MODELAGEM E INTERPRETAÇÃO VLF-EM APLICADA AO MAPEAMENTO GEOLÓ-GICOThiago Freitas Lopes Conceição; Edson Emanoel Starteri Sampaio, CPGG/UFBA

Copyright 2010, SBGf - Sociedade Brasileira de Geofísica Este texto foi

preparado para a apresentação no IV Simpósio Brasileiro de Geofísica,

Brasília, 14 a 17 de novembro de 2010. Seu conteúdo foi revisado pelo

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RESUMO

Aplicamos o sistema de prospecção geofísica eletromag-nética, que utiliza ondas de rádio da banda VLF (VeryLow Frequency ), visando o mapeamento de contatoslitológicos entre os sedimentos da Bacia de Camamu(BC) e as rochas do seu embasamento adjacente. Comosuporte a esta análise, determinamos, quantitativamente,anomalias VLF para corpos condutores variando seu ân-gulo de mergulho e o valor da condutividade elétrica domesmo. O emprego do VLF permitiu identificar, qualita-tivamente, o contato de borda da BC, bem como, corposcondutores dentro da bacia. Os resultados obtidos su-gerem a aplicação do mesmo procedimento em áreascom dificuldades no mapeamento geológico básico.

INTRODUÇÃO

O limite de borda da porção on-shore da Bacia de Ca-mamu (BC), apresenta indefinições, em algumas regiões,no que diz respeito a delimitação correta entre os litoti-pos da bacia e do embasamento cristalino. Isto ocorreem função de que este contato não está aflorante.

Em um ramo secundário da BC, aqui denominado deRamo Valença, selecionamos uma pequena região, paraa aplicação do VLF, a fim de estabelecer uma alternativarápida e barata capaz de mapear os contatos de bordadeste ramo.

O VLF é bastante usado na prospecção geofísica para adetecção de condutores subterrâneos e para um mape-amento geológico rápido, em função de sua simplicidadeinerente e baixo custo operacional, bem como da inter-pretação qualitativa eficaz dos dados de campo. Ele ébaseado, principalmente, na medida das variações docampo magnético, produzidas por heterogeneidades la-terais, relativas ao campo magnético primário.

Os objetivos deste artigo são: (1) calcular e analisar avariação dos parâmetros que definem a elipse de pola-rização eletromagnética, quando ocorre incidência nor-mal de uma onda plana VLF em um semi-espaço infi-

nito altamente resistivo, cuja sub-superfície consiste delinhas de corrente com condutividade elétrica anômala.O agrupamento delas corresponde, geometricamente, aum corpo condutor, onde se varia o ângulo de mergulhodo mesmo, com o intuito de estudar as anomalias. Osresultados são baseados em (SAMPAIO, 2009); (2) esta-belecer critérios qualitativos e semi-quantitativos para ainterpretação de estruturas geológicas, a partir de dadosobtidos com o VLF-EM. Por fim, nossa meta é apresen-tar uma alternativa, baseada na aplicação da geofísica,para mapeamento geológico rápido.

MODELAGEM VLF-EM

Sendo uma onda eletromagnética plana incidindo comdireção normal à superfície de um semi-espaço de con-dutividade elétrica quase nula, que engloba um corpocondutor de condutividade elétrica σa com espessura de2m e com limites laterais variando conforme seu ângulode mergulho. Estudamos as variações desses parâme-tros em uma direção transversal aos corpo modelados,no plano z = 0, visando fornecer subsídios para a inter-pretação dos dados de campo.

Os modelos, mostrados na Fig. 1, apresentam dois li-mites com a profundidade do topo do condutor fixa paratodos os modelos em h = 4, 0m; ângulo de mergulho (θ)e comprimento do corpo (l). Em todos, a permeabilidademagnética e a permissividade elétrica foram assumidaspara valores no vácuo.

Curvas Teóricas para o Método Elipse de Polarização

O termo método de elipse de polarização é usado emmétodos geofísicos que medem um ou mais de um pa-râmetros da elipse do campo magnético. O campo mag-nético pode ser obtido pelos modos TM ou TE. Para ocaso do modo TM, o campo magnético é horizontal e pa-ralelo à direção da estrutura prospectada. E no caso domodo TE, o campo magnético medido é variável e elip-ticamente polarizado no plano perpendicular à direçãoda estrutura. Utilizando as expressões dos campo Hx eHz, para uma linha de corrente harmônica (LCH), calcu-lamos a inclinação do eixo maior (α) e a elipsidade (ε)da elipse de polarização no plano (X,Z), empregandoas expressões dadas por (SMITH and WARD, 1974) e(Mc NEILL and LABSON, 1991). Para cada modelo ge-ramos os gráficos destes parâmetros para diversos va-lores de condutividade elétrica em S/m.

A Figura 2 representa, graficamente, as curvas das fun-ções tilt e elipsidade computadas, respectivamente, paraos modelos com θ = 135◦, θ = 90◦ e θ = 45◦.

Para todos os valores do parâmetro σa, tanto o tilt quantoa elipsidade tendem em valor absoluto, para 0% quando

Interpretação de perfis VLF-EM

Figura 1: Representações gráficas dos modelos sintéticos: (a) θ = 45◦ e l = 31m; (b) θ = 90◦ e l = 22m; (c) θ = 135◦

e l = 31m

x → ± ∞. A magnitude dos valores destas funçõestende a aumentar com o crescimento do valor da condu-tividade elétrica anômala. O tilt apresenta maior magni-tude em comparação a elipsidade. Por sua vez, a funçãotilt cresce até um máximo de saturação, enquanto que aelipsidade aumenta até um valor máximo, que varia paracada modelo e depois cai. Notamos um significativo es-palhamento lateral dos picos destas funções com o au-mento da condutividade. Este comportamento é exem-plificado em (GRANT and WEST, 1965) e ocorre devidoàs componentes real e imaginária do campo magnéticovertical possuirem um limite condutivo e um outro resis-tivo.

Em todos os modelos, a magnitude do tilt apresenta va-riações de sinal, e é nulo em um ponto equivalente aocentro de massa. Esta anomalia (crossover ) caracterizaa presença de um corpo condutor (Mc NEILL and LAB-SON, 1991). Ela é ocasionada pela inflexão do campomagnético vertical, sendo este componente nulo exata-mente no ponto de inflexão. A elipsidade, por sua vez,é sempre positiva e descontínua, também, em um pontoequivalente ao centro de massa. Devido a isso, ocor-rem dois picos que, a depender da geometria do modelo,apresentam magnitudes iguais ou diferentes. Outro as-pecto importante é que, a função elipsidade varia maisamplamente para valores crescentes de σa, e apresentasensível variação mesmo para σa = 0, 01 S/m.

Para o corpo verticalizado as curvas das funções tilt eelipsidade são simétricas. O modelo apresenta simetriabilateral em relação ao plano x = 0. Em consequênciadisso, a condutividade elétrica se distribui com simetriaespecular em relação ao centro dos corpos. Já nos cor-pos inclinados há perda da simetria destas curvas. Ha-vendo uma tendência das mesmas em se prolongaremmais na direção da declividade do corpo, permitindo aidentificação da direção do mergulho.

Os resultados obtidos para a variação dos parâmetrosda elipse de polarização magnética são consistentes comas propriedades elétricas do semi-espaço z ≥ 0 e satis-fazem às equações de Maxwell. Inversamente, o estudoda variação desses parâmetros pode ser empregado naidentificação das propriedades do modelo.

INTERPRETAÇÃO DE DADOS VLF-EM

A fim de ilustra a eficácia das curvas teóricas, execu-tamos dois perfis na direção perpendidular as bordasOeste e Leste, do Ramo Valença, respectivamente per-fil 1 (P1) e parfil 2 (P2), próximos a cidade de Valença,Bahia. Nós usamos o equipamento TVLF, fabricado pelaIris Instruments. Com ele coletamos medidas do tilt (αv)e elipsidade (εv), verticais.

A figura 3 apresenta os dados VLF obtidos para P1 e P2.Os dois, apresentam uma anomalia típica de um con-tato litológico (Mc NEILL and LABSON, 1991), respecti-vamente nas estações, 1220m e 260m. Estas anomaliasapresentam altas amplitudes devido a variação bruscade condutividade elétrica relacionada ao contraste entreas rochas do embasamento cristalino e os sedimentosda bacia.

Ainda, nos perfis P1 e P2 são observadas variaçõesde sinal da amplitude, indicativas de corpos conduto-res (Mc NEILL and LABSON, 1991), em αv, respectiva-mente entre o intervalo [1300m,1360m], e [120 e 180m].Em P1 a εv é nula no ponto 1320m, o que evidenciaa presença de um condutor entre as estações 1320me 1340m. Devido a assimetria das anomalias, o mer-gulho do condutor está para leste em P1 e para oesteem P2. Estas anomalias devem está relacionadas a fa-lhas/fraturas com fluídos, à topografia do terreno, ou aníveis mais argilosos dentro da bacia.

Selecionamos as duas anomalias VLF-EM do tipo cross-over, supracitadas, a fim de verificar o melhor ajuste comas curvas teóricas. A Figura 4, mostra esse ajuste dosdados interpolados com as curvas teóricas. Para o P1utilizamos o modelo com θ = 45◦, os dados do tilt seajustaram melhor aos valores de condutividade entre ascurvas σa = 0, 30 S/m e σa = 0, 10 S/m no lado direitodo condutor, enquanto que, o lado esquerdo teve o me-lhor ajuste entre as curvas σa = 1, 00 S/m e σa = 0, 30S/m. Já em P2, usamos o modelo com θ = 135◦, nesteo lado direto do corpo teve melhor ajuste para σa = 1, 0S/m, e o lado oposto teve ajuste para σa = 0, 1 S/m.Nas duas anomalias, verificamos que a região do topodo condutor sofreu maior ação intempérica.

IV Simpósio Brasileiro de Geofísica - Brasília 2010

Interpretação de perfis VLF-EM

Figura 2: Variação do tilt (a) e da elipsidade (b) da elipse de polarização vertical perpendicular à direção dos modelocom θ = 135◦, θ = 90◦ e θ = 45◦, respectivamente.

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Interpretação de perfis VLF-EM

Figura 3: Dados de campo observados nos perfis 1 e 2. Perfil 1 atravessando o limite da borda oeste, e perfil 2cortando a borda leste do Ramo Valença.

Figura 4: Interpretação por ajuste de curva dos dados do tilt angle e elipsidade para os perfis 1 e 2.

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Interpretação de perfis VLF-EM

CONCLUSÕES

Diante das dificuldades em delimitar, acuradamente, o li-mite de contato entre sedimentos da Bacia de Camamue as rochas do seu embasamento adjacente, este tra-balho apresentou um suporte alternativo para o mape-amento geológico utilizando o sistema eletromagnéticoVLF-EM. Como apoio a interpretação qualitativa dos da-dos de campo, calculamos os valores dos parâmetrosda elipse de polarização vertical para corpos condutoresem um semi-espaço altamente resistivo.

Dos resultados obtidos com as simulações numéricas,verificamos que a resposta VLF-EM, através das curvasdo tilt e da elipsidade:

1. São influenciadas pela condutividade elétrica docorpo anômalo, provocando um crescimento e mi-gração dos picos até um limite de saturação con-dutivo, quanto mais altos são esses valores;

2. Em corpos inclinados, apresentam assimetria pos-sibilitando determinar o sentido do mergulho docorpo;

3. Uma vez que a componente tangencial da den-sidade de corrente é descontínua nos limites docorpo condutor, o módulo da densidade de cor-rente deve apresentar magnitude mais elevada den-tro do mesmo. Nesses limites, verifica-se que háuma aumento da função tilt dentro do condutor ea elipsidade é descontínua.

Os dados experimentais desta pesquisa são satisfató-rios. Nos dados referentes aos perfis 1 e 2, observa-mos anomalias VLF-EM características de um contato li-tológico, respectivamente nas estações 1220m e 260m.Além disso, analisamos, quantitativamente, anomaliasde corpos condutores ocasionadas pela mudança de si-nal do tilt angle.

Para uma interpretação de dados VLF-EM mais apu-rada, aconselhamos ter como auxílio: (i) Resultados nu-méricos de modelos geológicos mais complexos e queconsiderem a influência de efeito do acoplamento mútuoentre linhas de corrente elétrica; (ii) Os parâmetros daelipse horizontal, que podem ser úteis na interpretação;e (iii) Integração de dados geológicos, imagens de saté-lite e, se possível, dados geofísicos de outros métodosa exemplo da gravimetria e magnetometria.

Espera-se que a análise empregada neste trabalho sirvacomo sugestão para um mapeamento geológico básicoempregando o método geofísico VLF-EM.

AGRADECIMENTOS

Esta pesquisa foi concedida através do Projeto Rift CPGG/UFBA(Centro de Pesquisas em Geofísica e Geologia da Uni-versidade Federal da Bahia), e financiada pela PETRO-BRAS.

REFERÊNCIAS

GRANT, F. S., and WEST, G. F., 1965, Interpretation The-ory in Applied Geophysics: McGraw Hill book, NewYork, USA.

Mc NEILL, J., and LABSON, V., 1991, Geological Map-ping Using VLF Radio Waves: Nabighian, M. N.(Ed.);Eletromagnetic Methods in Applied Geophysi-cists.

SAMPAIO, E. E. S., 2009, VLF-EM Anomalies Simulationby Underground Line Sources of Alternating Current:VLF-EM Anomalies Simulation by Underground LineSources of Alternating Current:, Resumos Expandi-dos, 11th. Congr. Intern. da SBGf.

SMITH, B., and WARD, S. H. On the Computation ofPolarization Ellipse Parameters:, 1974.

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