedades mecânicas de

maciços para aplicações em geotecnia; para a estimativa da porosidade e conteúdo de água,

podendo ser úteis para a caracterização de aqüíferos e até mesmo auxiliar em estudos de

problemas ambientais.

Além disso, a aplicação desta metodologia poderia fornecer subsídio no estudo da

correlação entre os parâmetros geotécnicos estáticos, resultantes de ensaios convencionais

(sondagem à percussão, ensaios de compressão triaxial, cisalhamento simples, etc.) e aqueles

obtidos a partir dos ensaios geofísicos (parâmetros dinâmicos), que consiste na utilização da

sísmica para determinação de parâmetros elásticos in situ.

No capítulo dois são descritos conceitos básicos relacionados à teoria envolvida na

solução do problema direto e os detalhes da metodologia de inversão que foi implementada.

No capítulo três são apresentados os resultados do estudo desenvolvido sobre dados sintéticos

e discutidas as dificuldades encontradas na aplicação sobre dados reais.

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2 METODOLOGIA DE INVERSÃO

2.1 PROBLEMA DIRETO

O processo de inversão está intimamente relacionado ao problema direto. É através da

solução do problema direto que se obtém as respostas dos campos associados a um dado

modelo físico. Essas respostas (dados calculados) serão utilizadas no esquema de inversão ao

buscar identificar os parâmetros do modelo que descrevem os dados registrados. Portanto, a

formulação do problema direto e o processo de obtenção de suas soluções consistem nas

primeiras tarefas a serem realizadas em qualquer abordagem do problema inverso.

Como o presente trabalho trata-se de dados de reflexão sísmica, as observações

consistem na assinatura física de um campo de onda refletido numa estrutura em subsuperfície

devido à excitação produzida por uma fonte sísmica. A informação registrada equivalente a

essa assinatura física consiste de um número de traços, cada um, em posições eqüidistantes

em uma determinada direção do espaço, mostrando como as partículas do meio movimentam-

se em função do tempo. Esses movimentos são sentidos pelos receptores (geofones) após a

perturbação provocada pela fonte de energia ter viajado pela Terra. O conjunto destes traços

correspondentes aos diversos geofones utilizados constituirá o sismograma, denominado de

multicanal. A chegada das ondas sísmicas produzirá variações sistemáticas de traço a traço

(eventos sísmicos). Os tempos de percurso serão caracterizados pelos intervalos entre o

instante em que se dá a perturbação no meio e as chegadas da energia sísmica no geofone.

É evidente que a solução do problema direto deverá descrever adequadamente os

dados observados, ou seja, no caso do método de reflexão sísmica o problema direto será

resolvido através da implementação de um algoritmo de modelagem que produzirá um

sismograma sintético. Métodos, tais como, traçado de raios, diferenças finitas, elementos

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finitos, refletividade, são exemplos de algoritmos de modelagem. Esses algoritmos fazem uso

de relações matemáticas formuladas a partir de leis físicas. Portanto, para calcular um

sismograma sintético, isto é, a forma da onda registrada, ou ao menos, como teoricamente

deveria ser, é necessário deduzir a equação que rege a propagação de ondas sísmicas através

da Terra.

Como o problema proposto envolve apenas o cálculo dos coeficientes de reflexão da

onda P (RPP), poderia ser utilizado as equações de Zoeppritz para a obtenção de uma

expressão analítica para RPP. Contudo, não existe uma expressão analítica que descreva as

curvas de tempo de percurso para mais de uma camada, ou seja, uma expressão da forma

xt , onde x

é a distância fonte-receptor e t

o tempo de chegada da onda em um dado

receptor. Na prática, ou se utilizam aproximações analíticas, como a equação da hipérbole

(DIX, 1955) válida para afastamentos fonte-receptor curtos (menores que a profundidade do

refletor), ou métodos numéricos, como por exemplo, o traçado de raios que se baseia na lei de

Snell. Desta forma optou-se por utilizar o método do raio implementado no pacote SEIS88

( ERVENÝ; P EN IK, 1988), para a geração dos sismogramas sintéticos.

Na seqüência deste capítulo são apresentados os conceitos básicos envolvidos na

dedução da equação da onda, nos aspectos relacionados à partição da energia na interface e

nos princípios do método do raio. Nas fórmulas apresentadas, denotou-se matrizes e vetores

em negrito, e escalares, em itálico.

Equação da propagação de ondas sísmicas

O método sísmico baseia-se na propagação de ondas elásticas através da Terra. Como

essa propagação depende das propriedades elásticas dos meios, dois conceitos são importantes

no contexto da teoria da elasticidade, são eles: esforço e deformação.

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Quando existe uma resultante de forças externas atuando sobre um corpo, sua forma e

volume tendem a ser alterados. Em oposição a estas forças, forças internas (intra-moleculares)

agirão de um modo a resistir a tais mudanças na sua forma estrutural original. Como resultado

desta reação, pelo menos para pequenas deformações, o corpo tende a voltar ao seu estado

original de equilíbrio assim que se cessa a ação das forças externas.

A razão entre esta força e a área na qual é aplicada, é definida esforço. Qualquer

esforço pode ser decomposto em componentes paralelas (esforço cisalhante ou tangencial) e

perpendiculares (esforço normal ou pressão) à área em que está sendo aplicada a força.

Convencionalmente, os esforços são denotados por ij

(para i, j = 1, 2 e 3) onde o índice i

representa a direção em que a força atua e j representa a direção da normal à superfície onde

atua o esforço, e ambos, i e j, correspondem aos subscritos do sistema cartesiano, ( 321 ,, xxx ),

adotado como sistema de referência (x).

Se um corpo dito elástico está sujeito à esforços, sua forma e volume tendem a sofrer

modificações. Tais mudanças são chamadas deformações e podem ser representadas em

termos do vetor de deslocamentos u, com a expressão a seguir:

i

j

j

iij x

u

x

u

2

1

(2.1)

onde o primeiro índice, i, indica a orientação do segmento de linha e o segundo indica a

direção da mudança de comprimento.

Aplicando a segunda lei de Newton pode-se equacionar o movimento das partículas

provocado por esforços exercidos sobre um corpo. Tal equação relaciona o deslocamento das

partículas do meio aos esforços, e é conhecida como equação de movimento

3

3

2

2

1

12

2

xxxt

u iiii

(2.2)

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17

A teoria da elasticidade relaciona as forças aplicadas com as deformações ocorridas.

Esse relacionamento, freqüentemente denominado como relação esforço-deformação, é

fornecido pelas leis constitutivas. Para qualquer material essa relação é bastante complexa,

pois, depende de vários parâmetros tais como: pressão, temperatura, taxa de esforço, histórico

de deformação e magnitude do esforço. Contudo, para esforços de pequena magnitude e curta

duração, quase todos os materiais da Terra exibem um comportamento linear entre esforço e

deformação. Então, para pequenos esforços, as deformações geradas são diretamente

proporcionais, e ao reduzir tais esforços o corpo tende a restaurar a sua forma ini

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18

equação vetorial homogênea tridimensional do movimento para um meio elástico, isotrópico e

uniforme, também conhecida como equação de movimento elastodinâmico,

uuu 2 . (2.6)

A Equação (2.6) representa um conjunto de equações diferenciais parciais para os

deslocamentos em meios homogêneos, e podem ser resolvidas através do teorema de

Helmholtz que estabelece que qualquer campo vetorial u pode ser representado em termos de

um potencial vetorial e um potencial escalar , por

u , se 0 e 0

(2.7)

Substituindo (2.7) em (2.6) e usando a identidade vetorial 2 , visto que

0 , encontra-se,

02 222

(2.8)

A solução desta equação é obtida se os termos entre parêntesis compõem um sistema

de equações diferenciais independentes, ou seja, se

01

22 e 0

12

2

(2.9)

onde

21

2

e 21

(2.10)

As Equações (2.9) representam as equações de onda para o potencial escalar

e

vetorial . Através das referidas equações pode-se identificar que:

é um potencial que

corresponde à solução da equação da onda P ( 0

implica que não ocorrem rotações das

partículas, ou seja, não ocorre cisalhamento) e que

é um potencial que corresponde à onda

S ( 0

implica que não ocorrem mudanças no volume das partículas), e, por fim, os

termos

e

caracterizam as velocidades de propagação, respectivamente, da onda P e da

onda S em meios elásticos, homogêneos e isotrópicos.

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19

A solução da equação para ambos os tipos de onda, P e S, é uma função do espaço e

do tempo e pode ser escolhida de forma conveniente para descrever o campo de onda do

problema considerado, ou seja, a solução tanto para

quanto para

pode ser expressa

como uma função que assume a seguinte forma geral, ctf x , baseada num conceito de

onda progressiva (solução de D Alembert), assumindo que tf ,x é igual a ttf ,xx .

Seja c a velocidade de propagação da onda, e x , o espaço percorrido após um intervalo de

tempo t , prova-se a igualdade mencionada acima, pois, ttcfctf 00 xxx =

tccttcf 0x 0ctf x .

As ondas sísmicas podem ser consideradas como sendo ondas harmônicas, e, portanto,

podem ser representadas pela exponencial com argumento complexo. O argumento dessa

função deve expressar as características de periodicidade da onda, assumindo a seguinte

forma:

xkxxkx tiAttiAt exp,exp, (2.11)

xkxxkx tiBttiBt exp,exp,

(2.12)

onde: 2

k é o número de onda e

o comprimento de onda; T

2

é a freqüência

angular e T

o período; e c

é a velocidade da onda,

ou , que se relaciona aos parâmetros

anteriores pela expressão kk 2

2fc .

As equações (2.11) e (2.12) descrevem a propagação de uma onda plana em termos

dos potenciais, onde k e k definem os vetores do número de onda associados com as

ondas P e S, respectivamente. Então, para obter a solução da equação de movimento para os

deslocamentos, isto é, t,xu , basta derivar os potenciais (2.11 e 2.12) conforme apresentado

na expressão (2.7).

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20

Partição de energia na interface

Quando uma onda P encontra uma mudança abrupta nas propriedades elásticas, como

quando atinge uma interface separando dois meios diferentes, a energia é particionada,

resultando em quatro ondas: ondas P e S refletidas, e P e S refratadas, cujas direções de

propagação são dadas pela Lei de Snell,

2

2

1

1

2

2

1

1 sensensensen jjiip

(2.13)

onde: p é o parâmetro do raio; e 1i , 2i , 1j e 2j são, respectivamente, os ângulos de incidência

(e de reflexão da onda P), refração da onda P, reflexão da onda S e refração da onda S.

A Lei de Snell é muito útil na determinação das trajetórias dos raios e tempos de

percurso, porém, não fornece informação sobre as amplitudes das ondas refletidas e

transmitidas. Nesse contexto, a partição de energia na interface entre as ondas refletidas e

refratadas é quantificada pelos coeficientes de reflexão e transmissão. Equações

correspondentes a tais coeficientes foram dadas por Zoeppritz em 1919. Para deduzir as

equações de Zoeppritz para meios elásticos, deve-se aplicar as seguintes condições de

contorno à solução da equação da onda obtida anteriormente: na interface, o movimento da

onda deve obedecer à continuidade dos esforços e deslocamentos (normais e tangenciais).

Considerando que os deslocamentos da onda P estão no plano 31xx , essas condições são dadas

por:

21

11

meiomeio uu , 23

13

meiomeio uu , 213

113

meiomeio e 233

133

meiomeio (2.14)

Trabalhando-se com as equações (2.4), (2.7), (2.11) e (2.12) em (2.14), chega-se a

quatro equações a partir das quais determinam-se quatro coeficientes: RPP, RPS, TPP e TPS,

reflexão da onda P, reflexão da onda P convertida em S, transmissão da onda P e transmissão

da onda P convertida em S, respectivamente.

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21

O coeficiente de reflexão da onda P refletida a partir de uma onda P incidente, RPP,

depende do ângulo de incidência, 1i , das velocidades da onda P, 1

e 2 , das velocidades da

onda S, 1

e 2 , e das densidades, 1

e 2 , dos meios acima (subscrito 1) e abaixo do

refletor (subscrito 2), e é dado pela seguinte expressão:

DHpdaFcbRPP2

2121

2211

2222 2121 ppa

21cbE

2211

2222 221 ppb

21cbF

2222

2211 221 ppc

21daG

211

2222d

12daH

2GHpEFD

(2.15)

onde:

1

1sen ip ,

21221 pii

e 21221 pii

(2.16)

Para 1i acima dos ângulos críticos 21arcsen1ci e 212 arcsenci , os valores de

2

e 2

tornam-se imaginários, 212

22 1

22pii e

2122

2 122

pii , de forma que RPP torna-se complexo e passa a introduzir um

deslocamento de fase nos valores das amplitude refletidas.

Método do raio

O método do raio corresponde a uma solução aproximada da equação da onda,

conhecida como solução assintótica válida para altas frequências. Fornece tanto os tempos de

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22

percurso das ondas refletidas, como os coeficientes de reflexão e se desejado, permite

incorporar o efeito de espalhamento geométrico no cálculo das amplitudes.

Esse método tem sido amplamente empregado para a modelagem das ondas sísmicas

em diversas aplicações, entretanto possui uma limitação significativa para meios não

homogêneos. Sua aplicação só e válida se as variações espaciais forem suaves, o que significa

que qualquer variação espacial das propriedades do meio devem ser maiores do que

comprimento de onda dominante das ondas sísmicas (P EN IK, 1996; POPOV, 2002).

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2.2 PROBLEMA INVERSO

A teoria de inversão trata do problema de se fazer inferências sobre sistemas físicos a

partir de dados observados. Visto que quase todos os dados estão sujeitos a alguma incerteza,

essas inferências são, portanto, estatísticas. Além disso, uma vez que apenas pode-se registrar

um número finito de dados (ruidosos) e uma vez que sistemas físicos são geralmente não

lineares, poderão existir vários modelos que se ajustarão aos dados.

A filosofia do processo de inversão é, então, inferir os parâmetros do modelo que

descreve o meio físico, cuja solução do problema direto propicie valores calculados os mais

semelhantes possíveis dos dados observados. Entretanto, este processo é complicado, em

virtude de todas as incertezas que existem em qualquer problema inverso, tais como:

o quão precisamente os dados são conhecidos;

se a teoria físico-matemática que descreve a resposta do sistema físico contribuirá

significativamente na predição dos dados calculados;

e se a parametrização do meio físico, a função objetivo e a técnica de busca do mínimo

global são adequados.

Existe uma grande variedade em número e sofisticação de métodos que são usados

para resolver problemas inversos. Incluem-se dentre esses métodos, procedimentos de

otimização que abrangem abordagens globais e locais.

Métodos locais são normalmente divididos em duas categorias: métodos gradiente e

métodos diretos (livre de derivadas). Métodos que empregam o gradiente, envolvem o cálculo

da função e suas derivadas em cada iteração. Tais métodos são poderosos, mas requerem que

a função seja diferenciável sob o domínio relevante. Métodos diretos, no entanto, envolvem

apenas o cálculo da função; são geralmente menos eficientes do que os métodos gradiente,

porém, como eles não requerem o cálculo das derivadas são mais simples e aplicáveis à

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otimização de funções não diferenciáveis. Ambos os casos necessitam de se fornecer uma boa

solução inicial (chute) para calcular ou atualizar o modelo corrente. Dado um bom modelo

inicial pode-se obter a solução correta em poucas iterações.

Algoritmos de busca global usam a informação sobre o comportamento da função

objetivo mais globalmente para atualizar e calcular o modelo corrente. A vantagem é que tais

métodos não são sensíveis à escolha inicial dos modelos e a presença de mínimos locais,

porém, são computacionalmente mais dispendiosos.

O desafio atualmente é determinar uma maneira ótima de se combinar as duas

abordagens, de modo que o procedimento resultante (híbrido) explore os importantes aspectos

de ambos os métodos.

Para encontrar o valor mínimo da função objetivo, utilizou-se o procedimento de

busca aleatória controlada

Controlled Random Search (CRS) (PRICE, 1977), por ser um

método de busca global, de fácil implementação computacional e adequada à solução de

problemas inversos não lineares, como é o caso do problema considerado neste trabalho.

Apesar do procedimento CRS não ser um método amplamente difundido no meio

geofísico como os métodos globais conhecidos por simulated annealing e algoritmos

genéticos, citam-se os trabalhos de Silva e Hohmann (1983) sobre dados magnéticos, Smith e

Fergunson (2000) sobre dados de refração sísmica e Tuma (2002) sobre dados de reflexão

sísmica, em que o método mostrou-se eficiente em aplicações geofísicas. Na última seção

deste capítulo está descrito o procedimento CRS e uma nova abordagem deste algoritmo.

2.2.1 Função objetivo

A determinação de parâmetros elásticos de subsuperfície através da inversão dos

coeficientes de reflexão da onda P refletida é um problema de otimização não linear que

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consiste em encontrar o vetor de parâmetros Mmmm ,,, 21m de modo que uma função

objetivo mf seja minimizada.

A função objetivo utilizada no procedimento de inversão é a função de mínimos

quadrados para quantificar a semelhança entre as amplitudes calculadas e observadas da onda

P refletida. Portanto, o melhor ajuste dos dados calculados aos observados está associado ao

valor mínimo de f, dado pela expressão:

j k

calckj

obskj AAf

212

,, (2.17)

onde,

o índice j refere-se ao número do traço registrado;

o índice k refere-se ao número da amostra dentro da janela de tempo;

Aobs são as amplitudes observadas no sismograma registrado;

Acalc são as amplitudes do sismograma sintético calculado em função dos parâmetros (h, Vpi,

Vpi + 1, Vsi, Vsi + 1, i, i + 1) que correspondem, respectivamente, a profundidade do refletor,

velocidade da onda P, velocidade da onda S e densidade dos meios acima (índice i) e abaixo

(índice i + 1) do refletor considerado.

2.2.2 Parâmetros do modelo

A parametrização do modelo é um dos elementos chave na aplicabilidade de qualquer

método de inversão, pois, é ela quem dita os tipos de modelos que podem ser explorados.

O problema inverso proposto tem quatro incógnitas (Vs1, Vs2, 1, 2, sendo que os

índices 1 e 2 referem-se, respectivamente, aos meios acima e abaixo do refletor em questão).

Acredita-se que deixar a velocidade da onda P (Vp1, Vp2) e a profundidade do refletor (h)

como mais parâmetros a serem estimados pelo processo de inversão (7 parâls

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aumentaria muito a complexidade do problema considerado, portanto, será assumido que as

velocidades da onda P e a profundidade do refletor foram determinadas através do

processamento e análise convencionais ao método de reflexão sísmica.

2.2.3 Solução do problema direto

A modelagem dos dados para o problema em questão consiste no cálculo do

sismograma sintético de reflexão, considerando-se meios elásticos e homogêneos. Para tal,

utilizou-se o programa SEIS88 ( ERVENÝ; P EN IK, 1988) que através do método do raio

permite calcular tempos de chegada, amplitude e fase dos coeficientes de reflexão.

2.2.4 Descrição do algoritmo de busca

Para encontrar o mínimo da equação (2.17) empregou-se o procedimento de busca

aleatória controlada (CRS) para otimização global conforme descrito por Price (1977). Um

novo procedimento, baseado no algoritmo CRS e no método simplex de Nelder e Mead

(1965) (NMS) foi implementado, e seu desempenho comparado com o algoritmo de Price.

Inicialmente serão descritos o algoritmo CRS de Price e o método simplex de Nelder e

Mead e ao término desta seção será apresentado e discutido o algoritmo CRS modificado. Na

descrição, tanto matrizes como vetores, foram denotados por letras maiúsculas em negrito.

2.2.4.1 O algoritmo CRS de Price

O procedimento de busca aleatória controlada (CRS

Controlled Random Search) é

um método direto, aleatório, não requer que a função seja diferenciável ou que as variáveis

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sejam contínuas e é aplicável na presença de vínculos. Os aspectos essenciais do algoritmo

estão indicados no diagrama de fluxo da Figura 2.1.

O algoritmo de Price consiste, inicialmente, em escolher aleatoriamente L pontos

(sujeito a vínculos, se houverem) sobre um domínio de busca, B, definido pelos domínios de

cada um dos M parâmetros. A função objetivo é calculada em cada ponto de busca, e a

posição e o valor da função objetivo correspondente a cada ponto são armazenados numa

matriz, A. O ponto (H) com o maior valor de função objetivo, f(H), é determinado e

armazenado. Em seguida (M + 1) pontos de busca são escolhidos aleatoriamente entre os L

pontos armazenados atualmente em A.

Em cada iteração este conjunto de (M + 1) pontos constituirá um simplex e, então, um

novo ponto de busca Q será selecionado através da reflexão do (M + 1)-ésimo ponto de busca

com respeito aos M primeiros pontos de busca do simplex, de acordo com a equação vetorial

Q = 2 C

P, onde P é a posição do (M + 1)-ésimo ponto de busca e C é a posição do

centróide dos M primeiros pontos do simplex.

Calculada a posição de Q que satisfaz os vínculos, a função objetivo é avaliada em Q e

seu valor, f(Q), é comparado com f(H). Se f(Q) for menor do que f(H), H será então

substituído em A por Q. Se Q falhar em satisfazer os vínculos ou se f(Q) for maior do que

f(H), então Q será descartado e um novo ponto Q será calculado a partir de um novo conjunto

de M + 1 pontos. Após a substituição de H e f(H) por, respectivamente, Q e f(Q), os critérios

de parada são testados e o procedimento é interrompido quando um desses for satisfeito.

Três critérios foram adotados para o término da busca:

i) Distribuição plana dos pontos de busca.

,1LH ff (2.18)

onde f(H) e f(L) são, respectivamente, o maior e o menor valor de função objetivo da

população e 1 é o valor de tolerância.

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ii) Proximidade dos pontos de busca. Este critério de convergência estabelece que o processo

será repetido até que os pontos de busca encontrem-se próximos o suficiente, dentro de um

valor de tolerância 2 , estipulado de modo que os pontos sejam considerados similares. Isto é

medido através da expressão,

,2CPi para i = 1, 2, , L (2.19)

onde CPi representa a distância do i-ésimo ponto ao centróide da população(L), dado por

L

iiL 1

1PC . (2.20)

Isto assegura que todos os pontos convergiram para as vizinhanças de um ótimo ponto e a

busca tornou-se local.

iii) Quando um número específico, itmax, de iterações é excedido.

2.2.4.2 O método simplex de Nelder e Mead (NMS)

Este é o método de busca direto mais popular para otimização de funções reais sem

vínculos. É baseado na comparação dos valores da função objetivo nos vértices de um

simplex. Um simplex é uma figura geométrica regular consistindo de M + 1 vértices. Na

Figura 2.2 é apresentado um diagrama de fluxo esquematizando todas as etapas do algoritmo,

conforme descrito a seguir:

1) É dado um chute inicial, P1, representado por um vetor M-dimensional que indica a posição

deste ponto no espaço de modelos.

2) Um simplex inicial é construído, consistindo do ponto inicial e dos pontos adicionais

determinados através da seguinte expressão:

,jj 1PP para j = 2, 3, , M + 1 (2.21)

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onde j é dado a partir da seguinte matriz,

pqqqMqpqqM

qqpqqqqp

j jMjMjj

1

32

121 ,,,,

onde 112

MMM

ap ; 11

2M

M

aq e a é o tamanho do lado do simplex.

3) Uma vez que o simplex é formado, a função objetivo é avaliada em cada ponto (vértice).

Determinam-se entre os M + 1 pontos do simplex, os pontos: Ph, Ps e Pl; para os quais a

função objetivo assume respectivamente o seu maior, segundo maior e menor valor. O pior

ponto (valor mais alto de função objetivo) será substituído por um novo ponto. O método

NMS procede à busca do mínimo usando três operações: reflexão, contração e expansão.

4) Primeiro, um ponto refletido, Pr, é localizado da seguinte maneira:

hr PCCP , h

M

iiM

PPC1

1

1 (2.22)

onde,

é uma constante positiva e C é o vetor com as coordenadas do centróide de todos os

pontos excluindo o pior ponto, Ph.

5) Se o ponto refletido, Pr, for o melhor ponto, um ponto expandido, Pe, é calculado por:

re PCCP

(2.23)

onde, é uma constante positiva.

Se o ponto expandido for melhor do que o ponto refletido, o pior ponto é substituído

pelo ponto expandido e o processo reiniciado. Caso contrário, o pior ponto é substituído pelo

ponto refletido e o processo reiniciado.

6) Se o ponto refletido não for o melhor ponto, porém não é pior do que o segundo pior, Ps, o

pior ponto é substituído pelo ponto refletido e o processo reiniciado.

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7) Se o ponto refletido tem o pior valor de função objetivo dos pontos correntes, um ponto

contraído, Pc, é localizado como segue:

hc PCCP , (2.24)

onde situa-se entre 0 e 1.

Se o ponto refletido for melhor do que o pior ponto, porém não é melhor do que o

segundo pior, um ponto contraído é calculado a partir do ponto refletido como segue:

rc PCCP , (2.25)

A função objetivo é agora avaliada no ponto contraído. Se uma melhora é alcançada, o

pior ponto é substituído pelo ponto contraído e o processo é reiniciado. Caso contrário, os

pontos são movidos uma meia distância em direção ao melhor ponto deste simplex:

2lii PPP

(2.26)

e o processo é então reiniciado.

O procedimento é interrompido quando o critério de convergência ou de parada é

satisfeito.

2.2.4.3 O algoritmo CRS modificado

Uma nova abordagem do procedimento CRS de Price é proposta. O algoritmo CRS

modificado combina num único procedimento elementos do método de Price e de Nelder e

Mead. Esse novo procedimento difere-se do algoritmo CRS original em dois aspectos:

i) Escolha do pólo do simplex. No algoritmo original o ponto que será tomado como o vértice

do simplex a ser refletido, designado pólo do simplex, é escolhido aleatoriamente, pois a

escolha do (M + 1)-ésimo ponto de um determinado conjunto de M + 1 pontos (que pode ser

gerado em qualquer ordem) é aleatória. No algoritmo atual, essa escolha foi modificada de tal

forma que o ponto com o maior valor de função objetivo entre os M + 1 pontos é selecionado

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como pólo do simplex. Tal modificação propende a acelerar a convergência do procedimento,

porém essa melhora tende a comprometer a eficácia da busca, pois reduz seu domínio e

consequentemente as chances de encontrar o mínimo global. No algoritmo proposto, o

domínio de busca (neste caso, domínio de busca refere-se ao conjunto dos possíveis novos

pontos de busca) é caracterizado pelo número de diferentes maneiras no qual M + 1 pontos

podem ser escolhidos a partir da configuração de L pontos armazenados em A. O algoritmo de

Price tem o domínio de busca M + 1 vezes maior conforme ilustrado na Figura 2.4.

Por outro lado, o algoritmo implementado é mais eficiente, porque a probabilidade de

sucesso (f(Q) < f(H)) numa dada tentativa é maior do que no algoritmo de Price, como

podemos verificar novamente através da Figura 2.4.

ii) Operações sobre os vértices do simplex. No algoritmo modificado utiliza-se

estrategicamente o fato do ponto, tomado como pólo do simplex, possuir o maior valor de

função objetivo e, portanto, emprega-se as operações de reflexão, expansão e contração aos

vértices do simplex, ao invés de usar apenas a reflexão do pólo. Essas operações estão

descritas no algoritmo apresentado anteriormente.

Em poucas palavras, a estratégia adotada foi a seguinte: combinar no mesmo

procedimento a busca global realizada pelo algoritmo CRS realçada por enfoques locais

obtidos através do algoritmo NMS. De fato, depois de um determinado passo do

procedimento CRS original, o algoritmo modificado procede rigorosamente da mesma forma

que algoritmo NMS e a busca torna-se local.

Uma outra consideração é que o algoritmo original de Nelder e Mead foi formulado

para problemas de domínios ilimitados. Com a busca restrita a um domínio, B, um ponto X

poderia deixá-lo após uma operação de reflexão ou expansão. Caso isso aconteça, o ponto

seria projetado no limite de B, conforme descrito por Luersen e Le Riche (2004), se

,ii ux então ,ii ux e se ,ii vx então ,ii vx

(2.27)

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32

onde xi é o i-ésimo elemento do vetor de parâmetros indicando a posição do ponto no espaço

de busca definido pelos limites inferior e superior, respectivamente u e v.

O procedimento é interrompido quando um dos critérios (2.18) a (2.20) for satisfeito.

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33

Variáveis de entradaM o número de parâmetros; L o número de modelos correntes a seremalojados; V o domínio inicial, definido pelos limites superior e inferior

de cada parâmetro.

Escolher aleatoriamente L pontos em B, consistente com vínculos, e calcularo valor da função objetivo em cada ponto. Alojar as coordenadas e os valores

da função objetivo numa matriz A de dimensões L (M + 1).

Determinar entre os pontos armazenados, o ponto H,com o maior valor de função objetivo, f(H).

Calcular f(Q), o valor da função objetivo em Q.

Escolher aleatoriamente M + 1 pontos distintos P1, P2, , PM + 1 do conjuntode L de pontos alojados em A. Determinar o centróide, C, dos M pontos P1, P2, ,

PM, a fim de determinar o próximo ponto de busca, Q, tal que Q = 2 C PM + 1.

Início

O ponto Q satisfaz osvínculos?

É f(Q) < f(H)?

Substituir em A, as coordenadas e o valor da função objetivo de H por aquelas de Q.

O critério deparada é

satisfeito?

Pare

SIM

SIM

SIM

NÃO

NÃO

NÃO

Figura 2.1 Diagrama de fluxo do algoritmo CRS de Price.

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34

Início do simplex

Determinar Ph, Ps, Pl, C,f(Ph), f(Ps) e f(Pl)

Reflexão: Pr = C + (C Ph)

f(Pr) < f(Pl)?

Expansão: Pe = C + (Pr C)

f(Pe) < f(Pr)?

Substituir Ph por Pe

Convergiu?

f(Pr) f(Ps)?

Substituir Ph por PrSubstituir todos Pi s

por (Pi + Pl)/2Substituir Ph por Pc

f(Pr) < f(Ph)?

Contração: Pc = C + (Ph C)

f(Pc) > f(Ph)?

Substituir Ph por Pr

Fim

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

NÃO NÃO

NÃO

NÃO

NÃO

NÃO

Pi i-ésimo ponto do simplexf(Pi) valor da função objetivo em Pi.Ph ponto do simplex onde a função objetivo assume o maior valorPs ponto do simplex onde a função objetivo assume o segundo maior valorPl ponto do simplex onde a função objetivo assume o menor valorC centróide do simplex (não considerando Ph)

coeficiente de reflexão = 1coeficiente de contração = 0,5coeficiente de expansão = 2

Figura 2.2 Diagrama de fluxo do clássico método simplex de Nelder e Mead.

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35

Variáveis de entradaM o número de parâmetros; L o número de modelos correntes a serem alojados;V o domínio inicial, definido pelos limites superior e inferior de cada parâmetro.

Escolher aleatoriamente L pontos em V, consistente com vínculos, e calcular o valor da função objetivo emcada ponto. Alojar as coordenadas e os valores da função objetivo numa matriz A de dimensões L (M + 1).

Determinar entre os pontos armazenados, o ponto H, com o maior valor de função objetivo, f(H).

Escolher aleatoriamente M + 1 pontos distintos P1, P2, , PM + 1 doconjunto de L de pontos alojados em A que formarão o simplex aleatório.

Início

Entre os M + 1 pontos do simplex determinar Ph, Ps, Pl, C, f(Ph), f(Ps) e f(Pl)

Reflexão: Pr = C + (C Ph)Se Pr está fora do domínio: Projeção nos limites

f(Pr) < f(Pl)?

Expansão: Pe = C + (Pr C)Se Pe está fora do domínio: Projeção nos limites

f(Pe) < f(Pr)?

Substituir H por Pe

Convergiu?

f(Pr) f(Ps)?

Substituir H por PrSubstituir todos Pi s

por (Pi + Pl)/2Substituir H por Pc

f(Pr) < f(Ph)?

Contração: Pc = C + (Ph C)

f(Pc) > f(Ph)?

Substituir Ph por Pr

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

SIM

NÃO NÃO

NÃO

NÃO

NÃO

NÃO

Pare

f(Pr) < f(H)?

SIMNÃO

Figura 2.3 Diagrama de fluxo do algoritmo CRS modificado.

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36

a)

b)

Figura 2.4

Conjunto dos possíveis novos pontos de busca calculado a partir de uma dada configuração de 6 pontos de busca: a) para o algoritmo CRS original, e b) para o CRS modificado.

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37

3 ANÁLISE DO PROBLEMA INVERSO E DISCUSSÕES

Inicialmente a metodologia de inversão foi testada sobre dados sintéticos, realizando-

se testes sob condições controladas. Como a resposta é conhecida, o desempenho do método

foi avaliado sob diversas circunstâncias, de modo a alertar sobre as condições em que o

procedimento tem melhor ou pior desempenho. Antes de executar a inversão sobre os dados

sintéticos, foi realizado um estudo sobre o comportamento da função objetivo, onde

investigou-se a unicidade e estabilidade da solução do problema inverso visando avaliar a

metodologia proposta, ou seja, verificar se é adequada para a tarefa de otimização. Por fim,

iniciaram-se as investigações da aplicação da metodologia de inversão proposta sobre dados

reais.

Os testes realizados considerando-se a situação ideal, mesmo sabendo que na prática

não será encontrada, são importantes para: 1) investigar a complexidade do problema e se

existe ambigüidade na determinação dos parâmetros do modelo, devido a aspectos intrínsecos

à teoria física que relaciona tais parâmetros aos valores das amplitudes calculadas e; 2) avaliar

a influência de aspectos que afetam os dados reais, comparando-se o efeito causado por esses

com os resultados obtidos para a situação ideal.

3.1 TESTES SOBRE DADOS SINTÉTICOS

Para verificar a viabilidade e se existe ambigüidade na determinação dos parâmetros

do modelo, a função objetivo foi avaliada utilizando-se dados sintéticos como dados

observados de modo a garantir um perfeito controle da análise dos resultados. Na Tabela 3.1

são apresentados os valores dos parâmetros para simular os dados reais.

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38

Tabela 3.1 Parâmetros do modelo: profundidade (z) , velocidade da onda P ( ), razão entre as velocidades da onda P e da onda S ( e densidade ( ).

Camada z (m)

(m/s)

(g/cm3)

Solo 5 370 3,32 1,53 Sedimento 32 1650 1,87 1,9 Embasamento 4200 1,73 2,54

Para simular a aquisição dos dados sísmicos (dados sintéticos) empregou-se o mesmo

algoritmo (pacote de programas Seis88, ( ERVENÝ; P EN IK, 1988)) que é utilizado para

gerar os sismogramas calculados durante a inversão. O modelo sintetizado na Tabela 1 é

constituído de três camadas isotrópicas e homogêneas separadas por duas interfaces refletoras

planas e horizontais. O estudo foi conduzido para a reflexão no topo rochoso (segunda

interface do modelo) de modo que os parâmetros a serem estimados são as densidades e as

velocidades da onda S na camada de sedimentos e no topo do embasamento. Por conveniência

adotou-se a razão entre as velocidades da onda P e da onda S, definida aqui por , como

sendo a variável do problema.

Na Figura 3.1 é apresentado o sismograma gerado simulando uma aquisição para

análise de ruído (walkway noise test), comum em levantamentos de reflexão sísmica rasa. A

wavelet que o pacote SEIS88 utiliza é conhecida por Gabor e é dada pela expressão,

ftf

tw 2cos2

exp2

(3.1)

Utilizou-se uma freqüência dominante (f) de 100Hz, o parâmetro

associado ao

decaimento da exponencial igual a 2 e a fase ( ) igual a zero. Os parâmetros de aquisição

utilizados para gerar o sismograma são descritos na Tabela 3.2.

Tabela 3.2 Parâmetros de aquisição utilizados para gerar o sismograma sintético

Tipo de arranjo walkway noise test Número de geofones 100 Intervalo entre geofones 1 m Afastamento mínimo 1 m Intervalo de amostragem 0,00025 s

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39

Foram selecionadas duas janelas de afastamentos para computar os valores da função

objetivo. A primeira janela, iluminada em vermelho na Figura 3.1, corresponde à região em

que as mudanças na forma do pulso sísmico, associadas à partição da energia acima do ângulo

crítico de incidência, são mais evidentes. Seria, portanto, o intervalo de afastamentos ideal

para o problema proposto. Entretanto, nos dados reais, a partir da distância crítica, existirá a

superposição do pulso da onda refratada na mesma interface, sendo que o comprimento da

janela de afastamentos em que essa superposição vai ocorrer dependerá principalmente do

conteúdo de freqüência do sinal. Em função disso, uma segunda janela de afastamentos foi

investigada, iluminada em azul na Figura 3.1, posicionada fora dos afastamentos em que

ocorreria a interferência da refração, com o objetivo de avaliar qual a diferença no

comportamento da função objetivo quando calculada utilizando sinais refletidos que

apresentam uma variação na fase menos evidente.

Figura 3.1

Sismograma sintético simulando uma aquisição para análise de ruído (walkway noise test), onde a janela de afastamentos iluminada em vermelho (correspondente ao intervalo de 30 a 78 m) representa a região em que as mudanças de fase são mais evidentes; e a janela de afastamentos iluminada em azul (correspondente ao intervalo de 55 a 103 m) seria representativa de uma região em que não ocorre superposição da refração do topo rochoso.

Para adicionar ruído aos dados utilizou-se o programa suaddnoise do pacote Seismic

Unix (COHEN; STOCKWELL, 2001). Adicionou-se 10% de ruído aleatório com distribuição

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40

gaussiana, gerado em todas as freqüências até a freqüência de Nyquist e em seguida foi

aplicado um filtro corta alta acima de 400 Hz (ruído 1). Para simular uma perturbação maior

nos dados, o ruído foi gerado dentro da faixa espectral da wavelet, até 400 Hz (ruído 2).

Para o cálculo da função objetivo foi efetuado um silenciamento (mute) nos dados de

entrada, preservando apenas a reflexão de interesse. Nas Figuras 3.2a, 3.2b e 3.2c são

apresentados, respectivamente, os sinais sem ruído, corrompidos pelo ruído 1 e pelo ruído 2.

( a ) ( b ) ( c )( a ) ( b ) ( c )

Figura 3.2

Registros selecionados (janela de afastamentos iluminada em vermelho na Figura 3.2) para o cálculo da função objetivo, simulando os dados observados: a) sem ruído; b) contaminados com o ruído 1 e c) contaminados com o ruído 2.

3.1.1 Análise do comportamento da função objetivo

Os estudos realizados através de mapas de contorno da função objetivo revelam,

mesmo que parcialmente, a estrutura do problema inverso. Como o problema proposto tem

quatro incógnitas, o comportamento da função objetivo foi analisado através de seções

transversais (hiperplanos) do espaço de parâmetros M-dimensi

dce

1

1

1

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41

3.3 a 3.9). Para cada mapa de contorno, o intervalo de variação de cada parâmetro foi

discretizado em 30 pontos resultando em 900 cálculos de função objetivo.

Na análise do comportamento da função objetivo, foram considerados os seguintes

aspectos: a presença de uma solução (mínimo global) bem definida, a ocorrência de mínimos

locais, a topografia, e também, qualitativamente, a sensibilidade e correlação entre os

parâmetros.

Para a situação ideal, observou-se através dos mapas de contorno apresentados na

Figura 3.3 que:

1) todos os hiperplanos apresentaram um mínimo global bem definido (ponto amarelo no

interior das curvas de nível), correspondendo aos valores exatos dos parâmetros do

modelo investigado (Tabela 1);

2) nos intervalos investigados não ocorreu a presença de mínimos locais significativos;

3) como desejado, os valores da função objetivo no ponto de mínimo foram

aproximadamente nulos;

4) a função objetivo apresentou diferentes topografias em cada um dos hiperplanos;

5) a razão de velocidades da camada 3, 3, foi o parâmetro melhor resolvido;

6) Os hiperplanos 3

2, 3

2 e 3

3 exibiram uma característica comum no que se

refere ao comportamento elíptico paralelo ao eixo das abcissas. Isso sugere que o

parâmetro 3 não se correlaciona com nenhum dos outros três parâmetros. Este aspecto do

parâmetro 3 aliado à sua sensibilidade comentada anteriormente, capacita-o como o

parâmetro estimado mais confiável da solução inversa. Por outro lado, os hiperplanos 2

2 e 3

2 exibem elipses inclinadas e altas razões entre o eixo maior e menor sugerindo

que estes dois pares de parâmetros são altamente correlacionados.

Quando os sismogramas foram contaminados com ruído observou-se através das

Figuras 3.4 e 3.5, respectivamente com a inserção dos ruídos 1 e 2, que:

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42

1) em todos os hiperplanos a superfície da função objetivo ficou mais suave, mantendo

aproximadamente os mesmos valores de função objetivo nas regiões mais distantes do

mínimo global e valores maiores nas vizinhanças do mínimo, resultando em regiões mais

planas nas proximidades deste e conseqüentemente num aumento da incerteza nas

estimativas dos parâmetros;

2) as topografias dos mapas da Figura 3.5 apresentaram maior suavidade e valores mais altos

em relação aos da Figura 3.4, de fato, tal característica é um indicativo da presença de um

nível de ruído maior nos dados.

3) a posição do mínimo global permaneceu nos valores corretos, exceto para os hiperplanos:

2

2 e 3

2 (ponto vermelho no interior das curvas de nível), apresentados na Figura

3.5 (ruído 2) onde o ponto de mínimo global foi ligeiramente deslocado dos valores

corretos, o que provavelmente poderia ser evitado eliminando-se os traços muito ruidosos

no cálculo da função objetivo;

4) em geral, os mapas de função objetivo pertencentes aos dados contaminados com o ruído

1 e 2 demonstraram uma boa estabilidade do problema inverso.

O comportamento da função objetivo calculado utilizando os sinais refletidos fora da

região em que as mudanças de fase são mais evidentes (janela de afastamentos iluminada em

azul na Figura 3.1) foi analisado através dos hiperplanos apresentados na Figura 3.6. Foram

observadas topografias ligeiramente diferentes em relação aos hiperplanos ilustrados na

Figura 3.3, mantendo, entretanto, as mesmas características mencionadas acima.

Além da presença de ruído, analisou-se o efeito de duas outras complicações que

podem afetar o cálculo da função objetivo na execução do problema inverso proposto sobre

dados reais. Uma deve-se ao fato de ocorrer uma diferença na escala dos valores de amplitude

dos dados reais e dos sismogramas gerados durante a inversão, sendo necessário que esses

valores sejam normalizados. A outra complicação decorre em função da forma de onda

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43

(wavelet) empregada no cálculo dos sismogramas, uma vez que é fundamental que a wavelet

dos sismogramas reais e calculados sejam muito próximas, do contrário não será possível

quantificar de forma adequada à semelhança entre dados observados e dados calculados,

através da função objetivo utilizada.

A normalização das amplitudes foi efetuada de duas maneiras. A primeira com

respeito ao valor máximo da amplitude no sismograma (normalização 1), desta forma, as

diferenças de amplitude entre os traços são mantidas. E normalizando cada traço

individualmente com respeito ao respectivo valor de amplitude máxima (normalização 2),

deste modo, elimina-se a variação de amplitude relativa entre os traços, e a função objetivo

quantifica apenas as diferenças de fase devido ao coeficiente de reflexão acima do ângulo

crítico.

Os hiperplanos obtidos utilizando-se as normalizações 1 e 2, são apresentados

respectivamente nas Figura 3.7 e 3.8. No primeiro caso, os valores da função objetivo ficam

um pouco maiores em relação aos valores da situação ideal (Figura 3.3), e a diferença entre as

topografias também é pequena, exceto pelo mapa de contorno dos parâmetros 2

3, que

passam a apresentar um maior grau de ambigüidade. Já para a segunda normalização (Figura

3.8), as diferenças são mais evidentes: além dos valores da função objetivo serem bem mais

elevados, passa a ocorrer a presença de mínimos locais dentro do domínio de busca. Apesar

da perda de qualidade, os pontos de mínimo encontram-se na posição correta.

Para verificar a influência de, durante a inversão, não se utilizar uma wavelet

exatamente igual à forma do pulso do sinais observados, calculou-se os valores da função

objetivo empregando-se wavelets diferentes para gerar o sismograma sintético, que simula os

observados, e para os sismogramas que seriam calculados durante a inversão.

Os valores da freqüência dominante e do fator associado ao decaimento da

exponencial escolhidos para a wavelet utilizada para gerar o sismograma sintético (simulação

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44

dos dados observados) foram: f = 100 Hz e

= 2, e no cálculo dos sismogramas durante a

inversão foram: f = 90 Hz e

= 3. As formas dos pulsos e seus respectivos espectros de

amplitudes estão ilustrados na Figura 3.9.

Os valores da função objetivo são apresentados na Figura 3.10. Esse fator acarretou

em mudanças bruscas nos valores da função objetivo, inviabilizando o processo de inversão,

pois não ocorre mais a presença de um mínimo global na posição correta. Os mapas indicam

que o ponto de mínimo da função objetivo tende para as bordas do espaço que representa o

domínio de busca.

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45

Figura 3.3

Seções transversais da função objetivo calculadas em função das variações dos parâmetros: 2, 3, 2 e 3, utilizando os dados sem ruído (Figura 3.2a).

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46

Figura 3.4 Seções transversais da função objetivo calculadas utilizando os dados com o ruído 1 (Figura 3.2b).

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47

Figura 3.5 Seções transversais da função objetivo calculadas utilizando os dados com o ruído 2 (Figura 3.2c).

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48

Figura 3.6 Seções transversais da função objetivo calculadas utilizando os dados da janela de afastamentos iluminada em azul (Figura 3.1), sem ruído.

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49

Figura 3.7

Mapas de função objetivo utilizando a normalização 1 nos sismogramas calculados e nos dados observados.

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50

Figura 3.8

Mapas de função objetivo utilizando a normalização 2 nos sismogramas calculados e nos dados observados.

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51

a ) b )a ) b )

b)

d)c)

b)

d)c)

Figura 3.9

a) Forma do pulso utilizando

= 2 e f = 100 Hz. b) Forma do pulso utilizando

= 3 e f = 90 Hz. c)

Espectro de amplitude da forma de pulso exibida em a). d) Espectro de amplitude da forma de pulso exibida em

b).

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Figura 3.10

Mapas de função objetivo com a wavelet alterada em relação à wavelet do sismograma sintético que simula os dados observados.

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53

3.1.2 Resultados da inversão

O objetivo da inversão de dados sintéticos é investigar a unicidade da solução do

problema inverso e também verificar se a abordagem de otimização adotada é capaz de

encontrar corretamente e precisamente o mínimo global da função objetivo, pois, essa

categoria de testes tem a vantagem de se conhecer exatamente a solução verdadeira do

problema inverso.

A probabilidade dos pontos convergirem para o mínimo global depende do valor de L

(número de pontos do espaço que variam durante a busca), do limite inferior e superior de

cada parâmetro, da complexidade da função objetivo, da natureza dos vínculos, e do modo no

qual os pontos de busca são gerados.

Com o intuito de avaliar a performance do método de busca proposto, este foi aplicado

aos três sismogramas sintéticos de reflexão mostrados na Figura 3.3. Todos os testes

realizados consideraram o procedimento de busca confinado num mesmo domínio, com uma

população (L) de 20 pontos e um número máximo de cálculos de função objetivo igual a

1000.

Os intervalos de variação do parâmetro 2 e 3 foram definidos através da sua relação com a

razão de Poisson ( ) , descrita por

2

1

50

1

, (3.2)

Como

é uma medida adimensional, que varia de zero até um valor máximo de 0,5;

aumenta de 2 até infinito. Isso significa que a velocidade da onda S varia de zero (quando

não há resistência do material ao cisalhamento, como em líquidos) até 70% da velocidade da

onda P. Para delimitar o espaço de busca, estabeleceu-se para a velocidade da onda S o

intervalo de 30% a 70% da velocidade da onda P. Já para as densidades, na ausência de um

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54

critério físico ou matemático que especificasse um intervalo de variação plausível,

estabeleceu-se que o domínio do parâmetro correspondesse a [0,5 i, 1,5 i], onde i

representa o valor exato de densidade da i-ésima camada.

Os resultados obtidos serviram de subsídio para avaliar o grau de confiabilidade e

aplicabilidade da metodologia proposta a situações reais.

Teste 1: dados sem ruído

Para este exemplo, o sismograma calculado deveria reproduzir perfeitamente os dados

observados. Por esta razão, o critério de convergência utilizado exigia que o pior ponto da

população tivesse valor de função objetivo menor que 0,1; assim tal requerimento produziria

um er

u

2 Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 0251 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6211 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2634 3041 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 5352 Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 2287 5751 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2342 5761 Tj( )Tj0v0 0 -0.09765 8873 5771 Tm(a)Tj( )Tj271 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm51 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3782 5701 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3005 5311 Tm270 2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3365 5751 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 67710Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 2287 53516Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 67605Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 03670 2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3049 4882 Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3801 48582Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3782 57982Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4835 4801 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3882 54110Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3971 5702 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm441 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4557 5351 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4222 5761 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm4870 2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4423 20972Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4835 471 1Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 05128Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 4679 25217 2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3049 4551 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 65710Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 2287 55516Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 0558 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 0568 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm581 T2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4423 2598 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 5947 48550Tm(r)Tj0ó09765 0 0 -0.09765 6014 57750Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6829 53250Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6476 57305Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 46710Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6564 5311 Tm68 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6638 4858 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6700 2076 Tm(95T2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4423 27095Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 07712Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6725 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 7645 30340Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6476 57396Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6476 57474Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3971 5756 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm7786Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 7645 30875Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 07715Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 48129T2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4423 28229T2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8506 57329T2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8543 53385 j( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4835 48474Tm(r)Tj0.09765 0 0 -0.09765 7645 3856 Tm(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 5761 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 5771 Tj( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8443 53/F0 j( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4835 48907 2048 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8873 5771 Tm(a)Tj( )Tj/F0 2698 Tf0.0976(adosutiliz5 4818 2551 Tm99.88 Tz(ésima camada.)Tj/F0 2048 Tf100 Tz( )Tj/F0 7148 Tf0.0946(adosParicabexecução do Tzcedimento CRS foram empreg0 -0.-0.dois algoritm-0.descrit-0.0 0 -0.09765 8873 5771 Tm(a)Tj( )Tj/F0 7618 Tf0.0(ados.09765 0 0 -0.09765 8443 5771 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm1675T7618 Tf00 0 -0.09765 1402 1602 Tm1764T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 57853T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1602 57953T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2193 1611 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2287 57/F0 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2534 301F0 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2634 3021 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm2048 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 5248 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8443 57512T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2287 5751 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1780 62727T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 02748 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 57849T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 57949T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 03076(7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3602 5311 Tm(o)T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm(o)T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 5076 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 03479 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 5302 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6985 5362 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 53698 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8443 53790 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 5076 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm400 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3879 2076 Tm(70T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm411 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4446 48498T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 54598T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4557 53198T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 5720487618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3616 548 0T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 57876(7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4822 531F0 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 4710487618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5570 4810487618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 0520487618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3602 5311 Tm5517 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5384 5771 Tm(o)T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5080 16605T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 55662T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm581987618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5570 4891987618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6489 2076 Tm152T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6398 5723087618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6489 2076 Tm39287618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5570 4649287618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6740 5351 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2287 5661 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6740 53726T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 06748 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3049 4671 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 5701 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8443 57108 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 5719 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7140 5311 Tm(3 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7304 5313 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7404 5313 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 5761 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6893 5771 Tm750 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3049 47(o)T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4171 57948 7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8543 53049T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 5814987618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5570 48249T7618 Tf0.0976ruído)Tj/F1 2048 5 0 0 -0.09765 5570 48(o)T7618 Tf0.0976ruído)Tj/F1 2048 5 0 0 -0.09765 5570 4871 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3049 48(o)T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 5811 T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 58885T7618 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8873 5771 Tm(a)Tj( )Tj/F0 8078 Tf0.0976(adoseficnta o valor exato de densidade da i)Tj602 T8078 Tf0.0(adose09765 0 0 -0.09765 1858 5781 T8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 8443 5791 T8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 2287 57/F0 8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2742 5771 Tm11 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2742 5771 Tm41 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1602 5251 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 0271 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 02675T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2382 16764T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 57887 -078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2664 5789 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 5799 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2303 5311 Tm316 T8078 Tf0E0 0 -0.09765 2303 5311 Tm3/F0 8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 8443 53389T8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 2287 5376 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 03510 8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 0351 T8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 2287 53(m)T8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 1858 5076 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3782 5776 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2287 53901T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 54001T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3602 5311 Tm311 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1602 5421 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 4851 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 0451 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4416 3011 Tm(3 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 047F0 8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 0479 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 4876 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4924 4853 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 579F0 8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 8606 5506 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 4716 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5384 5771 Tm354T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2287 55410T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 4711 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 5499 3011 Tm(75T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2382 15764T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 05864T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3049 46018T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1602 56188T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 46207T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 06274T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4835 46360 8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3882 5645 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3971 5602 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6532 5771 Tm(6 T8078 Tf0é09765 0 0 -0.09765 6532 5771 Tm969T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3782 57069T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7078 5772 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7645 3021 T8078 Tfs.09765 0 0 -0.09765 7078 5733 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6476 57413T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6476 5749 T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 3607 17(e)T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1936 07647T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 57703T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 6532 5771 Tm7923T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7304 58023T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8506 57120 8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2742 5771 Tm8331T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 58431T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm629T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8684 48529T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8784 48529T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4622 58885T8078 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8873 5771 Tm(a)Tj( )Tj/F0 8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4423 2771 T8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1491 16069T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 5602 T85( )Tj00 0 -0.09765 1402 1602 Tm172 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6781 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6638 4791 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 5201 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 42157T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6276 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8443 5736 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2287 57/F0 8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 5771 T8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2136 3011 Tm659T8548 Tf0.0976-0.09765 2136 3011 Tm71 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6282 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4422 52582T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1858 5271 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3005 5311 Tm204T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6351 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 6829 53394T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 63483T85( )Tj00 0 -0.09765 1402 1602 Tm3572T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3682 57672T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3696 16028T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1858 5371 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 6638 4391 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 2342 5401 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm4174T8548 Tf0.0976-0.09765 2136 3011 Tm4250 8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 2342 5851 T85(u)Tj0b09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm4530T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1858 5461 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm4777T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 4(e)T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 671 0T8548 Tf0.0976-0.09765 2136 3011 Tm5099T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 45253T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1858 5011 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 8361 4851 Tm5500T85( )Tj00 0 -0.09765 1402 1602 Tm5589T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 55689T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 5183 57789T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 5570 48889T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4622 5511 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3882 56034T8548 Tf0õ09765 0 0 -0.09765 1602 56134T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6622 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6630)T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3602 5311 Tm6429T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 56529T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 7185 3011 Tm611 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 66786T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 66875T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 4422 56(e)T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1858 571 0T8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 7496 2076 Tm14988548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 4423 2724988548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 5731 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1936 07404T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 7921 57710T8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 1858 57549T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm7782T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 5570 47582T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2742 5771 Tm8550T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3682 5815 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3005 5311 Tm8386T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 4802 T85( )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6629T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6811 T85(u)Tj0.09765 0 0 -0.09765 3049 48860 8548 Tf0.09765 0 0 -0.09765 8873 5771 Tm(a)Tj( )Tj/F0 899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1780 6749 T899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1602 53069T899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 7921 51625T899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 1858 5714T899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 6638 47814T899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 2125 5771 Tm1/F0 899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 5204 c99 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8443 5711 T899 )Tj0.09765 0 0 -0.09765 8817 5251 T899

0 0 -0.09765 2136 3011 Tm63 T899

94T899 a a

g

a a

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Analisando para ambos os algoritmos o comportamento do procedimento de busca

para a situação ideal, sem ruído, através das Figuras 3.11, 3.12, 3.13 e 3.14, observa-se que no

início da busca, os valores dos parâmetros estão distribuídos uniformemente sobre os seus

respectivos domínios de busca, isto assegura que a população dos pontos está espalhada

aleatoriamente no domínio especificado. Após aproximadamente 840 iterações o

procedimento do algoritmo original foi interrompido, e a população encontrava-se

densamente aglomerada sobre o mínimo global. Já para o algoritmo modificado foram

necessárias 740 iterações para o processo convergir. Observa-se ainda, que uma estimativa

razoável dos parâmetros poderia ser obtida muito antes do término do processo.

Teste 2: dados com ruído

Este experimento procedeu-se da mesma forma que o teste descrito anteriormente,

porém analisando a influência da presença do ruído nos dados. Para esses testes foram

adotados os critérios de convergência 1 (equação 2.18) e 2 (equação 2.19), com valores 0,01

e 0,1, respectivamente. Em todos os testes o procedimento foi interrompido, para ambos os

algoritmos, quando o critério 1 foi satisfeito.

Mais uma vez, verifica-se, para os ruído 1 e 2 (Figuras 3.15, 3.16, 3.19 e 3.20) que os

valores dos parâmetros, inicialmente, estão distribuídos uniformemente sobre os seus

respectivos domínios de busca. Analisando a dispersão dos valores de função objetivo em

função do número de avaliações (Figuras 3.17, 3.18, 3.21, 3.22 e 3.24), observou-se um

comportamento comum do procedimento CRS em todos os testes realizados, a busca

converge rapidamente nas iterações iniciais para as proximidades do mínimo global, porém

nas vizinhanças deste converge lentamente.

Para o ruído 1, os valores verdadeiros dos parâmetros foram determinados com êxito.

Apesar dos parâmetros de densidade ( 2 e 3) apresentarem uma tênue ambigüidade, o valor

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correto está no centro da dispersão de seus valores na última iteração. Isto indica que a

presença do ruído 1 não foi suficiente para interferir nas estimativas dos parâmetros,

conforme já concluído pela da análise da função objetivo.

O teste para o ruído 2 difere do apresentado acima sob o seguinte aspecto: embora os

dois ruídos sejam gerados com a mesma razão sinal ruído, eles estão distribuídos sobre faixas

espectrais diferentes, isto implica em níveis distintos de ruído presente nos dados. Para este

ruído, o procedimento conseguiu determinar a posição do mínimo global, porém, este é

deslocado dos valores verdadeiros dos parâmetros, em torno de 10%, e exceto pelo parâmetro

3, o grau de ambigüidade aumentou em relação ao teste anterior (ruído 1). Isto indica que o

nível do ruído 2 introduziu imprecisão nas estimativas dos parâmetros.

Quanto à performance final dos dois algoritmos de busca implementados, tanto para o

Teste 1 (sem ruído) quanto para o Teste 2 (com ruído) não foi possível mensurar diferenças

significativas entre estes. Entretanto, nota-se que no início da busca, o CRS modificado é mais

lento do que o CRS original e, à medida que a busca aproxima-se de um caráter local, o CRS

modificado se apresenta mais eficiente.

O que sugere novas implementações para a busca, combinando os dois algoritmos de

forma alternativa, iniciando a busca através do CRS original e, a partir de um critério

estabelecido incorporar o CRS modificado ou o NMS.

Teste 3: presença de mínimos locais e ambigüidade

Um teste adicional foi realizado para verificar o desempenho do algoritmo de inversão

quando a função objetivo possui mínimos locais e forte ambigüidade na estimativa dos

parâmetros, como a situação observada na Figura 3.8. O algoritmo foi hábil em ignorar os

mínimos locais. O efeito da ambigüidade entre os parâmetros de densidade ficou nítido no

resultado da inversão, conforme pode ser observado na Figura 3.23 e 3.24.

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Figura 3.11

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados sem ruído.

Figura 3.12

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados sem ruído.

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Figura 3.13

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados sem ruído.

Figura 3.14

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados sem ruído.

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Figura 3.15

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados com o ruído 1.

Figura 3.16

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados com o ruído 1.

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Figura 3.17

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados com o ruído 1.

Figura 3.18

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados com o ruído 1.

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Figura 3.19

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados com o ruído 2.

Figura 3.20

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados com o ruído 2.

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Figura 3.21

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS original utilizando dados contaminados com o ruído 2.

Figura 3.22

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS modificado utilizando dados contaminados com o ruído 2.

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Figura 3.23

Gráfico da dispersão dos valores dos parâmetros em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS para a situação apresentada na Figura 3.8.

Figura 3.24

Gráfico da dispersão dos valores de função objetivo em função do número de cálculos de função objetivo para o algoritmo CRS para a situação apresentada na Figura 3.8.

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3.2 TESTES SOBRE DADOS REAIS

3.2.1 Área de estudo

A área de estudo está localizada no campus da Universidade de São Paulo, na região

centro-oeste da cidade de São Paulo-SP, na borda da Bacia Sedimentar de São Paulo. Nesta

área predominam-se sedimentos terciários, argilo-arenosos a siltosos de colorações

avermelhadas, róseas e amareladas (aterro), e sedimentos de coloração preta apresentando

muita matéria orgânica (sedimentos da planície de inundação do Rio Pinheiros) que estão

sobrejacentes às camadas de argila e areia intercaladas que cobrem o embasamento granito-

gneiss Pré-Cambriano. Três poços (SM-140, SM-115 e SM-100, Figura 3.25) estão próximos

ao ensaio sísmico, cujos registros litológicos mostraram a intercalação de sedimentos de argila

e areia e o topo do embasamento ocorrendo a profundidades entre 46,2 e 53 m.

posição dos poços

comprimento em superfície do ensaio sísmico

SM-140

SM-140SM-115

SM-100

Rua do Matão

IFUSP

IAG

N

0 m

116 m

Figura 3.25

Localização do perfil sísmico em superfície.

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3.2.2 Dados utilizados

Os dados reais utilizados neste trabalho foram apresentados em Le Diagon (2000) e

Diogo, et al. (2004), correspondem a um teste efetuado para a análise de ruído (walkaway

noise test) (3.26). Na aquisição foram utilizados:

sismógrafo digital OYO DAS-1 de 24 canais,

geofones de 100Hz,

marreta sobre placa de metal, como fonte de energia,

intervalo de amostragem em tempo de 0,125 ms,

afastamento mínimo fonte-receptor e intervalo entre geofones de 1m.

Refrações

Reflexão notopo rochoso

Refrações

Reflexão notopo rochoso

Figura 3.26

Regis

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fonte, em que os sinais são predominantemente corrompidos pelo groundroll. O silenciamento

do restante do sinal foi efetuado após a aplicação do ganho AGC e filtro passa-banda

trapezoidal, com freqüências de 60, 80, 300 e 400 Hz, delimitando as rampas de corte.

Figura 3.27

Sismograma registrado com o silenciamento aplicado preservando as refrações e a reflexão do topo rochoso.

Para o esquema de inversão proposto, é assumido que o modelo velocidade-

profundidade da onda P é conhecido. Utilizou-se o modelo estimado por Diogo, et al. (2004),

descrito na Tabela 3.3.

Tabela 3.3 Modelo velocidade-profundidade fornecido ao algoritmo de inversão Camadas Profundidade (m)

Velocidade (m/s)

Solo/aterro 4,5 360

Sedimentos saturados

e inconsolidados

30,6 1650

Topo rochoso 4200

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A curva de tempo de percurso calculada com base no modelo acima, através do

Programa SEIS88 é apresentada em azul na Figura 3.27. Esses valores orientaram o

silenciamento dos sinais refratados, o qual foi efetuado de duas maneiras: conforme

apresentado na Figuras 3.28, e cortando uma parte do sinal refletido, de forma a não restar

dúvida de que houvesse sobreposição do sinal refratado, ilustrado na Figura 3.29.

O procedimento de inversão será testado sobre duas janelas de afastamentos, de 25 a

116m, incluindo todo o sinal disponível, e de 53 a 116m (delimitado pelo retângulo vermelho

nas Figuras 3.28 e 3.29), situação em que não ocorre mais a interferência dos sinais refratados

no topo rochoso.

Figura 3.28

Sismograma registrado com o silenciamento preservando a reflexão do topo rochoso. A janela em vermelho corresponde à segunda janela de afastamentos selecionada contendo 63 traços.

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Figura 3.29

Sismograma registrado com o silenciamento cortando parte do pulso refletido a fim de eliminar qualquer amostra correspondente à superposição da refração. A janela em vermelho corresponde a segunda de janelas de afastamentos selecionada contendo 63 traços.

3.2.4 Testes de inversão e discussão dos resultados

Em todos os testes realizados, os resultados alcançados não foram satisfatórios, como

exemplificado para o primeiro teste (Figura 3.30), efetuado para janela de afastamentos de 25

a 116, com o silenciamento apresentado na Figura 3.28. A população de modelos converge

para as bordas do domínio de busca e os modelos finais apresentam grandes valores de função

objetivo indicando que o ajuste não é aceitável.

Aparentemente o principal fator responsável pelo processo de inversão não convergir

para uma solução aceitável é o ajuste inadequado entre as wavelets dos dados reais e as

empregadas no cálculo dos sismogramas. Os testes sobre dados sintéticos (Figura 3.10)

indicaram que pequenas diferenças entre as wavelets inviabilizam um resultado adequado do

processo de inversão.

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Figura 3.30

Gráfico da dispersão dos pontos em função do número de avaliações da função objetivo para o s dados do sismograma da Figura 3.28.

É evidente que a premissa de meios homogêneos não satisfaz a realidade, visto que a

área de estudo apresenta, conforme já mencionado, heterogeneidades (por exemplo,

intercalações de camadas de argila e areia). Além disso, o pressuposto de camadas planas

horizontais não se enquadra exatamente às geometrias reais das interfaces. Todas essas

proposições envolvem aproximações que influenciam nas respostas do problema direto, e

conseqüentemente na solução do problema inverso. Entretanto, tais incertezas são inerentes

aos modelos idealizados da Terra e dificilmente podem ser atenuadas, pois modelos mais

complicados necessitam de um número maior de parâmetros e pode tornar difícil a tarefa de

se resolver o problema direto e inverso.

Seria necessário verificar se o método do raio é adequado para o problema proposto,

em função da taxa de variação das heterogeneidades do meio. Contudo, acredita-se que o

principal fator responsável pelo mau êxito da metodologia proposta seja a premissa de pulso

da fonte conhecido.

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Os únicos cuidados tomados para se obter um pulso mais próximo do real foi de se

determinar qualitativamente, através dos espectros de amplitude de todos os traços, a

freqüência dominante o conteúdo de freqüência médio.

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4 CONCLUSÕES E CONTINUIDADE DA PESQUISA

Implementou-se um algoritmo de inversão a fim de se obter estimativas das

velocidades da onda cisalhante e das densidades das camadas acima e abaixo do refletor,

explorando a informação contida nas mudanças de fase no pulso da onda compressional

refletida acima do ângulo crítico de incidência.

Para tal assumiu-se como premissa que as mudanças na forma do pulso sísmico acima

do ângulo crítico são predominantemente causadas pelo efeito da partição da energia na

interface.

O procedimento de inversão implementado considera que a velocidade da onda P e as

espessuras das camadas são conhecidas, ou seja, foram previamente determinadas a partir dos

dados sísmicos.

Dos testes realizados sobre os dados sintéticos, conclui-se que:

1) não existe ambigüidade na determinação dos parâmetros do modelo, devido a aspectos

intrínsecos à teoria física que relaciona tais parâmetros aos valores das amplitudes

calculadas;

2) considerando tanto as variações de fase (mudança da forma do pulso), como também as

variações de amplitude no cálculo da função objetivo, os resultados da inversão indicaram

o potencial da metodologia em se determinar os valores reais dos parâmetros;

3) considerando apenas a variação de fase com o afastamento, o problema inverso mostrou-

se capaz em determinar precisamente as velocidades da onda S, portanto, a fase

compreende uma informação valiosa a ser considerada segundo a abordagem da inversão

proposta;

4) o processo de inversão é relativamente estável em relação à presença de ruído aleatório;

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5) a wavelet utilizada para calcular os sismogramas durante a inversão é o aspecto mais

crítico a ser ajustado para a viabilidade do procedimento proposto, ou seja, para garantir a

convergência do processo de inversão para os valores corretos dos parâmetros do modelo.

Os testes do procedimento de inversão realizados sobre dados reais não indicaram

resultados satisfatórios até o momento. Um aspecto que deve ser melhor investigado, é a

forma de lidar com a interferência das refrações no cálculo da função objetivo. Entretanto,

aparentemente, o principal motivo da metodologia proposta não atingir os resultados

desejados, decorre do ajuste inadequado entre as wavelets dos dados reais (cujos espectros de

amplitude variam entre os traços do sismograma) e a wavelet empregada para gerar os

sismogramas sintéticos.

As wavelets utilizadas nos cálculos dos sismogramas não se ajustaram perfeitamente

aos dados reais, sendo, portanto, necessário investigar qual seria o método mais adequado

para se obter um pulso mais representativo do pulso encontrado em dados reais.

Apesar das dificuldades existentes na aplicação da inversão aos dados reais, acredita-

se que superado o problema do ajuste da wavelet, será possível alcançar resultados

satisfatórios.

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POPOV, M. M. Ray theory and gaussian beam method for geophysicists. p. 153. EDUFBA, Salvador, Bahia, Brasil, 2002.

*De acordo com: SISTEMA INTEGRADO DE BIBLIOTECAS

SIBi-USP. Diretrizes para apresentação de dissertações e teses da USP: documento eletrônico e impresso: referências. São Paulo, 2004.

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PRICE, W. L. A controlled random search procedure for global optimization. The Computer Journal, v. 20, p. 367-370, 1977.

PULLAN, S. E.; HUNTER, J. A. Seismic model studies of the overburden-bedrock reflection. Geophysics, v. 50, nº. 11, p 1684-1688, nov. 1985.

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TUMA, S. I. L. Inversão de dados sísmicos de reflexão para análise de velocidades em meios com anisotropia VTI. 2002. 76 f. Dissertação (Mestrado em Geofísica)

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002.

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