ESTUDO DO SUBSOLO DE ESTREMOZ POR APLICAC A O DE TE CNICAS GEOFI SICAS

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1 ESTUDO DO SUBSOLO DE ESTREMOZ POR APLICAC A O DE TE CNICAS GEOFI SICAS Bento Caldeira (1), José Fernando Borges (2), Mourad Bezzeghoud (3) Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Évora e Instituto de Ciências da Terra (1) bafcc@uevora.pt (2) jborges@uevora.pt (3) mourad@uevora.pt Resumo A Geofísica é uma ciência que estuda a Terra por aplicação dos princípios e leis da Física. Na sua forma aplicada usa um conjunto de técnicas de investigação do subsolo a partir dos valores de várias grandezas físicas medidas à superfície. O resultado são modelos da distribuição espacial das propriedades físicas do subsolo, relacionáveis com as estruturas que compõem esse subsolo. Esses modelos são obtidos por processamento dos dados registados à superfície, através da aplicação de leis físico-matemáticas desenvolvidas para o efeito. O âmbito da aplicação destas técnicas é muito amplo uma vez que abrange o estudo desde as regiões mais profundas da Terra até à detecção de estruturas muito superficiais. Nesta atividade pretende-se por em destaque o trabalho experimental em geofísica mediante a aplicação de duas técnicas de prospecção do subsolo (Sísmica e Georradar) de um local de Estremoz a eleger e com vista à detecção de um tipo de estrutura também a definir. A experiência irá englobar todas as fases envolvidas no processo: 1) instalação do equipamento no local escolhido; 2) implementação do programa de recolha de dados; 3) processamento de dados e obtenção dos resultados; 4) interpretação dos resultados e definição de modelos. O programa será cumprido em três fases: Fase 1 (30 min) Onde são apresentados os fundamentos subjacentes à aplicação das principais técnicas de prospecção geofísica e sua aplicação corrente. Aproveitaremos esta fase para discutir os critérios de escolha e metodologias a aplicar quando se planifica uma campanha de prospecção geofísica. Fase 2- (60min) Implementação de dois programas de recolha de dados: refração sísmica e georradar. Para que todos possam participar, os participantes serão divididos por dois grupos e cada grupo vai colaborar na aplicação de uma técnica. Fase 3 (90 minutos) Processamento de dados e interpretação de resultados. Nesta fase, cada grupo participará no processamento de dados sobre a técnica em que colaborou. Nos últimos 30 minutos os participantes voltarão a reunir-se todos para se discutirem os resultados e sua interpretação. Generalidades sobre as técnicas a utilizar A característica comum a todos os métodos de exploração Geofísica é serem não destrutivos; em nenhum caso produzem uma alteração permanente do terreno onde se aplicam. Cada método possui uma capacidade distinta de análise do objecto de XXXV CAP Curso de Atualização de Professores de Geociências Uma Terra, várias visões

2 estudo, determinada pela metodologia como é aplicado. Aplicações distintas do mesmo método podem produzir modelos de estratos geológicos, de estruturas subterradas ou simplesmente de pequenos objetos enterrados no solo. Os modelos gerados geralmente são traduzidos por imagens de visão peculiar e distinta da percepção humana, contudo é possível traduzi-las numa linguagem perceptível embora por vezes com uma resolução baixa. Pese essas limitações os modelos geofísicos constituem uma importante ferramenta de trabalho em todas as situações em que seja necessário obter informação sub-superficial. Georradar (GPR) O georradar é o método electromagnético de grande aplicabilidade e atualmente um dos preferidos na prospecção próxima da superfície, devido à rapidez de aquisição de dados e à qualidade dos modelos produzidos. O alcance e resolução desta técnica variam com a frequência das antenas utilizadas, que vão tipicamente dos 100 MHz a 1,6 GHz e que possibilitam a detecção de estruturas entre 5 cm e 70 m abaixo da superfície. Por exemplo, com uma antena de 400MHz, como a que vamos utilizar nesta experiência conseguem-se alcances próximos dos 2m e resolução que ronda os 20cm. O funcionamento do georradar (Milson, 2003) consiste na transmissão de pulsos electromagnéticos com determinada frequência através de uma antena (Tx) dirigida para o subsolo e na recepção, noutra antena (Rx), da parte da energia desses pulsos refletida nas estruturas enterradas no solo (Fig. 1a e b). Cada registo corresponde a um pulso de onda procedente do solo, com determinada duração, cuja amplitude em cada instante é relacionável com as propriedades elétricas e magnéticas do meio atravessado em cada profundidade (Fig.1c). Fig. 1 (a) esquema da propagação de um pulso GPR através do solo; (b) reflexão de pulsos de onda pelo mesmo objecto, com a antena em 3 posições distintas; (c) sequência de registos de pulsos de onda ao longo de perfil que intercepta refletor como o esquematizado em (b). O registo sequencial destes pulsos de onda numa antena que se arrasta ao longo de determinado perfil pode ser representado num diagrama bidimensional denominado radargrama (Fig. 2a ). O radargrama surge então sob a forma de uma imagem que dá uma visão invulgar da distribuição pelo subsolo das propriedades electromagnéticas das estruturas que constituem o meio por onde as ondas se propagam (resistividade elétrica, constante dieléctrica e permeabilidade magnética). A interpretação do

3 3 CALDEIRA, BORGES e BEZZEGHOUD radargrama permite estimar a localização das estruturas enterradas e suas dimensões sobre um plano vertical. Por interpolação de radargramas contíguos é possível modelar tridimensionalmente a distribuição especial das estruturas sob da superfície (fig 2b ). Fig. 2 (a) radargrama; (b) modelo 3D do subsolo onde se identificam várias estruturas, obtido por interpolação de radargramas (vestígios do palácio real S. Francisco Évora) Sísmica A utilização dos métodos sísmicos envolve a geração de ondas sísmicas que seguem percursos no interior da Terra com regresso à superfície onde são registadas por sismógrafos (geofones) aí instalados. O regresso à superfície acontece porque as ondas sísmicas quando, na sua propagação para interior da Terra, atravessam materiais com propriedades elásticas diferentes e são desviadas devido aos fenómenos de refração e reflexão. Por questões metodológicas a análise da propagação da onda sísmica que segue um percurso determinado por reflexões é interpretado pelas leis da reflexão de ondas e a propagação das ondas sísmicas cujo percurso é determinado por refrações é analisado pelas leis da refração (Chapman, 2004). A análise separada destes duas formas de interpretar a propagação das ondas sísmicas pelo interior da Terra dá origem a dois métodos diferentes da técnica sísmica: a sísmica de refração e a sísmica de reflexão. As principais aplicações destas métodos sísmicos são a exploração de combustíveis fosseis, prospecção de depósitos minerais, aplicações na área da engenharia geotécnica, investigação da estrutura da Terra e raramente investigação arqueológica. Qualquer dos métodos de sísmica consiste na instalação de geofones segundo perfis longitudinais, espaçados de uma distância regular conhecida (Fig. 3). É necessário produzir ondas sísmicas através de uma fonte que pode, consoante a aplicação, consistir numa pancada no solo dada por um simples martelo (marreta) de ~8Kg, ou chegar a um sofisticado sistema vibratório colocado em contacto com o solo e impulsionado pelos motores de vários pesados camiões em simultâneo. Este ultimo sistema é usado em prospecções profundas de reflexão sísmica, envolvendo perfis de geofones com várias dezenas de quilómetros. Em qualquer dos casos o que se pretende é que a interação com o solo (chamada disparo) produza as ondas sísmicas necessárias para a aplicações da técnica. Para perfis compatíveis com uma fonte de marreta, a distância longitudinal do perfil não exceder os 100m, e a distância entre os geofones não ultrapassar os os 5m, para garantir uma precisão razoável.

4 Fig. 3 (a) sistema de sísmica PASI de 48 canais do Instituto de Ciências da Terra (Évora); (b) realização de um perfil de sísmica de refração com o sistema representado em (a). Na sísmica de refração, a interpretação dos dados (Mendes e Teixidó, 2008) resulta em modelos de velocidade de propagação das ondas. Para isso é preciso registar o tempo entre o instante do disparo e a chegada da primeira perturbação a cada geofone. As ondas diretas são as primeiras a chegar, a partir da chamada distância crítica chegam as ondas refratadas que são as que se propagam pelo subsolo (Fig. 4). Fig. 4 (painel superior) representação de uma secção sísmica composta pelo registo de 48 sismogramas relativos a um tiro central; (painel inferior) modelo de velocidades das ondas sísmicas P resultante da interpretação das refrações das ondas sísmicas em várias secções sísmicas de uma linha sísmica a linha sísmica (Anta do Belo - Monforte) Palavras-chave: Geofísica aplicada; Sismica de refração; Georadar; Produção de modelos do subsolo

5 5 CALDEIRA, BORGES e BEZZEGHOUD Referências Bibliográficas Chapman, C. (2004). Fundamentals of seismic wave propagation. Cambridge University Press. Mendes, M. S. & Teixido, T. (2008). Near Surface th EAGE European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. Milson, John., (2003). Field Geophysics third edition. John Wiley and Sons Ltd. Chichester.