EEG - GEOFISICA

Sísmica à Refração

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As pesquisas sísmicas são frequentemente realizadas através do Método Sísmico à Refração, que utiliza a determinação da velocidade de propagação das ondas longitudinais (ondas P) e, por vezes, transversais (ondas S) no subsolo.

Tais ondas são geradas, e se propagam no terreno, cada vez que este é submetido a solicitações de tipo natural ou artificial (explosões, marteladas, etc.).

Retegeofisica

A técnica de prospecção sísmica à refração consiste na medida dos tempos de primeiras recepções das ondas sísmicas geradas em um ponto na superfície (ponto de disparo) em correspondência de vários pontos dispostos alinhadamente na superfície topográfica (geofones).
O estudo da propagação das ondas sísmicas permite avaliar as propriedades mecânicas e físicas dos terrenos e a solidez dos materiais por estas atravessados.

Mediante este tipo de estudo é possível estimar a composição litológica dos terrenos, o grau de fraturamento das unidades litóides, a geometria das primeiras unidades por baixo do capeamento superficial, a profundidade do topo rochoso (“bedrock”), o seu andamento e, às vezes (em terrenos aluviais), a profundidade do lençol freático (N/A).

A elaboração dos dados sísmicos realiza-se por procedimentos iterativos com uso de um modelo matemático bidimensional que permite maximizar a resolução e o detalhe, podendo-se reconstruir um modelo de velocidade do terreno em estudo.

Utilizando as distâncias entre os pontos de energização e recepção e os tempos de primeira recepção dos sinais sísmicos se elaboram as dromócronas (curvas tempo-distância), a partir das quais se obtêm a velocidade real das distintas camadas, suas espessura, profundidade, forma e inclinação.

O algoritmo utilizado pelo programa de cálculo foi publicado em 1986 por Dereck Palmer em um artigo intitulado “The generalized reciprocal method of seismic refraction interpretation (Society of Exploration Geophysicists)”.

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Unidade de aquisição de dados

Para registrar simultaneamente os impulsos sísmicos ressaltados pelos geofones é necessária a utilização de uma instrumentação eletrônica multicanal, com baixíssimo ruído interno e alta velocidade de amostragem, dotada de suporte magnético para o registro dos dados obtidos depois de oportuna amplificação, filtragem e conversão analógico/digital. Para esta finalidade utilizamos o nosso sísmógrafo EEG BR-24, com 24 canais.

 

Dispositivo de recepção

Para detectar as vibrações são utilizados 24 geofones de tipo eletromagnético a bobina móvel com frequência característica de 10 Hz, que permitem converter em sinais elétricos as vibrações induzidas no terreno. Estes receptores se conectam ao sismógrafo através de cabos multipolares apropriados.

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Dispositivo de energização

Para gerar as ondas sísmicas podem-se usar:

  • Uma marreta;
  • Um “provete” sísmico;
  • Explosivo.

O impulso assim gerado é transmitido imediatamente ao sismógrafo para permitir um registro sincronizado em “tempo zero”.

As seções sísmicas são constituídas por 24 geofones alinhados a passo constante, e são energizadas em cinco, sete ou nove pontos distribuídos ao longo da linha, em posições internas e externas.

 

Aquisição dos dados

A aquisição dos dados ocorre depois de oportunas verificações do correto funcionamento da instrumentação e do circuito de “time-break” (tempo zero).

Elaboração dos dados
O procedimento de elaboração é sinteticamente descrito nos seguintes passos:

  1. Transferência dos sismogramas ao programa de seleção dos tempos de primeira recepção;
  2. Emissão das dromócronas medidas em forma gráfica e em forma legível pelo programa de elaboração tradicional baseado no algoritmo GRM (Generalized Reciprocal Method);
  3. Imissão dos valores das cotas dos geofones e dos disparos no programa de interpretação GRM e leitura das dromócronas medidas;
  4. Elaboração dos dados e interpretação tradicional;
  5. Emissão das seções interpretadas, que mostram os limites entre camadas de diversas velocidades sísmicas e os próprios valores de velocidade. Note-se que as velocidades sísmicas atribuídas a cada uma das camadas são caracterizadas por uma gradiente nula na direção vertical (ou seja, as velocidades para cada camada são constantes na vertical). Existe a possibilidade de modelar, com o procedimento GRM, as variações horizontais de velocidade que, de qualquer forma, resultam discretas e não contínuas;
  6. Emissão de um arquivo que indica localização e cota de cada ponto de disparo e de cada geofone, legível pelo programa de iteração tomográfica e de ray-tracing (traçado do percurso dos raios sísmicos);
  7. Emissão do modelo bidimensional do terreno obtido do procedimento GRM em forma de uma matriz de células unitárias de dimensão definida (inferior ao metro), adaptada para ser lida pelo programa de ray-tracing e de elaboração tomográfica. A interpretação GRM vem, portanto, fornecer o modelo inicial das velocidades do terreno, necessário para ativar as iterações do modelo matemático bidimensional (modelização tomográfica). O terreno é, portanto, subdividido em células unitárias de dimensões mínimas, cada uma dotada de uma diferente velocidade sísmica e pronta a ser modificada pelo procedimento de iteração tomográfica, com o objetivo de reduzir ao mínimo o erro entre as dromócronas calculadas com base no modelo do terreno e aquelas efetivamente medidas durante a prospecção.

Refração 2D

Exemplo de seção sísmica

O arquivo que contém as posições e as cotas é lido pelo programa tomográfico juntamente com o arquivo que contém a matriz das velocidades. O procedimento de ray-tracing e de controle é também ativado.
Em primeiro lugar é controlada a posição dos sensores e dos disparos. Logo depois são visionados os percursos dos raios sísmicos e avaliado o primeiro fitting com os dados medidos, com o propósito de iniciar o procedimento tomográfico excluindo erros sistemáticos previamente corrigíveis.

O objetivo do procedimento iterativo tomográfico é reduzir o erro entre os tempos das dromócronas calculadas com base no modelo em relação àquelas efetivamente medidas. Isto ocorre por aproximações sucessivas (iterações) controladas pelo operador, o qual pode escolher entre os muitos coeficientes que influenciam o cálculo e também o próprio procedimento utilizado para realizar a minimização dos erros.

O resultado final será uma matriz representativa do terreno investigado constituída por células (cada uma caracterizada por uma velocidade sísmica) que, no total, apresentam um erro mínimo quando utilizadas no procedimento de traçado dos raios sísmicos.
Essa matriz é visualizada através de um oportuno programa de contouring, utilizando diversas cores para diferentes velocidades.

Sísmica à Refração

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