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i

INVESTIGAÇÃO GEOFÍSICA DAS ESTRUTURAS INTERNAS

DOS DEPÓSITOS SEDIMENTARES DO QUATERNÁRIO NA

RESTINGA DE MARAMBAIA - RJ

iii

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

João Luiz Martins

Vice-Reitor

Antenor Barbosa Júnior

Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

Tanus Jorge Nagem

ESCOLA DE MINAS

Diretor

José Geraldo Arantes de Azevedo Brito

Vice-Diretor

Wilson Trigueiro de Souza

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

Issamu Endo

iv

EVOLUÇÃO CRUSTAL E RECURSOS NATURAIS

v

CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 67280

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Nº280

INVESTIGAÇÃO GEOFÍSICA DAS ESTRUTURAS INTERNAS

DOS DEPÓSITOS SEDIMENTARES DO QUATERNÁRIO NA

RESTINGA DE MARAMBAIA – RIO DE JANEIRO

POR

MARIA DA CONCEIÇÃO PESSOA

Orientadora

Maria Sílvia Carvalho Barbosa

Co-orientador

Jandyr de Menezes Travassos

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do

Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito

parcial à obtenção do Título de Mestre, Área de Concentração: Geologia Ambiental e Conservação de

Recursos Naturais

OURO PRETO

2009

Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br

Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais

Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita

vi

35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais

Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: [email protected]

Os direitos de tradução e reprodução reservados.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou

reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito

autoral.

ISSN 85-230-0108-6

Depósito Legal na Biblioteca Nacional

Edição 1ª

Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do

Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto

Catalogação: [email protected]

P475i Pessoa, Maria da Conceição.

Investigação geofísica das estruturas internas dos depósitos sedimentares do

quaternário na Restinga de Marambaia – RJ [manuscrito] / Maria da Conceição

Pessoa.

124f. : il. color.; tabs.; anexo: artigo publicado em revista (Contribuições

às Ciências da Terra, Série M, v.67, n. 280)

ISSN: 85-230-0108-6

Orientadores: Profa. Dra. Maria Silvia Carvalho Barbosa e Prof. Dr. Jandyr

de Menezes Travassos.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de

Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-graduação em Evolução

Crustal e Recursos Naturais.

1. Restinga de Marambaia (RJ) – Teses. 2. Geofísica – Teses. 3. Pesquisa

geofísica - Teses. I. Barbosa, Maria Silvia Carvalho. II. Travassos, Jandyr

de Menezes. III. Universidade Federal de Ouro Preto. IV. Título.

CDU: 550.3

CDU: 669.162.16

mailto:[email protected]

xiii

Sumário

AGRADECIMENTOS................................................................................................................................xi

LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................xv

LISTADE TABELAS................................................................................................................................xix

RESUMO...................................................................................................................................................xxi

ABSTRAT................................................................................................................................................xxiii

CAPÍTULO 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS...........................................................................................1

1.1 Introdução.................................................................................................................................................1

1.2 Objetivo....................................................................................................................................................2

1.3 Localização e Vias de Acesso..................................................................................................................2

1.4 Metodologia.............................................................................................................................................3

1.4.1 Revisão Bibliográfica..................................................................................................................3

1.4.2 Planejamento de campo...............................................................................................................4

1.4.3 Aquisição de Dados.....................................................................................................................4

1.4.4 Processamento dos Dados...........................................................................................................4

1.4.5 Interpretação dos Dados..............................................................................................................5

CAPITULO 2. CARACTERIZACÃO GEOLÓGICA..............................................................................9

2.1 Geologia Regional...................................................................................................................................9

2.2 Geologia Local........................................................................................................................................10

2.3 Formação e Evolução da Restinga de Marambaia..................................................................................11

2.4 Fatores que influenciam a Dinâmica Sedimentar da Restinga de Marambaia ......................................12

2.5 Conceitos e classificações sobre os depósitos eólicos costeiros ............................................................14

2.5.1 Depósitos Eólicos ...................................................................................................................14

2.5.2 Principais Formas de Leito ......................................................................................................16

2.5.3 Principais Estruturas Sedimentares .........................................................................................17

CAPÍTULO 3. METODO GEOFÍSICO: GROUND PENETRATION RADAR...................................23

3.1 Aplicabilidade do GPR ...................................................................................................................25

3.2 Ground Penetration Radar ...................................................................................................................26

3.2.1 Condutividade Elétrica..............................................................................................................29

3.2.2 Permissividade dielétrica...........................................................................................................29

3.2.3 Permeabilidade Magnética........................................................................................................31

3.2.4 Propagação de Ondas Eletromagnéticas....................................................................................32

3.2.5 Coeficiente de Reflexão.............................................................................................................34

CAPÍTULO 4. AQUISIÇÃO & PROCESSAMENTO............................................................................35

4.1 Aquisições dos Dados.............................................................................................................................37

xiv

4.2 Processamentos GPR..............................................................................................................................46

CAPÍTULO 5. INTERPRETAÇÃO & MODELAGEM.......................................................................53

5.1 Descrições das Sondagens......................................................................................................................53

5.2 Descrições das Seções Radar-Estratigráficas.........................................................................................56

5.3 Modelo Tridimensional Radar-Estratigráfico.........................................................................................63

5.4 Interpretações em time-slice...................................................................................................................65

CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES & RECOMENDAÇOES......................................................................69

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................................73

ANEXOS......................................................................................................................................................77

xv

Lista de Figuras

Figura 1.1 Localização e vias de acesso da área de estudo na Restinga de Marambaia, Baía de Sepetiba - Rio

de Janeiro........................................................................................................................................................3

Figura 1.2 Terminologia para definir e descrever estruturas de subsuperfície, sets e radarfácies.......................7

Figura 2.1 Mapa geológico da região da Ilha de Marambaia e adjacências,....................................................10

Figura 2.2 Estágios de desenvolvimento de um pavimento de deflação...........................................................15

Figura 2.3 Atuação do processo de abrasão sobre uma rocha. .........................................................................16

Figura 2.4 Os três processos de transporte de sedimentos pelo vento: saltação, suspensão e arrasto...............18

Figura 2.5 Ordens de superfícies limitantes,......................................................................................................19

Figura 2.6 Classificação morfodinâmica de dunas eólicas com base no ângulo formado entre a linha de crista

da duna e o vetor médio da direção dos ventos............................................................................................19

Figura 2.7 Representação esquemática da formação de uma duna estrela a partir de uma transversal.............20

Figura 2.8 Variação morfológica de dunas parabólicas:....................................................................................21

Figura 2.9 Formação de uma duna de sombra a partir de fluxos de ventos secundários...................................22

Figura 2.10 Tipos principais de blowouts..........................................................................................................22

Figura 2.11 Blowouts localizados na porção leste da Restinga de Marambaia .................................................23

Figura 3.1 Representação esquemática de uma aquisição de 4 traços de um perfil de reflexão com GPR e sua

respectiva resposta no ar, na interface ar-solo e nas descontinuidades do subsolo..………………....……27

Figura 3.2 Representação esquemática de uma aquisição CMP (A); eventos idealizados do tempo de chegada

em função de separação das antenas numa sondagem CMP (B)............................................................28

Figura 4.1 Área de estudo de 20x20m delimitada em tracejado........................................................................38

xvi

Figura 4.2 Principais polarizações das antenas de GPR...................................................................................38

Figura 4.3 Lóbulos de iluminação do campo eletromagnético produzido por antenas broadside

perpendiculares e paralelas e respectivas seções radar-estratigráficas adquiridas na área de estudo,

fornecendo invariavelmente imagens distintas da mesma subsuperfície......................................................39

Figura 4.4 Vista para norte da área de estudo onde foram adquiridos os dados geofísicos. A linha tracejada

indica a direção de declividade da topografia. Ao fundo é possível ver as antenas GPR e em primeiro

plano, as linhas-guia na direção in-line para o levantamento GPR 3-D.......................................................40

Figura 4.5 Visão Tridimensional de uma aquisição GPR 3D convencional com alias-espacial na direção

cross-line e mistura de polarizações.............................................................................................................42

Figura 4.6 À esquerda seção radar estratigráfica in-line76, adquirida na Restinga de Marambaia. À direita,

seção radar estratigráfica artificial produzida no processamento através da reamostragem dos traços. .....43

Figura 4.7 Mapa de planejamento e aquisição de campo com orientação dos perfis in-line e cross-line para

uma área de 20x20m, com espaçamento entre traços igual ao espaçamento entre perfis, 0.25m................44

Figura 4.8 Estratégia de aquisição GPR 3-D com antenas perpendiculares à direção dos perfis nas duas

direções e espaçamento entre os traços variando de 0.05 a 0.25m e distância entre perfis igual a 0.25m.

.......................................................................................................................................................................44

Figura 4.9 Demonstração da aquisição do perfil CMP......................................................................................45

Figura 4.10 Mapa de localização das sondagens realizadas na área de estudo................................................45

Figura 4.11 Dado bruto à esquerda e à direita, respectivo registro do traço para uma aquisição realizada com

antena de 100MHZ e 1000 volts. .................................................................................................................47

Figura 4.12-Registro do traço após filtro passa-alta, dewow, observa-se a eliminação das baixas freqüências

no intervalo de 0 a 50 ns...............................................................................................................................48

Figura 4.13-Resultado na seção do ganho SEC à esquerda e à direita resposta do ganho SEC no registro do

traço...............................................................................................................................................................49

xvii

Figura 4.14-Seção radar estratigráfica após a filtragem temporal, band-pass filter e respectivo registro do

traço...............................................................................................................................................................50

Figura 4.15- Seção radar estratigráfica após a filtragem espacial e respectivo registro do traço......................51

Figura 4.16- Perfil CMP e modelo de velocidade de propagação da onda eletromagnética para a área de

estudo. ..........................................................................................................................................................52

Figura 4.17-Resultado final do processamento aplicado nos dados da Restinga e respectivo registro dos traços

demonstrando a variações da freqüência das amplitudes em função do tempo............................................53

Figura 5.1.: Perfis descritivos das sondagens realizadas na área de estudo, porção leste da Restinga de

Marambaia....................................................................................................................................................55

Figura 5.2 Interpretação da seção in-line NE-SW_76, com identificação de 3 superfícies limitantes (primeira,

segunda e terceira ordem) 5 radarfácies (A, A’, B, C e D)...........................................................................57

Figura 5.3 Interpretação da seção cross-line NW-SE_76, com identificação de 3 superfícies limitantes

(primeira, segunda e terceira ordem) e 5 radarfácies (A, A, A’, B, C D, E e F) ..........................................59

Figura 5.4 Diagrama de cerca mostrando a continuidade dos refletores durante a correlação entre duas seções

perpendiculares. Neste exemplo têm-se a correlação entre as seções NE-SW_76 com a perpendicular NW-

SE_29........................................................................................................................................................... 62

Figura 5.5 Seção GPR adquirida na direção in-line mostrando uma superfície de inundação máxima,

representada por um refletor plano paralelo no intervalo 225 - 250ns, destacado pela cor azul..................63

Figura 5.6 Visualização tridimensional da radarfácies B, a seta mostra o sentido da progradação, sul para o

norte, direção ao continente, suposto registro da ultima transgressão marinha na área estudada................64

Figura 5.7 Time-slice correspondente ao intervalo de 225 - 255 ns.............................................................. 65

Figura 5.8 Modelo geofísico tridimensional de todos os time-slices com espaçamento de 30ns. A seta azul

indica o suposto limite entre os sedimentos eólicos e flúvios-marinhos...........................................................67

xix

Lista de Tabelas

Tabela 1: Correlação freqüência central da antena versus profundidade da investigação. Quanto menor a

freqüência, maior a profundidade de investigação. As profundidades de investigação citadas correspondem

a valores médios. (http://www.geophysical.com).........................................................................................29

Tabela 2: Valores de constante dielétrica (εr), condutividade elétrica (σ), velocidade média (V) e atenuação (α)

para alguns materiais geológicos, para antenas de 100 MHz ......................................................................31

http://www.geophysical.com/

xxi

Resumo

O método geofísico Ground Penetration Radar (GPR) é uma técnica de imageamento de subsuperfície muito efetiva

em estudos estratigráficos de depósitos sedimentares do Quaternário. A vantagem em aplicar GPR em

sedimentologia está na capacidade de imagear pequenas estruturas sedimentares e limites litológicos através das

variações das propriedades elétricas. O trabalho descrito aqui foi realizado na Restinga de Marambaia, que encerra a

Baía de Sepetiba, localizada ao sul do estado do Rio de Janeiro, sudeste do Brasil. A referida área de estudo é um

registro geológico importante da evolução do Quaternário no Brasil, visto que é um marco do processo deposicional

sedimentar transgressivo que ocorreu durante a última glaciação, quando o nível do mar estava 80m abaixo do nível

atual. Esta foi a principal motivação para realizar um levantamento GPR sobre os depósitos da Restinga de

Marambaia.

O levantamento mais comum de GPR 3D é baseado na aquisição de perfis 2D, utilizando a disposição commom-

offset. A grande maioria dos levantamentos GPR é feitos com antenas paralelas entre si e perpendiculares à direção

dos perfis. A configuração bi-estática dipolar mais comum em levantamentos de campo é a broadside perpendicular.

Esta estratégia leva em consideração o campo eletromagnético funcionando bem em relação aos efeitos de

polarização. Isto é importante devido à significante variabilidade lateral das estruturas internas; este desempenho é

desejável em levantamentos 3D, os quais envolvem uma coleta de dados preferencialmente em duas direções. De

qualquer maneira, levantamentos 3D necessitam de muito tempo durante a aquisição, devido à precisão do registro

da posição, bem como elevações de cada traço.

A estratégia de aquisição experimental GPR 3D proposta neste trabalho assegura cuidados especiais que o

diferencia dos levantamentos convencionais , tais como: amostragens espaciais in-line e cross-lines

iguais, o que evita deste modo à interpolação de perfis , algo inaceitável em um trabalho de aquisição

francamente 3-D; espaçamento entre perfis da mesma ordem que entre os traços, o que permite reproduzir fielmente

a subsuperfície e evita alias espacial na direção cross-line e utilização de uma única polarização entre as antenas,

visto que polarizações diferentes resultam imageamentos distintos do mesmo perfil de aquisição.

O processamento dos dados foi realizado com o intuito de melhorar a visualização das estruturas e a confecção de

um modelo tridimensional orientado, o qual possibilitou a correlação das reflexões nas mais variáveis orientações e

que facilitou sobremaneira o reconhecimento das estruturas sedimentares primárias.

Os resultados obtidos demonstram que através da aquisição experimental da técnica GPR 3D foi possível imagear

estruturas internas de sedimentos inconsolidados do Quaternário devido à alta resolução dos dados de GPR em

função da boa penetração do sinal nos depósitos arenosos. A interpretação desses dados pode ser associada às fácies

sedimentares e estabelecimento de uma sucessão vertical de fácies. As principais estruturas sedimentares encontradas

nos depósitos arenosos eólicos estão agrupadas em estruturas primárias e secundárias. Dentre as primárias,

identificaram-se duas superfícies limitantes de primeira ordem plano-paralelas; três de segunda ordem, que

individualizam os foresets; e uma de terceira ordem, em menor escala. Na direção in-line, caracterizaram-se cinco

radar-fácies e na direção cross-line sete radar-fácies.

Com base na interpretação e modelagem das variações das amplitudes foi possível delimitar os depósitos

sedimentares eólicos holocênicos daqueles de origem flúvio-marinha. As sondagens realizadas evidenciaram lama

arenosa, fragmentos de conchas, cascalhos e matéria orgânica; esta composição variada diminui os valores de

amplitudes, quando comparada com depósitos de dunas. Assim há um suposto limite entre os depósitos do

Pleistoceno e os do Holoceno a aproximadamente150ns, equivalentes a 9,0 metros de profundidade.

xxiii

Abstract

The geophysical method, GPR is an effective technique for electromagnetic imaging studies in stratigraphic of the

Quaternary deposits. The work described here used a 2-D GPR survey done in the sandy of Marambaia Isthmus, Rio

de Janeiro. The Restinga de Marambaia is an important record of the evolution of the Quaternary in Brazil, whose

training and development are still the subject of controversy. The beginning of the process depositional sediment

transgressive occurred during the last glaciation, when sea level was 80m below the current level. This was the main

motivation for conducting a survey GPR weakly 3D on the deposits of Restinga of Marambaia.

The allure of GPR for sedimentology application lies in the ability to image sedimentary structures and lithological

boundaries based on changes in their electrical conductivity. Basically the EM reflection coefficient is sensitive to

changes that affect the air freshwater ratio, i.e., the fractional volume of fluid occupying pore space in sedimentary

rocky. Freshwater content exerts a primary control over dielectric properties of common geologic materials.

Sedimentology GPR studies have shown the relationship between radar reflection and bedding, as a result of changes

in sediment composition and in grain size, shape, orientation and packing, which in turn give rise to changes in

porosity. As well, the resolution potential of GPR relative to seismic methods has made it a viable tool in

sedimentology as an aid in reconstructing past depositional environments and the nature of sedimentary processes in

a variety of settings.

The strategy of acquiring experimental GPR 3D proposed in this work ensures that the sampling space in line and

cross-line are equal, thus preventing the interpolation of profiles, something unacceptable in a work of acquiring 3D

and with spacing between profiles of the same order as between the lines, that it can faithfully reproduce the

subsurface. The non-uniform sampling in both directions perpendicular defined by the survey inevitably produces

alias space toward cross-line, i.e, particulary aggravated by the interpolation of profiles. In addition to careful to

avoid the alias perform spatial profiles in two directions perpendicular defined by the survey, thus avoiding the

mixture of polarization. In our survey the offset is fixed, there are two directions (perpendicular) and azimuth of two

modes of polarization, resulting in a total of more than degrees of freedom 3: (x, y, z, φ1,2; p1,2).

The vast majority of GPR surveys are done with antennas kept mutually paralled and perpendicular to the profile

direction, in a configuration known as bistatic co-polar, or perpendicular-broadside. This strategy takes into account

the vector nature of GPR electromagnetic field and works well when there are no depolarization effects. In the

presence of significant lateral variability in internal structure it is desirable to perform 3D surveys, which involve

collecting data, preferentially in two directions. Three-dimensional surveys are time consuming, because of the

necessity to accurately record the position and elevation of each individual trace. The results demonstrate that GPR

can image structures within unconsolidated sediments in the study are sufficiently to allow data interpretation using

the principles of radar stratigraphy. Used a single profile to describe and interpret radar facies. Supplementary

geological information. Judicious data processing provided and accurate record of the subsuperface location and

orientation of reflections caused by primary sedimentary structure. The additional work of this survey has generated

a geophysicist three-dimensional model of the values of amplitudes and radar facies in the surveyed area. A 3D

analysis may prove to be useful in eliminating artifacts arising from lateral variability in internal structure of the

sediments.

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1 - INTRODUÇÃO

A caracterização de estruturas internas em depósitos sedimentares era feita apenas a partir da

exposição natural em cortes ou pela abertura de trincheiras em depósitos recentes, o que limitava as

informações, já que a profundidade destas estava restrita ao nível do lençol freático local. Assim, a

utilização do Ground Penetration Radar (GPR) vem preencher esta lacuna, tornando-se bastante

eficaz na determinação da arquitetura crono-estratigráfica e da geometria dos corpos sedimentares, em

especial de depósitos do Quaternário. Desta forma, o uso de GPR mostra-se importante na definição

de geometrias para elaboração de modelos de formação e estudos de migração de dunas eólicas

costeiras, podendo ser ressaltados os trabalhos de Schenk et al. (1993) ; Harari (1996); Bristow et al.

(2000); Neal & Roberts (2001); Oliveira Jr. (2001) e Silva (2002).

A presente dissertação de mestrado está inserida no Programa Pós Graduação em Evolução

Crustal e Conservação dos Recursos Naturais, na área de concentração: Geologia Ambiental e

Conservação dos Recursos Naturais, linha de pesquisa que melhor define a presente dissertação,

processos superficiais: intemperismo, erosão, transporte e deposição.

[O método GPR é uma técnica de imageamento eletromagnética reconhecidamente efetiva no

estudo da estratigrafia de sedimentos (Davis & Annan, 1989; Gawthorpe et al. 1993; McMechan et al.

1997; Van Overmeeren 1998; Vandenberghe & Van Overmereen 1999 e Van Dam & Schlager 2000).

Estudos de estratigrafia mostram que o GPR, devido à sua resolução e manutenção da continuidade

dos refletores em sedimentos, apresenta um potencial até maior que o da sísmica, respeitando o seu

limite de alcance em profundidade (Jol 1995 e Mitchum et al. 1977a,b).

Neste estudo foi realizado o levantamento GPR 3D para visualização das estruturas internas de

em uma área de 20x20m na porção leste da Restinga de Marambaia, estado do Rio de Janeiro (RJ).

Um problema comum em levantamentos GPR tridimensionais (3D) é a ocorrência de alias espacial na

direção cross-line i.e., perpendicular à direção principal dos perfis, in-line. Geralmente a amostragem

espacial é correta na direção in-line e completamente inadequada na direção cross-line. Tipicamente, a

amostragem espacial cross-line é 4x a in-line. A aquisição não-uniforme força a interpolação de

perfis, o que não soluciona, antes agrava, ao adicionar outros artefatos com o problema do alias

espacial na direção cross-line.

Pessoa, M.C., 2009 Investigação Geofísica das Estruturas Internas dos Depósitos Sedimentares...

2

Além do alias espacial, há o problema da mistura das polarizações, que invariavelmente

ocorre em levantamentos 3D, onde todos os dados são obtidos ao longo de perfis em uma única

direção. Nesta direção as antenas são normalmente mantidas em configuração broadside

perpendicular (BPer), onde as antenas são paralelas entre si e perpendiculares a direção dos perfis.

Esse tipo de levantamento tampouco permite um processamento francamente 3-D, pela introdução

forçada de uma polarização distinta, broadside parallel (Bpar), na direção cross-line. Um exemplo das

modificações introduzidas pela mudança de polarização na região de estudo pode ser encontrada na

literatura (Travassos & André, 2005).

Nesse trabalho, as amostragens espaciais in-line e cross-line são iguais e a polarização é

mantida a mesma nas duas direções. O levantamento foi realizado com configuração commom-offset,

mantendo as antenas paralelas entre si e perpendiculares aos perfis GPR.

A interpretação dos dados geofísicos foi balizada com as descrições das sondagens, e

cruzamento de informações, resultando na identificação de estruturas sedimentares.

1.2 - OBJETIVO

A presente dissertação de mestrado tem como objetivo investigar as propriedades geofísicas e

identificar estruturas internas nos depósitos sedimentares do Quaternário na Restinga de Marambaia,

Baía de Sepetiba, RJ utilizando dados de GPR obtidos com uma estratégia de campo francamente 3-D,

livre do efeito alias espacial e mistura de polarizações.

1.3 – LOCALIZAÇAO E VIAS DE ACESSO

O presente trabalho foi desenvolvido na Restinga de Marambaia, que encerra a Baía de

Sepetiba, localizada ao sul do estado do Rio de Janeiro, sudeste do Brasil (figura 1.1). A área de

estudo apresenta dimensões de 20x20m e está localizada na porção leste da restinga, próximo ao Canal

de Guaratiba, o qual faz conexão com o continente. Na porção oeste encontra-se a Ilha de Marambaia,

e ao centro, constituindo um cordão arenoso com cerca de 40 km de extensão, formado durante o

Holoceno (Roncarati & Menezes, 2005), temos a renomada Restinga de Marambaia. O acesso à área

de estudo é realizado pela BR101, no trecho que liga o Rio de Janeiro a Santos.

Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 67280, 77p

3

Figura 1.1 - Localização e vias de acesso da área de estudo na Restinga de Marambaia, Baía de Sepetiba -

Rio de Janeiro.

1.4–METODOLOGIA

Este item fornece uma descrição sumária sobre a metodologia adotada para atingir os objetivos

propostos na dissertação. As principais etapas desenvolvidas foram: revisão bibliográfica,

planejamento de campo, aquisição de dados, processamento, interpretação e modelagem dos dados. O

levantamento com GPR é uma técnica nova e muito semelhante ao método sísmico, portanto a

metodologia apresentada seguirá os moldes de um estudo de exploração, respeitando a escala de

trabalho.

1.4.1 – Revisão Bibliográfica

A primeira fase corresponde às revisões e compilações bibliográficas sobre o método

geofísico, Ground Penetration Radar (GPR) e sobre a geologia da área. Foram pesquisados na

literatura os cuidados e procedimentos a serem adotados para se realizar as aquisições, o


4

processamento e interpretação dos dados adquiridos com o referido método. As informações

compiladas encontram-se expostas no Capítulo 3: - Método Geofísico. Concomitantemente, foram

compiladas informações sobre a geologia da área e adjacências, que serviram de base para a etapa

seguinte, Planejamento de Campo.

1.4.2 – Planejamento de campo

Nesta etapa realizou-se todo o planejamento de campo, como solicitação de permissão para

entrar na Restinga de Marambaia ao Exército brasileiro, preparação dos equipamentos, mobilização

até a área de estudo, limpeza da área útil de aquisição e delimitação e estaqueamento da mesma. Em

seguida foram realizados os testes de campo para verificar o funcionamento dos equipamentos e

definir os parâmetros de aquisição dos perfis common- offset e Common-Mid-Point (CMP).

1.4.3 – Aquisição de Dados

Foram adquiridos os perfis GPR, segundo geometria definida no escritório, com o intuito de se

obter amostragem espacial entre traços igualmente espaçados e com a mesma distância entre os perfis

in-line e cross-line. Definiu-se a polarização das antenas com base nos testes realizados com diferentes

arranjos e, dentre estes, escolheu-se foi escolhido àquele que apresentou refletores mais bem definidos.

No centro da área útil, exatamente 10 metros da origem na direção dos perfis in-line, NW-SE, foi

adquirido o perfil CMP. Após as aquisições de GPR foram realizadas as sondagens a trado manual até

a profundidade do lençol freático, aproximadamente 4.0 metros.

1.4.4 – Processamento dos Dados

O principal objetivo no processamento de dados GPR é melhorar a visualização, converter o

tempo duplo em profundidade e proceder à correção topográfica. Existem atualmente no mercado

diversos softwares para processar este tipo de dado. Neste trabalho foi utilizado Excel, para

organização dos dados e, para o processamento propriamente dito, o programa Ekko View Delux, do

Sensor & Software. De acordo com Annan (1992), são descritos a seguir os principais procedimentos

adotados em um processamento de dados de GPR:

a) drift removal: refere-se aos traços do perfil que possam estar alterados em conseqüência de

má conduta do equipamento, principalmente solavancos que resultam em uma desacoplagem da

antena ao solo ou de fatores externos, como a temperatura;

b) dewow: remove os componentes de baixa freqüência que se originam de fenômenos

indutivos relacionados com a saturação originada pela onda direta pelo ar ou por limitações dinâmicas

do instrumento;


5

c) set time zero: ajusta o tempo inicial de registro à primeira onda a chegar à antena receptora,

que é caracterizada pela onda direta no ar;

d) filtros passa-banda: remove os ruídos de alta e baixa frequência; atua ao longo de um traço

permitindo realçar a estrutura de interesse ou removendo os sinais indesejáveis;

e) ganho: aumenta a amplitude dos refletores em profundidade que se mostram pouco nítidos

em função da atenuação do sinal;

f) declip: restaura, por interpolação, as formas das ondas dos primeiros ciclos que são afetadas

pela chegada da onda direta do ar, com maior amplitude que a energia refletida;

g) conversão tempo em profundidade;

h) correção topográfica: elimina os efeitos causados pela topografia e, desta forma, restaura as

posições corretas dos refletores no radargrama.

1.4.5 – Interpretação dos Dados

O GPR tem sido utilizado para mapear em detalhe depósitos sedimentar devido à sua alta

resolução. Pelo fato dos métodos GPR e sísmico terem princípios de formação de imagens muito

semelhantes, o modelo clássico de interpretação sísmica, baseado na sismoestratigrafia, tem sido

tentativamente utilizado para interpretar dados de GPR.

Não obstante os grandes avanços já realizados em contextos particulares, as adaptações

propostas das ferramentas e conceitos da sismoestratigrafia, para o GPR, ainda são inadequadas; isto

acontece basicamente porque as interpretações atribuídas aos padrões de terminação, extraídos da

sismoestratigrafia convencional, não representam o registro geológico na escala de operação do GPR.

O problema conceitual reside, pois, em propor um método de interpretação que permita não só

relacionar produto e processo sedimentar, na escala do GPR, mas também identificar ou propor

ambientes deposicionais e correlacionar estes resultados com os blocos construtores da estratigrafia de

seqüências.

Para este fim, propõe-se uma interpretação de dados de GPR baseada na adaptação de termos e

conceitos herdados da sismoestratigrafia, em conjunto com uma metodologia de hierarquização de

superfícies limitantes (bounding surfaces), a exemplo da metodologia proposta por Miall (1991).

Como conseqüência direta desta combinação, a interpretação dos dados de GPR pode ser

associada às fácies sedimentares, dentro de um contexto genético, possibilitando, assim:

individualizar as radar-facies e correlacioná-las.

O processo de interpretação consta das seguintes fases: (i) estabelecimento de uma sucessão

vertical de fácies, (ii) caracterização dos produtos sedimentares (radarfacies), (ii) atribuição de


6

processos sedimentares dentro de um cunho genético, e finalmente (iv) estabelecimento de um modelo

geofísico/geológico para a área de estudo.

A interpretação de dados de GPR pode ser realizada de diferentes maneiras, através de seções

radar-estratigráficas 2D/3D, análise em planta e na forma de time-slice em diferentes intervalos de

tempos/profundidades. Outro resultado que pode servir de apoio à interpretação e modelagem é o

perfil velocidade, CMP, o qual fornece valores de velocidade média para o meio geológico. Conhecido

estes valor, o tempo duplo será convertido em profundidade. As descrições das sondagens serão

utilizadas para balizar a interpretação.

Diferentes softwares de interpretação são utilizados, desde o básico, como Corel Draw, aos

mais específicos, tais como Seis Vision, da Geographix, plataforma Landmarke e para modelagem,

programa Open-Detec, da Macrovision.

A interpretação consistiu de minuciosa correlação entre as seções e refletores nas diferentes

direções. A integração das informações de sondagem, contexto geológico da área, análise das

geometrias e terminologias das estruturas sedimentares apresentadas por Neal (2004); Mitchum et al.

(1977a,b); Campbell (1967) e Allen (1982) foram subsídio para executar o presente trabalho (figura

1.2).

O fundamento da interpretação de dados de GPR está baseado no reconhecimento de fácies e

estruturas compatíveis com o ambiente deposicional desenvolvido em campos de dunas e ilhas

barreiras. Estruturas de migração de dunas, truncamentos, cordões de areia que formam o substrato e

canais de deposição são estruturas estratigráficas comuns em ambientes sedimentares (Ribeiro et al.

2003). As respostas eletromagnéticas dos sets estratigráficos balizados com as sondagens fornecem

subsídios para entender as seqüências estratigráficas. A modelagem consistiu na integração dos dados

a partir da qual foi proposto o modelo geofísico/geológico para a área através de reconhecimento de

estruturas internas em imagens de subsuperfície.


7

Figura 1.2: Terminologia para definir e descrever estruturas de subsuperfície, sets e radar-facies

(modificado de Mitchum et al. 1977; Campbell 1967 e Allen 1982).

CAPÍTULO 2

CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA DA ÁREA

A área de estudo do presente trabalho é caracterizada geologicamente por depósitos

siliclásticos de origem marinho-fluvial sobrepostos por dunas eólicas. Neste capítulo apresenta-se uma

breve revisão bibliográfica sobre a geologia da Restinga de Marambaia e adjacências; hipóteses sobre

sua formação e evolução geológica; uma síntese sobre a dinâmica sedimentar e uma revisão sobre os

principais processos, estruturas e morfologias de depósitos eólicos costeiros, onde é dada ênfase maior

para as dunas, área na qual foram realizadas as aquisições dos dados da presente dissertação.

2.1-GEOLOGIA REGIONAL

Borges (1990) afirma que na Baía de Sepetiba regionalmente distinguem-se três grandes

grupos de rochas. Da base para o topo encontram-se as rochas mais antigas, cristalinas, de idade Pré-

Cambriana, resultado do dobramento brasiliano, com intrusivas associadas. Entre os principais

litotipos destacam-se rochas metamórficas, granitos, gnaisses e migmatitos, que balizam o último

evento ocorrido na plataforma brasileira, representados na área pelas unidades Suíte Desengano e

Duas Barras. Atualmente, as influências estruturais fazem-se sentir, numa primeira aproximação,

somente a nível morfológico da configuração do relevo e no alinhamento das principais ilhas e lajes da

Baía de Sepetiba, que apresentam o alinhamento preferencial da área na direção NE (figura 2.1).

Sobreposto ao embasamento encontra-se a segunda unidade, representada pelos Depósitos

Marinhos e Flúvio-Marinhos, iniciaram o processo de sedimentação quaternária das dunas litorâneas

no Pleistoceno, durante um período glacial (Borges, 1990).

A coluna sedimentar da Restinga de Marambaia é constituída por sedimentos fluviais, de

canais de maré, mangues e marinhos (Ponçano, 1976). Borges (1990) relata que estes sedimentos

compõem uma seqüência transgressiva, cuja base está caracterizada por sedimentos de ambiente

continental, sobrepostos a estes, sedimentos de ambiente misto, correspondendo à subida do nível do

mar durante o estágio interglacial Riss-Wurm. Segundo Borges (1990) os sedimentos foram entalhados

durante o último período glacial (Wurm), quando o nível do mar estava a 80m abaixo do seu nível

atual, tendo então ocorrido a formação de vales atualmente submersos.

No topo, cobrindo as planícies costeiras e formando mangues, dunas, praias e planícies

aluvionares, ocorrem sedimentos cenozóicos, restritos ao Quaternário, e representados pela unidade

Depósitos de Restinga.


10

Portanto, a área de estudo do presente trabalho é caracterizada geologicamente por depósitos

siliclásticos de origem marinho-fluvial sobreposto por dunas eólicas.

Figura 2.1 - Mapa geológico da região da Ilha de Marambaia e adjacências (modificado de Heilbron et. al.

1993).

2.2 - GEOLOGIA LOCAL

A Restinga de Marambaia tem 40km de extensão, desde o Canal de Guaratiba até a Ilha de

Marambaia. O seu corpo principal é formado por dois cordões arenosos paralelos, que são mais bem

diferenciados no setor oeste e menos definido nos setores central e leste. Numa tentativa de correlação

destes cordões similares estudados por Muehe (1984) em Itaipuaçu, Niterói, ambos poderiam ser

atribuídos ao Holoceno. Todavia, cordões similares aos da área de estudo são também encontrados em

outras localidades da região norte do estado do Rio de Janeiro. Estes cordões foram datados por

Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol.67280, 77p

11

Martin & Suguio (1989), que atribuíram uma idade de 120.000 anos B.P. para o cordão interno e

5.100 anos B.P para o cordão externo.

Encontra-se em toda a extensão da Restinga de Marambaia diversas feições sedimentares

atuais e pretéritas, tais como praias atuais, feixes de cristas de praia, campo de dunas, dois cordões

litorâneos, lagoas colmatadas, uma área perenemente alagada com uma série de ilhas de formato

circular, que podem estar relacionadas a sambaquis, além de esporões e marcas de ondulação em

zonas submersas (Borges 1990).

As praias entre a Baía de Sepetiba e a Restinga de Marambaia apresentam um comportamento

bastante homogêneo, baixa declividade, pequena largura e são afogadas durante a maré alta. Já do lado

oceânico, ao pé do Pico da Marambaia, a granulometria é grossa até a parte central da Restinga,

diminuindo em direção ao canal de Guaratiba, onde se torna fina.

No campo de dunas, a oeste e a norte da sua área central, as areias apresentam granulometria

média. As dunas apresentam formato arredondado e altura média de 3.0 metros. A leste da restinga as

dunas são mais altas, atingindo 30.0m, classificadas de parabólicas por Ponçano (1976) e barcanas por

Roncati & Barrocas (1978). Estas dunas estão fixadas por vegetação e sofrem retrabalhamento pelo

vento sudoeste, comprovado pela orientação SW-NE dos blowouts.

Levantamento realizado sobre as dunas da porção leste apresentou camada de 5.5m de areia de

granulometria média, atingindo um arenito semi-consolidado de mesmas características

granulométricas a 2.0m. Estas areias repousam sobre uma lama arenosa de fundo de baía. Este

testemunho parece indicar que a construção do esporão é posterior ao evento que originou a restinga,

com seus sistemas de cordões e lagoas (Ponçano et al. 1979).

Margeando a face interna da restinga, próximo da Ponta da Pompeba, desenvolveu-se um

extenso campo com marcas de ondulações (sand waves) na zona submarina. Estas marcas de

ondulação indicam uma direção de transporte de sedimento do centro da restinga em direção a Ponta

da Pompeba. Tendo em vista esta direção de transporte, evidenciadas pelas marcas de ondulação, bem

como os esporões no setor leste, conclui-se que a parte central da restinga é onde o fluxo se divide,

fazendo com que os sedimentos erodidos neste local sejam transportados em direções opostas (Borges,

1990).

2.3 FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DA RESTINGA DE MARAMBAIA

Estudos sobre a evolução geológica em especial sobre a gênese da Restinga de Marambaia

apresentam controvérsias em relação à fonte de sedimentos durante a formação da restinga, direção de

crescimento e seqüência de aparecimento das diversas feições geomorfológicas (Ponçano et al. 1979).

Três modelos de evolução foram propostos:


12

Os modelos evolutivos apresentados por Lamego (1945) e Roncati & Barrocas (1978)

postulam uma migração lateral da restinga na direção leste pela ação de correntes e afogamentos dos

vales fluviais durante a transgressão holocênica.

Ponçano et. al. (1979) apresentam um modelo evolutivo combinando migração lateral e

frontal, e salientam a possibilidade da migração de uma ilha barreira da plataforma em direção ao

continente com subida do nível do mar.

Reis & Figueiredo (1989) detectaram um transporte de sedimentos de oeste para leste na

plataforma continental adjacente à restinga. Este fato, aliado ao modelo evolutivo de Ponçano et al.

(1979), subsidia a hipótese da migração de uma ilha de barreira da plataforma em direção ao

continente com a subida do nível do mar e o transporte de oeste. Estes dois fatos subsidiaram a

hipótese de formação da restinga proposta por Lamego (1945) e Roncati & Barrocas (1978). Por outro

lado, investigações de Reis & Figueredo (1989) na plataforma continental identificaram feições

morfológicas no fundo marinho, os quais podem ser antigos vestígios de ilhas barreiras afogadas. Se

existem estes vestígios, é possível também que barreiras tenham migrado em direção ao continente

com a subida do nível do mar, indicando assim a possibilidade de uma quarta hipótese de evolução,

diferente das anteriores.

De uma maneira geral, os sedimentos da Restinga de Marambaia se apresentam selecionados a

bem selecionados, o que pode estar indicar que estes sedimentos passaram por vários ciclos

sedimentares até construírem a atual restinga.

2.4 - FATORES QUE INFLUENCIAM A DINÂMICA SEDIMENTAR DA RESTINGA

DE MARAMBAIA

A dinâmica na Restinga de Marambaia é influenciada por dois fatores que agem em duas

escalas diferentes de tempo.

Um fator age ao longo de milhares de anos e está relacionado às variações do nível do mar nos

últimos anos. O outro age na escala de dezenas de anos ou de ano a ano e está relacionado às variações

climáticas e sazonais. A subida ou descida do nível do mar coloca os sedimentos ao alcance das ondas

e correntes, o que podem causar sua erosão e transporte para outros locais. Mesmo com um nível de

mar estável, as mudanças de regime de ventos poderiam causar efeitos semelhantes.

Os fatores que agem ao longo de milhares de anos, e as flutuações do nível do mar durante o

Quaternário foram muito importantes para a evolução da costa brasileira. A Restinga de Marambaia,

por estar localizada na parte central da costa brasileira, apresenta sedimentações influenciadas por

ondas causadas pelos ventos alísios e massas frias polares.


13

As ondas que veem do setor sul são mais fortes que as do setor nordeste, do ponto de vista do

transporte litorâneo de sedimentos. Em poucos dias ou mesmo em horas, as fortes ondas do setor sul,

relacionadas à passagem de frentes frias polares, são mais efetivas em transporte de sedimentos do que

vários meses de ondas fracas do setor nordeste (Martin & Suguio, 1989). Portanto, o vento que

predomina na área é o vento sul que sopra durante todos os meses do ano, sendo mais frequente no

verão e suas velocidades variam de 6.8 a 8,2km/h.

Os ventos do leste são bastante expressivos, tornando-se mais fortes de agosto a novembro,

alcançando as maiores velocidades na área, entre 11,1 km/h e 11,5km/h. Estes ventos podem estar

influenciando o transporte de areia, na ante-praia lagunar, em direção à Ponta da Pombeba,

evidenciado pelas marcas de ondulação (sand waves) que se desenvolvem na zona submarina.

O vento sudoeste é o segundo mais importante em relação à velocidade. Ele ocorre durante

todos os meses do ano com velocidades que variam entre 9,0 km/h e 10,8km/h, sendo que no mês de

agosto o sudeste atinge velocidades máximas durante a entrada de frentes frias. É o vento sudoeste que

vem retrabalhando as dunas localizadas no setor leste da restinga.

Evidências destas oscilações foram descritas inicialmente por Hart (1870), Branner (1904),

Freitas (1951) e Bigarella (1965), que as interpretaram exclusivamente sob o ponto de vista

geomorfológico e as atribuíram ao Terciário. Atualmente estas mesmas evidências com base em

datações de C14

são consideradas como do Quaternário.

Estudos mais detalhados sobre as flutuações do nível do mar na costa do Brasil durante os

últimos 7.000 anos levaram em conta:

- evidências de depósitos de areia do Quaternário, situados acima do nível do mar;

-ocorrências no Nordeste de camadas de beach rocks paralelas à atual linha de costa;

-evidências biológicas marinhas de numerosas incrustações de gastrópodes e incrustações de

conhas de ostras situadas acima da linha de vida atual destes organismos;

-evidência pré-histórica de sambaquis em antigas linhas de costa (Martin & Suguio 1989).

Os registros de nível de mar mais alto e mais antigo que 120.000 anos B.P. é conhecido como

Antiga Transgressão (Bittencourt et al. 1979) e ocorre ao longo da costa dos estados da Bahia e

Sergipe.

Segundo Martin & Suguio (1989), o nível de mar mais alto encontrava-se a 8 ( 2) metros

acima do nível atual, representando a Transgressão Cananéia, na costa de São Paulo (Suguio & Martin

1978) e Penúltima Transgressão na planície costeira dos estados da Bahia, Sergipe e Alagoas

(Bittencourt et al. 1979).


14

Suguio & Martin (1978) verificaram que a linha zero ou nível atual foi ocupado pela primeira

vez em torno de 7.000 anos B.P e o primeiro máximo foi atingido há aproximadamente 5.100 anos

B.P, situado a 4.8 (± 0.5) metros acima do nível atual. Após este máximo, iniciou-se uma fase

regressiva rápida até 4.900 anos B.P e depois mais lenta até 4.200 anos B.P. O nível do mar passou por

um mínimo, provavelmente um pouco inferior ao atual, em torno de 3.900 anos B.P. Um segundo

máximo de 3.5 (± 0.5) metros foi alcançado após uma rápida transgressão, entre 3.800 e 3.600 anos

B.P. Um novo mínimo ocorreu em 2.200 anos B.P. e, o terceiro máximo, de 2.5 (± 0.5) metros foi

atingido após nova fase transgressiva entre 2.600 a 2.500 anos B.P.

As mudanças paleoclimáticas durante o Holoceno foram pesquisadas ao longo da costa

brasileira durante os últimos anos e mostraram que mudanças relativas do nível do mar e variações

paleoclimáticas tem sido o fator mais importante na evolução quaternária da linha de costa (Martin &

Suguio 1989). As mudanças paleoclimáticas foram classificadas segundo seus registros: inversão na

direção dominante das ondas, em conecção com mudanças na circulação atmosférica; mudança na

intensidade da ressurgência em Cabo Frio (RJ) e mudança no fluxo de energia do Rio Paraíba do Sul,

em conecção com prováveis variações na pluviosidade (Martin & Suguio 1989).

Segundo estes autores, a descida do nível relativo do mar associado com o transporte litorâneo

representa um importante papel na reconstrução das planícies costeiras brasileiras durante o

Quaternário, que foram caracterizadas pela acreção horizontal de inúmeras cristas de praia. Um estudo

detalhado das geometrias destas cristas de praia permitiu reconstruir a direção de transporte litorâneo

durante a sedimentação. É evidente que o conhecimento da direção de transporte permitirá a dedução

da direção dominante das ondas dentro de um intervalo de tempo (Martin & Suguio 1989).

2.5 CONCEITOS E CLASSIFICAÇÕES SOBRE OS DEPOSITOS EÓLICOS

COSTEIROS

Segundo Sherman (1995), das dunas costeiras representam o resultado da interação entre

processo eólico e marinho, vegetação, ações antropogênicas e a geomorfologia do sistema. Assim, a

forma destas dunas obedece a uma série de fatores, incluindo o formato da linha de costa e da praia, as

correntes e ondulações (swell) dos oceanos, os ventos predominantes, a frequência das ressacas e o

tamanho das partículas de areia. Areias erodidas da costa, de fontes oceânicas (e.g. recifes de corais)

e/ou fluviais compõem as principais fontes destes sedimentos, os quais de forma geral não possuem

silte e argila.

2.5.1- Depósitos Eólicos

Os processos eólicos são definidos como aqueles que envolvem a ação do vento na erosão,

transporte e deposição sobre a superfície terrestre (Pye & Tsoar, 1990). Estes processos ocorrem em


15

regiões litorâneas, planícies aluviais e desertas. Os principais processos erosionais produzidos pela

ação do vento são a deflação e a abrasão (Brookfield & Ahlbrandt 1983).

A deflação consiste na remoção e transporte pelo vento dos grãos de tamanho silte e areia. O

vento retira a fração de granulometria mais fina, ocasionando a concentração de partículas de

granulometria mais grossa. Quando a deflação dos depósitos alcança um patamar suficiente para criar

uma cobertura contínua de seixos e grânulos, a erosão eólica cessa, formando-se um pavimento de

sedimentos grossos chamados de lags de deflação (figura 2.2).

Figura 2.2 - Três estágios de desenvolvimento de um pavimento de deflação: deflação inicial dos

sedimentos arenoso; concentração dos clastos à medida que ocorre a deflação; o término da deflação em

decorrência da cobertura total do substrato arenoso por clastos. (Modificado de Greeley & Inversen

1985).

A abrasão eólica gera o desgaste de uma superfície pelo contínuo choque de partículas

carregadas pelo vento (figura 2.3).

Figura 2.3 - Atuação do processo de abrasão sobre uma rocha. (modificado de Greeley & Inversen 1985).

O transporte de sedimentos pela ação do vento se dá através dos seguintes mecanismos:

saltação, suspensão e arrasto (figura 2.4).


16

Figura 2.4 - Os três processos de transporte de sedimentos pelo vento: saltação, suspensão e arrasto.

Por fim, existem os processos de sedimentação que envolve a deposição de grãos individuais e

a estabilização de formas de leito (Pye & Tsoar 1990), que serão mais bem analisados a seguir.

2.5.2 Principais Formas de Leito

Wilson (1972) identificou três diferentes hierarquias de formas de leito geradas pelo vento:

marcas onduladas, dunas e draas. Segundo Lancaster (1988), as marcas onduladas são controladas

pela natureza dos eventos dinâmicos individuais de curta duração (horas ou dias); as dunas pelas

variações sazonais na velocidade e no sentido dos ventos com tempo de reconstituição da ordem de 10

a 100 anos e os draas respondem às mudanças no regime geomorfológico geral, sendo insensíveis às

mudanças locais nas condições do fluxo, tendo um tempo de reconstituição de 1.000 a 100.000 anos.

As marcas onduladas correspondem a formas de leito de escala centimétrica, geradas pela

movimentação dos sedimentos de areia ou grânulos por saltação e arrasto superficial ao longo do

substrato. Podem se desenvolver sobre depósitos de lençóis de areia, regiões de interdunas ou no dorso

e na face frontal de dunas e draas (Bagnold 1941, Sharp 1963, Fryberger & Schenk 1981).

Segundo Kocurek (1981), as dunas constituem formas de leito com comprimento de ondas

variando de poucos metros até 500m, e alturas entre 0,1 e 100 metros. O termo draas é restrito às

formas de leito maiores (comprimento de onda de 300-5500m e altura entre 20-450m), representando

dunas superpostas migrando no seu dorso ou na sua face frontal (Kocurek 1981).

Existem ainda duas outras feições eólicas que geralmente ocorrem associadas às dunas, que

são os lençóis de areia e interdunas (Kocurek 1981). Se a quantidade de sedimentos disponível for alta

e as dunas, por algum motivo, não alcançarem o estágio de estabilização, lençóis de areia podem se

formar (Short 1988). Os lençóis de areia representam áreas cobertas por areias eólicas onde não

existem dunas com faces de escorregamento bem desenvolvidas, ou seja, quando estas não alcançam o

estágio de estabilização ideal (Fryberger et al. 1979 e Kocurek & Nielson 1986).


17

Já as interdunas correspondem simplesmente a depressões entre dunas eólicas ou entre draas e

apresentam extensões e geometrias variadas (Kocurek 1981).

2.5.3 Principais Estruturas Sedimentares

As principais estruturas sedimentares encontradas em depósitos arenosos eólicos estão

agrupadas em estruturas primárias e secundárias. As estruturas primárias refletem os processos

responsáveis pelo transporte e deposição inicial, enquanto que as estruturas secundárias refletem

perturbações sin ou pós-deposicionais (Pye & Tsoar 1990).

Estruturas primárias e processos associados

De acordo com Hunter (1977), existem três processos responsáveis pela formação de

estruturas primárias em dunas:

(a) deposição por fluxo de grãos

(b) deposição por queda de grãos

(c) deposição tracional

Os dois primeiros processos formam, respectivamente, as estratificações cruzadas por “fluxo

de grãos”, que são geradas por avalanches na face de sotavento da duna, gerando feições em língua

com gradação inversa. As laminações por “queda de grãos” apresentam como principal característica a

bimodalidade, originada pelas sutis diferenças na velocidade do vento (Hunter 1977).

Por sua vez, processos de tração, segundo Hunter (1977), explicam o mecanismo de migração

de marcas onduladas e a origem de climbing transladantes nas mesmas. Normalmente, estas formas de

leito passam a cavalgar umas sobre as outras ficando, ao final, preservadas sob a forma de estratos

transladantes cavalgantes. O ângulo de cavalgamento varia dependendo do volume de sedimento e da

taxa de migração da marca ondulada.

Estruturas secundárias e processos associados

As estruturas secundárias são formadas por uma série de processos como escorregamento (slump);

fluidização como exaltado de distúrbios tectônicos; bioturbações e episódios erosionais envolvendo

vento ou água (Mckee & Bigarella 1972). Várias feições sedimentares deformativas, como brechas,

dobras, falhas, etc, podem resultar destes processos de avalanches de areias, como descrito por Mckee

et al. (1971) e Mckee & Bigarella (1972).


18

Superfícies Limitantes

As superfícies limitantes são de carácter erosional, as quais separam séries de estratos

cruzados. Brookfield (1977, 1992) sugeriu que as superfícies limitantes estão relacionadas à migração

de formas de leito cavalgantes de diferentes ordens hierárquicas (figura 2.5). As superfícies de 1ª

ordem são relacionadas à migração de complexas mega-dunas (as chamadas draas); as de 2ª ordem à

migração de dunas sobre superfícies de draas e as de 3ª ordem ocasionadas por variações na direção

do vento. A orientação e o mergulho das superfícies limitantes, bem como dos foresets, variam com o

tipo duna, posição, complexidade do regime de vento e o plano no qual a seção é vista.

Figura 2.5- Ordens de superfícies limitantes. As superfícies de 1ª ordem são planas ou convexas, as quais

cortam estratificações cruzadas ou outros tipos de estruturas de dunas. As superfícies de 2ª ordem limitam

sets de estratificações cruzadas e as superfícies de 3ª ordem são de pequena escala e separam grupos de

laminações dentro de sets. (modificado de Brookfield 1977).

2.5.4- Classificações de Dunas Costeiras

De acordo com Mckee (1979) e Hunter et al. (1983), as dunas eólicas podem ser classificadas

respectivamente de acordo com seu caráter morfológico ou morfodinâmico, abrangendo as duas

classificações mais importantes. Existe ainda uma terceira classificação que se apóia na localização em

que as dunas encontram-se em relação ao perfil praial, podendo ser: dunas frontais (incipientes e

estabilizadas) ou dunas interiorizadas (localizadas atrás das dunas frontais estabilizadas), sendo

tipicamente mais estáveis e cobertas por vegetação de maior porte (Hesp 2002).

Classificação Morfodinâmica

A classificação morfodinânica baseia-se fundamentalmente no ângulo formado entre a linha de

crista das dunas e o vetor médio da direção dos ventos. Com base nisto, Hunter et al. (1983) sugeriu

três tipos fundamentais: dunas longitudinais, oblíquas e transversais (figura 2.6).


19

Figura 2.6- Classificação morfodinâmica de dunas eólicas com base no ângulo formado entre a linha de

crista da duna e o vetor médio da direção dos ventos. (modificado de Kocurek 1981).

Classificação Morfológica

A morfologia das dunas costeiras depende de quatro fatores principais (Pye & Tsoar 1990):

a) morfologia da praia e dinâmica da linha de costa, as quais funcionam, por exemplo, na taxa

de suprimento de areia;

b) características do vento, incluindo a distribuição da intensidade, freqüência e variabilidade

direcional;

c) extensão e crescimento da cobertura vegetal e

d) atividades humanas, que podem trazer impactos diretos e indiretos.

A classificação morfológica é baseada nas características geométricas, tais como sinuosidade

da linha de crista, número de faces frontais e a presença ou ausência de dunas superpostas.

Dunas Lineares

Caracterizam-se pela considerável extensão, simetria, espaçamento regular e baixa razão entre

região de dunas e interdunas, podendo apresentar ou não cobertura vegetal (Lancaster 1982, Tsoar

1989). As cristas são onduladas e paralelas à direção do vento.

Dunas Barcanas

Barcanas são dunas geralmente isoladas com geometria em foram de meia-lua, formadas sob a

ação de ventos unidirecionais, onde suas extremidades desenvolvem-se no sentido de progradação do


20

vento. Apesar deste tipo de duna poder migrar por longas distâncias sem que haja maiores

modificações na sua forma ou tamanho (Noris 1996), variações na direção do vento podem chegar a

gerar assimetrias na sua forma. A inclinação a barlavento é normalmente convexa com uma inclinação

média de 12°, enquanto que a inclinação a sotavento é caracterizada por uma face de deslizamento

entre 33 e 34 graus.

Dunas Reversas

Dunas reversas formadas a partir da evolução de barcanas, relacionadas às mudanças sazonais

no sentido do vento, que provoca transporte sedimentar em direções opostas (Thomas 1997).

Dunas Tipo Estrela

Dunas estrelas são caracterizadas pela presença de três ou mais braços sinuosos radiais que

estão unidos a uma única crista, podendo adquirir formas compostas. Estas dunas são comuns em

regiões desérticas, sendo também encontradas em áreas costeiras, como descritas por Mclachlan

(1987), na costa sudeste da África. Lancaster (1989) propôs um modelo de formação de uma duna

estrela a partir da evolução de uma duna transversal (figura 2.7)

Figura 2.7: Representação esquemática da formação de uma duna estrela a partir de uma transversal.(A)

duna transversal; (B) mudança sazonal da direção do vento implicando na reversão da crista da duna; (C)

duna reversa com um braço incipiente de duna estrela; (D) desenvolvimento de braços por fluxo

secundário; (E) acentuação dos braços a partir de uma terceira direção do vento e fluxo secundário. As

setas largas indicam a direção do vento e as setas finas, fluxo de vento secundário. (modificado de

Lancaster 1989).


21

Dunas Parabólicas

As dunas parabólicas, como o próprio nome diz, possuem o formato de uma parábola onde

seus braços simétricos ou assimétricos estendem-se em sentido oposto ao vento, geralmente em

direção ao mar, com os lobos deposicionais na forma de “U” ou “V”. A morfologia das dunas

parabólicas (figura 2.8) depende da variação e força dos ventos, do suprimento de areia e da natureza

do espaço vegetado sobre o qual as dunas se movem (Pye & Tsoar 1990).

Figura 2.8-Variação morfológica de dunas parabólicas: (A) Grampo; (B) lobular; (C) hemicíclica; (D)

digitada; (E) uniforme (dunas conjugadas, na qual dunas menores aninham-se entre os braços da duna

maior); (F) cadeias transgressivas com dunas transversais secundárias; (G) dunas em forma de ancinho."

A e B compreendem formas simples; C, D e E correspondem a formas compostas e F e G a formas

combinadas. (modificado de Pye & Tsoar 1990).

Dunas em Domos

As dunas em domos correspondem às acumulações circulares ou semicirculares, em planta,

apresentando crista plana. São frequentemente de pequeno porte; quando formadas na região costeira

chegam a 1 metro de altura e diâmetro inferior a 14 metros (Mckee & Bigarella 1979). A ausência da

face de avalanche é atribuída a ventos fortes e unidirecionais que impedem o crescimento vertical da

crista da duna.

Dunas de Sombra

As dunas de sombra (figura 2.9) são formadas a partir do contorno de um obstáculo,

(vegetação ou não), por fluxos de vento geralmente secundários, que se unem novamente dando

origem ao acúmulo de areia em forma piramidal (Pye & Tsoar 1990).


22

Figura 2.9- Formação de uma duna de sombra a partir de fluxos de ventos secundários (Fracasso 2005).

Dunas de Blowout ou Lobos Deposicionais

As dunas de blowout ou lobos deposicionais (Hesp 1999), são partes integrantes de uma feição

erosiva a qual se denomina blowout ou ruptura de deflação. De acordo com Hesp (1999), a zona ou

bacia de deflação e os muros erosionais também são parte integrante das rupturas de deflação. Os

blowouts são depressões côncavas (em forma de “pires ou calha”, figuras 2.10 e 2.11) formada pela

erosão do vento num depósito de areia pré-existente. As acumulações adjacentes de areia,

denominadas de lobos depocionais (ou duna de blowout), derivados possivelmente da depressão e de

outras fontes, pode ser considerada parte do blowout (Hesp & Hyde 1996).

Figura 2.10 - Tipos principais de blowouts: (A) blowout tipo pires, (B) blowout tipo calha. Observar a

maior profundidade do blowout em forma de calha e paredes erosionais mais escarpadas em relação ao

blowout em forma de pires. As setas indicam o padrão de fluxo do vento. (modificado de Hesp 2002).

CAPÍTULO 3

GROUND PENETRATION RADAR (GPR)

Neste capítulo será feita uma síntese sobre a aplicabilidade do método eletromagnético,

Ground Penetration Radar e seus princípios básicos.

3.1- APLICABILIDADES DO GPR

O método geofísico Ground Penetration Radar (GPR) apresenta ampla aplicação em diversas

áreas, dentre as quais se destacam:

a) Hidrogeologia: mapeamento de aquíferos freáticos, localização de paleocanais, intrusões

salinas em áreas litorâneas e assoreamento;

b) Engenharia e Geotecnia: localização de dutos, tanques enterrados, detecção de fraturas em

túneis, verificação das condições do leito de asfalto, verificação de pilares de edificações e cavidades

no subsolo;

c) Aplicações militares: detecção de minas e artefatos enterrados;

d) Investigações criminais: localização de cadáveres e artefatos;

e) Arqueologia: identificação de construções e peças arqueológicas tais como sambaquis e

utensílios;

f) Estudos ambientais: mapeamento detalhado de resíduos industriais, profundidade do nível

d’água e detecção de plumas de contaminação;

g) Geologia: investigação da espessura de solo, profundidade e heterogeneidades, do

embasamento raso, localização de horizontes de mineração, análise de fácies e sedimentologia, tanto

para depósitos recentes como para pretéritos, prospecção e avaliação de turfeiras, caracterização de

análogos de reservatórios, fraturas em pedreiras de granito ornamental, cavernas em pedreiras de

calcário e mineração rasa.

Existem diversas vantagens na aplicação do método GPR; dentre as principais, destacam-se:

a) estudo de feições em subsuperfície através de escalas que variam de poucos centímetros até

dezenas de metros com a utilização de diferentes frequências;

b) obtenção de perfis contínuos de altíssima resolução, de forma rápida e econômica;


24

c) apresenta relevante acurácia na localização de feições ou objetos enterrados em

subsuperfície;

d) enquanto que, para métodos que utilizam condutividade, magnetométria e a sísmica, as

estruturas de aço, ferrovias e aeroportos tornam difícil aquisição, o método GPR pode ser aplicado

mais facilmente, com reposicionamento com a blindagem de antenas caso o ruído seja prejudicial,

além de não danificar ou agredir o meio ambiente;

e) por ser um método de reflexão, as estimativas de profundidade de um alvo ou interface

podem ser efetuadas com maior precisão através da técnica common-mid-point (CMP) e por

correlação de medidas diretas;

f) permite um melhor posicionamento de furos de sondagem, melhorando a aquisição de

informações para Geologia ou Engenharia.

3.2 GROUND PENETRATION RADAR

O Ground Penetrating Radar (GPR) é um método eletromagnético que utiliza ondas de rádio

em freqüências muito altas, entre 1 e 1.000 MHz, baseando-se principalmente na reflexão das ondas

eletromagnéticas em estruturas e feições geológicas de subsuperfície. As ondas eletromagnéticas são

transmitidas para o meio a ser investigado e, ao incidir em uma interface que separa meios com

contrastes significativos de propriedades eletromagnéticas (permissividade dielétrica, permeabilidade

magnética e condutividade elétrica) são parcialmente refletidas até a superfície, onde são detectadas e

registradas.

O equipamento de GPR é composto de um par de antenas, um gerador de sinais

eletromagnéticos, antena transmissora e um sistema para registro destes sinais, a antena receptora.

Uma das antenas é usada para transmitir um sinal eletromagnético através da subsuperfície, ao passo

que a outra capta estes sinais após a sua reflexão por diferentes alvos no subsolo. A diferença que

existe entre o sinal emitido e o sinal captado é conseqüência da variação nas propriedades do subsolo.

O registro dos sinais pode ser apresentado como um perfil ou corte vertical do subsolo. A

interpretação deste perfil GPR permite identificar feições naturais da subsuperfície, como camadas

rochosas de diferentes litologias e artefatos enterrados. O registro decorrente do pulso de radar é a

curva de amplitude versus tempo, o traço registrado representando as variações das propriedades

elétricas do meio (Pestana & Botelho, 1997).

O tipo de aquisição mais comum é o perfil de reflexão, common-offset e a sondagem de

velocidade, denominada de CMP (common-mid-point). Na aquisição de perfis de reflexão, as antenas

Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 67280, 77p.

25

transmissoras e receptoras são mantidas a distância fixa e transportadas ao longo do perfil com

afastamento constante ou “fixed offset” (figura 3.1). Esta técnica pode ser realizada de duas maneiras

passo-a-passo (onde um ponto por vez é adquirido manualmente a partir de um comando no laptop ou

unidade de controle) ou no modo contínuo (onde os disparos de cada traço são pré-determinados

segundo intervalos de tempo ou espaço). Robinson & Michaud (1999) enfatizam que as antenas

devem ser mantidas separadas a uma distância igual ao comprimento da antena utilizada. As antenas

colocadas juntas uma da outra minimizam distorções próximas à superfície; entretanto, podem resultar

em interferências entre as antenas transmissoras e receptoras.

Figura 3.1- Representação esquemática de uma aquisição de 4 traços de um perfil de reflexão com GPR e

sua respectiva resposta no ar, na interface ar-solo e nas descontinuidades do subsolo. (modificado de

Robinson & Michaud 1999).

O perfil CMP é uma aquisição de campo realizada para medir a velocidade de propagação das

ondas eletromagnéticas no meio analisado. Neste levantamento as antenas transmissoras e receptoras

são afastadas em sentidos opostos, obedecendo a intervalos regulares de espaço de modo que seu

ponto médio permaneça fixo. No radargrama do CMP os refletores são representados por hipérboles e

as ondas terrestres e aéreas correspondem a linhas retas. Estas hipérboles permitem fazer uma

estimativa da velocidade de propagação da onda eletromagnética. Uma vez determinada esta

velocidade e conhecendo-se o tempo duplo de viagem das ondas eletromagnéticas, é possível

converter, este tempo em profundidade durante o processamento (figura 3.2).


26

Figura 3.2-Representação esquemática de uma aquisição CMP (A) Eventos idealizados do tempo do

chegada em função da separação das antenas numa sondagem CMP, (B). Robinson & Michaud (1999);

(adaptado de Annan & Cosway 1992).

A profundidade de penetração depende basicamente das propriedades elétricas das rochas e da

freqüência das antenas. A tabela 1 apresenta a freqüência central de diferentes antenas e respectivas

profundidades de penetração. Em terrenos com condutividade elétrica menor que 100 mS/m e, no caso

de meios não dispersivos, a velocidade de um pulso de radar permanece constante. Com isso, o GPR

torna-se ideal para investigação de tais meios (Davis & Annan, 1989).

Tabela 1: Correlação freqüência central da antena versus profundidade da investigação: quanto menor a

freqüência, maior a profundidade de investigação. As profundidades de investigação citadas

correspondem a valores médios. (http://www.geophysical.com).

Frequência central da antena X Profundidade de penetração

16 MHz 50 m

40 MHZ 35 m

70 MHz 25 m

100 MHz 20 m

200 MHz 7 m

270 MHz 6 m

400 MHz 4 m

900 MHz 1 m

1000 MHz 1 m

1600 MHz 0.5 m

2200 MHz até 0,75 m

http://www.geophysical.com/


27

A penetração é maior em terrenos com condutividade baixa, em formações geológicas tais

como areias e carbonatos, e menor em áreas com folhelhos e argilas. Os materiais geológicos (rochas

sedimentares, ígneas e metamórficas) podem ser considerados semicondutores ou dielétricos, e, assim

ser caracterizados por três propriedades elétricas: condutividade elétrica, permissividade dielétrica e

permeabilidade magnética (Olhoeft, 1981).

3.2.1- Condutividade Elétrica

A condutividade elétrica de um material é uma medida de sua habilidade em conduzir corrente

elétrica (Keller 1977). A Lei de Ohm mostra a relação da condutividade elétrica (σ[S/m]) associada à

densidade de corrente de condução e o campo elétrico, dada pela relação constitutiva:

EJ

. (1)

J

= densidade de corrente de condução [A/m2]

Ao aplicar um campo elétrico no meio geológico ocorre uma movimentação de cargas

elétricas. Dependendo da natureza deste material, podem existir dois tipos de correntes: de condução e

deslocamento. O principal mecanismo de correntes de condução, nas aplicações geológicas, é através

da movimentação de íons em soluções aquosas. A corrente de condução possui caráter dissipativo, ou

seja, a energia associada à produção da corrente elétrica é convertida em calor que é transferido para o

meio.

3.2.2- Permissividade Dielétrica

A corrente de deslocamento envolve perda e armazenamento de energia. A próxima relação

constitutiva relaciona a densidade do momento dipolar diretamente proporcional ao campo elétrico

aplicado e a constante de proporcionalidade, a permissividade elétrica ( ) do material, dada por

ED

. (2)

que pode ser associada às correntes de deslocamento por

dt

EdJ

dt

DdJ DD

(3)

onde ( ) é a permissividade elétrica, definida como


28

0. k (4)

sendo 0 a permissividade elétrica no vácuo )/10.85.8(

12

0mF

No momento em que um dielétrico é submetido a um campo elétrico ocorre a polarização, ou

seja, as cargas elétricas saem da posição original e assumem rapidamente uma nova configuração

estável. Esta mudança é responsável pelo aumento de energia armazenada pelo material. Retirando-se

o campo, as cargas voltam à posição original e a energia acumulada é liberada. Esse tipo de

comportamento é típico do que acontece num capacitor em um circuito elétrico.

Tanto a condutividade elétrica quanto a permissividade dielétrica são importantes, pois afetam

diretamente a atenuação e a propagação das ondas de radar (Annan, 1996).

)

A constante dielétrica ( r ), tanto para os materiais geológicos como para os sintetizados pelo

homem, variam de 1 no ar até 81 na água. Entretanto, para a maioria dos materiais terrestres, ( r ) está

compreendida entre 3 e 30 (ver tabela 2).

Tabela 2: Valores de constante dielétrica (εr), condutividade elétrica (σ), velocidade média (V) e atenuação

(α) para alguns materiais geológicos (Davis & Annan, 1989).

Material εr σ(mS/m) V (m/ns) α(dB. m)

Ar 1 0 0,3 0

Água destilada 80 0,01 0,033 2 x 10 -3

Água fresca 80 0,5 0,033 0,1

Água do mar 80 3x 104 0,01 1000

Areia seca 3-5 0,01 0,15 0,01

Areia saturada 20-30 0,1-1,0 0,06 0,03-0,3

Xisto 5-15 1-100 0,09 1-100

Silte 5-30 1-100 0,07 1-100

Argilas 5-40 2-1000 0,06 1-300

Granito 4-6 0,01-1,0 0,13 0,01-1,0

Sal seco 5-6 0,01-1,0 0,13 0,01-1,0

Gelo 3-4 0,01 0,16 0,01


29

3.2.3 - Permeabilidade Magnética

A terceira relação constitutiva do meio é dada por:

HB

. (5)

A relação direta do campo magnético H

com o campo indução magnética B

e a constante

de proporcionalidade é a permeabilidade magnética do material

.

Para a propagação de ondas EM nas freqüências do radar, supõe-se que a permeabilidade

magnética da maioria dos materiais geológicos é essencialmente independente da freqüência, e não

varia significativamente em relação à permeabilidade magnética do espaço livre (Keller 1977). Assim,

o efeito da variação na permeabilidade não tem sido considerado quando são feitas medidas

eletromagnéticas na terra. Entretanto, os efeitos de uma forte permeabilidade magnética não devem ser

totalmente ignorados nas seções GPR (Annan & Cosway 1992, b). O fluxo total é uma mistura de

correntes de condução e correntes de deslocamento. As correntes de deslocamento estão defasadas de

90° em relação às correntes de condução. A corrente elétrica que flui nos meios geológicos é

caracterizada por apresentar simultaneamente, e no mesmo local, os dois mecanismos de condução.

Isto significa que o fluxo total de corrente está associado a dois termos:

DC JJJ

(6)

dt

EdEJ

. (7)

Considerando um campo elétrico com variação senoidal no tempo, a equação acima pode ser

escrita como:

EjJ

(8)

Onde é a freqüência angular j e o número imaginário 2

1

1 . Nesta expressão a corrente de

condução independe da freqüência, ao passo que a corrente de deslocamento está diretamente

associada às variações na freqüência angular do campo.

A freqüência de transição, associada ao limite entre o fenômeno da difusão e da propagação,

pode ser determinada através da tangente j e o número imaginário 2

1

1 do ângulo de perda, dado

por:


30

tan (9)

Quando 1tan , os fenômenos difusivos e de propagação são exatamente iguais. No

momento em que tan assume valores diferentes de 1, um dos fenômenos passa a dominar sobre o

outro. Deste modo, em meios materiais ricos em substâncias condutivas, os efeitos da corrente de

deslocamento podem ser desprezados se comparados com aqueles causados pela corrente de

condução. Nos meios com baixa condutividade, os efeitos dielétricos dominam, havendo propagação

da onda. O equipamento GPR trabalha de forma mais eficiente em ambientes nos quais a tan é

muito pequena. Em geral, regiões de clima tropical, devido à alta condutividade relativa do solo, não

se adéquam satisfatoriamente à aplicação da técnica GPR (Oliveira Jr, 2001).

3.2.4 - Propagação de Ondas Eletromagnéticas

As equações de Maxwell fundamentam a teoria eletromagnética. As relações constitutivas

relacionam o campo elétrico externo aplicado ao campo interno pelas propriedades elétricas e

magnéticas dos materiais (Annan 1973).

No método GPR utiliza-se um dipolo elétrico horizontal como fonte do campo de ondas

eletromagnéticas. As frentes de onda básicas para uma fonte dipolar sobre a superfície da terra são

ondas esféricas. Qualquer onda esférica pode ser descrita por uma superposição de ondas planas

(Stratton 1941, Annan 1973). A partir das equações de Maxwell pode-se descrever o campo EM,

conforme mostrado a seguir:

t

DJH

(10)

t

BE

(11)

0. B

(12)

D

. (13)

Substituindo-se as relações constitutivas nas equações de Maxwell (10) e (11), obtém-se:

t

EEH

. (14)


31

t

HE

(15)

Supondo que os campos E

e H

variam harmonicamente com o tempo na forma etj

e

que

jt

onde, f 2

obtém-se:

EjH

(16)

HjE

(17)

Para obter a equação da onda, aplica-se o operador rotacional na equação (17) e utiliza-se a

equação (16), isto é, acopla a esta e utilizando a identidade vetorial:

EEE

2. (18)

assim determinamos:

EjjEE

2. (19)

Reconhecendo que num meio homogêneo, que não haja fontes nem absorvedores 0. E

,

obtém-se a equação da onda plana para o campo elétrico

02 Ejj

(20)

As propriedades físicas das rochas encontram-se num termo da equação acima, conhecido

como número de onda, dado por

jK 22

(21)

Quando w→0 prevalece às correntes de condução, então.

jK 2

(22)

Quando

, prevalece às correntes de deslocamento, então:


32

22 K (23)

Na prática, não é possível desprezar os efeitos da condução. Para incluir esses efeitos deve-se

definir tanto a permissividade dielétrica quanto a condutividade elétrica como complexas.

"'* i (24)

"'* i (25)

A solução geral da equação (20) para uma onda plana, com o campo elétrico nulo na direção x,

é dada por:

tikztikz

tzx eEeEE 00, (26)

onde:

xEé o campo elétrico na direção x,

0Eé o campo elétrico na superfície,

K é o numero de onda e deve ser expresso como ik

onde é constante de propagação

)1)(1(2

2

(27)

é

)1)(1(2

2

(28)

As equações (27) e (28) são expressas originalmente em (Stratton, 1941). Podemos expandi-

las em séries de potência, reduzindo as relações (27) e (28).

2

(29)

(30)

e

k

c

(31)


33

onde: smc /103 8 é a velocidade da luz no vácuo.

3.2.5 Coeficiente de Reflexão

Os mecanismos que geram as reflexões das ondas eletromagnéticas em subsuperfície são de

grande importância para o GPR. Estas reflexões são geradas por variações na impedância elétrica do

solo (Annan, 2000). A relação entre a amplitude da onda refletida e a amplitude da onda incidente

perpendicular à interface é dada pelo coeficiente de reflexão. Este coeficiente relaciona as

propriedades físicas do meio. O módulo do tensor impedância (ZXY) relaciona os campos elétrico e

magnético nas direções x e y:

),(

),(

tzH

tzEZ

y

x

xy

(33)

O campo elétrico na superfície pode ser escrito como: e

)(

0 ..),( ztiz

x eeEtzE (34)

e o campo magnético:

),(),(1

),( tzEti

k

z

tzE

itzH x

x

y

(36)

Substituindo as equações (33) e (34) em (36), na superfície (z=0) e em t=0, a impedância fica:

i

iZ xy

(37)

Em estudos de GPR, supõe-se que as ondas eletromagnéticas se propagam com incidência

normal. O coeficiente de reflexão GPR é expresso por:

2211

2211

12

12

ii

ii

ZZ

ZZRGPR

(38)

Quando a freqüência de operação é elevada pode-se negligenciar as correntes de condução.

Assim, a equação (39) se reduz a:


34

21

21

KK

KKRGPR

(39)

CAPÍTULO 4

AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO

Este capítulo abordará a descrição das etapas de aquisição e processamento dos dados de GPR

adquiridos na Restinga de Marambaia. A técnica GPR, quando adquirida para uma visualização

tridimensional, requer cuidados e planejamento sobre como efetuar uma aquisição francamente 3D.

No presente estudo, houve extremo cuidado ao desenhar a estratégia de campo, de modo a assegurar

que as amostragens espaciais in-line e cross-line fossem iguais, evitando deste modo a interpolação de

perfis, algo inaceitável em um trabalho de aquisição 3D.

O processamento para dados de GPR varia conforme a qualidade dos dados adquiridos. No

trabalho em foco, os dados apresentaram excelente qualidade; portanto, o processamento aplicado foi

básico, apenas para melhorar a visualização das estruturas.

4.1 – AQUISIÇÃO DOS DADOS

A primeira aquisição realizada na área de estudo foi o levantamento topográfico com GPS

diferencial. Foi definida uma malha regular de 5m x 5m, totalizando 31 pontos de leitura das

coordenadas para cobrir uma área de 20 x 30m2. Esta área foi reduzida para 20 x 20 m2, local que

apresentou melhores condições de aquisição. Os dados foram referenciados a um marco do Instituto

Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), distante cerca de 500 metros da área de estudo. Cada

posição de traço GPR foi obtida através de interpolação das coordenadas adquiridas no campo para

cada perfil. Os dados foram modelados no programa Surfer 8.0, com o intuito de visualizar as

variações das elevações da área e, posteriormente, delimitar qual a área útil de aquisição. A área de

20x20m2 está representada pela linha tracejada na figura 4.1.

Para a aquisição dos perfis de GPR, testes com o equipamento e diferentes parâmetros foram

realizados na área de estudo para que se obtivesse o melhor resultado, considerando, principalmente, a

profundidade de penetração versus resolução, uma vez que o objetivo do levantamento é identificar

estruturas sedimentares.

Os parâmetros avaliados foram freqüência e polarização das antenas, amostragens temporal,

número de traços, número de pontos por traços (pts/trc), janela de tempo, posição inicial, posição final,

step size, voltagem e número de stacks. Os parâmetros de aquisição para cada seção adquirida

encontra-se em Anexo.


36

Figura 4.1- Área de estudo de 20x20m delimitada em tracejado.

A polarização, ou seja, posição entre as antenas transmissora e receptora em relação ao perfil

de caminhamento, bem como seu posicionamento em relação às estruturas e objetos enterrados, foi

fundamental para o bom imageamento de subsuperfície. Foram utilizadas 8 tipos de polarizações,

conforme esboçado na figura 4.2.

Figura 4.2- Principais polarizações das antenas de GPR.


37

Normalmente, um levantamento GPR é realizado com antenas paralelas entre si e

perpendiculares à direção do perfil, arranjo co-polarizado broadside perpendicular. Este arranjo

apresenta uma melhor iluminação do campo eletromagnético quando comparado com a polarização

broadside paralela, na qual as antenas são paralelas entres si e também ao perfil de caminhamento

(figura 4.3).

Ainda na figura 4.3 observa-se um resultado adquirido na área de estudo durante os testes para

definição da polarização. Verificou-se que antenas movendo-se com configurações diferentes

produzirão seções distintas, a menos que a subsuperfície seja isotrópica (Guy et al. 1999; Streich et al.

2004; Travassos & André, 2005; Travassos & Musa, 2008).

Figura 4.3-Lóbulos de iluminação do campo eletromagnético produzido por antenas broadside

perpendicular e paralela e respectivas seções radar-estratigráficas adquiridas na área de estudo,

fornecendo invariavelmente imagens distintas da mesma subsuperfície.

Uma característica importante deste trabalho é que os dados foram adquiridos ao longo de

perfis em duas direções perpendiculares, mantendo-se a configuração broadside perpendicular. Esta

prática de campo leva em conta a característica vetorial, ou a polarização do campo eletromagnético


38

emitido e recebido pelas antenas bipolares GPR, terminando assim com dois conjuntos independentes

de dados in-line e cross-line, evitando-se a mistura de polarizações durante a reamostragem no

processamento, outro erro encontrado com freqüência na literatura sobre levantamentos alegadamente

3D.

A mistura de polarizações é inevitável em levantamentos GPR, onde os perfis são realizados

apenas em uma direção. Devido à estratégia de campo proposta neste trabalho, terminou-se de fato e

automaticamente com dois levantamentos 3D, porém de polarizações distintas, fornecendo

invariavelmente imagens distintas da mesma subsuperfície (Travassos & André, 2005; Travassos et al.

2008; Kruk et al. 2003).

Definidos os parâmetros de campo, freqüência das antenas e polarização das mesmas, foi

iniciada a delimitação da área de estudo e estaqueamento da mesma com perfis espaçados a cada

0.25m nas duas direções, igual à amostragem espacial entre os traços. Na figura 4.4, observa-se a

preparação da área de estudo para se iniciar a aquisição dos perfis.

Figura 4.4- Vista para norte da área de estudo onde foram adquiridos os dados geofísicos. A linha

tracejada indica a direção de declividade da topografia. Ao fundo é possível ver as antenas GPR e, em

primeiro plano, as linhas-guia na direção in-line para o levantamento GPR 3D.


39

No presente estudo, foram tomados cuidados especiais ao se desenhar a estratégia de campo,

de modo a assegurar que as amostragens espaciais in-line e cross-line fossem iguais. Já está

estabelecido que aquisições 3D requerem amostragens densas, com espaçamento entre perfis da

mesma ordem que entre os traços, tal que se possa reproduzir fielmente a subsuperfície.

Ao comparar uma seção adquirida no campo, com aquela artificial produzida em

processamento, verifica-se o quanto as informações são distorcidas da realidade, acarretando em

interpretações equivocadas (figura 4.5). A amostragem não uniforme nas duas direções

perpendiculares definidas em levantamentos convencionais produz inevitavelmente alias espacial na

direção cross-line, i.e., perpendicular à direção in-line, agravado sobremaneira pela interpolação de

perfis através da reamostragem de traços. A maioria absoluta dos levantamentos 3D descritos na

literatura pode ser apenas considerada como 2.5D por ser realizado com perfis em uma só direção,

com offset fixo e com amostragem espacial cross-line múltipla da in-line, permitindo apenas uma

renderização gráfica 3D (figura 4.6).

O trabalho adicional do presente levantamento resultou em um imageamento de alta qualidade

das estruturas em subsuperfície. Há na literatura exemplos de levantamentos 3-D com amostragem

espacial correta nas direções in-line e cross-line (Grasmueck, 1996; Szerbiak et al. 2001; Birken et al.

2002; Grasmueck & Weger, 2003).

Figura 4.5-À esquerda, seção radar-estratigráfica in-line76, adquirida na Restinga de Marambaia. À

direita, seção radar-estratigráfica artificial produzida no processamento através da reamostragem dos

traços aumentando-se o espaçamento dos perfis artificialmente.


40

Figura 4.6-Visão tridimensional de uma aquisição GPR 3D convencional com alias espacial na direção

cross-line e mistura de polarizações.

Por convenção, durante as aquisições foi adotada a direção NE-SW como in-line e a direção

perpendicular, NW-SE, como cross-line (figura 4.7). Foram adquiridos 81 perfis na direção in-line e

81 na direção cross-line. O espaçamento adotado entre os perfis foi de 0.25m, 25% do tamanho das

antenas. Os perfis apresentam extensões de 20,0m, com 81 traços.


41

Figura 4.7- Estratégia de aquisição com orientação dos perfis in-line e cross-line para uma área de 20 x 20

m2, com espaçamento entre traços igual ao espaçamento entre perfis (0,25m).

Não obstante os cuidados descritos acima ressalta-se que nos resultados apresentados neste

trabalho devem ser considerados como um levantamento 3D com pouco mais de 3 graus de liberdade,

na medida em que os dados foram obtidos com as antenas mantidas na mesma configuração (fixed-

offset), paralelas entre si e perpendiculares à direção dos perfis, ao longo das duas direções de

aquisição. Existe uma particularidade fundamental entre o levantamento proposto 3D de GPR e 3D de

sísmica terrestre; neste ultimo, além das duas direções horizontais e a profundidade, ainda há dois

graus de liberdade adicionais, o offset e azimute, totalizando 5 variáveis (x, y, z, d, ) (Yilmaz,

2001;Cordsen et al. 2000).

Utilizou-se para aquisição dos dados uma janela de tempo definida de 850 ns. Na antena

transmissora foi utilizada uma voltagem igual a 1000V. Esses parâmetros de aquisição possibilitaram a

penetração do sinal até a profundidade de 27,0m aproximadamente. O disparo do sinal emitido na

antena transmissora foi contínuo no tempo, com amostragem espacial variando de 0.05 a 0.25m

(figura 4.8). Na fase de edição dos dados adquiridos realizou-se a reamostragem do espaçamento entre

os traços através de decimação, para 0.25m, correspondente à distância entre os perfis.


42

Figura 4. 8 - Estratégia de aquisição GPR 3D com antenas perpendiculares à direção dos perfis nas duas

direções e espaçamento entre os traços variando de 0.05 a 0.25m e distância entre perfis igual a

0.25metros.

A outra aquisição realizada na área foi o common-mid-point (CMP), para se obter a velocidade

de propagação da onda eletromagnética da área. Além da aquisição fixed-offset foi adquirido na

direção NE-SW o perfil CMP distante 10,0m da origem, exatamente no centro do perfil com extensão

de 20,0m, de modo a determinar a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no substrato

arenoso (Annan & Cosway, 1992). A figura 4.9 mostra o arranjo do perfil CMP, onde as antenas são

movidas a partir de um ponto equidistante, e as ondas diretas no ar e na terra (ground wave), seguidas

pelas ondas de radar refletidas e refratadas. O início da aquisição do perfil CMP foi feito exatamente

na metade do perfil, considerando 10,0m para cada lado e espaçamento entre os traços de 0,20m, com

separação inicial entre as antenas de 0,6m em função da influência do dipolo existente ente as antenas

de 100Mhz.


43

Figura 4.9- Demonstração da aquisição do perfil CMP (modificado de Annan & Cosway, 1992)

Foram realizadas 06 sondagens a trado na área para balizar o sinal de GPR. A descrição

geológica das amostras foi realizada in situ. A figura 4.10 apresenta a localização das sondagens na

área de estudo.

Figura 4.10- Mapa de localização das sondagens realizadas na área de estudo.

4.2– PROCESSAMENTOS GPR

Os dados da Restinga de Marambaia foram processados segundo a seqüência apresentada por

Annan (1992), já descrita anteriormente no Capítulo 1. Como o dado bruto apresentou excelente

qualidade, não foi necessário aplicar processamento especial para melhorar a visualização dos


44

refletores. A rotina foi à seguinte: drift removal, set time zero, dewow, filtragem passa-banda, ganho

SEC, conversão tempo em profundidade, migração e correção topográfica.

Na figura 4.11, observa-se o dado GPR bruto, tal como foi adquirido em campo e carregado no

software de processamento Ekko View. Nesta seção representativa, observam-se traços danificados que

foram eliminados. Os perfis apresentam extensão de 20,0m, para compor um cubo tridimensional

regular. A janela de tempo também foi limitada a 740ns aproximadamente, que equivale a 20,0m de

profundidade.

Ainda na figura 4.11, observa-se o comportamento do traço do dado bruto, representado em

um gráfico tempo versus amplitude com baixas frequências, correspondente ao intervalo de tempo de

0.0 a 40ns, (assinalado com circulo verde). A partir desse intervalo ocorrem as altas freqüências

especialmente próximo de 270ns, que tendem a diminuir a amplitude em função do tempo, devido ao

efeito da atenuação natural, ou seja, perda de energia.

A etapa de edição compreende alguns procedimentos, tais como eliminação de traços e ajuste

do tempo zero, ou seja, ajustar o tempo inicial de registro ao primeiro refletor encontrado no subsolo;

reamostragem espacial nas duas direções para 0.25m, igual à distância entre os perfis; restrição da

janela de tempo para 600ns, onde a razão sinal-ruído foi máxima; definição da geometria para compor

um cubo, organizando as seções ordenadamente para que todas as seções comecem e terminem na

mesma direção com extensão de 20,0m. Tais padronizações foram realizadas para compor um cubo

de 20x20x20 metros


45

Figura 4.11- Figura acima o dado bruto e abaixo, respectivo registro do traço para uma aquisição

realizada com antena de 100MHZ e 1000 volts. Dentro do círculo verde a ocorrência de baixas freqüências

nos primeiros tempos de reflexão.

Após a etapa de edição e geometria dos dados foi aplicado às seções o filtro passa-alta, dewow,

que corrige os fenômenos de indução relacionados às componentes de baixa freqüência do sinal

observados no registro do traço para o intervalo de 0 a 40ns na figura 4.11. O wow aparece como uma

saturação do sinal, sendo considerado artefato de baixa freqüência. A correção é realizada através de

um filtro passa-alta, que elimina apenas as baixas frequências. O resultado está demonstrado na figura

4.12. Observa-se no registro do traço a eliminação das freqüências baixas no intervalo acima citado.


46

Figura 4.12-Registro do traço após filtro passa-alta, dewow observa-se a eliminação das baixas

frequências no intervalo de 0 a 40ns.

Antes de aplicar a bandpass filter nos dados foi aplicado o ganho SEC (Spheric and

Exponential Compensation), GMáx = 50, pois além de haver perda de energia durante uma filtragem há

também nos dados o efeito do decaimento exponencial do sinal de radar ao penetrar no solo, havendo

a possibilidade de compensação da diminuição das amplitudes através do ganho.

O SEC é a combinação do ganho temporal linear com o ganho temporal exponencial. Neste

ganho em especial, ocorre à preservação da amplitude dos refletores superficiais, compensando o


47

decaimento das mesmas por espalhamento esférico e dissipação ôhmica de energia. Devido perda de

energia pela geometria, geometrical spreading do wavelet, a absorção das altas frquências aumenta o

comprimento de onda do wavelet. Os refletores profundos apresentam amplitudes mais baixas que os

rasos, causado pela atenuação do sinal. O ganho SEC é expresso por A(t)=exp (α v t)/(t), onde α é a

atenuação. O resultado do ganho SEC encontra-se na figura 4.13.

Figura 4.13-Resultado na seção do ganho SEC abaixo a resposta do ganho SEC no registro do traço.

Assim, após o ganho SEC foi aplicada a filtragem temporal que define o intervalo de

frequências permitidas para uma antena de 100MHz. A resposta espectral do GPR deveria ser ajustada

na freqüência central, com uma largura de pico igual, mas devido às variações da geologia e presença

de ruídos, isso não ocorre. Sendo assim, nos dados da Restinga foi aplicado o filtro que eliminou as

freqüências menores que 15/20MHz e maiores que 180/183MHz, ou seja: f1=15MHz, f2=20MHz

f3=180MHz, f4=183MHz. O resultado dessas filtragens encontra-se na figura 4.14.


48

Figura 4.14-Seção radar-estratigráfica após a filtragem temporal, band-pass filter e respectivo registro do

espectro do traço.

Em seguida foi aplicada a filtragem espacial anti-alias, que corresponde ao corte da

freqüência de Nyquist. A amostragem de Nyquist requer que, para visualizar a menor estrutura possível

nesta estratégia de campo, ela deve apresentar tamanho mínimo 0,50m, o que equivale a duas

amostragens de 0,25m (frequência de 100%), mas, devido á presença de ruídos frequentes durante as

aquisições, foi adotada uma filtragem espacial de 90% da freqüência de Nyquist. A maior freqüência


49

permitida, segundo o teorema de Nyquist para os dados, foi de 1.8ciclos/m. O resultado após a

filtragem espacial mostrado na figura 4.15, acompanhado do registro do traço.

Figura 4.15- Seção radar- estratigráfica após a filtragem espacial e respectivo registro do traço.

Para as demais etapas, como a conversão tempo em profundidade e a correção topográfica, foi

necessário calcular o valor do modelo de velocidade para a área.

A velocidade de subsuperfície na área de estudo foi inteiramente baseada na análise do perfil

CMP, de modo a permitir a conversão do tempo duplo (TWT) em profundidade. Na figura 4.16,

apresenta-se o resultado da avaliação da sondagem CMP com o modelo de velocidade para esta região.


50

A análise da velocidade forneceu um modelo de duas velocidades: V1 = 0.14m/ns para o intervalo de

tempo (0 - 225ns) e V2 = 0,09m/ns para 225ns.

Figura 4.16- Perfil CMP e modelo de velocidade de propagação da onda eletromagnética para a área de

estudo.

Este modelo de velocidade implica que a profundidade de investigação de uma seção de 600ns

é de aproximadamente 27metros. Isto define a geometria 3D como um cubo de 20x20x20m³. O limite

no alcance em profundidade, no entanto, não é o único limite a ser considerado nas seções; há os

limites internos à seção, ou o limite em resolução. A resolução vertical de uma determinada camada

pode ser 1/4 do comprimento de onda (Widess, 1973); no caso estudado, situando-se entre 0,02 –

0,35metros. A resolução horizontal poderá ser, no máximo, da mesma ordem de grandeza (Grasmueck

et al. 2003). O maior mergulho que pode ser recuperado terá a diferença de tempo de trânsito entre

duas reflexões subsequentes menores que 1/2 período, permitindo recuperar ângulos de até de 60º

(Grasmueck et al. 2003).

O modelo de velocidade indicou a necessidade da adoção de mais de uma velocidade de

migração. No entanto preferiu-se adotar um modelo de uma velocidade apenas. A migração 2D foi

realizada com uma velocidade de 0.06m/ns, inferior às velocidades encontradas na análise dos perfis

CMP (figura 4.16). Velocidades de migração maiores que esta produzem smiles na metade inferior das

seções. A topografia foi inserida nas seções subseqüentemente à migração, sendo a última etapa do


51

processamento. Como os perfis são curtos (20,0m), e a topografia e plana com imperceptíveis

variações das elevações nas seções (Figura 4.17).

Figura 4.17-Resultado final do processamento aplicado nos dados da Restinga e respectivo registro dos

traços, demonstrando a variações da freqüência das amplitudes em função do tempo.

CAPÍTULO 5

INTERPRETAÇÃO & MODELAGEM

A interpretação dos dados de GPR foi realizada de duas maneiras: a primeira foi baseada na

forma e adaptação de termos e conceitos herdados da sismoestratigrafia associada às fácies

sedimentares, possibilitando, assim, individualizar radarfácies tanto bidimensionais (2D) como

tridimensionais (3D). A outra maneira usada neste trabalho para interpretar os dados de GPR foi

através de time-slice, que possibilita realizar interpretações em planta dos resultados em qualquer

tempo ou profundidade. O parâmetro interpretado é a variação das amplitudes do sinal

eletromagnético, representadas pelo espectro de cores quentes e frias que determinam estruturas e

zonas anômalas, que se destacam ou se atenuam em função das variações da geologia da área, tais

como saturação em água, composição mineralógica e presença de matéria orgânica.

A modelagem dos dados foi realizada segundo a forma 2D que os dados foram interpretados,

ou seja, foi confeccionado um modelo radar-estratigráfico tridimensional e outro modelo 3D, baseado

na interpretação de todos os time-slices até o tempo de 600ns.

Um dado importante obtido no levantamento da técnica de CMP é a obtenção da velocidade

da onda eletromagnética. Conhecendo-se a velocidade, podem-se converter os dados em tempo do

GPR para profundidade (conversão tempo x profundidade) e, então, correlacionar os resultados do

GPR em profundidade com a informação geológica advinda da sondagem. Portanto, as interpretações

feitas no presente trabalho foram integradas às informações geológicas locais até a profundidade

alcançada nas sondagens.

Para iniciar a interpretação dos dados realizou-se a descrição das seis sondagens e a confecção

dos perfis descritivos das sondagens existentes na área.

5.1 - DESCRIÇÃO DAS SONDAGENS

A sondagem foi realizada através de trado manual, perfazendo seis furos num total de 33.5m

lineares. Ressalta-se que todas as sondagens foram encerradas no nível freático, sendo, fator limitante

da continuidade das perfurações. Os dados interpretados foram integrados à descrição das seis

sondagens realizadas na área de estudo (figura 5.1).


54

Na sondagem SD-01 predomina areia quartzosa de granulometria média, com grãos

subarredondados (70%), subangulosos (20%), arredondados e foscos (10%), com presença de matéria

orgânica disseminada em forma de raízes e fibras vegetais presentes nos primeiros intervalos

sondados.

Na sondagem, SD-02, observa-se o predomínio de areia quartzosa com presença de matéria

orgânica, semelhante à da sondagem SD-01. Nos níveis de areia fina, encontram-se minerais opacos,

como turmalina e mica. Estes intervalos apresentam coloração cinza. A partir de 5.5m encontra-se

lama arenosa com fragmentos de conchas e bivalves até a profundidade de 7.0 metros.

Na SD-03, encontra-se, no intervalo de 0 a 2.5m, areia média e, no intervalo de 2.5 a 3.0m há

contato brusco entre areia média e cascalho com fragmentos de conchas. Na profundidade de 3.0m a

4.5 m ha lama arenosa com fragmentos de conchas e bivalves e, subordinadamente, areia fina

intercalada, contendo minerais opacos, turmalina e mica. Na base, a 5.0m, com espessura de 0.50m,

retorna o cascalho com fragmentos de conchas.

A sondagem SD-04 apresenta areia média com intercalações de areia fina e minerais opacos.

Na base foi encontrado arenito semi-consolidado no intervalo de 5.5 a 6.5metros.

Na sondagem SD-05 predomina areia média com matéria orgânica no topo e, a partir dai,

níveis intercalados de areia fina com minerais pesados.

Na sondagem SD-06 observa-se areia quartzosa de granulometria média, com grãos

subarredondados (60%), subangulosos (20%), arredondados e foscos (20%) até a profundidade de 6.0

metros.

De uma maneira geral os sedimentos apresentam granulometria média superior, coloração

cinza em função da proporção de matéria orgânica encontrada e também devido à presença de

minerais opacos, granada e turmalina, sendo que a ocorrência destes é menor em direção à base, onde

ocorrem preferencialmente os opacos e alguns grãos de quartzo que apresentam inclusões escuras.


55

Figura 5.1 - Perfis descritivos das sondagens realizadas na área de estudo, porção leste da Restinga de Marambaia.


56

5.2 - DESCRIÇÃO DAS SEÇÕES RADAR-ESTRATIGRÁFICAS

Foi possível o reconhecimento de estruturas sedimentares de detalhe em depósitos do

Quaternário devido à alta resolução dos dados de GPR em função da boa penetração do sinal nos

depósitos arenosos. A interpretação desses dados pode ser associada às fácies sedimentares e ao

estabelecimento de uma sucessão vertical de fácies. Os resultados desse trabalho foram interpretados

tendo como base uma adaptação dos termos e conceitos herdados da sismoestratigrafia, convertidos

para escala do GPR, sendo, portanto identificadas e denominadas radar-fácies. Deste modo, garante-se

que as interpretações atribuídas aos padrões de terminação extraídos da sismoestratigrafia

convencional representem o registro geológico de acordo com a escala de operação.

O reconhecimento de radar-fácies foi realizado através da análise de algumas características

relevantes dos refletores, tais como:

a) forma dos refletores;

b) dip dos refletores;

c) relação entre as reflexões;

d) continuidade dos refletores;

Dessa maneira, identificaram-se as radar-fácies e superfícies limitantes para a área estudada.

Dentre as in-lines interpretadas escolheu-se o perfil NE-SW_76 para representar as estruturas

presentes nesta direção. A figura 5.2 apresenta a seção radar-estratigráfica e sua respectiva

interpretação, juntamente com o mapa de localização das sondagens e a seção acima citada.

As principais estruturas sedimentares encontradas em depósitos arenosos eólicos estão

agrupadas em estruturas primárias e secundárias. Dentre as primárias, identificaram-se duas

superfícies limitantes de primeira ordem plano-paralelas; três de segunda ordem, que individualizam

os foresets; e uma de terceira ordem, em menor escala. Para a direção in-line, caracterizaram-se cinco

radar-fácies; A, A’, B, C, D. A descrição das 5 radar-fácies encontra-se a seguir, do topo para a base

(figura 5.2).


57

Figura 5.2– Interpretação da seção in-line NE-SW_76, com identificação de 3 superfícies limitantes (primeira, segunda e terceira ordens) e de 5 radarfácies (A, A’,

B, C e D).


58

Radar-fácies A: caracterizada pela forma planar dos refletores com configuração subparalela

a oblíqua, apresenta reflexões contínuas de alta amplitude. O seu limite superior é

concordante com a superfície e o inferior possui uma terminação sobre os refletores da

radarfácies B (onlap). O ângulo de mergulho dos refletores, apesar de baixo, é para o sentido

NE.

Radar-fácies B: As reflexões apresentam-se em configuração sigmoidal, com refletores contínuos,

apesar de possuírem dimensões distintas. O seu limite superior é truncado pela radar-fácies A, e o

inferior mostra uma terminação mergulho abaixo sobre a radar-fácies A’ (downlap). Até

aproximadamente ¼ da seção, os refletores mergulham para NE, mas o mergulho predominante dessa

radarfácies é para SW, com ângulos pouco mais elevados, de aproximadamente 10° a 20°. A relação

entre as reflexões ocorre na forma tangencial, principalmente no intervalo de 200 a 300ns, à direita da

seção.

Radar-fácies A’: Esta radar-fácies apresenta forma planar, com refletores contínuos, subparalelos,

com mergulho (dip) suave em direção NE. No seu limite superior observa-se uma terminação brusca

mergulho acima com a radar-fácies B (toplap) e, no inferior sobre, a radar-fácies C (onlap).

Radar-fácies C: Caracterizada pela configuração sigmoidal, com refletores contínuos, subparalelos,

apresentado com ângulo baixo e sentido de mergulho para SW. Seu limite superior é truncado pela

radarfácies A’ e o inferior apresenta terminações mergulho abaixo sobre a radar-fácies D (downlap).

Radar-fácies D: Esta radar-fácies se assemelha a radar-fácies anterior, porém a diferença se dá no

valor do ângulo de inclinação dos refletores. Os refletores desta radar-fácies apresentam-se contínuos,

subparalelos, com ângulo baixo e sentido de mergulho para SW. Seu limite superior é concordante

com a radar-fácies C e o inferior com terminações mergulho abaixo (downlap) sobre a próxima

superfície abaixo da base da seção.

Para representar as estruturas identificadas na direção perpendicular, cross-line, escolheu-se a

seção NW-SE_76 (figura 5.3). Nesta, foram identificadas sete radar-fácies (A, A’, B, C, D, E e F), e

oito superfícies limitantes, sendo duas de primeira ordem, três de segunda ordem e três de terceira

ordem.


59

Figura 5.3– Interpretação da seção cross-line NW-SE_76, com identificação de 3 superfícies limitantes (primeira, segunda e terceira ordens) e 7 radar-fácies (A,

A’, B, C D, E e F)


60

Descrição das radar-fácies na direção cross-line, do topo para a base:

Radar-fácies A: Caracterizada pela forma planar dos refletores com configuração subparalela

a oblíqua, esta radar-fácies apresenta reflexões contínuas de alta amplitude. O seu limite

superior é concordante com a superfície e o inferior possui uma terminação sobre os

refletores da radar-fácies B e E (onlap). O ângulo de mergulho dos refletores apesar de baixo

permite observar mergulho suave para NE.

Radar-fácies E: Esta radar-fácies apresenta configuração tangencial e refletores contínuos. O

sentido de mergulho predomina para NW. Observa-se configuração suavemente côncava a

sinuosa. O limite superior é truncado pela radar-fácies A e o inferior em onlap sobre a radar-

fácies B.

Radar-fácies B: As reflexões apresentam-se em configuração sigmoidal, com refletores contínuos,

apesar de possuírem dimensões distintas. O seu limite superior é truncado pelas radar-fácies A e E e o

inferior, com terminações mergulho abaixo sobre a radar-fácies A’ (downlap). Até aproximadamente

¼ da seção, os refletores mergulham para NE, mas o mergulho predominante dessa radar-fácies é para

SW, com ângulos pouco mais elevados, variando de 10° a 20°. A relação entre as reflexões ocorre na

forma tangencial, principalmente no intervalo de 200 a 300ns, à direita da seção.

Radar-fácies A’: A radar-fácies A’ apresenta forma planar, refletores contínuos, subparalelos, com

dip suave no sentido NW. Esta radar-fácies é truncada no seu limite superior e, no inferior, em onlap

sobre as radar-fácies C e D.

Radar-fácies C: Caracterizada pela configuração sigmoidal, com refletores divergentes. A relação

entre as reflexões é tangencial, com dip para SE e ângulo < 30°. Seu limite superior é truncado pela

radar-fácies A’ e o limite inferior em downlap sobre a radar-fácies D.

Radarfácies D: Caracterizada pela configuração sigmoidal, que apresenta refletores contínuos e

subparalelos. A relação entre os refletores é tangencial, com ângulos em torno de 20° a 30° mergulho

para NW. Seu limite superior é truncado pela radarfácies A’ e o limite inferior em downlap sobre a

radar-fácies F.

Radar-fácies F: Esta radar-fácies apresenta configuração levemente sinuosa, com refletores

subparalelos, mergulho predominante para NW, e ângulos com inclinação aproximada de 10°.

Após identificar e analisar as estruturas sedimentares internas presentes na área percebe-se

que há superposição de dois pacotes de sedimentos arenosos, com uma fase transgressiva e outra

regressiva. As radarfácies que caracterizam transgressão são aquelas que estão progradando em

direção ao continente, ou seja, para o norte (NW/ NE). Este registro se observa nas radarfácies B, C e

D na direção in-line e, na direção cross-line, nas radarfácies B, C, E e F.


61

Os registros de regressão do nível do mar são observados nas radarfácies A e A’ para as duas

direções. A integração do modelo geofísico com as sondagens foi possível somente até a profundidade

máxima de 7.0 metros. Seria necessário atingir profundidades maiores para validar o método e as

estruturas mais profundas.

A seção adquirida na direção NW-SE foi balizada por duas sondagens˸ SD-02 e SD-03. Estas

apresentam variações granulométricas desde lama a cascalho, com fragmentos de conchas e bivalves,

sendo que no topo predominam areia media e matéria orgânica. As intercalações de sedimentos

grossos e finos indicam que houve uma dinâmica bastante ativa até a profundidade de 7.0 metros. Este

intervalo é interpretado neste trabalho como limite entre uma transgressão (radar-fácies B) e regressão

(radar-fácies A), baseado nas descrições e nos padrões dos refletores.

Analisando na outra direção, NE-SW, com as sondagens SD-03, SD-04 e SD-05, até a

pofundidade de 6.0m, verifica-se a mesma variação de sedimentos, porém na SD-04, localizada no

início da seção, observa-se na base a presença de arenito semi-consolidado, relacionado com a radar-

fácies B e a presença de lama e cascalho na SD-03, no final da seção, interpretadas como radar-fácies

A e E.

Esta relação entre areia média depositada sobre arenito semi-consolidado e lama arenosa já

havia sido registrada na literatura, indicando que a construção dos esporões foi posterior ao evento

que originou a restinga, ou seja, que a restinga foi construida por sedimentos fluvio-marinhos do

Pleistoceno e coberta pelos sedimentos arenosos do Holoceno. O terraço holocênico encontra-se um

pouco mais desenvolvido na parte leste da Restinga, local onde foi realizado o levantamento.

Uma técnica muito importante que foi aplicada durante a interpretação das seções é a

correlação entre refletores, para visualizar a continuidade das estruturas em diferentes direções. A

correlação foi realizada através do software Opendetec (RVS), que permite cruzar seções na posicão

desejada, construindo diagrama de cerca (figura 5.4). Neste cruzamento, por exemplo, entre as seções

NE-SW_76 com a perpendicular NW-SE_29 foi claramente visível a continuidade dos refletores. Essa

perfeita correlação somente foi possível devido a estratégia de campo adotada neste trabalho.


62

Figura 5.4–Diagrama de cerca mostrando a continuidade dos refletores durante a correlação entre duas

seções perpendiculares. Neste exemplo têm-se a correlação entre as seções NE-SW_76 com a

perpendicular NW-SE_29.

Através de diagramas de cerca, verificou-se em todas as seções refletores proeminentes,

contínuos, que ocorrem na profundiade aproximada de 10 a 11 metros, equivalente ao intervalo de

225-250ns (figura 5.5). Este intervalo foi interpretado neste trabalho como uma superfície de

inundação máxima, já que o lençol freático na maioria das sondagens foi encontrado em níveis mais

rasos, em torno de 6 a 7metros.


63

5.5-Seção GPR adquirida na direção in-line mostrando uma superfície de inundação máxima

representada por um refletor plano- paralelo no intervalo 225 - 250ns, destacado pela cor azul.

5.3 - MODELO TRIDIMENSIONAL RADAR-ESTRATIGRÁFICO

Finalizada a interpretação 2D das seções radar-estratigráficas, iniciou-se a interpretação e

confecção do modelo tridimensional. A modelagem foi realizada no programa Reflex, que é utilizado

tanto para processamento como para visualização dos dados em 3D. Este programa permite realizar

cortes no cubo em qualquer direção para visualizar estruturas internas e correlacioná-las com as

laterais (figura 5.6). A visualização da configuração dos refletores sigmoidais se torna bem visível em

3D, sendo possível correlacionar estruturas internas com as externas ao cubo. A seta na figura 5.6

mostra o sentido da progradação, que supostamente é o registro da ultima transgressão marinha na

área estudada.

Dentre os limites das superfícies identificadas nas seções, aquele que apresentou maior

interesse para a modelagem foi o limite entre a superfície de inundação máxima seguida da última

transgressão na área, representada pela radar-fácies B. Esta radar-facies prograda em direção ao

continente, mais precisamente, de SW para NE, havendo aumento no aporte sedimentar neste sentido,

que pode ser devido aos ventos fortes de sudoeste e/ou as variações do nível do mar. Verifica-se

através das sondagens que atingiram profundidade máxima de 6 a 7.0m que a radar-facies B está em

um ambiente misto, entre sedimentos fluvio-marinhos a eólicos, ou seja, entre os sedimentos do

Pleistoceno e Holoceno, segundo datações.


64

Durante o detalhamento deste intervalo foram identificadas 4 subsuperfícies limitantes entre

as subsuperfícies mapeadas; verifica-se que a terceira (da base para o topo) trunca as subsuperífies 1

e 2, mergulhando para norte.

Posteriormente, sobrepondo a estas subsuperfícies, encontra-se a subsuperfície 4 (topo) que

prograda em direção ao continente, aumentando a quantidade de sedimentos eólicos bem selecionados

e, na base, sedimentos fluvio-marinhos, conforme as descrições das sondagens que mostram grãos

bem selecionados no topo e granulometria variada na base. Os sedimentos eólicos variam entre

muito selecionados a mal selecionados, com grãos arredondados a subarredondados, o que

pode indicar retrabalhamento pelo vento sudoeste durante o seu transporte dos mesmos.

5.6-Visualização tridimensional da radar-fácies B. A seta mostra o sentido da progradação, de sul para o

norte, no sentido do continente, supostamente o registro da ultima transgressão marinha na área

estudada.


65

5.4 - INTERPRETAÇÕES EM TIME-SLICE

Outra forma de se interpretar e visualizar os dados de GPR é na forma time-slice. Utilizou-se o

programa EKKO_MAPPER, da Sensor Software, para gerar as imagens de subsuperfície em planta em

intervalos de 30ns até a profundidade equivalente ao intervalo de tempo de 600ns.

O parâmetro avaliado nestas imagens é a variação da amplitude do sinal eletromagnético em

função da composição geológica, saturação em água e estruturas sedimentares presentes. As imagens

são visualizadas através de um espectro de cores quentes e frias. As cores quentes estão relacionadas

às litologias que apresentam as seguintes propriedades elétricas: constante dielétrica, condutividade

elétrica e coeficiente de atenuação baixo e velocidade de propagação da onda eletromagnética alta.

Neste contexto, pela tabela 2, mostrada no capítulo 3, a litologia que apresentaria estas propriedades

seriam as areias médias secas, bem selecionadas, atingindo no espectro de cores os valores mais

elevados (amarelo esverdeado ao vermelho) figura 5.7. As amplitudes baixas estariam relacionadas à

saturação com água, seja doce ou salgada, presença de silte e/ou argila, que apresentariam as

propriedades elétricas opostas às areias secas, ou seja, constante dielétrica, condutividade elétrica e

coeficiente de atenuação alto e velocidade de propagação da onda eletromagnética baixa.

Figura 5.7– Time-slice correspondente ao intervalo de 225 - 255 ns

A figura 5.7 é o time-slice referente à superfície de inundação máxima, no intervalo 225-255ns

(vide figura 5.5). Observando-se o time-slice como um todo, a quantidade de areia seca é pouca,

representada pelos tons de amarelo e vermelho (amplitude alta). Em contrapartida, predomina a

presença de silte, argila ou matéria orgânica predomina, principalmente no centro e à direita da

imagem, representado pelos tons de azul (delimitados pela linha preta).


66

Existe uma correlação interessante entre as figuras 5.5. e 5.7. Analisando a figura 5.5, percebe-

se que durante a inundação máxima e o recuo da mesma, os sedimentos finos são depositados por

último, quando a energia diminui. Em seguida houve a deposição dos sedimentos eólicos que, pelo

padrão dos refletores, progradaram para NE; sendo assim, ocorre aumento do aporte de areia à

esquerda da figura 5.7 e que tende a diminuir na direção oposta.

Portanto, a presença de amplitudes muito baixas para este intervalo de tempo pode ser

consequência da presença de sedimentos muito finos. Para validar esta interpretação, sugere-se que se

faça uma sondagem até uma profundidade superior a 10 metros.

A modelagem das interpretações realizadas no time-slice foi confeccionada após analisar

individualmente todos os 20 time-slices com auxílio dos programas Auto-Cad e Corel Draw, sendo

então gerado outro modelo geofísico tridimensional para os valores de amplitudes em função do tempo

duplo (Figura 5.8).

Os demais intervalos não anômalos foram interpretados a cada 30ns, sendo que os primeiros

intervalos foram balizados pelas informações das sondagens realizadas e os demais foram através de

correlação com os padrões dos refletores das seções radar-estratigráficas.

O objetivo desse modelo é delimitar os depósitos sedimentares eólicos holocênicos daqueles

de origem fluvio-marinha. Como na base das sondagens foi encontrado lama arenosa, fragmentos de

conchas, cascalhos e matéria orgânica, tal composição variada diminui os valores de amplitudes,

quando comparados com depósitos de dunas, areias secas desagregadas e bem selecionadas no topo

sendo, portanto, registrados por amplitudes mais elevadas da onda eletromagnética.

Posto isto, há um suposto limite entre os depósitos do Pleistoceno e os do Holoceno a

aproximadamente 150 ns. A partir desse intervalo, as amplitudes altas diminuem gradativamente.


67

Figura 5.8-Modelo geofísico tridimensional de todos os time-slices com espaçamento de 30ns. A seta azul

indica o suposto limite entre os sedimentos eólicos e flúvios-marinhos.


68

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES

A maioria dos trabalhos de caracterização de estruturas internas em depósitos sedimentares é

feita apenas a partir da exposição natural em cortes ou pela abertura de trincheiras em depósitos

recentes, em profundidades restritas ao nível do lençol freático local, o que limita as informações..

Atualmente, o Ground Penetration Radar (GPR) é considerado um método de imageamento

eletromagnético efetivo em estudos estratigráficos de depósitos sedimentares, tornando-se bastante

eficaz na determinação da cronoestratigráfica e da geometria dos corpos sedimentares, em especial de

depósitos do Quaternário.

O trabalho descrito aqui usou um levantamento 2D, subconjunto de um 3D, realizado nas

areias da Restinga de Marambaia, Baía de Sepetiba, estado do Rio de Janeiro, cujo objetivo proposto

foi investigar estruturas internas dos depósitos sedimentares do Quaternário na Restinga de

Marambaia, através de uma estratégia de aquisição de dados francamente 3D.

A geologia da área é caracterizada por depósitos siliclásticos de origem fluvio-marinho

sobrepostos por dunas eólicas. A ocorrência de areia média depositada sobre arenito semi-consolidado

e lama arenosa, foi um dos registros da construção dos esporões após o evento que originou a restinga,

ou seja, a restinga foi construída por sedimentos fluvio-marinhos do Pleistoceno e coberta pelos

sedimentos arenosos do Holoceno. O terraço holocênico encontra-se um pouco mais desenvolvido na

parte leste da restinga, local onde foi realizado o levantamento.

A estratégia de aquisição de dados proposta assegurou que não houve mistura de polarizações

das antenas e efeito alias espacial. As amostragens espaciais in-line e cross-line foram iguais,

evitando-se deste modo a interpolação de perfis, algo inaceitável em um trabalho de aquisição

francamente tridimensional.


70

De maneira convencional, a aquisição 3D é realizada com amostragem não uniforme nas duas

direções perpendiculares, produzindo inevitavelmente alias espacial na direção cross-line,

perpendicular à direção in-line, agravado sobremaneira pela interpolação de perfis artificiais gerados

pela reamostragem de traços. Neste trabalho além do cuidado de se evitar o alias espacial e mistura de

polarizações, realizou-se perfis nas duas direções perpendiculares definidas pelo levantamento, com

espaçamento entre perfis da mesma ordem que entre os traços, de modo que se reproduziram fielmente

imagens de subsuperfície.

O trabalho adicional do presente levantamento resultou em um imageamento de alta qualidade

das estruturas em subsuperfície, fator importante para atingir o objetivo proposto. Quanto ao

processamento dos dados, este foi conduzido aplicando-se uma sequência básica de processamento

seguida da conversão do tempo duplo de trânsito da onda em profundidade e correção topográfica. Os

valores das velocidades de propagação da onda eletromagnética medidas em campo foram V1=0.09

m/ns e V2=0.14m/ns. A velocidade utilizada para conversão do tempo em profundidade e migração

dos dados foi a menor, V1=0.09 m/ns, o que evitou a ocorrência de smiles nas laterais e na base das

seções.

A aquisição experimental aqui proposta apresentou dados de excelente qualidade, tanto em

perfil como em planta, os quais quando integrados entre si e com os dados de sondagem a trado

manual possibilitaram gerar dois modelos geofísicos.

O primeiro modelo geofísico foi um cubo tridimensional através do qual foi possível visualizar

as estruturas e superfícies limitantes em diferentes orientações. A interpretação tridimensional foi

realizada baseada na identificação de radar-facies nas direções in-line e cross-line.

O reconhecimento das radar-fácies foi realizado baseado nas análises das características dos

refletores, tais como: forma, dip, continuidade e a relação entre as reflexões. Assim, identificaram-se

cinco radar-fácies na direção in-line (A, A’, B, C, D) e sete na cross-line (A, A’, B, C, D, E, F).

Adicionalmente foram identificadas superfícies limitantes nas duas direções, de primeira, segunda e

terceira ordens e uma superfície de inundação máxima na profundiade de 10 a 11 metros, equivalente

ao intervalo de tempo de 225-250 ns.

A radar-facie que apresentou maior interesse encontra-se limitada pela superfície de inundação

máxima, seguida da última transgressão na área, representada pela radar-fácies B. Está radar-facies


71

prograda em direção ao continente, de SW para NE, com aumento no aporte sedimentar neste sentido.

Provavelmente este aumento está relacionado aos ventos fortes do sudoeste e/ou e devido as variações

do nível do mar. Verifica-se que a radar-facies B está em um ambiente misto, entre sedimentos fluvio-

marinhos e eólicos, ou seja, intercalações de sedimentos do Pleistoceno e Holoceno. Os sedimentos

eólicos apresentam-se muito bem selecionado a bem selecionados e com grãos arredondados a

subarredondados, o que pode indicar retrabalhamento pelo vento sudoeste durante o seu transporte dos

mesmos.

O segundo modelo geofísico corresponde às variações de amplitude da onda eletromagnética,

através dos quais verificou-se o limite entre os depósitos sedimentares eólicos do holocênico e os

depósitos de origem fluvio-marinha do Pleistoceno. Os depósitos de origem fluvio-marinha foram

marcados pela presença de lama arenosa, fragmentos de conchas, cascalhos e matéria orgânica, cuja

composição variada causou a diminuição dos valores de amplitudes. Já as areias secas, bem

selecionadas e desagregadas dos depósitos de dunas do Holoceno registraram valores elevados de

amplitude da onda eletromagnética. Assim, há um suposto limite entre os depósitos do Pleistoceno e

os do Holoceno a aproximadamente 150 ns. A partir desse intervalo, as amplitudes altas diminuem

gradativamente.

De uma maneira geral, sugere-se que para validar esta interpretação, e recomendável a

realização de uma sondagem até uma profundidade superior a 10 metros.

Ressalta-se, ainda, que dados adquiridos ao longo de perfis em duas direções perpendiculares

levou em conta a polarização do campo magnético emitido e recebido pelas antenas bipolares GPR,

terminando com dois conjuntos independentes de dados in-line e cross-line, evitando-se a mistura de

polarizações durante a reamostragem no processamento

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Anexos

ANEXO 1: PARÂMETROS DE AQUISIÇÃO DAS SEÇÕES IN-LINE (NE-SW)

SEÇÃO STEP SIZE TRAÇOS POSIÇÃO

FINAL PTS/TRC STACKS

STEP SIZE

TIME-ZERO

TIME WINDOW

INTERVALO AMOSTRAL

TIME WINDOW-

UTIL

IN-01

IN-02

IN-03

IN-04

IN-05

IN-06

IN-07

IN-08

IN-09

IN-10

IN-11

IN-12

IN-13

IN-14

IN-15

IN-16

IN-17

IN-18

IN-19

IN-20

0,250

0,253

0,256

0,244

0,256

0,247

0,260

0,253

0,250

0,250

0,247

0,250

0,253

0,250

0,253

0,256

0,260

0,260

0,247

0,256

IN-01

80

79

83

79

82

78

80

81

81

82

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81

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78

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20

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1062

1062

1062

1062

1062

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1062

1062

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1062

1062

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1062

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1062

1062

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16

16

16

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16

16

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16

16

16

16

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16

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16

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113

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115

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114

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850

850

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850

850

850

850

850

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850

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850

850

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850

850

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850

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600

600

600

600

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600

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600

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600

600

600

600

78

IN-21

IN-22

IN-23

IN-24

IN-25

IN-26

IN-27

IN-28

IN-29

IN-30

IN-31

IN-32

IN-33

IN-34

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IN-38

IN-39

IN-40

IN-41

IN-42

IN-43

IN-44

IN-45

IN-46

IN-47

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81

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81

79

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81

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78

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79

79

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20

20

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20

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1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

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16

16

16

16

16

16

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114

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112

113

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115

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114

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113

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850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

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850

850

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850

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850

850

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0,801131008

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600

600

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600

600

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600

600

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600

600

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600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

79

IN-48

IN-49

IN-50

IN-51

IN-52

IN-53

IN-54

IN-55

IN-56

IN-57

IN-58

IN-59

IN-60

IN-61

IN-62

IN-63

IN-64

IN-65

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IN-69

IN-70

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IN-72

IN-73

IN-74

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0,253

0,250

0,250

0,247

0,250

81

80

82

79

81

81

80

82

81

82

80

81

81

80

80

80

81

82

80

81

81

82

80

81

81

82

81

20

19,75

20,25

19,5

20

20

19,75

20,25

20

20,25

19,75

20

20

19,75

19,75

19,75

20

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19,75

20

20

20,25

19,75

20

20

20,25

20

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

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0,25

0,25

0,25

0,25

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0,25

0,25

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0,25

0,25

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

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113

112

113

112

113

115

115

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850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131008

0,801131008

0,801131008

0,801131008

0,801131008

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0,801131008

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0,801131008

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

600

80

IN-75

IN-76

IN-77

IN-78

IN-79

IN -80

IN -81

0,250

0,253

0,253

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0,253

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0,250

81

80

80

78

80

79

81

20

19,75

19,75

19,25

19,75

19,5

20

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

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113

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115

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850

850

850

850

850

850

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0,801131008

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0,801131008

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0,801131008

600

600

600

600

600

600 600

81

ANEXO 2: PARÂMETROS DE AQUISIÇÃO DAS SEÇÕES CROSS-LINE (NW-SE)

SEÇÃO STEP SIZE T RAÇOS POSIÇÃO

FINAL PTS/TRC STACKS STEP

SIZE TIME-

ZERO TIME

WINDOW INTERVALO

AMOSTRAL

TIME

WINDOW-

UTIL

Cross-01

Cross-02

Cross-03

Cross-04

Cross-05

Cross-06

Cross-07

Cross-08

Cross-09

Cross-10

Cross-11

Cross-12

Cross-13

Cross-14

Cross-15

Cross-16

Cross-17

Cross-18

Cross-19

Cross-20

Cross-21

Cross-22

Cross-23

Cross-24

Cross-25

Cross-26

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0,21978

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184

214

181

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94

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92

92

102

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20

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20,5

19,5

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20

20

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20

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20

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20

20

20

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20,25

20

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1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

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0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

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850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

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758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

82

Cross-27

Cross-28

Cross-29

Cross-30

Cross-31

Cross-32

Cross-33

Cross-34

Cross-35

Cross-36

Cross-37

Cross-38

Cross-39

Cross-40

Cross-41

Cross-42

Cross-43

Cross-44

Cross-45

Cross-46

Cross-47

Cross-48

Cross-49

Cross-50

Cross-51

Cross-52

Cross-53

Cross-54

Cross-55

0,27027

0,28

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0,22

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0,243902

0,25641

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0,243902

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75

74

77

81

83

83

79

90

83

82

84

68

67

218

256

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252

270

227

250

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268

214

283

295

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274

307

269

20

20,25

19,25

20

20

20

19,5

20,25

20

19,75

20

19,75

19,5

19,25

19,25

19,75

19,5

19,5

19,5

19,75

20

20

19,75

20,25

19,5

20

20

19,75

20,25

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

83

Cross-56

Cross-57

Cross-58

Cross-59

Cross-60

Cross-61

Cross-62

Cross-63

Cross-64

Cross-65

Cross-66

Cross-67

Cross-68

Cross-69

Cross-70

Cross-71

Cross-72

Cross-73

Cross-74

Cross-75

Cross-76

Cross-77

Cross-78

Cross-79

Cross-80

Cross-81

0,065789

0,075472

0,071942

0,08547

0,077519

0,083682

0,05291

0,083333

0,074627

0,094787

0,080645

0,074627

0,070671

0,084388

0,079051

0,076923

0,082305

0,092593

0,07874

0,072993

0,080972

0,082988

0,075188

0,07326

0,071174

0,069444

305

266

279

235

259

240

379

241

269

212

249

269

284

238

254

261

244

217

255

275

248

242

267

274

282

289

20

20,25

19,75

20

20

19,75

19,75

19,75

20

20,25

19,75

20

20

20,25

19,75

20

20

20,25

20

20

19,75

19,75

19,25

19,75

19,5

20

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

81

ANEXO 2: PARÂMETROS DE AQUISIÇÃO DAS SEÇÕES CROSS-LINE (NW-SE)

SEÇÃO STEP SIZE T RAÇOS POSIÇÃO

FINAL PTS/TRC STACKS STEP

SIZE TIME-

ZERO TIME

WINDOW INTERVALO

AMOSTRAL

TIME

WINDOW-

UTIL

Cross-01

Cross-02

Cross-03

Cross-04

Cross-05

Cross-06

Cross-07

Cross-08

Cross-09

Cross-10

Cross-11

Cross-12

Cross-13

Cross-14

Cross-15

Cross-16

Cross-17

Cross-18

Cross-19

Cross-20

Cross-21

Cross-22

0,121212

0,113636

0,126582

0,119048

0,115607

0,116959

0,104712

0,084388

0,10929

0,093897

0,111111

0,120482

0,145985

0,172414

0,152672

0,140845

0,142857

0,215054

0,229885

0,21978

0,21978

0,19802

166

177

159

169

174

172

192

238

184

214

181

167

138

117

132

143

141

94

88

92

92

102

20

19,5

20,5

19,5

20,25

19,25

20

20

20

19,5

20,25

20

19,75

20

19,5

20,5

19,5

20,25

19,25

20

20

20

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

82

Cross-23

Cross-24

Cross-25

Cross-26

Cross-27

Cross-28

Cross-29

Cross-30

Cross-31

Cross-32

Cross-33

Cross-34

Cross-35

Cross-36

Cross-37

Cross-38

Cross-39

Cross-40

Cross-41

Cross-42

Cross-43

Cross-44

Cross-45

Cross-46

Cross-47

Cross-48

Cross-49

Cross-50

0,212766

0,273973

0,27027

0,25

0,27027

0,28

0,263158

0,22

0,243902

0,243902

0,25641

0,224719

0,243902

0,246914

0,240964

0,298507

0,30303

0,092166

0,078431

0,076923

0,079681

0,074349

0,088496

0,080321

0,09009

0,074906

0,093897

0,070922

95

74

75

81

75

74

77

81

83

83

79

90

83

82

84

68

67

218

256

261

252

270

227

250

223

268

214

283

19,5

20,25

20

19,75

20

20,25

19,25

20

20

20

19,5

20,25

20

19,75

20

19,75

19,5

19,25

19,25

19,75

19,5

19,5

19,5

19,75

20

20

19,75

20,25

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

83

Cross-51

Cross-52

Cross-53

Cross-54

Cross-55

Cross-56

Cross-57

Cross-58

Cross-59

Cross-60

Cross-61

Cross-62

Cross-63

Cross-64

Cross-65

Cross-66

Cross-67

Cross-68

Cross-69

Cross-70

Cross-71

Cross-72

Cross-73

Cross-74

Cross-75

Cross-76

Cross-77

Cross-78

0,068027

0,066007

0,07326

0,065359

0,074627

0,065789

0,075472

0,071942

0,08547

0,077519

0,083682

0,05291

0,083333

0,074627

0,094787

0,080645

0,074627

0,070671

0,084388

0,079051

0,076923

0,082305

0,092593

0,07874

0,072993

0,080972

0,082988

0,075188

295

304

274

307

269

305

266

279

235

259

240

379

241

269

212

249

269

284

238

254

261

244

217

255

275

248

242

267

19,5

20

20

19,75

20,25

20

20,25

19,75

20

20

19,75

19,75

19,75

20

20,25

19,75

20

20

20,25

19,75

20

20

20,25

20

20

19,75

19,75

19,25

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

1062

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

115

113

114

114

112

113

112

113

112

113

115

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

0,801131

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

758,6711

760,2733

759,4722

759,4722

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

761,0745

760,2733

758,6711

84

Cross-79

Cross-80

Cross-81

0,07326

0,071174

0,069444

274

282

289

19,75

19,5

20

1062

1062

1062

16

16

16

0,2

0,2

0,2

115

113

114

850

850

850

0,801131

0,801131

0,801131

758,6711

760,2733

759,4722

Revista Brasilieira de Geofísica

Revista Brasileira de Geofísica, RBGF.

GPR 3-D sobre depósitos sedimentares do Quaternário, na Restinga de

Marambaia, Baía de Sepetiba-Rio de Janeiro.

A 3-D GPR on Quaternary sedimentary deposits of the “Restinga de

Marambaia”, Baía de Sepetiba – Rio de Janeiro.

Maria da Conceição Pessoa

1, Maria Silva Barbosa

2 e

Jandyr de Menezes Travassos

3.

1 PPG-ECRN-Departamento de Geologia/ Escola de Minas/ Universidade Federal de Ouro Preto, Campus Morro do Cruzeiro s/n, 35400-

000 Ouro Preto, Minas Gerais, Brasil, Tel:(21) 82850019-E-mail: [email protected]

2

PPG-ECRN-Departamento de Geologia/ Escola de Minas/ Universidade Federal de Ouro Preto, Campus Morro do Cruzeiro s/n, 35400-000 Ouro Preto, Minas Gerais, Brasil, Tel/Fax: (31) 3559-1605-E-mail: [email protected] 3 Ministério da Ciência e Tecnologia/ Observatório Nacional/ ON, Rua General José Cristino, 77 – 20921-400 São Cristóvão, Rio de Janeiro,

RJ, Brasil, Tel/Fax: (21) 2580-7081-E-mail: [email protected]




GPR 3D SOBRE OS DEPÓSITOS SEDIMENTARES DA RESTINGA DE MARAMBAIA, RIO DE JANEIRO.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Revista Brasileira de Geofísica, SBGF,

2

ABSTRACT

The geophysical method, GPR is an effective technique for electromagnetic imaging studies in

estratigráficos of the Quaternary sedimentary deposits. The Restinga da Marambaia, is an important

record of the evolution of the Quaternary in Brazil, whose training and development are still the subject

of controversy. The beginning of the process depositional sediment transgressive occurred during the

last glaciation, when sea level was 80 m below the current level. This was the main motivation for

conducting a survey GPR weakly 3-D on the deposits of Restinga of Marambaia. The strategy of

acquiring experimental GPR 3D proposed in this paper ensures that the sampling space inline and

cross-line are equal, thus preventing the interpolation of profiles, something unacceptable in a work of

acquiring 3-D and with spacing between profiles of the same order as between the lines, so that it can

faithfully reproduce the subsurface. The non-uniform sampling in both directions perpendicular defined

by the survey inevitably produces alias space toward cross-line, i.e, perpendicular to the direction of the

profiles, particularly aggravated by the interpolation of them. In addition to careful to avoid the alias

perform spatial profiles in two directions perpendicular defined by the survey, thus avoiding the

mixture of polarization. In our survey the offset is fixed, there are two directions (perpendicular) and

azimuth of two modes of polarization, resulting in a total of more than degrees of freedom 3: (x, y, z;

1,2, p1,2). The acquisition proposal presented here experimental data of high quality both in profile

and in plant, which when integrated geophysical allowed generate a three-dimensional model of the

values of amplitudes in the surveyed area.

Keywords: Acquisition GPR-3D, alias space, a mixture of polarization, interpretation GPR 3D

MARIA PESSOA, MARIA BARBOSA, JANDYR TRAVASSOS

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


3

RESUMO

O método geofísico GPR é considerado uma técnica de imageamento eletromagnético efetiva em

estudos estratigráficos de depósitos sedimentares do quaternário. A Restinga da Marambaia, RJ, é um

registro importante da evolução do Quaternário no Brasil, cuja formação e evolução ainda são objeto de

controvérsias. O início do processo deposicional sedimentar transgressivo ocorreu durante a última

glaciação, quando o nível do mar estava 80m abaixo do nível atual. Esta foi a principal motivação para

realizar um levantamento GPR fracamente 3-D sobre os depósitos da Restinga de Marambaia.

A estratégia de aquisição experimental GPR 3D proposta neste trabalho assegura que as

amostragens espaciais in-line e cross-line sejam iguais, evitando deste modo a interpolação

de perfis, algo inaceitável em um trabalho de aquisição 3-D e com espaçamento entre perfis da mesma

ordem que entre os traços, de modo que se possa reproduzir fielmente a subsuperfície. A amostragem

não-uniforme nas duas direções perpendiculares definidas pelo levantamento produz inevitavelmente

alias espacial na direção cross-line, i.e., perpendicular à direção dos perfis, agravado sobremaneira pela

interpolação dos mesmos. Além do cuidado de evitar o alias espacial realizaram-se perfis nas duas

direções perpendiculares definidas pelo levantamento, evitando-se assim a mistura de polarizações.

Nesse levantamento o offset é fixo, havendo duas direções (perpendiculares) de azimute e dois modos

de polarização, resultando em um total de graus de liberdade maior que 3: (x, y, z; 1,2, p1,2) . The

additional work of this survey has generated a geophysicist three-dimensional model of the values of

amplitudes in the surveyed area.

Palavras-Chave: Aquisição GPR-3D, alias espacial, mistura de polarizações, amplitudes


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


4

INTRODUÇÃO

O método GPR é considerado uma técnica de imageamento efetiva na avaliação da estratigrafia da

subsuperfície (Davis & Annan, 1989; Gawthorpe et al., 1993, McMechan et al., 1997; Van

Overmeeren, 1998; Vandenberghe & Van Overmereen, 1999; Van Dam & Schlager, 2000) que,

respeitado o seu alcance em profundidade, pode ser comparada favoravelmente à sísmica (Jol, 1995;

Mitchum et al., 1977a, b). De fato a resolução que é possível atingir com o GPR é possível obter na

sísmica rasa.

O estudo dos depósitos que ocorrem ao longo do litoral brasileiro é de fundamental importância para a

caracterização dos eventos geológicos que marcaram o período Neógeno na escala mundial, uma vez

que eles não se constituem em eventos isolados, mas documenta uma história de flutuação do nível do

mar, consistente com muitas outras áreas da América do Sul e do mundo (Rossetti et al. 2001). A

porção sedimentar referida como Restinga da Marambaia, é um registro importante da evolução do

Quaternário no Brasil, cuja formação e evolução ainda são objeto de controvérsias. Sua coluna

estratigráfica está caracterizada por uma seqüência flúvio-marinha transgressiva sobre material de

origem francamente continental (Borges, 1990). O início do processo deposicional sedimentar

transgressivo ocorreu durante a última glaciação, quando o nível do mar estava 80 m abaixo do nível

atual. Esta foi à principal motivação para realizar um levantamento GPR 3-D na Restinga de

Marambaia.

No presente estudo fomos particularmente cuidadosos ao desenhar a estratégia de campo, de modo a

assegurar que as amostragens espaciais in-line e cross-line sejam iguais, evitando deste modo a

interpolação de perfis, algo inaceitável em um trabalho de aquisição 3-D. Já está estabelecido que

aquisições 3-D requerem amostragens densas, com espaçamento entre perfis da mesma ordem que


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


5

entre os traços, que se possa reproduzir fielmente a subsuperfície (Grasmueck et al., 2003; Pessoa &

Travassos, 2007). A amostragem não-uniforme nas duas direções perpendiculares definidas pelo

levantamento produz inevitavelmente alias espacial na direção cross-line, i.e., perpendicular à direção

dos perfis, agravado sobremaneira pela interpolação dos perfis. Há na literatura exemplos de

levantamentos 3-D com amostragem espacial correta nas direções in-line e cross-line (Grasmueck,

1996; Szerbiak et al., 2001; Birken et al., 2002; Grasmueck & Weger, 2003).

Além do cuidado de evitar o alias espacial realizamos perfis nas duas direções perpendiculares

definidas pelo levantamento, terminando assim com dois conjuntos independentes de dados in-line e

cross-line, evitando-se assim a mistura de polarizações (Pessoa & Travassos, 2007), outro erro

encontrado com freqüência na literatura sobre levantamentos alegadamente 3-D. A mistura de

polarizações é inevitável em levantamentos GPR onde os perfis são realizados apenas em uma direção.

Devido à nossa estratégia de campo, terminamos de fato e automaticamente com dois levantamentos 3-

D, porem com polarizações distintas, fornecendo invariavelmente imagens diferentes da mesma

subsuperfície (Travassos et al., 2008; Travassos & André, 2005; Kruk et al., 2003).

Não obstante os cuidados descritos acima, os resultados descritos neste trabalho devem ser

considerados como um levantamento 3-D com um pouco mais de 3 graus de liberdade, na medida em

que os dados foram obtidos com as antenas mantidas na mesma configuração fixed-offset, paralelas

entre si e perpendiculares à direção dos perfis, ao longo das duas direções perpendiculares de medida.

Esta é uma diferença fundamental entre levantamentos 3-D GPR e sísmicos terrestres; nestes além das

duas direções horizontais e a profundidade, ainda há dois graus de liberdade adicionais: o offset e o

azimute, totalizando 5 variáveis (x, y, z, d, ) (Yilmaz, 2001; Cordsen et al., 2000). No nosso

levantamento o offset é fixo, havendo apenas duas direções (perpendiculares) de azimute e dois modos

de polarização, resultando em um total de graus de liberdade ligeiramente maior que 3: (x, y, z; 1,2,


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


6

p1,2). Note que a maioria absoluta dos levantamentos 3D descritos na literatura podem ser apenas

considerados como 2.5D por serem realizados com perfis em uma só direção, offset fixo e com

amostragem espacial cross-line múltipla da in-line, permitindo apenas uma renderização gráfica 3-D. O

trabalho adicional do presente levantamento possibilitou gerar um modelo geofísico tridimensional dos

valores de amplitudes para a área de estudo.

ÁREA DE ESTUDO

A Restinga de Marambaia, de 40km de extensão, está formada por dois cordões arenosos paralelos,

que estão bem diferenciados no setor oeste e menos definidos nos setores centrais e leste. São

encontradas em toda a sua extensão diversas feições sedimentares atuais e pretéritas. As várias feições

geomorfológicas são as praias atuais, feixes de cristas de praia, campo de dunas, dois cordões

litorâneos, lagoas colmatadas, uma área perenemente alagada com uma série de ilhas de formato

circular que podem estar relacionadas a sambaquis, esporões e marcas de ondulação em zonas

submersas, Borges (1990).

A área de estudo encontra-se sobre dunas, classificadas de parabólicas por Ponçano (1976) e barcanas

por Roncati & Barrocas (1978). Estas dunas estão fixadas por vegetação e sofrem retrabalhamento pelo

vento sudoeste, comprovado pela orientação SW-NE dos lobos de ruptura de deflação (blowouts). O

processo de sedimentação Quaternária das dunas litorâneas iniciou-se no Pleistoceno, durante o período

glacial (Borges 1990).

A coluna sedimentar do campo de dunas é constituída por sedimentos fluviais de canais de maré,

mangue e marinhos. Estes sedimentos compõem uma seqüência transgressiva, cuja base está

caracterizada por sedimentos de ambiente continental, sobrepostos por sedimentos de ambiente misto,


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


7

correspondendo à subida do nível do mar durante o estágio interglacial Riss-Wurm. Estes sedimentos

foram entalhados durante o último período glacial Wurm, quando o nível do mar estava a 80,0m abaixo

do seu nível atual, tendo então ocorrido à formação de vales atualmente submersos (Ponçano, 1979).

O levantamento 3-D foi realizado em uma área de 20 x 20 m2, localizada na porção leste da Restinga de

Marambaia, entre a Baía de Sepetiba e o Oceano Atlântico (Figura 1). A Restinga de Marambaia é

considerada patrimônio histórico e ambiental do estado do Rio de Janeiro. O acesso a área investigada

é controlado pelo exército, onde se encontra na porção leste da Restinga e ao centro, Aeronáutica e a

oeste, a Marinha.

Fig. 1

TRABALHO DE CAMPO E PROCESSAMENTO DOS DADOS

O levantamento topográfico e o posicionamento dos perfis GPR no interior da área de 20 x 20 m2, foi

realizado com equipamento DGPS Leica e um nível óptico numa malha regular de 5 x 5 m, totalizando

31 pontos de medida. Os dados DGPS foram referenciados a um marco do IBGE, distante cerca de 500

metros da área de estudo. Cada posição de traço GPR foi obtida através de interpolação da malha

regular de 31 pontos. A área escolhida para o levantamento apresenta uma topografia suave com

pequenas variações na altitude, conforme mostrado na Figura 2.

Fig.2

Foi utilizado um equipamento Sensor & Software PE100, com antenas de 100 MHz, janela de tempo de

850ns e transmissora de 1000V. Essa janela de tempo permitiu uma penetração do sinal até a

profundidade de 50m aproximadamente. A distância entre as antenas receptora e transmissora foi

mantida fixa a 1m. O disparo do GPR foi realizado de modo contínuo no tempo, permitindo uma

amostragem espacial in-line 0.05 a 0.25 m, posteriormente uniformizada, através de decimação a 0.25

m. A distância e o comprimento dos perfis foi mantido uniforme, igual a 0.25m e 20m,


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


8

respectivamente. Adotamos a seguinte convenção: perfis in-line na direção NE-SW e os perfis cross-

line na direção NW-SE, conforme mostrado esquematicamente na Figura 3.

Fig. 3

O processamento compreendeu extensa etapa de edição dos dados, compreendendo as etapas de

correção dos erros de aquisição, posicionamento dos traços segundo uma malha DGPS adensada com

um nível óptico, unifomização do tempo zero, reamostragem espacial nas duas direções para 0.25m,

com posterior filtragem espacial anti-alias e restrição da janela de tempo para 600ns, onde a razão

sinal-ruído era máxima. Seguiu-se uma etapa de processamento e imageamento que incluiu dewow,

ganho sec baseado no envelope do traço médio, filtragem temporal passa-banda e migração.

A análise da velocidade forneceu um modelo de duas velocidades: V1 = 0.14 m/ns para o intervalo de

tempo (0 - 225 ns) e V2 = 0.09 m/ns que corresponde ao intervalo de tempo (225 - 400 ns), Figura 4.

Este modelo de velocidade implica que a profundidade de investigação de uma seção de 600 ns é de

27m, o limite exterior das seções analisadas neste trabalho. Isto define a nossa geometria 3-D como um

cubo de 20 x 20 x 27 m³. O limite no alcance em profundidade, no entanto, não é o único limite a ser

considerado nas seções; há os limites internos à seção, ou o limite em resolução. A resolução vertical

de uma determinada camada pode ser 1/4 do comprimento de onda (Widess, 1973), no nosso caso

situando-se entre 0.7m - 0.15m. A resolução horizontal poderá ser, no máximo, da mesma ordem de

grandeza (Grasmueck et al., 2003). O maior dip que pode ser recuperado terá a diferença de tempo de

trânsito entre duas reflexões subseqüentes menores que 1/2 período, permitindo recuperar ângulos de

até de 60º (Grasmueck et al., 2003).

As tentativas de migração dos nossos dados indicaram a necessidade da adoção de mais de uma

velocidade de migração, no entanto no presente trabalho, preferimos adotar um modelo de uma


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


9

velocidade apenas. A migração foi realizada com uma velocidade de 0.06 m/ns, inferior aos valores

encontradas na análise de velocidades. Velocidades de migração maiores que 0.06m/ns aplicadas aos

dados originaram smiles em alguns segmentos das seções. A topografia foi inserida às seções

subseqüentemente à migração.

Fig.4

RESULTADOS

Os resultados desse trabalho foram intrepretados tendo como base uma adaptação dos termos e

conceitos herdados da sismoestratigrafia, em conjunto com uma metodologia de hierarquização de

superfícies limitantes (bounding surfaces), conforme metodologia proposta por Miall (1988). Deste

modo garantimos que as interpretações atribuídas aos padrões de terminação extraídas da

sismoestratigrafia convencional representem o registro geológico de acordo com a escala de operação

do GPR. Aqui seguimos o procedimento interpretativo que possibilitou identificar 4 radarfacies para a

Restinga de Marambaia (Pessoa & Travassos, 2007), Figura 5.

Fig.5

A seção radarestratigráfica da Figura 6 adquirida na direção NE-SW, mostra um refletor contínuo e

bem definido no intervalo 225 – 250 ns, que interpretamos como uma superfície de inundação máxima.

O time-slice correspondente a tal intervalo de tempo, Figura 7, possibilita a individualização de

sedimentos de granulometria fina, silte e/ou argila durante uma eventual inundação máxima, onde tais

sedimentos foram transportados de mangues e depositados após a diminuição do fluxo de corrente. A

presença de silte/argilas causou a diminuição dos valores das amplitudes. Sobre a superfície de

inundação. Sedimentos arenosos bem selecionados transportados pelo vento sudoeste encontram-se

depositados sobre esta superfície, confirmado pelas sondagens e pela configuração sigmóide desta

radarfácies.


___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


10

Fig.6

Fig. 7

A interpretação de todos os time-slices individualizados a cada 30 ns de espessura aponta para um

modelo geofísico de variações de amplitudes para área de estudo a partir de um bloco de 20 x 20 x

27m3 Figura 8. A análise deste modelo aponta para um leve aumento da presença de silte / argila ou

matéria orgânica em função da profundidade. A modelagem das interpretações realizadas no time-slice

foi confeccionada após analisar individualmente todos os 20 time-slices, com auxílio dos programas

Auto-Cad e Corel Draw, sendo, portanto, gerado o modelo geofísico tridimensional para os valores de

amplitudes em função do tempo duplo.

Os demais intervalos não anômalos foram interpretados a cada 30ns, sendo que os primeiros intervalos

foram balizados pelas informações das sondagens realizadas e os demais foram feitos através de

correlação com os padrões dos refletores das seções radar-estratigráficas.

O objetivo desse modelo é delimitar os depósitos sedimentares eólicos holocênicos daqueles de origem

fluvio-marinho. Como na base das sondagens foi encontrado lama arenosa, fragmentos de conchas,

cascalhos e matéria orgânica, esta composição variada diminui os valores de amplitudes, quando

comparado com depósitos de dunas, areias secas desagregadas e bem selecionadas no topo,sendo,

portanto registrada por amplitudes mais elevadas da onda eletromagnética.

Posto isto, há um suposto limite entre os depósitos do Pleistoceno com Holoceno a aproximadamente

150ns. Apartir desse intervalo as amplitudes altas diminuem gradativamente.

Fig. 8


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CONCLUSÕES

A aquisição dos dados com uma estratégia francamente 3-D permitiu a obtenção de dados de excelente

qualidade tanto em perfil como em planta, que quando integrados possibilitou gerar um modelo

geofísico para a área de estudo tridimensional baseado nos valores de amplitudes do sinal GPR. A

estratégia adotada para aquisição dos dados utilizou amostragens espaciais in-line e cross-line iguais,

evitando a necessidade da interpolação cross-line e a mistura de polarizações. Deste modo obtivemos

um levantamento 3-D com um pouco mais de 3 graus de liberdade, possuindo duas direções

(perpendiculares) de azimute e dois modos de polarização.

Foi possível identificar 5 radarfácies para a Restinga de Marambaia até a profundidade de 27m de

penetração, atingindo a camada intervalar da coluna estratigráfica proposta por Borges (1990), que

corresponde aos sedimentos mistos, flúvio-marinhos com presença de silte/argilas e cascalhos,

sobreposto por sedimentos eólicos que alteraram os valores de amplitude em profundidade. O pacote

do topo representado por valores elevados de amplitudes corresponde às areias transportadas pelo

vento. A feição mais proeminente das nossas seções é um refletor contínuo e bem definido no intervalo

225 – 250ns, interpretado como uma superfície de inundação máxima.


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FIGURAS

Fig. 1: Localização da área de trabalho, assinalada com circulo vermelho, sobreposta no Mapa

Geológico do Istmo da Marambaia (modificado de Heilbron et al., 1993).

Fig. 2: Mapa topográfico da área de estudo com elevações.

Fig. 3: Estratégia de aquisição GPR 3-D com antenas perpendiculares à direção dos perfis nas duas

direções, e espaçamento entre os traços igual à distância entre os perfis.

Fig. 4: Perfil CMP e sua análise de velocidades, fornecendo o modelo: V1 = 0.14 m/ns (0 - 225 ns) e V2

= 0.09 m/ns (225 - 400 ns).

Fig. 5: Interpretação radar estratigráfica das estruturas internas da Restinga de Marambaia (Pessoa &

Travassos, 2007).

Fig.6: Seção GPR adquirida na direção in-line mostrando uma superfície de inundação máxima,

representada por um refletor plano paralelo no intervalo 225 - 255ns, destacado pela cor azul.

Fig. 7: Time-slice correspondente ao intervalo de 225 - 255ns.

Fig. 8: Modelagem tridimensional de todos os time-slices com espessura de 30 ns.


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Fig. 2: Localização da área de trabalho, assinalada com circulo preto, sobreposta no Mapa Geológico da Restinga de

Marambaia (modificado de Heilbron et al., 1993).

Fig.2: Mapa topográfico da área de estudo com suaves elevações.


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Fig. 3: Estratégia de aquisição GPR 3-D com antenas perpendiculares à direção dos perfis nas duas direções, e espaçamento entre

os traços igual à distância entre os perfis.

Fig.4: Perfil CMP à direita e análise de velocidades à esquerda com dois valores : V1 = 0.14 m/ns (0 - 225 ns) e V2 = 0.09 m/ns

(225 - 400 ns).


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Fig. 5: Interpretação radar estratigráfica das estruturas internas da Restinga de Marambaia (modificado de Pessoa & Travassos,

2007).


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Fig.6: Seção radar-estratigráfica mostrando uma superfície de inundação máxima, representada por um refletor

plano paralelo no intervalo 225-255ns, destacado pela cor azul.

Fig. 7: Representa interpretação em time-slice adquirido na área de estudo correspondente ao intervalo entre 225-250ns. Nesta

imagem observa-se a variação da amplitude do sinal eletromagnético em planta.


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Fig. 8: Modelagem geofísica das amplitudes mais elevadas e suas variações em tempo a cada 30ns.

AGRADECIMENTOS

O trabalho de campo foi realizado com recursos da Petrobras e do Observatório Nacional.

Agradecemos ao Exército Brasileiro a permissão para realizar os levantamentos na Restinga de

Marambaia.


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NOTAS SOBRE OS AUTORES

Maria da Conceição Pessoa. Engenheira Geóloga (2003) graduada pela Universidade Federal de Ouro

Preto. Trabalha como Geóloga Interprete de dados Geofísicos aplicados aos segmentos downstream e

upstream. Concluiu mestrado (2009) em Evolução Crustal e Conservação dos Recursos Naturais, pela

Universidade Federal de Ouro Preto. Sua área de interesse é interpretação e modelagem de dados

geofísicos.

Maria Silva Barbosa. Engenheira Geóloga pela UFOP (1987), Mestre Geologia Estrutural

(DEGEO/UFOP –1990), Doutora em Geofísica (IAG/USP – 2000). Atua na área de Geociências, com

ênfase em Métodos Potenciais, Sísmica, Prospecção Geofísica, Tectonofísica e Perfilagem. Atualmente

é professora Associada do DEGEO/EM/UFOP e consultora do Núcleo de Geologia do Petróleo

(NUPETRO), Fundação Gorceix. Membro da Sociedade Brasileira de Geologia e da Sociedade

Brasileira de Geociências.

Jandyr de Menezes Travassos. Bacharel em Física e Mestrado em Geofísica pela UFRJ, PhD em

Geofísica pela University of Edinburgh e British Geological Survey (1987) e Pós-doutorado no

Lamont-Doherty Observatory (1999). Pesquisador Sênior UIII do Observatório Nacional, tendo atuado

em diversas áreas da Geofísica, com ênfase na utilização dos métodos eletromagnéticos.

investigaÇÃo geofÍsica das estruturas internas …‡Ão... · v contribuiÇÕes Às ciÊncias...

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