geofísica - método da eletroresistividade

8/10/2019 Geofísica - Método da Eletroresistividade

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Geofísica

MÉTODOS POTENCIAIS

São métodos geofísicos que investigam variações locais noscampos potenciais de força que existem naturalmente naTerra.

São classificados de acordo com a propriedade física queinvestigam:

• GRAVIMETRIA – investiga variações locais no campo

gravitacional da Terra.

• MAGNETOMETRIA – estuda variações locais no campomagnético da Terra.



Geofísica

GRAVIMETRIA

Detecta variações de densidade na subsuperfície através damedição de variações locais na gravidade terrestre.

• Requer contraste de densidade entre o “alvo” e as rochas ou

sedimentos encaixantes.



Geofísica

Força gravitacional, F

Lei de Newton da gravitação:

A força atrativa mútua entre duas massas pontuais éinversamente proporcional ao quadrado da distância entre

as massas.



Geofísica

Constante gravitacional, G

G é uma constante proporcional como valor de 6.6732 x 10-11 m3/kgs2.

• Seu valor foi determinadoexperimentalmente por Cavendishem 1798.

• A unidade de força gravitacional F éNewton (1N = kgm/s2).



Geofísica

Aceleração da gravidade, g

No método gravimétrico mede-se a aceleração da gravidade(g) ao invés da força gravitacional (F).

• g pode ser derivada da segunda lei de Newton:

Unidades de g:



Geofísica

Aceleração da gravidade, g

g é normalmente expresso em m/s2 (SI) ou cm/s2 (cgs).

• Em geofísica a unidade convencional de g é Gal (emhomenagem a Galileu).

• Outra unidade SI para g é g.u. (gravity unit ).



Geofísica

g na superfície da Terra

Se a Terra fosse um planeta perfeitamente esférico, sem

rotação e composto por uma massa homogênea:



GeofísicaEfeito da forma

Mas a Terra não é uma esfera, ela é um elipsóide. Portanto o

valor de g varia com a latitude.

• O raio da Terra diminui do equador para os pólos em cerca

de 11Km;

• Nos pólos, o raio menor aumenta o valor de g;

• Produz um aumento de g de 6.6 Gal nos pólos.



Geofísica

Efeito da massa

O raio da Terra é maior no equador, logo mais massa existe

entre o centro da Terra e a linha do equador.

• Causa uma diminuição no valor de g nos pólos de 4.8 Gal.



Geofísica

Efeito da rotação

A rotação da Terra produz uma força centrífuga Fc que se

contrapõe à força da gravidade.

• Produz um aumento no valor de g nos pólos de 3.4 Gal.



Geofísica

Efeito resultante de latitude

O efeito resultante da variação de latitude é um aumento na

gravidade do equador para os pólos de 5.2 Gal.

• Esta é uma variação muito grande uma vez que a maioria

dos alvos geológicos produz anomalias gravimétricas

menores que 0,1 mGal.



Geofísica

Fórmula Internacional da Gravidade - IGF

Os valores “normais” da gravidade com a latitude são

calculados através da IGF.

• A IGF fornece valores “normais” de gravidade, no nível do

mar, como função da latitude (f).

onde ge é o valor da gravidade no equador ao nível do mar(ge = 9,780318 m/s2) e A e B são constantes determinadas

em função da velocidade angular, tamanho e forma da Terra.



GeofísicaGeóide

As medidas relativas de gravidade são feitas em relação a

uma superfície imaginária chamada Geóide.

• A superfície do geóide se aproxima do nível médio dos

mares;

• Na superfície do geóide o valor de g é constante.



Geofísica

Superfície do geóide

• Superfície de mesmo potencial gravimétrico;

• Deprimida sobre os oceanos e elevada sobre os

continentes, em relação ao elipsóide.



Geofísica

Anomalia gravimétrica, Dg

Devido à composição heterogênea da Terra, espera-se que

os valores locais medidos de gravidade sejam diferentes do

valores “normais” de gravidade calculados pela IGF.

• A diferença entre os valores medidos de gravidade e os

dados pela IGF é chamada de “anomalia de gravidade” (Dg).

• As anomalias são resultantes dos contrastes de densidade

que ocorrem na subsuperfície embaixo dos pontos de

medição.



Geofísica

Medição da gravidade

Tanto pode ser uma medida absoluta de gravidade como,

mais comumente, uma medida relativa de gravidade

(variação de g entre duas estações de medição).



GeofísicaMétodos de medição de g

Queda livre de corpos

• g pode ser medida diretamente pela queda de um objeto

com medição da sua taxa de variação de velocidade (g).

• A altura da queda de um corpo é proporcional ao quadrado

do tempo de queda.




Queda livre de corpos

A massa pode ser solta dentro de uma câmara de vácuo e o

tempo de queda medido com precisão através de um

interferômetro a laser.

• mede g com precisão de 0,001 mGal• g = 2z/t2

Gravímetro absoluto

Micro-g FG-5




Pêndulos

A gravidade foi medida pela primeira vez por Pierre Bougher

em 1749 usando um pêndulo.

• O período de oscilação do pêndulo é inversamente

proporcional a g.



GeofísicaGravímetros

Na prática, levantamentos gravimétricos são medições

relativas de g usando um gravímetro, que é uma sensível

balança com uma massa suspensa por uma mola.

• Uma pequena mudança em g resulta no deslocamento da

massa e na variação do comprimento da mola.



Geofísica

Princípios de operação de um gravímetro

A variação de comprimento x da mola é proporcional à

massa dividida pela constante k da mola.

• Quanto mais rígida for a mola, maior a sua constante k;

• A mola é mais estirada sob maiores valores de g.



Geofísica

Gravímetro Worden

Gravímetros modernos empregam molas de quartzo, o que

lhes confere grande precisão nas medições.

• Mede g com uma precisão de 0,01 mGal.



Geofísica

Medição com Gravímetro Worden

1. Nivele o instrumento usando os parafusos nos pés.

2. Na estação base, zere o instrumento posicionando o feixevisto no monóculo para a posição central. Para isto use odisco de calibração.

3. Desloque o gravímetro para a próxima estação e nivele-onovamente.

4. Zere o instrumento de novo. A força restauradora (emmGal) necessária para zerar o instrumento é registrada.



Geofísica

Medição relativa da gravidade

O instrumento é montado em estações ao longo de linhas e

a cada estação a variação no valor de g é medida.



Geofísica

Correção de dados gravimétricos

As anomalias de gravidade que se desejam medir são

pequenas quando comparadas com as variações de

gravidade que ocorrem ao longo do tempo e com o ponto de

medição.• Essas variações indesejáveis de gravidade são removidas

do dado registrado através da aplicação de várias correções:

1. Correção de instrumento (drift ); 2. Correção de marés;

3. Correção de latitude; 4. Correção ar-livre (free air );

5. Correção Bougher; 6. Correção de terreno.



GeofísicaEfeito de instrumento

As variações de temperatura durante o levantamento

provocam variação nas propriedades da mola do gravímetro,causando uma variação gradual nas medidas de gravidade.

• Em geral, g varia menos de 1 mGal (10 g.u.);

• Essa variação é monitorada por repetidas medições namesma estação (1 medição a cada 1 ou 2 horas).



GeofísicaEfeito de maré

A atração gravitacional do Sol e da Lua deforma a Terra e a

superfície dos oceanos.

• A deformação da Terra é pequena (alguns centímetros)

mas suficiente para afetar as medidas de gravidade;

• As variações de maré têm período de 12 horas.



Geofísica

Estações-base

Para a medição dos efeitos de instrumento e de maré, váriasestações-base são repetidamente re-ocupadas durante um

levantamento gravimétrico.

• Leituras de gravidade são efetuadas nas estações-base aaproximadamente cada hora.



GeofísicaCorreção de instrumento e de maré

Se um gravímetro faz várias medidas em uma mesma estação, a razão

para a obtenção de valores diferentes de gravidade em cada leitura é odrift e as marés.

• A correção de instrumento (drift ) e de maré é dada pela diferença entre

as sucessivas medições de gravidade nas estações-base.

• O drift instrumental e as marés têm uma correção única.



Geofísica

Correção de instrumento e de maré

O drift entre as estações é assumido como suave e éestimado da linha de ajuste linear entre os valores de

gravidade lidos nas estações-base.



GeofísicaCorreção de Latitude

A gravidade em uma estação é dada pela diferença entre o

valor medido e o valor teórico de gravidade para aquelaestação. O valor teórico de gravidade é dado pela fórmula

IGF:

• Uma aproximação pode ser aplicada para levantamentos

de pequena escala (< 100 Km):

• Só é importante quando o levantamento ocorre numa linha

onde a latitude muda por várias centenas de metros.

) Km/mGal2sen81,0CL

f



GeofísicaCorreção Ar-livre

Corrige a variação da gravidade causada pela diferença de

elevação entre as várias estações de medição, em relaçãoao nível médio dos mares.

• A correção ar-livre é positiva quando a estação se encontra

acima do nível do mar e negativa quando a estação está

abaixo do nível do mar.



Geofísica

Topografia

A medição das elevações dasestações gravimétricas precisa

ser executada com elevada

precisão.

• Precisão topográfica de ± 5 cm

para uma precisão de 0,1 mGal.



Geofísica

Anomalia Ar-livre (gFA)

Valor de gravidade obtido após a subtração do valor normal

de gravidade (IGF), da correção de instrumento e de maré, e

da correção ar-livre.

• Mapas de anomalia ar-livre são usados diretamente nainterpretação em áreas oceânicas.



GeofísicaCorreção Bougher

A correção ar-livre não corrige o efeito das massas

existentes entre a estação de medição e o nível médio dos

mares (nível de referência para a correção ar-livre).

• A correção Bougher calcula a atração gravitacional extra

exercida por uma camada de rocha lateralmente infinita, comdensidade média r e espessura z.

• Sempre negativa.



GeofísicaCorreção de terreno

A camada lateralmente infinita considerada na correção

Bougher descreve as variações gravitacionais causadas porvariações topográficas de grande escala.

• Mas não serve para representar os extremos locais de

variações topográficas próximos das estações de medição;• Como o efeito de vales e montanhas próximos a uma

estação de medição.



GeofísicaEfeitos de construções

Em medições micro-gravimétricas, efeitos locais de prédios

ou outras construções podem ser sentidos.

• Uma parede de tijolos com 50 cm de espessura pode

induzir uma anomalia de cerca de 0,01 a 0,03 mGal a uma

distância de até 5 metros.



GeofísicaCarta para correção de terreno

A correção de terreno é realizada através das cartas de

Hammer.

• Calcula a atração gravitacional de cada setor de uma série

de cilindros em torno da estação gravimétrica;

• A contribuição ponderada de cada setor (como função doseu volume e da distância à estação) é somada, resultando

no valor da correção de terreno.



Geofísica

Métodos de estimativa de densidade

Para aplicar as correções Bougher e de terreno precisamos

conhecer a densidade da subsuperfície. Alguns métodos são

usados para a estimativa de densidade:

• Estimativa “grosseira” baseada na estratigrafia;

• Perfis geofísicos de poços ou medição laboratorial de

densidade de testemunhos de poços;

• Método de Nettleton para a geração de um “perfil de

densidade”.



Geofísica

Método de Nettleton

• Aplica um intervalo de

valores tentativos de

densidade nas correções de

Bougher e de terreno de umalinha de dados;

• Escolhe-se a curva que

fornece a melhor estimativade densidade pela correlação

com a topografia.



Geofísica

Densidades típicas de minerais e rochas



Geofísica

Exemplo de dados corrigidos (ou reduzidos)

M d li B h



GeofísicaMapa de anomalia Bougher

• Todas as correções foram aplicadas.

• Variações de gravidade são devidas a contrastes de

densidade na subsuperfície.



Geofísica Anomalias de gravidade

A magnitude e a forma de uma anomalia de gravidade

depende de:

• Contraste de densidade;

• Profundidade da fonte;

• Geometria (fatores de forma).



GeofísicaGravidade de uma esfera

• O objeto mais simples de modelar é uma esfera uniforme

de densidade r;• x é a distância horizontal entre o ponto de medição e ocentro da esfera;

• r é a distância inclinada entre o ponto de medição e o

centro da esfera;• z é a profundidade do centro da esfera.

G fí i



Geofísica

Gravidade de uma esfera

• A atração gravitacional vertical é g = GM/r 2

;• A massa é dada pelo volume V = (4/3)pR3 vezes o

contraste de densidade rC = r1 – r2;

• M = m3

x Kg/m3

= Kg.



G fí i



Geofísica

Exemplo: esferas enterradas

• Anomalias centradas sobre o centro da esfera;

• A anomalia torna-se mais larga (maior comprimento de

onda) com o aumento da profundidade da fonte;

G fí i



Geofísica

Estimativa de profundidade da fonte

• A profundidade do topo de uma fonte gravimétrica pode ser

estimada como sendo aproximadamente igual à meia largura

x1/2 do pico de anomalia na metade da altura do pico;

• Para objetos cilíndricos z = 1,305 x1/2.

G fí i



Geofísica

Outros objetos

Geofísica



Geofísica

Método Gradiente-Amplitude

• Pode-se estimar a profundidade da fonte com base nogradiente dos lados do pico de anomalia;

• A profundidade é calculada a partir da razão entre a

amplitude máxima de gravidade Dgmax e o gradiente Dg’:

Geofísica



Geofísica

Ambigüidade em interpretação gravimétrica

As interpretações gravimétricas não são únicas.

• Um número infinito de combinações de geometria da fonte,

profundidade da fonte e contraste de densidade pode gerar

a mesma anomalia.

Geofísica



GeofísicaGeologia complexa ?

As anomalias Bougher resultam da superposição de efeitos

de diferentes distribuições de massa a diferentesprofundidades.

• Fontes mais profundas, comprimentos de onda maiores;

fontes mais rasas, comprimentos de onda menores.

Geofísica



Geofísica

Modelagem gravimétrica

Consiste em produzir matematicamente a resposta

gravimétrica de vários modelos geológicos, auxiliando na

interpretação dos dados observados no campo.

• Modelagem direta: trabalha com modelos com camadas de

espessura e densidades conhecidas, comparando a

resposta calculada com os dados obtidos no campo;

• Modelagem inversa: Estima as densidades e espessuras

das camadas a partir dos dados registrados no campo.



Geofísica



Geofísica Aplicações Ambientais

• Detecção de cavernas, tanques enterrados;

• Delineamento de área de ação de aterros sanitários;

• Mapeamento de falhas e zonas de fraturas em rochas;

• Estimativa de profundidade do embasamento.

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Geofísica

Scintrex CG-3 Autograv

• Nível automático;

• Resolução de 0,01 mGal.

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Geofísica

Gravimetria aerotransportada

• Gravímetro montado em plataforma

estabilizadora;

• 3 acelerômetros compensados para

movimentos do avião;

• Acelerações > 20.000 mGal.

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Geofísica

Gravímetro absoluto Micro-g F-5

• Gravímetro de queda-livre;• Resolução de 0,001 mGal.



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Geofísica

Detecção de cavernas

• Anomalias típicas de -60 mGal.

Geofísica



Geofísica

Galerias de minas subterrâneas abandonadas

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Geofísica

Mapeamento do lago subglacial Vostok

• Gravimetria aerotransportada;

• Lago Vostok sob 4 Km de gelo.

Geofísica



Geofísica

Topografia de fundo do lago Vostok

Geofísica



Geofísica

Canais rochosos subglaciais

Geofísica

M it t d l õ



GeofísicaMonitoramento de vulcões

• Monitora as condições do magma em vulcões ativos;

• A gravidade diminue quando o magma ascende na câmara

magmática;

• A erupção pode ser prevista pelo aumento no conteúdo de

gás.

Geofísica

Vulcão Masaya Nicarágua



Vulcão Masaya, Nicarágua

• A diminuição de 90 mGal na gravidade em 1997-1999 foi

associada com a liberação de gás;• Redução de gravidade causada pelo armazenamento de 4

milhões de toneladas de gás (H2O+CO2+SO2) em uma

camada de magma vesicular.

Geofísica

Vulcão Guntur Indonésia



Vulcão Guntur, Indonésia

• Levantamento de microgravidade conduzido em torno do

vulcão para localização de câmaras magmáticas;• Gravidade baixa indica a presença de câmara magmática.



Geofísica



Canal preenchido por sedimentos quaternários

• Medição de micro-gravidade em 400 estações;

• Dundas Valley, Austrália

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