Sísmica de Refração

Na sísmica de Refração, as ondas sísmicas propagam-se em sub-superfície e viajam a grandes distâncias, sendo após captadas por sensores (geofones). As informações obtidas por este método geralmente são de áreas em grande escala, trazendo informações pouco detalhadas das regiões abaixo da superfície, situadas entre o ponto de detonação e o ponto de captação.

As pesquisas geo-sísmicas são freqüentemente realizadas utilizando-se o método sísmico à refração, que utiliza a determinação da velocidade de propagação das ondas longitudinais (ondas P) e às vezes transversais (ondas S) no subsolo. Tais ondas são geradas, e se propagam no terreno, cada vez que este último é submetido à solicitações sejam do tipo natural, sejam do tipo artificial (explosões, marteladas, etc.).

técnica de prospecção sísmica a 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 (geófones). 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 provável composição litológica dos terrenos, ao seu grau de fraturamento, a geometria das primeiras unidades debaixo do capeamento superficial, a profundidade onde se encontra a rocha de fundo (“bedrock”), a sua forma e às vezes, nos terrenos aluviais, a profundidade do lençol freático. A elaboração dos dados sísmicos com um completo modelo matemático bidimensional acompanhado por procedimentos iterativos, permite maximizar a resolução e o detalhamento podendo-se reconstruir um modelo de velocidade do terreno em estudo. Utilizando as distâncias entre o ponto de energização e os de recepção e os tempos de primeira recepção dos sinais sísmicos, se elaboram as dromocronas (curvas tempo-distância), das quais se obtêm, através de um oportuno programa de cálculo, as velocidades reais das distintas camadas, sua espessura, profundidade, forma e inclinação. Este procedimento de tipo “clássico” foi criado para fornecer um modelo de velocidade inicial ao procedimento de iteração topográfica. Para esta parte do procedimento interpretativo 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)”. Unidade de aquisição de dados Para registrar simultaneamente os impulsos sísmicos ressaltados pelos geófones é necessária a utilização de uma instrumentação eletrônica multicanal, com baixíssimo ruído interno, a 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 BR24, com 24 canais. Dispositivo de recepção Para registrar as vibrações do terreno são utilizados 24 geófones do tipo eletromagnético a bobina móvel com freqüência característica de 10 Hz, que permitem converter em sinais elétricos os deslocamentos verificados no terreno. Estes receptores se conectam ao sismógrafo através de cabos apropriados multipolares. Dispositivo de energização Para gerar as ondas sísmicas é utilizado um apropriado fuzil sísmico. O impulso do disparo é transmitido imediatamente ao sismógrafo para permitir um registro sincronizado em tempo 0. As seções sísmicas são constituídas por 24 geófones alinhados a passo constante, e são energizadas em cinco, sete e nove pontos alinhados às mesmas, 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 0). Elabiração dos dados O procedimento de elaboração é sinteticamente descritível nos seguintes passos: 1. Transferência dos sismogramas ao programa de seleção dos tempos de primeira recepção; 2. Emissão das dromocronas medidas, seja em forma gráfica que em forma legível pelo programa de elaboração tradicional baseado no algoritmo GRM (Generalized Reciprocal Method); 3. Imissão dos valores das quotas dos geófones e dos disparos no programa de interpretação GRM e leitura das dromocronas medidas; 4. Elaboração dos dados e interpretação tradicional; 5. Emissão das seções interpretadas, que trazem as interfaces entre camadas de diversas velocidades sísmicas e os mesmos valores de velocidade. Nota-se que as velocidades sísmicas atribuídas a cada uma das camada são caracterizadas por um gradiente nulo na direção vertical (são constantes na vertical para cada camada). Existe a possibilidade de modelizar, com o procedimento GRM, as variações horizontais de velocidade, que de qualquer modo resultam discretas e não contínuas; 6. Emissão de um arquivo que indica localização e altitude de cada ponto de disparo e de cada geófone, 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 sob forma de uma matriz a celas de dimensão definível (inferiores 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 completo modelo matemático bidimensional (modelização tomográfica). O terreno é, portanto, subdividido em celas de dimensões mínimas, cada uma dotada de uma diferente velocidade sísmica e cada uma pronta a ser modificada pelo procedimento de iteração tomográfica com o objetivo de reduzir ao mínimo o erro entre as dromocronas calculadas com base no modelo do terreno e aquelas efetivamente medidas durante a prospecção; O arquivo que contém as posições e as cotas é lido pelo programa tomográfico juntamente com o arquivo contendo 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 dromocronas calculadas com base no modelo em relação àquelas efetivamente medidas. Isto ocorre por aproximações sucessivas (iterações) controladas pelo operador, ao qual é possível intervir na escolha de muitos coeficientes que influenciam o cálculo como também na escolha do mesmo procedimento que é utilizado para realizar a minimização dos erros. O resultado final será uma matriz representativa do terreno investigado constituída por celas, cada uma caracterizada por uma velocidade sísmica que, em total, apresenta um erro mínimo se utilizada no procedimento de traçado dos raios sísmicos. Essa matriz é visualizada através de um oportuno programa de contouring, utilizando diversas cores para diferentes velocidades.