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Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

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Page 1: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Parte BCampos primários das fontes

naturais e artificiais em EM

Page 2: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Campos primários

- em Electro-Resistividade (fonte pontual CC)

- em MT (onda plana c/ incidência vertical)

- em EM (campo de um dipolo magnético)

- em VLF (campo de um dipolo eléctrico vertical)

- em TDEM (campo transiente de um dipolo magnético)

Page 3: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Fonte pontual na superfície de um semi-meio infinito.

Electro-Resistividade (fonte pontual CC)

r

IrV

2

)(

Fontes pontuais na superfície de um semi-meio infinito.

)11

(2

)(BA rr

IrV

Page 4: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

0 0.4 0.8 1.2z/L

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Jx/J

oVariação da densidade de corrente normalizada com a profundidade.

2/322 )4/(2

),0,2/(zL

LIzLJ x

2

0 14002

I),,(L/J x

Em termos práticos a prof. de investigação é, aproximadamente, de:

Schlumberger: 0.1 a 0.3 da distância L

Dipolo-dipolo: 0.2 do comprimento do perfil

Polo-Dipolo: 0.4 do comprimento do perfil

Page 5: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

MT (onda plana)

Page 6: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Frequency = 0.1Hz Frequency = 0.5Hz Frequency = 1Hz Skin depth = 2.2 km Skin depth = 1 km Skin depth = 0.7km

Resistivity 2 mW

Ez=Hz=0

ikz

h

hikz

h

h

h

h eH

Ee

H

E

H

E

jeeEieeEEtygzigz

ytxgzigz

xh )()(Re

jeeHieeHHtygzigz

ytxgzigz

xh )()(Re

2)1( iik iggk

eeE

E

zAmplitude

zAmplitudeg

x

x

)(

)0(

TT

g

5.0104

21

72

Page 7: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

• …we can use the attenuation and phase difference to determine the resistivity structure of the earth.

SOURCESOURCE

SIGNALSIGNAL

RECEIVEDRECEIVED

SIGNALSIGNALEARTHEARTH

…and we have receiver which detects the modified fields

If we have a source that transmits fields through the earth

Page 8: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Dipolo magnético vertical sobre um semi-meio infinito

02 FkFLap

)(2 FdivgradFkH

FrotiE

Num ponto P(r,,z) situado no ar (z<0),

sz

ozz FFF 11

R

MF o

z 4

01 zLapF

022

2 zz FkLapF

O problema resume-se, pois, a encontrar uma função que satisfaça as equações,

se z < 0

se z > 0

Page 9: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Para z > 0 a equação a resolver é

01

22

22

22

22

2

zzzz Fk

z

F

r

F

rr

F

dmmrJeDeCM

F ozm

mzm

mz )(4 0

211

A solução geral é

Impondo CF

dmmrJemm

mme

MF o

hzmhzmz )(

4 0

)(

1

1||1

dmmrJemm

mMF o

zmmhz )(

2

4 0

)(

12

1

(z<0)

(z>0)

Page 10: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

dmmrJmm

mMF oz )(

2 0 10

Se (z=0, h=0)

0

11

20 )(

2dmmrJ

mm

mMi

r

FiE z

0

11

12

02

)(2

dmmrJmm

mmM

zr

FH z

r

0 1

3

20

2

02 )(

2dmmrJ

mm

mM

z

FFkH o

zzz

Page 11: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

ikr

oerkikr

rkE

Ee )33(3

2 22

22

ikr

oz

z erikrkikrrkH

Hh

z

)9

1

9

41(1

18 3322

22

)

2()

2()

2()

2( 2211

22 ikrK

ikrI

ikrK

ikrIrk

H

Hh

oz

rr

Page 12: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Seja o caso p = r/δ < 1 – número de onda pequeno

0 !

)(

n

nikr

n

ikre

....12

1

15

181 43 ppInhz

....105

16

15

8

2

1 532 pppQhz

....6

1

15

41 43 ppIne

....105

4

15

4

2

1 532 pppQe

4~ 2 r

oz

za

H

H

rIm

42

Page 13: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Campo transiente de um dipolo magnético

vertical

Fazendo-se uso do princípio da sobreposição, pode calcular-se o campo transiente causado por uma fonte, a partir das componentes do campo electromagnético no domínio das frequências e da aplicação de transformadas de Fourier

Page 14: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

0

00)(

tH

ttH

oo

iFo

1)(

Seja uma fonte do tipo:

tiikr eerkikrr

ME

)33(32

)( 224

tiikrz eerikrkikr

rk

MH

)

9

1

9

41(1

2

9)( 3322

52

/)1( ik 2/122 )( zxr

, Como:

Page 15: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

)

9

1

3

11(

2)(

2

9 42)2/(5

2

uuueur

M

t

H uz

)2/(2

4

2

)3

11(

2)(

2

3)( ueuuu

r

MtE

O campo transiente será:

dteuu t 0

)2/( 22)(

2/17 )102(

/2

t

ru

)9

2(2

)()9

1(14

)2/(23

2

uuueu

ur

MH u

z

deHi

tH ti

)(1

2

1)(

Page 16: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

A tensão na espira Rx :

0.01 0.1 1 10 100tem po (m s)

1E-006

1E-005

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

Vol

t

Early times

Late times

t

HnAtV z

)(

Page 17: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

1)(lim uu

tr

MH z 52

9

se τ/r < 2

Nos instantes iniciais as correntes induzidas concentram-se junto da superfície, penetrando mais profundamente à medida que o tempo decorre. As expressões anteriores só descrevem correctamente o campo electromagnético para o tempo que a onda electromagnética leva a percorrer a distância emissor-receptor.

Early times- fase inicial

Page 18: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

2/3

2/32/13

3)(

1

15

21

4)(

tr

r

MtH z

2/52/3)(20

tM

t

H z

Late time – fase final

pequenos valores do parâmetro u :

....)406

(2

)(53

uu

uu

Page 19: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

2/53/1

3/52/1

2

)/20

(

t

tb

aI o

za

Resistividade aparente

Page 20: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Profundidade de investigação

tt

TEM

26.12

TEM versus MT

3.2MT

TEM

Page 21: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Over an uniform mediumcoincident loop 25 m

VOLTAGE E(t)/I

V/A

0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6

time, s

10 -6

10 -5

10 -4

10 -3

10 -2

0.1

1

10RESISTIVITY vs. TIME

Oh

m-m

0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6

time, s

10 -2

0.1

1

10

100

10 3

10 4

ρ=0.1 ohm-m

ρ=100 ohm-mρ=1000 ohm-m

Page 22: Parte B Campos primários das fontes naturais e artificiais em EM

Uniform medium-loop side effect – magnitude of the dipole moment

VOLTAGE E(t)/I

V/A

0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6

time, s

10 -6

10 -5

10 -4

10 -3

10 -2

0.1

1

10RESISTIVITY vs. TIME

Oh

m-m

0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6

time, s

10 -2

0.1

1

10

100

10 3

10 4

R=0.1 ohm-m

L=50 m

R=0.1 ohm-m

L=100 mR=1000 ohm-m

L=100 m

R=1000 ohm-m

L=50 m

R=100 ohm-m

L=50 m

R=100 ohm-m

L=100 m