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8/10/2019 Geofísica - Método da Eletroresistividade
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Geofísica
MÉTODOS POTENCIAIS
São métodos geofísicos que investigam variações locais noscampos potenciais de força que existem naturalmente naTerra.
São classificados de acordo com a propriedade física queinvestigam:
• GRAVIMETRIA – investiga variações locais no campo
gravitacional da Terra.
• MAGNETOMETRIA – estuda variações locais no campomagnético da Terra.
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Geofísica
GRAVIMETRIA
Detecta variações de densidade na subsuperfície através damedição de variações locais na gravidade terrestre.
• Requer contraste de densidade entre o “alvo” e as rochas ou
sedimentos encaixantes.
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Geofísica
Força gravitacional, F
Lei de Newton da gravitação:
A força atrativa mútua entre duas massas pontuais éinversamente proporcional ao quadrado da distância entre
as massas.
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Geofísica
Constante gravitacional, G
G é uma constante proporcional como valor de 6.6732 x 10-11 m3/kgs2.
• Seu valor foi determinadoexperimentalmente por Cavendishem 1798.
• A unidade de força gravitacional F éNewton (1N = kgm/s2).
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Geofísica
Aceleração da gravidade, g
No método gravimétrico mede-se a aceleração da gravidade(g) ao invés da força gravitacional (F).
• g pode ser derivada da segunda lei de Newton:
Unidades de g:
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Geofísica
Aceleração da gravidade, g
g é normalmente expresso em m/s2 (SI) ou cm/s2 (cgs).
• Em geofísica a unidade convencional de g é Gal (emhomenagem a Galileu).
• Outra unidade SI para g é g.u. (gravity unit ).
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Geofísica
g na superfície da Terra
Se a Terra fosse um planeta perfeitamente esférico, sem
rotação e composto por uma massa homogênea:
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GeofísicaEfeito da forma
Mas a Terra não é uma esfera, ela é um elipsóide. Portanto o
valor de g varia com a latitude.
• O raio da Terra diminui do equador para os pólos em cerca
de 11Km;
• Nos pólos, o raio menor aumenta o valor de g;
• Produz um aumento de g de 6.6 Gal nos pólos.
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Geofísica
Efeito da massa
O raio da Terra é maior no equador, logo mais massa existe
entre o centro da Terra e a linha do equador.
• Causa uma diminuição no valor de g nos pólos de 4.8 Gal.
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Geofísica
Efeito da rotação
A rotação da Terra produz uma força centrífuga Fc que se
contrapõe à força da gravidade.
• Produz um aumento no valor de g nos pólos de 3.4 Gal.
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Geofísica
Efeito resultante de latitude
O efeito resultante da variação de latitude é um aumento na
gravidade do equador para os pólos de 5.2 Gal.
• Esta é uma variação muito grande uma vez que a maioria
dos alvos geológicos produz anomalias gravimétricas
menores que 0,1 mGal.
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Geofísica
Fórmula Internacional da Gravidade - IGF
Os valores “normais” da gravidade com a latitude são
calculados através da IGF.
• A IGF fornece valores “normais” de gravidade, no nível do
mar, como função da latitude (f).
onde ge é o valor da gravidade no equador ao nível do mar(ge = 9,780318 m/s2) e A e B são constantes determinadas
em função da velocidade angular, tamanho e forma da Terra.
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GeofísicaGeóide
As medidas relativas de gravidade são feitas em relação a
uma superfície imaginária chamada Geóide.
• A superfície do geóide se aproxima do nível médio dos
mares;
• Na superfície do geóide o valor de g é constante.
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Geofísica
Superfície do geóide
• Superfície de mesmo potencial gravimétrico;
• Deprimida sobre os oceanos e elevada sobre os
continentes, em relação ao elipsóide.
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Geofísica
Anomalia gravimétrica, Dg
Devido à composição heterogênea da Terra, espera-se que
os valores locais medidos de gravidade sejam diferentes do
valores “normais” de gravidade calculados pela IGF.
• A diferença entre os valores medidos de gravidade e os
dados pela IGF é chamada de “anomalia de gravidade” (Dg).
• As anomalias são resultantes dos contrastes de densidade
que ocorrem na subsuperfície embaixo dos pontos de
medição.
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Geofísica
Medição da gravidade
Tanto pode ser uma medida absoluta de gravidade como,
mais comumente, uma medida relativa de gravidade
(variação de g entre duas estações de medição).
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GeofísicaMétodos de medição de g
Queda livre de corpos
• g pode ser medida diretamente pela queda de um objeto
com medição da sua taxa de variação de velocidade (g).
• A altura da queda de um corpo é proporcional ao quadrado
do tempo de queda.
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GeofísicaMétodos de medição de g
Queda livre de corpos
A massa pode ser solta dentro de uma câmara de vácuo e o
tempo de queda medido com precisão através de um
interferômetro a laser.
• mede g com precisão de 0,001 mGal• g = 2z/t2
Gravímetro absoluto
Micro-g FG-5
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GeofísicaMétodos de medição de g
Pêndulos
A gravidade foi medida pela primeira vez por Pierre Bougher
em 1749 usando um pêndulo.
• O período de oscilação do pêndulo é inversamente
proporcional a g.
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GeofísicaGravímetros
Na prática, levantamentos gravimétricos são medições
relativas de g usando um gravímetro, que é uma sensível
balança com uma massa suspensa por uma mola.
• Uma pequena mudança em g resulta no deslocamento da
massa e na variação do comprimento da mola.
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Geofísica
Princípios de operação de um gravímetro
A variação de comprimento x da mola é proporcional à
massa dividida pela constante k da mola.
• Quanto mais rígida for a mola, maior a sua constante k;
• A mola é mais estirada sob maiores valores de g.
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Geofísica
Gravímetro Worden
Gravímetros modernos empregam molas de quartzo, o que
lhes confere grande precisão nas medições.
• Mede g com uma precisão de 0,01 mGal.
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Geofísica
Medição com Gravímetro Worden
1. Nivele o instrumento usando os parafusos nos pés.
2. Na estação base, zere o instrumento posicionando o feixevisto no monóculo para a posição central. Para isto use odisco de calibração.
3. Desloque o gravímetro para a próxima estação e nivele-onovamente.
4. Zere o instrumento de novo. A força restauradora (emmGal) necessária para zerar o instrumento é registrada.
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Geofísica
Medição relativa da gravidade
O instrumento é montado em estações ao longo de linhas e
a cada estação a variação no valor de g é medida.
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Geofísica
Correção de dados gravimétricos
As anomalias de gravidade que se desejam medir são
pequenas quando comparadas com as variações de
gravidade que ocorrem ao longo do tempo e com o ponto de
medição.• Essas variações indesejáveis de gravidade são removidas
do dado registrado através da aplicação de várias correções:
1. Correção de instrumento (drift ); 2. Correção de marés;
3. Correção de latitude; 4. Correção ar-livre (free air );
5. Correção Bougher; 6. Correção de terreno.
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GeofísicaEfeito de instrumento
As variações de temperatura durante o levantamento
provocam variação nas propriedades da mola do gravímetro,causando uma variação gradual nas medidas de gravidade.
• Em geral, g varia menos de 1 mGal (10 g.u.);
• Essa variação é monitorada por repetidas medições namesma estação (1 medição a cada 1 ou 2 horas).
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GeofísicaEfeito de maré
A atração gravitacional do Sol e da Lua deforma a Terra e a
superfície dos oceanos.
• A deformação da Terra é pequena (alguns centímetros)
mas suficiente para afetar as medidas de gravidade;
• As variações de maré têm período de 12 horas.
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Geofísica
Estações-base
Para a medição dos efeitos de instrumento e de maré, váriasestações-base são repetidamente re-ocupadas durante um
levantamento gravimétrico.
• Leituras de gravidade são efetuadas nas estações-base aaproximadamente cada hora.
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GeofísicaCorreção de instrumento e de maré
Se um gravímetro faz várias medidas em uma mesma estação, a razão
para a obtenção de valores diferentes de gravidade em cada leitura é odrift e as marés.
• A correção de instrumento (drift ) e de maré é dada pela diferença entre
as sucessivas medições de gravidade nas estações-base.
• O drift instrumental e as marés têm uma correção única.
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Geofísica
Correção de instrumento e de maré
O drift entre as estações é assumido como suave e éestimado da linha de ajuste linear entre os valores de
gravidade lidos nas estações-base.
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GeofísicaCorreção de Latitude
A gravidade em uma estação é dada pela diferença entre o
valor medido e o valor teórico de gravidade para aquelaestação. O valor teórico de gravidade é dado pela fórmula
IGF:
• Uma aproximação pode ser aplicada para levantamentos
de pequena escala (< 100 Km):
• Só é importante quando o levantamento ocorre numa linha
onde a latitude muda por várias centenas de metros.
) Km/mGal2sen81,0CL
f
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GeofísicaCorreção Ar-livre
Corrige a variação da gravidade causada pela diferença de
elevação entre as várias estações de medição, em relaçãoao nível médio dos mares.
• A correção ar-livre é positiva quando a estação se encontra
acima do nível do mar e negativa quando a estação está
abaixo do nível do mar.
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Geofísica
Topografia
A medição das elevações dasestações gravimétricas precisa
ser executada com elevada
precisão.
• Precisão topográfica de ± 5 cm
para uma precisão de 0,1 mGal.
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Geofísica
Anomalia Ar-livre (gFA)
Valor de gravidade obtido após a subtração do valor normal
de gravidade (IGF), da correção de instrumento e de maré, e
da correção ar-livre.
• Mapas de anomalia ar-livre são usados diretamente nainterpretação em áreas oceânicas.
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GeofísicaCorreção Bougher
A correção ar-livre não corrige o efeito das massas
existentes entre a estação de medição e o nível médio dos
mares (nível de referência para a correção ar-livre).
• A correção Bougher calcula a atração gravitacional extra
exercida por uma camada de rocha lateralmente infinita, comdensidade média r e espessura z.
• Sempre negativa.
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GeofísicaCorreção de terreno
A camada lateralmente infinita considerada na correção
Bougher descreve as variações gravitacionais causadas porvariações topográficas de grande escala.
• Mas não serve para representar os extremos locais de
variações topográficas próximos das estações de medição;• Como o efeito de vales e montanhas próximos a uma
estação de medição.
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GeofísicaEfeitos de construções
Em medições micro-gravimétricas, efeitos locais de prédios
ou outras construções podem ser sentidos.
• Uma parede de tijolos com 50 cm de espessura pode
induzir uma anomalia de cerca de 0,01 a 0,03 mGal a uma
distância de até 5 metros.
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GeofísicaCarta para correção de terreno
A correção de terreno é realizada através das cartas de
Hammer.
• Calcula a atração gravitacional de cada setor de uma série
de cilindros em torno da estação gravimétrica;
• A contribuição ponderada de cada setor (como função doseu volume e da distância à estação) é somada, resultando
no valor da correção de terreno.
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Geofísica
Métodos de estimativa de densidade
Para aplicar as correções Bougher e de terreno precisamos
conhecer a densidade da subsuperfície. Alguns métodos são
usados para a estimativa de densidade:
• Estimativa “grosseira” baseada na estratigrafia;
• Perfis geofísicos de poços ou medição laboratorial de
densidade de testemunhos de poços;
• Método de Nettleton para a geração de um “perfil de
densidade”.
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Geofísica
Método de Nettleton
• Aplica um intervalo de
valores tentativos de
densidade nas correções de
Bougher e de terreno de umalinha de dados;
• Escolhe-se a curva que
fornece a melhor estimativade densidade pela correlação
com a topografia.
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Geofísica
Densidades típicas de minerais e rochas
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Geofísica
Exemplo de dados corrigidos (ou reduzidos)
M d li B h
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GeofísicaMapa de anomalia Bougher
• Todas as correções foram aplicadas.
• Variações de gravidade são devidas a contrastes de
densidade na subsuperfície.
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Geofísica Anomalias de gravidade
A magnitude e a forma de uma anomalia de gravidade
depende de:
• Contraste de densidade;
• Profundidade da fonte;
• Geometria (fatores de forma).
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GeofísicaGravidade de uma esfera
• O objeto mais simples de modelar é uma esfera uniforme
de densidade r;• x é a distância horizontal entre o ponto de medição e ocentro da esfera;
• r é a distância inclinada entre o ponto de medição e o
centro da esfera;• z é a profundidade do centro da esfera.
G fí i
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Geofísica
Gravidade de uma esfera
• A atração gravitacional vertical é g = GM/r 2
;• A massa é dada pelo volume V = (4/3)pR3 vezes o
contraste de densidade rC = r1 – r2;
• M = m3
x Kg/m3
= Kg.
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G fí i
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Geofísica
Exemplo: esferas enterradas
• Anomalias centradas sobre o centro da esfera;
• A anomalia torna-se mais larga (maior comprimento de
onda) com o aumento da profundidade da fonte;
G fí i
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Geofísica
Estimativa de profundidade da fonte
• A profundidade do topo de uma fonte gravimétrica pode ser
estimada como sendo aproximadamente igual à meia largura
x1/2 do pico de anomalia na metade da altura do pico;
• Para objetos cilíndricos z = 1,305 x1/2.
G fí i
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Geofísica
Outros objetos
Geofísica
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Geofísica
Método Gradiente-Amplitude
• Pode-se estimar a profundidade da fonte com base nogradiente dos lados do pico de anomalia;
• A profundidade é calculada a partir da razão entre a
amplitude máxima de gravidade Dgmax e o gradiente Dg’:
Geofísica
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Geofísica
Ambigüidade em interpretação gravimétrica
As interpretações gravimétricas não são únicas.
• Um número infinito de combinações de geometria da fonte,
profundidade da fonte e contraste de densidade pode gerar
a mesma anomalia.
Geofísica
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GeofísicaGeologia complexa ?
As anomalias Bougher resultam da superposição de efeitos
de diferentes distribuições de massa a diferentesprofundidades.
• Fontes mais profundas, comprimentos de onda maiores;
fontes mais rasas, comprimentos de onda menores.
Geofísica
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Geofísica
Modelagem gravimétrica
Consiste em produzir matematicamente a resposta
gravimétrica de vários modelos geológicos, auxiliando na
interpretação dos dados observados no campo.
• Modelagem direta: trabalha com modelos com camadas de
espessura e densidades conhecidas, comparando a
resposta calculada com os dados obtidos no campo;
• Modelagem inversa: Estima as densidades e espessuras
das camadas a partir dos dados registrados no campo.
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Geofísica
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Geofísica Aplicações Ambientais
• Detecção de cavernas, tanques enterrados;
• Delineamento de área de ação de aterros sanitários;
• Mapeamento de falhas e zonas de fraturas em rochas;
• Estimativa de profundidade do embasamento.
Geofísica
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Geofísica
Scintrex CG-3 Autograv
• Nível automático;
• Resolução de 0,01 mGal.
Geofísica
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Geofísica
Gravimetria aerotransportada
• Gravímetro montado em plataforma
estabilizadora;
• 3 acelerômetros compensados para
movimentos do avião;
• Acelerações > 20.000 mGal.
Geofísica
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Geofísica
Gravímetro absoluto Micro-g F-5
• Gravímetro de queda-livre;• Resolução de 0,001 mGal.
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Geofísica
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Geofísica
Detecção de cavernas
• Anomalias típicas de -60 mGal.
Geofísica
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Geofísica
Galerias de minas subterrâneas abandonadas
Geofísica
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Geofísica
Mapeamento do lago subglacial Vostok
• Gravimetria aerotransportada;
• Lago Vostok sob 4 Km de gelo.
Geofísica
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Geofísica
Topografia de fundo do lago Vostok
Geofísica
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Geofísica
Canais rochosos subglaciais
Geofísica
M it t d l õ
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GeofísicaMonitoramento de vulcões
• Monitora as condições do magma em vulcões ativos;
• A gravidade diminue quando o magma ascende na câmara
magmática;
• A erupção pode ser prevista pelo aumento no conteúdo de
gás.
Geofísica
Vulcão Masaya Nicarágua
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Vulcão Masaya, Nicarágua
• A diminuição de 90 mGal na gravidade em 1997-1999 foi
associada com a liberação de gás;• Redução de gravidade causada pelo armazenamento de 4
milhões de toneladas de gás (H2O+CO2+SO2) em uma
camada de magma vesicular.
Geofísica
Vulcão Guntur Indonésia
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Vulcão Guntur, Indonésia
• Levantamento de microgravidade conduzido em torno do
vulcão para localização de câmaras magmáticas;• Gravidade baixa indica a presença de câmara magmática.
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