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Introdução a Prospecção Geofísica
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Apresentação Esta Esta apos apostitila la tem tem por por obje objetitivo vo prin princi cipa pall aten atende derr às nece necess ssid idad ades es dos dos estudantes que estão iniciando seus estudos sobre geofísica de prospecção, pois mesmo sendo farta a bibliografia internacional de Prospecção Geofísica, a maioria est escrita em ingl!s" # universo da geofísica de prospecção engloba uma enorme quantidade de m$to m$todo doss geof geofís ísic icos os fund fundam amen enta tado doss nos nos mais mais dive divers rsos os prin princí cípi pios os físi físico cos" s" # aprendi%ado dos fundamentos físicos de cada m$todo $ a base para o entendimento das anomalias geradas por cada um quando o alvo em questão $ o meio geol&gico" # meio geol&gico pode ser investigado atrav$s das variaç'es das propriedades físicas das roc(as que o caracteri%am" Este $ o ponto de partida, entender a geologia não pela anlise direta de afloramentos ou testemun(o de poços mas sim indiretamente por suas propriedades físicas" A presente apostila visa introdu%ir aqueles que estão dando os primeiros passos no universo da geofísica de prospecção" Ela trs os conceitos bsicos dos principais m$todos geofísicos numa linguagem matemtica simples voltada para aqueles que querem entender os princípios físicos dos m$todos mas sem entrar em detal(e nas integrais e derivadas do clculo superior" )uatro m$todos geofísicos são apresentados* Gravim$trico, +agn$tico, El$trico e ísmico" +as $ importante tamb$m salientar que outros m$todos geofísicos são utili%ados na prospecção al$m dos acima citados, por$m com o objetivo aqui $ sobre fundamentos, esta omissão omissão fato foge do escopo do curso" curso" -este enfoque, a apostila segue uma divisão clssica introdut&ria dos m$todos geofísicos, sendo que maior peso foi dado ao m$todo sísmico" Por fim como em toda a ci!ncia $ sempre importante buscar outras fontes de con(ecimento, seja atrav$s de livros, artigos, internet, etc" para complementar o con(ecimento adquirido nesta apostila e em sala de aula
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CAPÍTULO 1
+$todo Gravim$trico / Introdução # m$todo Gravim$trico tem sua origem ligada à descoberta força da gravidade por Galileu Galilei em /012 e à sua quantificação, por Isaac -e3ton em /456, atrav$s da lei que rege a atração dos corpos" Inicialmente relacionados com a forma da 7erra e de sua estrutura interna" -a prospecção iniciou em /12. e em /1.8 descobriu a primeira estrutura acumuladora de petr&leo por m$todo geofísico" A aplicação do m$todo gravim$trico ao estudo da superfície terrestre terr estre baseia9se em que que difere diferente ntess distrib distribuiç uiç'es 'es de densi densidad dade e abai:o abai:o da superf superfíci ície e provo provocam cam distorç'es no campo gravitacional que envolve a 7erra" A prospecção gravim$trica $ usada como ferramenta de recon(ecimento na e:ploração de petr&leo" ;onsiderada rela relatitiva vame ment nte e bara barata ta comp compar arad ada a com com a pros prospe pecç cção ão sísm sísmic ica a à pros prospe pecç cção ão gravim$trica au:ilia a interpretação sísmica"
. 7eoria do m$todo gravim$trico ."/ de um material $ definida como a massa =m> deste material dividido pelo seu volume = V>, ou seja* ρ =
m
=/>
V
A unidade para a densidade $ dada no sistema internacional de unidades =I> em ?g@m, mas $ comum na industria industria de petr&leo petr&leo trabal( trabal(ar ar com a densidade densidade em g@cm que pertence ao sistema ;G =centímetro9grama9segundo =centímetro9grama9segundo>" >" Para conte:tuali%ar a propriedade densidade no Bmbito da e:ploração mineral, consideraremos o simples e:emplo geol&gico de um corpo minerali%ado soterrado" Pontos de massa
ρ1 (solo)
ρ.Cρ/
ρ2
(minério) Digura /" Esquema geol&gico representando a variação de densidade de um corpo minerali%ado soterrado"
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A densidade de um material pode ser pensada como um valor que quantifica o nmero de pontos de massa de igual valor necessrios por unidade para representar um determinado material" Assim para que a densidade do min$rio da Digura / seja maior que a do solo ao seu redor $ necessrio que ele conten(a mais pontos de massa por volume do que o solo" A Digura . da alguns e:emplos de densidades de roc(as e minerais encontrados na crosta terrestre"
Digura . F 7abela de variação de densidade de alguns minerais,
0
.". ;ampo gravitacional # campo gravitacional da terra $ gerado pela enorme massa do manto e do centro da terra e como a terra tem uma forma regular as diferenças de densidade dentro dela são graduais e suaves" # campo gravitacional da terra $ descrito de modo geral pela lei da gravitação de -e3ton dada por*
m m r
F = G
1
2
2
=.>
na qual, descreve a força =D> de atração entre duas massas m / e m. separadas por uma distBncia r" A força D $ sempre atrativa" G $ a constante gravitacional igual a 4,46.:/29// -m.@?g. no I e igual a 4,46.:/2 9 dinacm.@g. no sistema ;G" e fi%ermos a massa m / ser uma massa de teste e pequena comparada à m . e se m. for igual à massa da terra +e cujo raio da mesma $ e, temos que o campo gravitacional da 7erra $ dado pelo valor da aceleração da gravidade =g> obtida dividindo a força D pela massa teste, isto $* g =
GMe Re
2
=>
Galileu foi o primeiro a medir o valor da aceleração da gravidade =152 cm@s .> e em sua (omenagem / cm@s . foi c(amado de / Gal" omente H do valor da aceleração da gravidade $ devido ao efeito das massas da parte superior da crosta terrestre, e deste total, somente /0H $ devido às roc(as que estão nos primeiros 0?m de profundidade" nesta pequena casca onde se encontram os alvos da prospecção gravim$trica" ;ontudo, o m$todo gravim$trico possibilita o estudo da terra at$ profundidade de manto =cerca de 2 ?m>"
;aracterísticas dos eventos gravim$tricos gravim$tricos Para Para entend entenderm ermos os como como funcio funciona na o m$todo m$todo gravim gravim$tr $trico ico vamos vamos descre descreve ver r qualitativamente a variação da aceleração da gravidade do e:emplo da Digura / em termos da variação de densidade" ;omo massa de teste usaremos uma bola em queda livre =Digura >" As mudanças de densidade que ocorrem nas roc(as da crosta produ%em variaç'es no valor da gravidade que não ultrapassam 2,2/H do campo gravitacional terrestre" Jma anomalia gravim$trica considerada grande na e:ploração de petr&leo est em torno de /2 mGal e na e:ploração mineral em torno de /mGal" # parBmetro relevante numa prospecção gravim$trica para gerar uma dada anomalia gravim$trica $ na verdade o contraste de densidade dos tipos litol&gicos" Isto quer di%er que, a forma da curva que descreve a variação da aceleração da
4 gravidade não depende absolutamente da densidade, mas sim da diferença de densidade" ;omo e:emplo, se alterarmos as densidades da Digura , mas mantendo da diferença teríamos a mesma forma da curva gravim$trica que representa o perfil gravim$trico =Digura 8>"
Anomalia
g
posição Pontos de massa
Vetor aceleração ρ1 ρ.Cρ/
(solo)
ρ2 (minério)
Digura " Esquema geol&gico representando a variação de densidade de um corpo minerali%ado soterrado e sua respectiva curva de variação de aceleração da gravidade" g
Anomalia
campo regional é dado pela meio encaixante
posição
Vetor aceleração
ρ1=0
ρ.Cρ/
ρ2
Pontos de massa
(hipótese não real para o meio encaixante) (minério)
Digura 8" Esquema geol&gico representando a variação de densidade de um corpo minerali%ado soterrado e sua respectiva curva de variação de aceleração da gravidade" -o esquema $ variada a densidades sem alterar o contraste mostrado na Digura "
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Para entendermos as relaç'es matemticas entre a forma, a densidade e profundidade de um corpo geol&gico com a anomalia gravim$trica gerada por ele, usaremos um simples modelo matemtico de um corpo esf$rico" Kamos assumir tamb$m que a variação da aceleração da gravidade $ devido somente ao contraste de densidade do corpo esf$rico" A variação variação da atração gravitacional sobre um corpo esf$rico de taman(o finito e massa m pode ser derivada da equação que descreve um ponto de massa dada por*
∆ g =
Gmz Gmz
( x + z ) 2
2
=8>
! 2
na qual, % $ a profundidade do ponto e : $ a distBncia at$ um ponto P qualquer na superfície, como mostra a Digura 0" : θ
%
r m
• Digura 0" Esquema para o clculo da variação da aceleração da gravidade devido a um ponto de massa"
Da%endo mL ∆ρK, sendo ∆ρ o contraste de densidade e K o volume da esfera igual a 8π@ para o raio da esfera, podemos reescrever a equação =8> como* ∆ g =
G∆ ρ "π R ! z
(
! x
2
2
+ z
)
=0>
Para um corpo esf$rico com raio de /2m soterrado a uma profundidade de .0m abai:o da superfície com um contraste de densidade de 2,0 g@cm com a roc(a encai:ante a referente anomalia $ mostrada no esquema da Digura 4" A aceleração da gravidade $ medida com aparel(os denominados gravímetros, atrav$s de estaç'es posicionadas por GP =sistema de posicionamento global>" #s levantamentos gravim$tricos podem ser feitos em terra, no mar e no ar" # princípio físico dos gravímetros $ baseado ou na oscilação de um p!ndulo ou na deformação de uma mola na e:tremidade da qual se coloca uma massa de teste"
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mGal 2,2.0
942
982
9.2
.2
82
42
m
/2m
Digura 4" Anomalia gerada por uma esfera soterrada" ;ontraste de densidade de 2,0 g@cm"
# EDEMI, 9 +ovimento de rotação* 8 9 Kariaç'es Kariaç'es laterais de densidades das roc(asN 0 9 Atração varivel do ol e da Oua em função dos movimentosN ;omo ;omo as varia ariaçç'es 'es da ace acelera leraçã ção o grav gravit itac acio iona nall são muit muito o pequen quenas as,, consideraremos agora estes fatores que contribuem nesta variação divididos em duas categorias* 8"/ Kariaç'es temporais* variaç'es na aceleração dependentes do tempo a> Deriv mudanças as na acele aceleraç ração ão da gravid gravidad ade e Deriva a (drift) (drift) do instru instrumen mento to* mudanç medida devido ao desgaste do mecanismo de medição" b> Efeitos Efeitos de maré: maré: mudanças na aceleração da gravidade devido a atração gravitacional da lua ou do sol" 8". Kariaç'es Kariaç'es espaciais* variaç'es que dependem do local de medição" a> Variaçõ mudanças as na acele aceleraç ração ão da gravid gravidade ade medida medida Variações es de latitude: latitude: mudanç causada pela forma e rotação da terra" b> Variações de elevação (correção de ar livre): mudanças na aceleração da gravidade medida devido a diferenças topogrficas entre estaç'es" c> Efeito Efeitos s de massa massa (corre (correção ção de Bougu Bouguer) er):: mudanças na aceleração da gravidade medida devido atração da massa e:tra entre estaç'es gravim$tricas em topografias diferentes" d> Efeitos topográficos: mudanças na aceleração da gravidade medida devido ao relevo pr&:imo a estação"
0 ;lculo da anomalia ouguer # valo valorr da grav gravid idad ade e oug ougue uerr corr corres espo pond nde e ao valo valorr da acel aceler eraç ação ão da gravidade medida corrigida de todos os efeitos descritos na seção 8" A correção $ feita da seguinte forma* Gouguer L L gobservado Q gcorr" de latitude Q gcorr" de ar livre Q gcorr" de ouguer Q Q gcorr" de topografia F gbase"
=4>
4 Processamento de dados e interpretação Efetuado as correç'es das estaç'es gravim$tricas o pr&:imo passo $ importar os dado dadoss corri corrigi gido doss e o posi posici cion onam amen ento to das das esta estaç' ç'es es para para um soft soft3a 3are re de processamento geoestatístico de forma que as regi'es sem dados possam ser
/2 interpoladas e constituir uma base de dados que capacite a confecção de mapas de contorno das anomalias ouguer" Este processo de interpolação $ denominado grid gridag agem em"" -a grid gridag agem em uma uma mal( mal(a a regu regula larr =gri =grid> d> com com espa espaça çame ment nto o fi:o fi:o $ dete determ rmin inad ada a e em cada cada n& da mal( mal(a a os valo valore ress da anom anomal alia ia oug ougue uerr são são interpolados" A interpretação de mapas de contorno de anomalias ouguer favorece na determinação de altos estruturais no embasamento das bacias sedimentares, assim como a delimitação de possíveis fal(as" #utros processamentos feitos em cima dos grids como a aplicação de filtros facilit facilita a a locali locali%aç %ação ão de estrut estrutura urass geol&g geol&gica icas" s" A modela modelagem gem direta direta dos dados dados gravim$tricos, como aquela mostrada na Digura 4, $ a forma de dimensionar as fontes geradoras de anomalias e assim ter uma imagem do subsolo" Atualmente os modelos são feitos a partir de corpos poligonais cujo comprimento perpendicular ao perf perfilil $ assu assumi mido do como como uma uma prol prolon onga gaçã ção o da feiç feição ão mode modela lada da como como infi infini nito to =modelagem .<> ou limitado =modelagem .,0<>"
