CÁLCULO DA VELOCIDADE DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS EM ROCHAS COM OCORRÊNCIA DE CARVÃO EM CANDIOTA, RS

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1 CÁLCULO DA VELOCIDADE DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS EM ROCHAS COM OCORRÊNCIA DE CARVÃO EM CANDIOTA, RS 1. INTRODUÇÃO O objetivo deste trabalho é calcular a velocidade de propagação de ondas eletromagnéticas do método Ground Penetrating Radar (GPR) em rochas com ocorrência de carvão. Com isso espera-se possibilitar a distinção geométrica e petrofísica de camadas de carvão, essas feitas através de futuras campanhas de GPR em locais com potencial para lavra no município de Candiota, onde está localizada a maior jazida do país, a jazida Candiota. Essa jazida representa 44% dos recursos do Estado do Rio Grande do Sul e de 40% do total de recursos nacionais, os quais somados totalizam cerca de 32 bilhões de toneladas (89,23% localizadas no Rio Grande do Sul), segundo Kalkreuth (2006), Seccatore e Marin (2011). Devido ao condicionamento estrutural/tectônico da jazida (borda da Bacia do Paraná) e intenso trabalho de prospecção, a lavra ocorre de maneira superficial (~30 m de profundidade). Em comparação com as outras rochas tipicamente encontradas em depósitos sedimentares, o carvão possui parâmetros petrofísicos significativamente diferentes, isso assegura que este tipo de rocha seja alvo para diversos tipos de levantamentos geofísicos (HATERLY, 2013). Silva (1999) apud Kalkreuth (2006) classifica o carvão de Candiota através de análise petrográfica como subbetuminoso. Segundo Reeves (1981) apud Gorelik (2014) o carvão do tipo betuminoso e sub-betuminoso apresenta alta resistividade, característica que tem sido utilizada para identificação do mesmo. Molinda (1996), Save (2004), Strange (2005) discorrem sobre a facilidade de aquisição, processamento e o uso promissor no controle de horizonte das camadas de carvão do método GPR. Os autores ainda sugerem o uso de parâmetros mais precisos (permissividade elétrica, condutividade e velocidade de onda eletromagnética) para obter melhores interpretações das seções adquiridas devido a variabilidade de propriedades físicas em alvos estratigráficos. Kai (2012) menciona a ineficiencia de alguns métodos geofísicos em alvos superfíciais (<100 m de profundidade), destacando o método de GPR como eficiente na exploração de alvos localizados a menos de 50 m em subsuperfície. Weissling e Rubio (2009), em um estudo realizado numa mina ativa em Carbon County (Utah) com antenas da marca Geophysical Survey Systems Inc (GSSI) (400, 200 e 100 MHz), conduzem um experimento de calibração sobre um corte rodoviário, onde está localizada uma camada de carvão de 1 m de espessura, evidenciado melhores resultados com a antena de 200 MHz. 2. METODOLOGIA O GPR é um método geofísico fundamentado na propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas em altas frequências (Daniels, 2004). Os traços de GPR são obtidos através da movimentação das antenas transmissora e receptora ao longo de um perfil, respeitando a geometria de um determinado arranjo. A antena transmissora irradia pulsos eletromagnéticos para a subsuperfície, os pulsos refletem nas interfaces entre os alvos e posteriormente são registrados pela antena receptora. O sinal registrado apresenta propriedades eletromagnéticas contrastantes entre as interfaces, além de permitir a dedução de informações geométricas de

2 acordo com o formato do refletor obtido. A velocidade do pulso é resultado da distância vertical percorrida pela onda em um determinado tempo. A determinação da velocidade da onda eletromagnética do GPR pode ser realizada através do posicionamento de um objeto conhecido em profundidade pré-determinada para medir o tempo de viagem de duas vias (tempo em que a onda chega ao refletor e retorna ao receptor), conhecicido como Two-Way-Traveltime (TWT). Este trabalho foi realizado próximo a zona urbana do município de Candiota, onde foram selecionados três cortes de rochas as margens da BR-293 para a locação de três perfis de aquisição (Figura 1): PST, BRA e BRB, respectivamente nos quilômetros 137, 138 e 140. Figura 1 - Mapa de localização dos perfis PST, BRA e BRB Os afloramentos escolhidos estão localizados sobre a Formação Rio Bonito (Figura 2), identificada por Andreis et al. (1993) apud Alves e Ade (1996) como a transição do Grupo Itararé para o Grupo Guatá como resposta ao aumento do nível do mar, esse causado pela recuperação isostática que ocorre após a derretimento do gelo. A sedimentação da Formação Rio Bonito representa um ciclo que começa com progradações fluvio-deltaicas e graus de sedimentação litorânea, seguidos por uma lenta inundação (Alves e Ade 1996, Holz et al 2010). O afloramento que mostrou melhores condições para controle de alvos foi o PST (Figura 3a), onde foram identificadas três fácies estratigráficas distintas (Figura 3b): camada de carvão, siltito e arenito de granulação fina a média. Para a aquisição de dados foram utilizados os seguintes materiais: antenas da marca Ingegneria dei Sistemi (IDS) de 200 e 80 MHz; duas vigas de ferro utilizadas como alvo, com 0,0075 m e outra com 0,01 m de espessura e 1,25 m de comprimento; duas vigas de aço utilizadas como alvo, com 0,01905 m de espessura e 1,30 m de comprimento; aparelho RTK para aquisição da altitude ortométrica e localização dos perfis; aparelho Teodolito para aquisição de variação topográfica nos perfis. O primeiro alvo foi posicionado à cerca de 1,81 m do ponto inicial do mesmo perfil PST à 0,75 m de profundidade, onde encontra-se o contato entre a camada de arenito e a camada de siltito. O segundo alvo foi posicionado à cerca de 2,61 m do

3 ponto inicial do perfil PST à 1,10 m de profundidade, onde encontra-se o contato entre a camada de siltito e a camada de carvão. Figura 2 - Mapa geológico com a localização dos afloramentos PST, BRA e BRB (adapatado da Folha Pedro Osório 1: (SH.22-Y-C), RAMGRAB, 1999). Figura 3 Imagem do a) afloramento PST e das b) três fácies estratigráficas. Os dados de GPR foram adquiridos com arranjo common offset (afastamento fixo de fonte e receptor ao longo da aquisição), utilizando um hodômetro como gatilho. Foram adquiridas seções sem alvos e posteriormente com controle de alvos. Para aquisição foi utilizado o software K2FastWave (IDS). Os dados foram carregados no formato.dt para o software ReflexW (Sandmeier) e convertidos para o formato.dzt para posterior tratamento através softwares RADAN (GSSI) e Prims2 (Radar System, Inc). As etapas de tratamento foram feitas de maneira iterativa contemplando os seguintes passos: organização das seções, controle de qualidade, reversão das seções, background removal (remoção de ruído de fundo), dewow (dessaturação), filtragem passa-banda, correção topográfica e ganho manual. Por fim foi feita a interpretação das seções e estimativa da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas. 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO Até o momento foram realizadas aquisições apenas com vigas de ferro como alvos. Das seções adquiridas foram selecionadas três para interpretação e cálculo da velocidade: CAPSTA (sem alvos), CAPSTF e CAPSTH (com alvos). Os

4 parâmetros das aquisições são apresentados pela Tabela 1. Os resultados são exibidos em radargramas (Figura 4) sobrepostos para comparação. Tabela 1: Parâmetros das seções CAPSTA, CAPSTF e CAPSTH. Janela de Nome da Antena Extensão Aquisição Amostras Traços Linha (MHz) (m) (ns) Incremento Temporal (ns) Incremento Espacial (m) CAPSTA CAPSTF CAPSTH Figura 4 - CAPSTA (sem alvos), CAPSTF e CAPSTH (com alvos) com banda de frequência filtrada entre 100 e 270 MHz Após a análise das imagens geradas pós-filtragem foi possível identificar a presença de dois refletores, destacados em vermelho e verde nas seções (posicionados a partir de 25 ns e 60 ns respectivamente), esses marcados por alteração nos padrões de reflexão das seções. Não foi possível identificar de maneira adequada as vigas de ferros nos radargramas das seções CAPSTF e CAPSTH. Porém, em seções com banda de frequência filtrada entre 100 e 270 MHz foram identificadas zonas de atenuação do sinal (destacadas nos círculos amarelos) próximas a posição de inserção dos alvos, respeitando o espaçamento de 1,10 entre os mesmos, essas podendo estar relacionadas com a resposta de interação do sinal emitido com as vigas de ferro. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Devido às respostas não objetivas nos radargramas das aquisições feitas com vigas de ferro, não foi possível estimar velocidades dos pacotes sobrepostos a camada de carvão do afloramento PST. Espera-se obter respostas objetivas com o uso das vigas de aço como alvos, de modo que seja possível o cálculo da velocidade. 5. REFERÊNCIAS

5 ALVES, R. G., ADE, M. V. B. Sequence stratigraphy and coal petrography applied to the Candiota Coal Field, Rio Grande do Sul, Brazil: A depositional model. International Jornal of Coal Geology. v. 30, p , DANIELS, D. Ground penetrating radar, 2. ed. Londres: The Institution of Electrical Engineers, p. GOOGLE EARTH. Acesso em 05 de Abril de Disponível em: GORELIK, B. Avaliação do uso da Perfilagem Geofísica para reconhecimento das assinaturas e estimativas da qualidade do carvão dos Depósitos do Rio Grande Do Sul. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, HATHERLY, Peter. Overview on the application of geophysics in coal mining. Internation Jornal of Coal Geology. v.114, p , HOLZ, M. et al. A stratigraphic chart of the Late Carboniferous/Permian sucession of the eastern border of the Paraná Basin, Brazil, South America. Journal of South American Earth Sciences. v. 29, p , KAI et al. Application of Ground Penetrating Radar (GPR) on the Controlling of the Coalfield Fire. International Journal of Advancements in Computing Technology. v.4, p , KALKREUTH, W. et al. Petrology and chemistry of Permian coals from the Paraná Basin: 1. Santa Terezina, Leão-Butiá and Candiota Coalfields, Rio Grande do Sul, Brazil. International Journal of Coal Geology. v.68, p , MOLINDA, G. M. et al. Using Ground Penetrating Radar for Roof Hazard Detection in Underground Mines. Report of Investigations:9625. United States Department of Energy: Pittsburgh Research Center, RAMGRAB, G. Folha Pedro Osório (SH.22-Y-C), RS. CPRM, SAVE, N. Ground Penetrating Radar Technique to Locate coal mining related features. Dissertação. Texas A&M University, Texas, SECCATORE, J. MARIN, T., Aplicabilidade do Método de Lavra Longwall top coal caving nas Jazidas de carvão na Região Sul. Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo, Universidade de São Paulo, STRANGE, Andrew et al. Near-Surface Interface Detection for Coal Mining Applications Using Bispectral Features and GPR. Subsurface Sensing Technologies and Applications, v. 6, n. 2, p , 2005 WEISSLING, B. RUBIO, G. Evaluating GPR for Geotechnical and Hazards Assessment of Deep-Mine Geology. FastTimes, v. 14, n.1, 26-31, 2009