SÍSMICA SUPERFICIAL APLICADA À PROSPECÇÃO DE RECURSOS E GEOTECNIA

Transcrição

1 SÍSMICA SUPERFICIAL APLICADA À PROSPECÇÃO DE RECURSOS E GEOTECNIA João P. G. Carvalho (1), Luis M. Torres, Hugo C. R. C. Matias Instituto Geológico e Mineiro, Estrada da Portela-Zambujal, 2720 Alfragide, Portugal (1) Bolseiro da JNICT SUMÁRIO Apresentam-se nesta comunicação, alguns exemplos de trabalhos efectuados pelo Instituto Geológico e Mineiro na área da sísmica superficial. Os dois primeiros dizem respeito a perfis de reflexão realizados pelo método do CDP. Um efectuado para a prospecção de argilas na região da Cruz da Légua, e um segundo perfil elaborado para estudo de uma anomalia gravimétrica na região de Valverde, com vista à exploração de minerais metálicos. No campo da sísmica de refracção, apresentam-se alguns perfis efectuados para estudos de ripabilidades destinados a uma via entre Coimbra e Oliveira de Azeméis. Um outro exemplo é um perfil realizado para a abertura de um túnel a construir numa via entre Paredes de Coura e Vila Nova de Cerveira. Estes exemplos demonstram que os métodos sísmicos podem ser aplicados com sucesso em problemas superficiais e com relativamente poucos recursos. 1 INTRODUÇÃO Os métodos sísmicos têm sofrido nos útimos vinte anos, um crescente desenvolvimento a nível mundial e tem vindo a generalizar-se a sua aplicação a problemas superficiais. Este facto deve-se à rápida evolução da electrónica e informática que permitiu reduzir custos tornando estes trabalhos rentáveis nas áreas da geotecnia, prospecção de recursos, ambiente, hidrogeologia, etc. O Instituto Geológico e Mineiro tem vindo a realizar trabalhos na área da sísmica de superfície para as mais diversas aplicações, apresentando-se nesta comunicação alguns exemplos de estudos efectuados neste campo. Os dois primeiros dizem respeito a perfis de reflexão realizados pelo método do common depth point (CDP), um efectuado para a prospecção de argilas na região da Cruz da Légua, e um segundo perfil elaborado para estudo de uma anomalia gravimétrica na região de Valverde, com vista à exploração de minerais metálicos. No campo da sísmica de refracção, apresentam-se alguns perfis efectuados para estudos de ripabilidades destinados a uma via entre Coimbra e Oliveira de Azeméis. Um outro exemplo é um perfil realizado para a abertura de um túnel a construir numa via entre Paredes de Coura e Vila Nova de Cerveira. Em ambos os trabalhos usou-se o sismógrafo ES-2401 da Geometrics de 24 canais e como fonte empregaram-se explosivos nuns casos e um martelo e prato noutros. Nos perfis de reflexão utilizou-se um roll-along-switch e 36 geofones de 50 Hz em cada spread. Um perfil realizado no Juncal permitiu conhecer a orientação dos reflectores na zona de estudo e apoia resultados de sondagens eléctricas verticais efectuadas sobre o perfil, tendo sido confirmada a existência de um nível argiloso superficial e avaliada a sua continuidade lateral. Outro perfil efectuado em Valverde, mostrou que a anomalia gravimétrica investigada tem origem no

2 paleorelevo, o que infelizmente conduziu ao abandono do local para exploração mas diminuiu o número de sondagens mecânicas efectuadas e assim possibilitou reduzir custos. As linhas de refracção, com cerca de 60 m de comprimento e um espaçamento de geofones de 2.5 m, foram interpretadas com o método dos delay-times (aperfeiçoado com ray-tracing) e com o método da recíproca generalizada (MRG), apresentando resultados consistentes. Em muitas das linhas sísmicas existiam sondagens mecânicas próximas, o que permitiu confirmar o bom funcionamento do método empregue. 2 SÍSMICA DE REFLEXÃO APLICADA À PROSPECÇÃO DE RECURSOS A área da Cruz da Légua é de extrema importância na indústria cerâmica e devido à exploração intensiva encontra-se perto da exaustão. O IGM tem vindo a realizar um conjunto de trabalhos geofísicos, geológicos, efectuado sondagens, recolhido amostras, etc., no sentido de delimitar novas áreas para exploração. A linha de reflexão efectuada insere-se nesta perspectiva e situou-se a cerca de 3 metros de uma sondagem mecânica com 22 m de profundidade. Para consolidação dos resultados efectuaram-se sobre o perfil três sondagens eléctricas verticais. A localização escolhida para as sondagens e a linha sísmica foi a Norte da actual linha de exploração de argilas, junto ao Juncal (ver figura 1), zona em que aflora uma unidade do Cretácico Inferior (Valangiano) constituída por alternância de arenitos e argilas, ocasionalmente com estratificação entrecruzada e lenticular, sendo as lentículas por vezes de reduzida expressão lateral (Rey, 1972). CENOZËICO REA EXPLORAÃ O ARGILA EXTRACÃ O ARGILAS CRET CICO M DIO EXTRACÃ O AREIAS GASODUTO Porto de M¾s Calvaria Batalha CRET CICO INFERIOR INCLINAÃ O CAMADAS JUR SSICO SUPERIOR ROCHAS VULC NICAS Alcobaþa Porto de M¾s Cos Juncal Cruz da LÚgua Chaos REA DE ESTUDO 0 1Km Figura 1. Geologia superficial e corte geológico da formação do Cretácico inferior (Valangiano) aflorante na região do Juncal, mostrando a estratificação entrecruzada e as estruturas lenticulares de expressão limitada encontradas nesta unidade (in Rey, 1972). Legenda: 1- arenito com estratificação entrecruzada; 2- arenito fino a médio com estratificação entrecruzada; 3- siltes; 4- siltes argilosos; 5- argilas.

3 DEPTH (M) S VES-4 VES-2 SVD-2 VES-3 N CLAY FINE SANDSTONE * EOH * COARSE SANDSTONE WITH PEBBLES Figura 2. Secção sísmica obtida pelo método do CDP na região do Juncal (in Matias, 1997). Mostra-se igualmente a localização da sondagem mecânica (SVD) e das sondagens eléctricas verticais (VES) efectuadas sobre a linha sísmica. O perfil de reflexão, com mais de 200 metros, foi realizado pelo método do common-depth-point com um offset ao geofone mais próximo de 8 metros e um espaçamento de geofones de 2 metros. Reúniu-se um conjunto de 109 pontos de tiro com um fold máximo de seis. A amostragem usada foi de 0.5 ms. Para aumentar a rentabilidade no campo e diminuir custos usaram-se 36 geofones e um roll-along-switch. Utilizaram-se geofones de 50 Hz e como fonte sísmica o prato e martelo. O processamento dos dados incluiu os passos habituais: correcções de datum, edição de traços, muting das primeiras chegadas, filtragem passa-banda, sorting e análise de velocidades. Após a observação do stack calcularam-se as estáticas residuais, aplicou-se a desconvolução spiking e recalcularam-se as velocidades de stack. Aplicou-se ainda filtragem FK para extrair o ground-roll da parte inferior da secção mas sem resultado. A conversão da secção temporal para profundidades efectuou-se com aquelas velocidades. O resultado apresenta-se na figura 2. Detectaram-se quatro reflectores principais, além de outros de menor extensão lateral, sem dúvida associados à estratificação entrecruzada e lenticular que caracterizam esta formação (Rey, 1972). A correlação com uma sondagem mecânica situada a 3 metros do perfil permitiu indentificar os dois primeiros reflectores. Foi possível determinar a espessura e base de uma camada superficial de argilas (reflector mais superficial) e seguir a sua continuidade ao longo do perfil. Resultados das sondagens eléctricas verticais são consistentes com a interpretação da sísmica. Para mais detalhes veja Matias et al. (1997). A sísmica de reflexão pode também ser aplicada com sucesso na prospecção de minerais metálicos. O IGM tem vindo, desde há várias décadas, a efectuar levantamentos gravimétricos para a prospecção de sulfuretos polimetálicos na região da Faixa Piritosa. Foi solicitada à Divisão de Geofísica a realização de uma linha de sísmica de reflexão, na zona de Valverde (Alcácer do Sal), para investigar uma anomalia gravimétrica, cuja modelação sugeria como origem daquela o paleorelevo paleozóico sob a cobertura terciária. Nesta zona, a cobertura terciária é composta por areias holocénicas e conglomerados, areias e pelitos pliocénicos. As areias superficiais são um aspecto importante na realização de qualquer linha sísmica na região, já que absorvem uma boa parte da energia emitida pela fonte. O substrato paleozóico é composto por xistos, grauvaques e eventualmente por rochas vulcânicas (vulcanitos ácido-intermédios e tufitos). A

4 figura 3 mostra a geologia superficial da região, bem como a localização da linha e das sondagens mecânicas efectuadas. O perfil, com cerca de 500 metros, foi também realizado pelo método do CDP e com uma cobertura de 600%. Utilizou-se um espaçamento de geofones de 7.5 m e ZONA DE VALVERDE um offset fonte ao geofone mais próximo de 15 m. Como fonte sísmica empregaram-se cargas de gelamonite. Aplicou-se uma cadeia de processamento semelhante à anterior para a obtenção da secção final. Para mais detalhes sobre a aquisição e processamento da secção, veja o cabeçalho da figura 4. LEGENDA V RTICE GEOD SICO SONDAGEM PROFUNDIDADE DO DO TOPO DO PALEOZËICO HOLOC NICO Dunas e areias e¾licas PLIOC NICO areias arcosaicas, conglom erados e pelitos SDASG5 43 SDASG1 SDASG2 SDASG3 20 SDAS ARAPOUCO 103 PALEËZOICO -CARBONICO flysch - grauvaques com com intercalaþ es xistos argilosos vulcanitos ßcidos com textura porfýrica xistos siliciosos cinzentos a negros com passagens de tufitos LINHA S SMICA Figura 3. Localização da linha sísmica de Valverde sobre a geologia superficial da região. Cartografia do Paleozóico por Vítor Oliveira (adaptado de Oliveira, 1997). Indica-se igualmente a posição das sondagens mecânicas. Figura 4. Secção sísmica temporal realizada em Valverde. Mostra-se também a localização de três das sondagens apresentadas na figura 3 ( in Oliveira et al., 1997). Na secção sísmica desta figura podem visualizar-se vários reflectores ténues dentro do Terciário, sendo visível o paleorelevo paleozóico que corresponde ao

5 último reflector e que traduz a geometria do horst de Valverde. Esta geometria apoia a modelação gravimétrica efectuada, tendo a causa da anomalia gravimétrica sido atribuída ao paleorelevo e não à presença de sulfuretos metálicos. 3 A SÍSMICA DE REFRACÇÃO EM PROBLEMAS GEOTÉCNICOS de cada alternativa da estrada. Para velocidades acima dos 1000 a 1200 m/s é usual recorrer ao emprego de explosivos para aplanar o terreno, enquanto que abaixo daquele limiar uma máquina poder efectuar a ripagem do terreno. Os custos são distintos e dados deste tipo permitem, juntamente com outros parâmetros geotécnicos, efectuar cálculos de custos e decidir entre várias alternativas da via. O IGM tem vindo a realizar grande número de perfis sísmicos de refracção para geotecnia. A fonte usada tem sido o prato e martelo, que permite maior rentabilidade e tem energia suficiente para sondar os primeiros 20 m da subsuperfície. O comprimento do perfil é cerca de 60 metros com um espaçamento entre geofones de 2.5 metros. A metodologia consiste em dois tiros extremos e um central, todos com um offset de 1.25 m. V (KM/S), H (M) SOLUÇÃO A - IC P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 Nº DO PERFIL Figura 5 Velocidades das ondas P (V) e profundidades (H) do topo das camadas detectadas nos 13 perfis de uma das alternativas do itinerário complementar nº 2, entre Coimbra e Oliveira de Azeméis. A figura 5 mostra o tipo de gráficos apresentado em estudos de ripabilidades, em que se apresenta a variação das velocidades das ondas P e profundidades médias das camadas superficiais, ao longo O exemplo da figura 5 consiste num grupo de 28 perfis efectuados para a construção do itinerário complementar nº 2 entre Coimbra e Oliveira de Azeméis (IC2). As profundidades atingidas não ultrapassam em geral os 20 m. Pelo contrário, a figura 6 mostra o modelo de velocidades sísmicas obtido para um perfil cuja profundidade de investigação requerida era cerca de 50 m. Esta linha foi executada para a construção de um túnel numa via entre Paredes de Coura e V. N. de Cerveira. O modelo foi obtido pelo V1 H2 V2 H3 V3 método dos delay-times refinado. A tracejado vemos o mesmo modelo mas obtido através do método da recíproca generalizada (Palmer, 1980). O método usado para a interpretação dos perfis, tem sido o dos delay-times para a obtenção de um 1º modelo grosseiro, seguido de um processo iterativo em que o modelo é reajustado através da minimização dos resíduos entre os tempos de chegada observados e os calculados através de modelação directa com ray-tracing (Haeni et al., 1987). Para aferir o método, utilizaram-se outros métodos de interpretação e nalguns casos sondagens.

6 Figura 6 Modelo de um perfil sísmico através do método dos delay-times refinado. A tracejado sobrepõem-se o modelo obtido pelo método da recíproca generalizada. A geometria do dispositivo não foi especialmente desenhada para o MRG, pelo que a cobertura dos refractores é insuficiente. A reinterpretação de algumas das linhas sísmicas pelo método de Palmer (1980), especialmente elaborado para refractores ondulantes, tem apresentado resultados consistentes, pelo menos para profundidades de investigação até cerca de 15 metros. A comparação com sondagens disponíveis próximo dos perfis, permitiu concluir que o método dos delay-times refinado funciona bem para estudos deste tipo, fornecendo estimativas adequadas do bedrock. AGRADECIMENTOS O 1º autor agradece: à Junta Nacional de Investigação Científica e Tecnológica que, através do Prog. Praxis XXI, lhe atribuíu bolsa de doutoramento em geofísica interna e à equipa de campo da Div. de Geofísica do IGM, J. Leote e M. Silva. REFERÊNCIAS Haeni, F. P., G. Deborah & Karl Ellefsen, 1987, Micro-Computer-based version of SIPT--A program for the interpretation of seismic refraction data, U. S. Geological Survey Open-File Reports: A. Matias, Hugo, João Carvalho, L. Torres & Rui Gonçalves, 1997, Integrated near-surface geophysics applied to clay prospection, Proceedings do 3º encontro sobre geofís. amb. e de eng., Aarhus-Dinamarca de 8 a 11 Setembro, Environmental and Engineering Geophysical Society -European section. Oliveira, V., J. Matos, M. Bengala, N. Silva, P. Sousa e L. Torres, 1997 Geology and geophysics as successful tools in the discovery of the Lagoa Salgada Orebody (Sado Tertiary Basin - Iberian Pyrite Belt), Grândola, Portugal, Mineralium Deposita, 126 nº 400B. Palmer, Derecke, 1980, The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation, Society Exploration Geophysicists. Rey, Jacques, 1972, Recherches Géologiques sur le Crétace Inférieur de L Estremadura (Portugal), Mem. Serv. Geol. Port. nº 21 (N.S.).