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Pesquisas sísmicas à refração 2006-04-07 11:04:39

 

As pesquisas geo-sísmicas são freqüentemente realizadas através do 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 a solicitações, sejam elas de tipo natural, ou ainda de tipo artificial (explosões, marteladas, etc.).

 

 

 

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 provável composição litológica dos terrenos, o seu grau de fraturamento, a geometria das primeiras unidades debaixo do capeamento superficial, a profundidade onde se encontra o substrato (“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 os pontos de energização e 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 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 BR24, com 24 canais.

 

Dispositivo de recepção

 

 

 

Para detectar as vibrações são utilizados 24 geofones de tipo eletromagnético a bobina móvel com freqüência 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.

 

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 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 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 dromocronas medidas, seja em forma gráfica, seja em forma legível, pelo programa de elaboração tradicional baseado no algoritmo GRM (Generalized Reciprocal Method);

 

3. Imissão dos valores das quotas dos geofones 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 camadas são caracterizadas por um gradiente nulo 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 altitude 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 sob forma de uma matriz de celas 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 completo modelo matemático bidimensional (modelização tomográfica). O terreno é, portanto, subdividido em celas unitárias 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 dos 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, 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.

 

 
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