Métodos sísmicos
Os métodos sísmicos estudam a propagação no terreno de ondas sísmicas produzidas artificialmente. A velocidade de propagação depende das constantes elásticas e da densidade do terreno. O contacto entre diferentes tipos de corpos geológicos com diferentes velocidades de transmissão de ondas sísmicas, definem superfícies de separação em que as ondas sofrem refração, reflexão e difração. A sísmica de refração é o método mais usado em engenharia geológica, este método permite registar a energia que volta à superfície após ter sofrido refração no limite do subsolo.
Equipamento
Nos métodos sísmicos o equipamento usado consiste em uma série de geofones (Figura 1) e um sismógrafo para registar a propagação das ondas (Figura 2).
 |
 |
| Figura 1 – Sismógrafo | Figura 2 - Geofones |
.
Sísmica de refração
Este método consiste na realização de perfis longitudinais com recurso a geofones, estes devem estar espaçados de uma distância regular e conhecida. É necessário realizar um disparo inicial através de um martelo de 8Kg, este disparo vai dar origem a ondas sísmicas que vão ser registadas por um sismógrafo. A distância longitudinal do perfil deve situar-se entre os 25m e os 100m, e a distância entre os geofones não deve exceder os 5m, para garantir uma determinada precisão, Figura 3.
Figura 3 –Esquema da sísmica de refração
A velocidade de propagação das ondas elásticas é registada através do tempo que estas demoram a chegar aos geofones. Na figura 4 está representado um sismograma relativo à sísmica de refração.
Figura 4 – Sismograma de sísmica de refração
É medido o tempo entre o momento 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.
O registo do tempo de chegada da primeira onda em função da distância percorrida pela mesma resulta em uma função linear, Figura 5. Com este dados é possível calcular a velocidade e profundidade que se encontra a superfície de refração. O declive da reta (m) permite saber a velocidade de propagação através da relação:
e é possível determinar a profundidade da superfície de refração através da relação :
Onde:
Z – profundidade da camada
t1 – Tempo de chegada da 1ª onda
V1 e V2 – Velocidade de propagação da onda no meio 1 e 2 respetivamente
Figura 5 – Tempo de chegada das ondas sísmicas aos vários geofones
O grau de alteração das rochas condiciona a velocidade de propagação das ondas sísmicas, assim como os diferentes tipos de materiais. Na Figura 6 estão representados alguns valores de velocidade de propagação das ondas sísmicas para diversos materiais.
Figura 6 – Velocidade de propagação das ondas P para diferentes materiais
Aplicações
A velocidade de propagação das ondas sísmicas constitui o parâmetro mais representativo para definir a escavabilidade do terreno. A velocidade das ondas reflete o grau de compacidade, alteração e fraturação dos materiais, sendo estes fatores importantes na escavabilidade. Na Figura 7a encontra-se a classificação de escavabilidade com base na velocidade das ondas sísmicas e na 7b a classificação de riplabilidade de vários solos e rochas usando um ripper D9.
Figura 7a – Classificação de escavabilidade com base na velocidade das ondas sísmicas
Figura 7b - Classificação de ripabilidade de terrenos com base na velocidade das ondas sísmicas com ripper D9. (Caterpillar. Handbook of Ripping, 12 th Edition, 2000)
Sísmica de reflexão
Este método consiste em medir os tempos de chegada das ondas sísmicas aos geofones após terem sido refletidas pela superfície de contato entre as várias unidades litológicas. A partir dos tempos de chegada e das respetivas velocidades é possível reconstruir a trajetória das ondas P e delimitar a disposição dos horizontes sísmicos ao logo do perfil. A clareza com que estes dados de reflexão surgem, dependem de um coeficiente de reflexão que depende da amplitude da onda incidente e refletida, da diferença de densidade entre o material inferior e superior e da relação da velocidade de propagação das ondas P entre ambos os materiais. Quanto maior é a diferença entre os materiais que limitam uma superfície, maior será a reflexão.
O coeficiente de reflexão R é definido pelas densidades e velocidades sísmicas entre dois materiais.
R = (?2V2 - ?1V1)/(?2V2+ ?1*V1)
Onde:
R - Coeficiente de reflexão
?1 e ?2 - Densidade das camadas 1 e 2
V1 e V2 – Velocidade das ondas sísmicas nas camadas 1 e 2 respetivamente
Uma parte da energia sísmica entre duas interfaces entre dois materiais diferentes é refletida. Existem normalmente várias camadas sob a superfície da terra que proporcionam reflexões em sismogramas. Portanto, dados de reflexões sísmicas são mais complexos do que dados de refração, porque são estas últimas chegadas que fornecem informações sobre as camadas mais profundas. Nas partes finais dos registos há mais ruídos, o que faz com que as reflexões sejam difíceis de serem separadas a partir do registo não processado. Na figura 8 está representada a direção de propagação de várias camadas.
Figura 8 – Sísmica de reflexão aplicada a várias camadas
O registo da chegada das ondas na sísmica de reflexão podem ser vistas na Figura 9. Os recetores estão arranjados de um lado do disparo, o qual está situado a 15 m do primeiro geofone. Várias chegadas estão identificadas na figura. Notar que o ganho é aumentado abaixo do traço para manter os sinais com aproximadamente o mesmo tamanho.
Figura 9 –Registo de reflexão sísmica
O processamento de dados deve ser orientado pela qualidade dos registos de campo e um extremo cuidado deve ser tomado para não gravar refrações ou artefatos indesejáveis gerados por reflexões.
Aplicações
A sísmica de reflexão é usada num vasto campo de aplicações, que podem ser divididas em três categorias dependendo da profundidade:
- Aplicações perto da superfície - Geralmente usada em levantamentos de engenharia e ambientais, para uma profundidade de cerca de 1 Km. Por exemplo, a exploração de carvão, ou exploração mineral. Recentemente este método tem vindo a ser usado na prospeção de energia geotérmica.
- Exploração de hidrocarbonetos - Este método é bastante usado na indústria de hidrocarbonetos, para obter um mapa de impedância acústica a uma profundidade de cerca de 10 Km. Este método pode ser combinado juntamente com outros métodos para obter um modelo geológico de uma determinada área de interesse.
- Estudos da Crosta terrestre - Este método permite um estudo aprofundado até à origem da crosta terrestre. Pode ir desde a descontinuidade de Mohorovicic até profundidades de 100 Km.