Ensaio de Sísmica de Refracção

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Orlando Arantes de Paiva
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1 Ensaio de Sísmica de Refracção MEC IST 2009

2 Grandes domínios de utilização da Prospecção Geofísica Método geofísico Propriedade geofísica Gravimétricos Densidade P P S S S S Importância relativa dos métodos Magnéticos Susceptibilidade magnética P P P S M M 0 P P Sísmica de Refracção Módulo de Elasticidade, Densidade P P M P S S P Método Principal Sísmica de Reflexão Módulo de Elasticidade, Densidade P P M S S M S Método Secundário Resistividade Resistividade M M P P P P S P M M Método Possível Polaridade espontânea Electropotencial Natural 0 0 P M P M M M M 0 Método Não Adequado Polarização induzida Electropotencial Induzido M M P M S M M M M Electromagnéticos Condutância, Indutância S P P S P P P P P Magnetotelúricos Condutância, Indutância S P P M M Radiométricos Radioactividade Natural P P P S M Termométricos Gradiente Geotérmico P S S M M APLICAÇÕES Qual o método geofísico mais adapatado ao meu problema? Geofísica Arqueológica Prospecção de objecto metálicos enterrados Cartografia de contaminações por derrames Detecção de cavidades subterrâneas Prospecção de águas subterrâneas Prospecção para Engenharia Civil Prospecção e desenvolvimento de recursos minerais Estudos regionais (acima de 100 km2) Prospecção de hidrocarbonetos

3 Ensaios sísmicos no tempo do Império Romano

4 Equipamento e fases de execução em sondagens quipamento mecânico para abertura do furo dependente do tipo litológico

5 Equipamento e fases de execução Fonte emissora da onda sísmica -onda mecânica Disparo ou queda de corpos

$das formações geológicas V5 Refracção e reflexão sísmicas nas interfaces das$

6 Equipamento e fases de execução V1 V3 V2 V4 Propagação das ondas volumétricas no seio das formações geológicas V5 Refracção e reflexão sísmicas nas interfaces das formações

7 Equipamento e fases de execução em sondagens Geofone Regista a chegada das ondas em posições determinadas da superfície, geralmente perfis lineares

8 Geofones registam as vibrações mecânicas do terreno transformando-as em ondas electromagnéticas

9 Perfil horizontal

10 Perfil vertical

$E Onda Refractada A B D E com V2 >$

11 Onda Directa A E Onda Reflectida A C E Onda Refractada A B D E com V2 > V1

12 Montagem dos geofones

13 Interpretação de dados (registos) Este deverá ser o vosso papel!

14 ou então este!

15 Dromocrónica - função t (x) para a refracção sísmica - tempo de chegada da onda aos geofones - x E G 1 V 1 i c i c Z A B V 2 Onda Refractada totalmente sen i c = V 1 /V 2 Onda Reflectida V2 = V1 Onda Refractada V 2 > V 1 t = EA + AB + BG1

16 Z x 2Z tg i c Z t = V 1 cos i c V 2 V 1 cos i c x 2Z (V 22 V 12 ) 1/2 x t = ou t = t i V 2 V 1 V 2 V 2 1 t = x + ti (EQUAÇÃO DE UMA RECTA) V2 ONDA REFRACTADA

17 Ensaio de Sísmica de Refracção - Dados DROMOCRÓNICAS V2 D V2 I ti D Ti I V1 D V1 I E D Xc D ( parâmetros a ler no gráfico) Xc (cross) do tiro inverso e directo Distância à qual duas ondas (directa/refractada ou refractada 1/refractada 2) chegam ao mesmo tempo. Distâncias em metros. Xc D Ti (tempo de intersecção) do tiro inverso e directo Distância mínima do emissor à superfície refractora. Unidades geralmente em milisegundos. Velocidades aparentes do tiro inverso e directo - X/ t E I

18 Parâmetros a calcular, com recurso a formulário 1) Velocidades das formações atravessadas Velocidade real da camada 1 : média aritmética Velocidade real da camada 2 : média geométrica Velocidade real da camada 3 : idem Ex. Média geométrica : 1/V2 = ½ [1/V2 D + 1/V2 I ] 2) Distâncias do emissor até à interface (Z) (entre camadas ou superfícies refractoras) 3) Inclinação das superfícies refractoras (θ)

19 Distância do emissor à interface t i V 1 V 2 Z = (V 22 V 12 ) 1/2 ou Z = X c /2 * ((V2 V1)/(V2+V1))

20 Superfície inclinada com ângulo θ θ 2 velocidades aparentes (descendente V2 d e ascendentev2 a ) θ= ½ [ sen -1 (V 1 /V 2d ) sen -1 (V 1 /V 2a )]

21 Elaboração de perfis geológicos Se as interfaces forem horizontais (paralelas ao perfil do ensaio) a sua marcação é directa (Z = H) Se as camadas forem inclinadas, deve-se recorrer à inclinação (θ) para marcar as profundidades (H) a partir de cada emissor, como se mostra na figura seguinte E Z H H = Z / cosθ θ

22 Avaliação do tipo de formações - Análise com base no valor das velocidades e no ambiente em que o ensaio foi efectuado -distinguiros solos das rochas do substrato Minerais V ( m/s) Rochas V (m/s) Quartzo Olivina Augite Anfíbola Moscovite Biotite Ortose Oligoclase Magnetite Calcite Dolomite Vidro basáltico Granitos Dioritos Gabros Rochas Metamórficas Anfibolitos Rochas carbonatadas Rochas siliciosas Velocidade de propagação em alguns minerais e valores máximos em rochas Os valores inferiores encontrados no campo devem-se à presença de descontinuidades e à alteração

23 Não esquecer! A velocidade do som No ar é cerca de 300 m/s Na água é cerca de 1500 m/s Num solo superficial é geralmente baixa: - depende da composição mineralógica - depende das fracções das fases: mineral, ar e água Valores de referência para confirmar os resultados dos problemas

24 Escolha de equipamento de escavação - Os catálogos referem a operacionalidade das máquinas em função do tipo de rocha/velocidade de propagação das ondas P D10 Ripper Performance

25 Revisão de conhecimentos

26 Fazer a legenda dos pontos e parâmetros notáveis Que medições e considerações pode fazer a partir deste gráfico?

27 Que considerações pode fazer sobre os resultados deste ensaio de SR?

28 Exercício de aplicação

29 20 ms 20m GEOFONE S E dir Velocidades aparentes Tiro Directo T iro Inverso Velocidades reais Tiro directo Inverso Xc1 Xc2 Ti1 Ti2 Tiro directo Inverso Z1(D) Tiro Xc1 Xc2 Ti1 Ti2 E inv Velocidade 2 (descendente) Velocidade 2 (ascendente) Tiro Inclinação da interface V1 V2 Z1(I)

30 V1(D) = 80/90 x 10 3 = 890 m/s V1(I) = 40/60 x 10 3 = 670 m/s V2 (D) = 100/30 x 10 3 = 3330 m/s V2 (I) = 140/40 x 10 3 = 3500 m/s V3 (D) = 260/40 x 10 3 = 6500 m/s V3 (I) = 260/60 x 10 3 = 4330 m/s V1= 780 m/s V2 = 3410 m/s V3 = 5200 m/s Xc1 (D)=80 m Xc2 (D)=180 m ti1(d)=70 ms ti2 (D)=98 ms Xc1 (I)=40 m Xc2 (I)=180 m ti1(i)=50 ms ti2 (I)=58 ms Z1 (D) = 28 m Z1 (I) = 20 m (usando a fórmula com Xc) θ = 0.34º (muito pequeno não altera o valor de H) H1 (D) = 28 m H1 (I) = 20 m

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