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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
Projeto Final II
Igor Maurmann Guaragna
Atenuação de ruídos regionais para dados Magnetotelúricos (MT)
Niterói
2014
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA E GEOFÍSICA
Igor Maurmann Guaragna
Atenuação de ruídos regionais para dados MT
Projeto de Pesquisa de Monografia
apresentada como exigência parcial para
obtenção do título de Bacharel em
Geofísica à Banca Examinadora do
Instituto LAGEMAR.
Orientador(a): Dr.Eliane Alves - Lagemar-UFF
Niterói
2014
Atenuação de ruídos regionais para dados Magnetotelúrico (MT)
Igor Maurmann Guaragna
Banca Examinadora
....................................................................
Prof(a). Dr.Eliane Alves - Lagemar-UFF
Orientador(a)
...................................................................
Prof(o)Dr.Arthur Ayres Neto Lagemar-UFF
...................................................................
Prof(0) Dr.Marco Antonio Cetale Lagemar-UFF
...................................................................
Prof(0) M.Paulo Buarque de Macedo Lagemar-UFF
Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus, único e poderoso, pois sem ele e sem
sua ajuda nada desse trabalho estaria feito.
Agradeço a PhD. Patrícia Lugão , pela confiança depositada e por todos
os ensinamentos e conhecimentos repassados, não só para este trabalho, m as
em todo o período em que estive trabalhando na Strataimage.Ltda, sem a sua
presença, sem seus incentivos e sem seu vasto conhecimento científico, não
haveria motivação para a realização desse trabalho.Reforço o agradecimento a
PhD. Patrícia Lugão, pois ela me despertou o que tenho de mais importante
hoje, o gosto por fazer ciência.
À toda equipe da empresa: à secretária, Lucinéia Araújo,à geóloga
Sthephanie Senderowitz , e aos geofísicos Diego Nunes e Aline Muriel, por todas as ajudas
feitas e por toda dedicação e vontade para a realização desse estudo.
Agradeço aos meus pais Ahylton Guaragna Júnior e Lilian Maria Paiva Maurmann
Guaragna e a minha namorada Débora Moraes Nogueira, por toda compreensão, apoio e amor
dedicados a mim durante todo o tempo, seja nos momentos felizes seja nos momentos
difíceis.À todos os familiares que de certa forma me incentivaram a seguir em frente e
continuar estudando.À minha futura sogra, Dona Janete Moraes por toda atenção e cuidado
por minha pessoa e acabou se transformou em uma segunda mãe.
Agradeço a toda equipe do LAGEMAR-UFF, principalmente aos professores
diretamente ligados a este trabalho,a Dr. Eliane da Costa Alves, ao Dr. Arhur Ayres Neto, ao
M. Paulo Buarque de Macedo Guimarães e ao Dr. Marco Antonio Cetale Santos que
aceitaram o desafio e ajudaram a construir um trabalho mais sólido e consistente, e que além
de brilhantes professores, são minhas grandes referências de pesquisadores, posição pela qual
admiro e almejo um dia estar.Aos servidores da UFF que me deram exemplo de organização e
ajudaram a organizar um pouco melhor a minha vida e também este trabalho.
E por fim, mas não menos importante, agradeço aos meus amigos: Matheus e Lucas
Sartori, Ricardo Manoel da Silveira Braz, Guilherme e Gustavo Leão, Daniel Barroso,
Vinícius Porto, Rodrigo Ramos, Caio Patrizzi, Fernando Couto Limoeiro, Thyago Rodriguez,
Lucas Coutinho L.C, Pedro Meirelles, Pedro Velloso,Victor Castori , Marcus Vinicius Abreu,
Mario Henrique Santielli, Diogo Moraes e Layla, Pedro Dantas e Julia, Pedro Sili e July
Mello, Rodrigo e Camila Lins, Thamires Ribeiro e Régis,Elias Houaiss e Camilly Gabry e a
toda turma de 2009 que me ajudaram durante os cinco anos de faculdade.
Abstract
This paper presents a solution for noisy magnetotelluric's stations (MT) who
suffered the action of rain, wind and lightning and tries to recover the signal present
inside disturbances.
The use of methods of editing and applying filters are the main tools of this paper
and will be thoroughly investigated their effects and results.The main objective to
obtain a given with a signal/noise to the point of getting out the noise and takes it as
a given commercially acceptable.
The action of regional noise in MT data are still little explored, this academic study
is then contribute to scientific enrichment and present a more recent approach of
the work currently in progress in geophysical market.
Resumo
Este trabalho apresenta uma solução para estações magnetotelúricas (MT) ruidosas
que sofreram a ação da chuva, ventos e raios e tenta recuperar o sinal presente nas
perturbações.
A utilização de métodos de edição e a aplicação de filtros serão as principais
ferramentas deste trabalho e serão estudadas a fundo seus efeitos e resultados, tendo como
objetivo principal obter um dado com um relação sinal/ruído alta ao ponto de conseguir
aproveita-lo como um dado comercialmente aceitável.
A ação de ruídos regionais nos dados MT ainda são pouco estudadas, esse estudo
acadêmico vem , então, contribuir ao enriquecimento científico e apresentar uma abordagem
mais recente dos trabalhos atualmente desenvolvidos no mercado geofísico.
Sumário
1 Introdução ........................................................................................................................... 1 2 Objetivo .............................................................................................................................. 2 3 Resumo do método ............................................................................................................. 3
3.1 A fonte ........................................................................................................................ 4 3.2 Conceitos físicos ......................................................................................................... 5 3.3 Tensor ......................................................................................................................... 6
4 Distorções nos dados MT ................................................................................................... 8
5 Resistividade e as rochas .................................................................................................... 9 6 Localização ....................................................................................................................... 10 7 Arcabouço estrutural......................................................................................................... 12
8 Metodologia ...................................................................................................................... 13 8.1 O levantamento ......................................................................................................... 14
8.1.1 Start up .................................................................................................................. 17 8.1.2 Séries Temporais .................................................................................................. 18
8.2 O processamento ...................................................................................................... 20 8.2.1 Parâmetros robustos de processamento ................................................................ 23
8.2.2 Parâmetros dos CrossPowers ............................................................................... 24 8.3 Edição ....................................................................................................................... 27
9 Resultados ......................................................................................................................... 28
9.1 Aplicação da Estação Remota .................................................................................. 40
9.2 Aplicação dos pesos ................................................................................................. 43
9.3 Aplicação dos parâmetros brutos de processamento ............................................... 47 9.3.1 Coerência .............................................................................................................. 47
9.3.2 Variância ............................................................................................................... 50 10 Discussão .......................................................................................................................... 54 11 Conclusões ........................................................................................................................ 56 Bibliografia ............................................................................................................................... 58
1
1 Introdução
Este trabalho é o desenvolvimento de monografia, trabalho de conclusão do projeto
final II, requerida para obtenção do bacharelado em Geofísica pelo departamento de Geofísica
e Geologia Marinha do Instituto de Geociências da Universidade Federal Fluminense
(LAGEMAR).
Por todo o mundo, o método magnetotelúrico (MT) é usado para pesquisas, seja na
área acadêmica ou na área comercial.O método mede os campos elétricos e magnéticos locais
e com ele é possível modelar a distribuição geoelétrica em subsuperfície.Suas aplicações se
estendem desde da indústria do petróleo, à mineradoras e empresas de menor porte que
trabalham com interesse em grandes estruturas geológicas.Seus resultados remetem a
parâmetros físicos das rochas como a resistividade e a condutividade, e por isso, muitas vezes
são utilizados para suplementar outro método geofísico, como a sísmica e a gravimetria, afim
de acrescentar novas informações e confirmar dados e inferências já adquiridos.
Os dados MT, porém, são constantemente perturbados por ações que interferem nos
campos magnéticos e elétricos locais.Antenas, fios de eletricidade, rodovias facilmente geram
interferências nos dados e que muitas vezes são descartados, por serem considerados dados
não confiáveis devido a sua baixa relação sinal/ruído.Assim como ações antrópicas,
fenômenos naturais como chuva, raios, ventos e situações de mal tempo podem destruir com o
sinal de um dado.A fim de resolver os problemas de interferência nos dados e economizar
dias e custos em campo, foram desenvolvidas maneiras de eliminar os ruídos incorporados
aos dados através de filtros e edições manuais.
Neste Trabalho será estudado uma única estação MT e avaliada sua resposta em dia
limpo e ensolarado(26/11/2012) e a mesma estação em dia de condições meteorológicas
adversas,com a presença de chuva e ação de raios(27/11/2012).Serão testados filtros para
tentar melhorar a relação sinal/ruído existente e com isso, melhor representar a real situação
geológica em subperfície.Além disso, será revista a parte teórica do método geofísico
aplicado, seus equipamentos, seus lay-outs, processamento e edição dos dados adquiridos.
2
2 Objetivo
Todo trabalho começou devido a uma adversidade em campo.Foram coletados dados
de uma mesma estação (mesma posição geográfica) em dias diferentes, um ensolarado, onde
foram coletados séries temporais com curvas suáveis, e outro chuvoso, em que foram
registrados dados ruidosos.
O trabalho tem como objetivo a análise e processamento dos dados magnetotelúricos
coletados em campo que não foram coerentes aos campos elétricos e magneticos terrestres. A
priori, as principais fontes de ruídos, na região, não são derivadas da ação do homem mas sim
de eventos de fontes passivas naturais relacionados a ação de chuva e raios.
A aplicação de métodos de filtragem e edição dos dados foram testados e analisados a
fim de obter uma melhor coerência entre a geologia real e a geologia sintética oriunda dos
dados adquiridos.Com isso, os filtros utilizados terão como objetivo principal a atenuação dos
sinais relacionados a ação da chuva e de raios.
O objetivo prático deste estudo foi tornar os resultados da estação magnetotelúrica
SFII04b, adquirida no dia 27/11/1012 sob a ação de chuva e raios, similares aos resultados da
estação magnetotelúrica SFII04a, adquirida no dia 26/11/2012 em que não houve
adversidades climáticas.
]
3
3 Resumo do método
O método magnetotelúrico é o método geofísico passivo que obtém informação a
cerca da distribuição geológica duma região usando como fonte de sinais as ondas
eletromagnéticas (EM) geradas naturalmente na atmosfera e no sistema solar que por sua vez
passaram pelo interior da Terra e dele trazem a informação desejada.(Adão et al,2009) .
Assim como os demais métodos eletromagnéticos , usam técnicas para estimar e
compreender a distribuição e as propriedades físicas dos materiais em subsuperfície.Seus
resultados estimam propriedades eletromagnéticas das rochas como, resistividade elétrica
,permeabilidade magnética e a permissividade elétrica.
O método foi inicialmente pensando por Tikhonov(1950) e Cardigan(1953) que
almejavam estimar a condutividade elétrica no interior da Terra. A teoria do método descreve
que as variações temporais dos campos magnéticos e elétricos se dão pela incidência de ondas
eletromagnéticas planas que se deslocam verticalmente à Terra.
A maioria dos outros métodos geofísicos fazem a análise de dados resultantes de uma
fontes artificiais, assim como explosivos e baterias, diferentemente, o método magnetotelúrico
usa sinais passivos naturais gerados pelas variações do campo geomagnético terrestre.A
resistividade elétrica e a permeabilidade magnética, assim como a permissividade elétrica são
as propriedades física das rochas em que o método está associado.Exatamente por serem
fontes naturais, seus registros captam sinais de baixais amplitudes e são facilmente deturpadas
por qualquer ruído de alta freqüência.
Na interpretação dos dados MT os dados elétricos e magnéticos são registrados no
domínio do tempo e são processados no domínio da freqüência.Um tensor de impedância
eletromagnética é gerado e componentes, em até três dimensões, são interpretados com
gráficos da variação da resistividade aparente em seus modos direcionais.
Sua aplicação ganha espaço na década de 90 com diferentes aplicações para questões
geológicas como estudos cratônicos e reconhecimento de estruturas da crosta terrestre
,prospecção mineral e de óleo/gás, assim como estudos hidrológicos e geotérmicos.
4
3.1 A fonte
A fonte é oriunda do movimento de partículas ionizadas pela ação do sol produz uma
corrente elétrica na ionosfera e magnetosfera terrestre.A alteração da intensidade do campo
magnético terrestre é oriunda da interação indutiva dessa corrente ionosférica.Também por
indução, correntes alternadas são inferidas na parte superior da crosta terrestre e é está
corrente que denominamos Corrente Telúrica( Ferreira et al.,2002).
As flutuações do campo geomagnético estendem-se desde a freqüência de 106 Hz , que
são manifestadas pelas micropulsações geradas na ionosfera até 1011
hertz, observadas em
estudos paleomagnéticos(Figueiredo, 1997).
O equipamento registra faixas de freqüência entre 10-4
e 104
Hertz.Sinais oriundas
tanto do campo elétrico existente na ionosfera,oriunda da interação de ventos solares com a
magnetosfera terrestre, que se propagam para a superfície (ondas eletromagnéticas de baixa
frequência <1 Hz) tanto por raios (descargas elétricas, ondas eletromagnéticas de alta
frequência >1Hz).No intervalo de 10-1
Hz a 1 Hz há uma significativa diminuição de energia
dos sinais elétricos e magnéticos, a esse fenômeno, se da o nome de banda morta.
A corrente telúrica ,então, é oriunda da interação com a corrente elétrica gerado na
ionosfera com a superfície terrestre ,em sua passividade.
Por ser uma fonte natural a intensidade da corrente é pequena e sua medição é
interferida por qualquer pequena fonte(ruído),seja ela derivada da ação do homem ou de suas
ferramentas, como antenas, cercas elétricas, motores ou mesmo fontes
naturais,chuvas,raios,explosões solares,entre outras.
A interação das ondas eletromagnéticas com a Terra é captada e analisada para se
entender as distribuições dos parâmetros oriundos das diferenciações das rochas em
subsuperfície. As ondas eletromagnéticas ao incidirem na superfície terrestre, em sua
maioria, sofrem reflexão e seu sinal se perde.As que sofrem refração se propagam para o
interior da Terra e essa pequena quantidade de energia que induz corrente telúrica em
subsuperfície.
A onda em quanto se propaga para o interior da Terra, encontra variações litológicas e
mineralógicas, assim como estruturas falhadas e com diferentes características de
formação.Assim, pela complexidade dos meios, há mudanças de condutividades entre
5
camadas, quando isso acontece, campos secundários são gerados, trazendo informação das
heterogeneidades em subsuperfície.
3.2 Conceitos físicos
Todo fenômeno eletromagnético é governado pelas equações empíricas de Maxwell
que correlacionou as deduções de Faraday e Ampere:Segundo suas deduções, um campo
elétrico variante no tempo gera um campo magnético e assim esse campo magnético derivado
no tempo gera um campo elétrico, segundo as equações a baixo (Santos et al.,2012):
E + ∂b/∂t = 0
H - ∂d/∂t = J
. B = 0 ;
D= ρ ;
Que são então somadas pelas equações constitutivas :
D = ε . E
B = µ . H
J = σ . E
As equações são escritas com as demais unidades no Sistema Internacional (SI).
-Intensidade do campo elétrico [E] = V/m
-Intensidade do campo magnético [H] = A/m
-Indução magnética [B] = T
-deslocamento elétrico [D] = c/m²
-densidade e carga [ρ] = C/m³
-permissividade dielétrica [ε] = F/m
-permeabilidade magnética [µ] = H/m
-densidade de corrente [J] = A/m²
6
-condutividade do meio [σ] = S/m
Unindo-se as equações descriminadas acima é possível condensar em gradientes da
intensidade do campo magnético e do campo elétrico :
H = σE + ε ∂E/∂t
E = - µ0 ∂H/∂t
Pela dedução das equações é possível fazer as seguintes argumentações:
De acordo com o principio físico de indução eletromagnética a aplicação de uma
corrente elétrica alternada está correlacionada com um campo magnético perpendicular
também alternando Aplicando esse conceito, o fluxo de corrente elétrica oriundo do campo
telúrico terrestre induz um campo magnético em superfície denominado campo primário.Este
campo induz uma corrente alternada no interior de corpos condutores em subsuperfície, esta
corrente por sua vez,induz um outro campo magnético chamado campo secundário.Os campos
então se propagam em subsuperfície e são captados pela caixa receptora.
Os campos medido pelo aparelho, então, é uma interação do campo magnético
primário e secundário oriundos inicialmente do campo telúrico.
3.3 Tensor
Como registramos o campo magnético e magnético terrestre local é possível
determinado a impedância eletromagnética(Z) ,pela razão Ex/Hy ou Ey/Hx,pelo simples fato
de serem medidos ortogonalmente.
"A definição do tensor de impedância eletromagnética (Z) se da pela relação entre as
componentes horizontais complexa dos campos elétricos (Ex,Ey) e magnética (Hx,Hy) em
direções mutuamente ortogonais a uma das freqüências (ω), em um único local de medida."
(Santos,2012)
7
O campo magnético terrestre se comporta como um vetor, isto é,ele apresenta
diferentes módulos para diferentes direções e sentidos,assim como o campo elétrico induzido
por exemplo.Por conta disso e com a estipulação da Terra como sendo um plano cartesiano,é
definido uma matriz de impedância,também chamada de tensor de impedância(Z).O artifício
matemático é de ínfima importância para a definição e pela distribuição espacial dos dos
parâmetros nos ambientes estudados. Torna-se possível então a rotação θ dos dados para uma
melhor representação do strike.
No caso das análises desse estudo, o tensor de impedância trabalhará com rotações
apenas em duas direções (2D), assim como o tensor de fase.Serão gerado dois transversos TE
e TM(elétrico e magnético) que serão melhores explicados na parte do processamento.
O tensor é definido como :
Zij² = Ex = Zxx Hx + ZxHy
Ey = ZyxHx + ZyyHy
Onde:
-Intensidade do campo elétrico [E] = V/m
-Intensidade do campo magnético [H] = A/m
Com o uso do tensor de impedância e usando as componentes das transformadas de
Fourier tanto das séries temporais do campo elétrico tanto as do campo magnético é possível
calcular as resistividades aparentes (a) e fases (Φ) locais pelas equações.(Santos,2012)
aij = 1/* Zij²
Φij = arctan(Im{Zij()}/Re{ Zij()}) ( i =x,y j=x,y)
Onde pelo S.I:
- freqüência angular [] = 2π.f;
8
-frequência [f] =Hertz
- permeabilidade elétrica [µ] = F/m ;
- Resistividade aparente [a] = Ω.m ;
- impedância eletromagnética [Ex/Hy] [Z]
O método tem a capacidade de investigação de camadas rasas com unidades de
metros até o registro de camadas de até 10 quilômetros de profundidade.Para se obter maiores
profundidades de investigação é necessário fazer o registro das menores freqüências e que são
obtidas obtê-las com um maior tempo de aquisição do equipamento. Uma limitação do
método MT é a dificuldade de definir camadas de pequenas espessuras,tendo melhor
aplicação para identificar espessuras totais de sedimentos em bacias,regiões de depocentro,
profundidade do embasamento,entre outros feições geológicas em escala macro.Por este fato,
é usado preferencialmente o Método Magnetotelúrico em estudos preliminares de
reconhecimento exploratório.
A profundidade de penetração da corrente telúrica é uma relação da freqüência com a
resistividade.Também chamada de skindepth,a profundidade de penetração é definida por e.g.,
Vozoff(1991)como:
500(/f)^1/2
- profundidade vertical [δ] = m
-frequência [f] = Hertz
-resistividade do meio [] = Ω.m
4 Distorções nos dados MT
9
As principais distorções são geradas pelas heterogeneidades superficiais.Há um
acumulo de carga nas interfaces contrastantes que fazem gerar um campo secundário que se
somará vetorialmente ao campo primário, isto gera distorções no campo elétrico medido
nomeadas como: distorções galvânicas.
Estas distorções fazem gerar um fenômeno conhecido como static shift , ou
descolamento estático.Em resultado as curvas de resistividade, gerada pós processamento,
ficam deslocadas.
5 Resistividade e as rochas
A estrutura elétrica da Terra é melhor descrita pro Schultz (1993) a partir de dados
profundos de aquisições MT feitos na região geológica, Escudo Canadiano, no norte do
Canadá.Seus estudos descrevem uma crosta sendo uma boa condutora, teoricamente pela
presença de água em sua estrutura, subseqüentemente um aumento da resistividade até os
primeiros 100 km que torna a cair até 800 km de profundidade.Por fim, em seu modelo, os
valores de resistividade voltam a subir.
A resistência elétrica é caracterizada pela resistência oferecida pelo material para se
conduzir um fluxo de corrente elétrica.Dentre todos os parâmetros geofísicos, a resistividade
elétrica é o mais suscetível a variações das composições química das rochas, a temperatura, a
pressão e principalmente a presença de fluidos.
Apesar da composição mineralógicas das rochas terem características de materiais
isolantes,a presença de poros e fraturas das rochas faz com que se diferencie pela quantidade
de água em sua formação.Quanto mais água presente em sua formação maior será a
condutividade da rocha, assim como, quanto mais consolidada e compactada for a rocha,
menor será o espaço para a tenha água e maior será sua resistividade.Quando secas se tornam
verdadeiros isolantes.
Avaliar a geologia a partir de dados de resistividade ou condutividade é muito
complicado devido a complexidade dos fatores de formação, assim como aspectos das
proximidades dos seus valores com grandes variações.
10
Figura 5-1 : Gama de Resistividade (Ohm.m) e condutividade (mS/m) das principais rochas
terrestre.Fonte:Palacky,1988, retirado do site : http://www-
rohan.sdsu.edu/~jiracek/EMGEO/emrockprop.html em 02/02/2014
Por isso, é muito difícil fazer distinção e identificar a rocha pela magnitude destes
parâmetros, por mais que exista uma variação de resistividade e condutividade descrita para
cada rocha, suas heterogeneidade e in-situ, faz com que fique muito complexo a avaliação
desse quesito.Para se calcular a resistividade total é necessário que esses fatores sejam
considerados.
6 Localização
Os dados foram adquiridos ao longo de todo estado de Minas Gerais e em uma
pequena porção do Estado de Goiás.Por serem dados comerciais , providos unicamente pela
empresa Strataimage.Ltda, não será possível apresentar nenhuma localização certa ou exata
11
assim como nenhum resultado final dos dados e/ou inversão e/ou sondagem dos dados
copilados.
Devido a sua posição geográfica,inserida na parte central do país,abrangendo três
Estados,Minas Gerais,Bahia e Goiás, a Bacia do São Francisco sempre foi alvo de muitos
estudos ligado a área de mineração,petróleo e mais recentemente gás.
A Bacia do São Francisco abrange uma área de aproximadamente 350.000 Km²,cerca
de 8% do território nacional(CBHSF,2004).É limitada,segundo os estudos de Alkimin e
Martins-Neto(2001),a Oeste pela Faixa Brasília,um cinturão de dobras e cisalhamento do
Neoproteroizóico(790-600 Ma) e a leste pela Faixa Araçuaí, um cinturação de dobramentos e
calvagamentos também Neoproterozóicos.Ambas Faixas com convergência para Oeste na
direção do Cráton do São Francisco(PaleoProterozóica).Alemida(1997), defini o Cráton São
Francisco como sendo uma porção da plataforma Sul Americana,consolidada como parte
litosférica no arqueano e moldada, no Neoproterozóico superior (650-450Ma), pela
orogênese Brasiliana.
Figura 6-1 : Mapa de localização da área estudada. Fonte: Coelho, 2008, figura 2
12
7 Arcabouço estrutural
As bacias sedimentares neoproterozóicas do Cráton do São Francisco formaram-se
como uma litosférica no arqueano e moldada, no Neoproterozóico superior, pela orogênese
Brasiliana.(Codie, 2002)
Sua cobertura sedimentar é oriunda inicialmente do Mesoproterozóico
superior/Neoproterozóico inferior,representada pelo Grupo Macaúbas/Paranoá,composto por
Siltitos e Arenitos.Subsequentemente o Grupo Bambuí, Neoproterozóico superior,aparece
com um ambiente deposicional muito diverssificado composto por seis diferentes Formações
Litoestatigráficas(São elas:Formação Carrancas, Sete Lagoas, Serra de Santa Helena,Lagoa
do Jacaré, Serra da Saudade e Três Marias)cada uma com suas complexidades.Sobre este
complexo ambiente deposicional há ,em algumas partes da bacia, uma cobertura Fanerozóica
(apesar das descrições das camadas este estudo analisará gráficos em escala macro, tendo
como principal resultado estrutural a profundidade do contato sedimento e embasamento).
Segundo Fragoso et al.,2011, a bacia do São Francisco é divida em dois padrões
diferenciados quando o assunto é domínio estrutural.Há a presença de uma grande falha
denominada Falha de Galena, apresenta movimentação oblíqua sinistral e com orientação
NW-SE, que separa diferentes domínios de estruturas , tendo diferentes intensidades de
deformação e formando diferentes geometrias geologicas.
Mais a Oeste apresenta um domínio estrutural com formação mais
intensa.Dobramentos flexurais com caimento de eixo para sudeste.Associadas as dobras há
estruturas e falhas de empurrão com baixo rejeito."Localmente observam-se fraturas de tensão
centimétrica, distribuídas em leque nas zonas de charneira, preenchidas por calcita.Nas
proximidades da Falha de Galena ocorrem dobras desarmônicas em cúspide."(Fragoso
.,2011,et.al ).À leste, dobras suaves e abertas são abundantes, conforme vai indo em direção a
Falha de Galena, à oeste, as dobras começam a ficar mais fechadas com variações de
mergulho mais intensas.
13
O comportamento apresentado nas estruturas na Bacia do São Francisco , indicam o
domínio mais a oeste foi empurrado contra o leste e no mesmo tempo se descolava
sinistralmente.
8 Metodologia
Durante,aproximadamente quarenta e cinco dias,entre os meses e outubro e novembro,
a equipe de geofísicos Aline Muriel(Geofísica formada pela Universidade Federal do Pampa -
Unipampa), Diego Nunes(Geofísico formado pela Universidade Federal do Pampa -
Unipampa),eu, Igor Guaragna(Graduando em Geofísica pela Universidade Federal
Fluminense-UFF) e a geólogo Sthephanie Senderowitz (Geóloga Formada pela Universidade
Federal do Rio de Janeiro e Mestranda em Geofísica da UFF),todos trabalhando pela empresa
Strataimage Ltda.,orientados pela PhD.Patrícia Lugão(percorreram a extensa região da Bacia
do São Francisco coletando dados magnetotelúricos(MT).
Munidos com uma caminhonete e dois sets de equipamentos MTU-5A,desenvolvido
pela empresa canadense Phoenix Geophysics Ltda., a equipe transcorreu uma distância de
mais de 2000 km,entre três estados(Rio de Janeiro,Minas Gerais e Goiás e coletou dados em
estações espaçadas de 20 em 20 quilômetros.O trabalho árduo de campo,enfrentando
situações climáticas adversas, foi recompensado com a aquisição de dados muito limpos e
obtendo respostas semelhantes a de modelos existentes da região.
Para o desenvolvimento do estudo foram utilizados dois registros
magnetotelúrico(dados) adquiridos com a mesma posição geográfica porém em dias
distinto.Para distinção, nomeamos esta posição como ESTAÇÃO SFII04(SÃO
FRANCISCO,LINHA2,ESTAÇÃO04).O primeiro registro foram feito no dia 26/11, um dia
com céu limpo e ensolarado,propício para a prática do método,o segundo, no dia 27/11,fora
coletado com a presença de uma forte chuva acompanhada de rajadas de vento e ação de
raios.
14
Adicionalmente, serão abordados mais dois registros magnetoterlúrico para serem
utilizados como estação de referência,também denominada como ‘ESTAÇÃO
REMOTA’,para os registros da SFII04.As ESTAÇÕES SFII03(26/11) e SFII05(27/11) serão
de vital para importância para a detecção de ruídos culturais e atenuação do sinal através de
filtros.
O trabalho consistirá na análise dos dados coletados e abordará toda as partes de
aquisição, processamento e edição dos mesmos.A aplicação de filtros com a intenção de
aumentar a relação sinal/ruído tendo como alvo sinais naturais oriundo da ação da chuva e de
raios do dia 26/11, tem como foco a conclusão desse trabalho.Para isso serão abordados os
filtros relacionados aos parâmetros robustos do processamento e os relacionados a estação
remota.Os dados serão processados, filtrados e editados.Ao fim serão comparados e
interpretados para ser tirado uma conclusão sobre os efeitos das alterações no sinal.
Uma correlação dos dados com a geologia local será necessário para uma melhor
relação com a realidade em subsuperfície.Fundamental para a montagem de um modelo e
melhor interpretação dos dados o contexto geológico é a melhor informação a priori para um
controle de qualidade.Para isso fora feito um estudo sobre a região da Bacia do São Francisco,
com intuito de enriquecer informações aos dados MT adquiridos.
8.1 O levantamento
O levantamento se estendeu por volta de 35 dias na região da Bacia do São Francisco,
passando por 3 diferentes Estados, Rio de Janeiro(RJ), Minais Gerais(MG), e Goiás(GO)
entre os meses de novembro de dezembro de 2012.
Foram utilizados dois equipamentos MTU-5,desenvolvidos pela empresa canadense
PHOENIX GEOPHYSICS LIMITED.Ele é constituído por:
- três bobinas magnéticas de um metro e meio de comprimento
-,cinco eletrodos não polarizados
-um GPS
-uma caixa receptora (MTU) que coleta e armazena os dados e cabos conectores das
bobinas e dos eletrodos.
15
Figura 8-1 : Imagem de um set do equipamento MTU-5 ,fabricado pela PHOENIX GEOPHYSICS
LIMITED.Fonte: Arquivo pessoal
O equipamento MTU-5 Phoenix Gophysics recepta dois canais elétricos(Ex e Ey) e
três canais magnéticos(Hx,Hy e Hz).Todos esses canais são ligados a um GPS para ter uma
melhor correlação entre o campo elétrico e magnético.
16
As Bobinas(Induction Coils Type) medem a variação natural do campo magnético
terrestre.Elas devem ficar enterradas e precisamente orientadas nas direção Norte-Sul (N-
S),Leste-Oeste(E-W) e a bobina restante deve ficar alinhada perfeitamente na vertical, para
que os sejam captados dados ortogonalmente aos dados registrados ,pelos eletrodos, do campo
elétrico, assim os cálculos matemáticos exemplificados no capítulo 3.2 deste trabalho, sejam
perfeitamente executados.
O eletrodos,não polarizados,são enterrados a cerca de 30 cm de profundidade.Quatro
deles ficaram postos a 45 metros do equipamento, alguns a 40, mas tendendo a formar um
dipolo de 90 metros toda vez, também orientados pelos pontos cardeais(vide a figura 8-2).O
último eletrodo é enterrado perto da caixa receptora e um funcionando como o
eletrodo"Terra" .
Todos eles,tanto as bobinas como os eletrodos não polarizados ,são ligados a caixa
receptora por fios de cobre ou cabos óticos que são cuidadosamente esticados e mantidos
rente ao solo.Por eles que o sinais elétricos captados,os dados, percorrem até a caixa receptora
para serem armazenados em um cartão eletrônico.
Figura 8-2: Figura 8 2 : Lay-out da montagem do equipamento em camampo.Fonte:
Apresentação Strataimage (Phd. Patrícia Lugão)
17
8.1.1 Start up
O equipamento é ligado a eletricidade através de uma bateria 12 V,semelhantes a de
um automóvel e é "stardado"’ por um notebook convencional.
Com o computador plugado ao equipamento é utilizado um software próprio do
equipamento desenvolvido pela próprio fabricante do equipamento,a PHOENIX
GEOPHYSICS LIMITED.Sua interface é simples e de fácil compreensão.Nele é definido qual
tipo de registro será feito,se MT,AMT,DAMT ou ACMT(para cada tipo de levantamento é
usado algo que o diferencia , ou a caixa do registradora do equipamento ou mesmo o tamanho
das bobinas), o Norte utilizado(magnético ou real), define também a declinação magnética
local,a distancia entre os eletrodos(comprimento dos dipolos) e o tempo de aquisição dos
dados.
É possível ainda aumentar e diminuir o ganho tanto do campo elétrico quanto do
campo magnético, usa-se essa ferramenta quando os dados registrado pelo aparelho ficam
saturados.Além disso,o software capta a antena de GPS e georeferência a aquisição em UTM.
A hora utilizada pelo equipamento é o horário Global de Greenwich , que para o fuso
do Brasil usa-se 3 horas a menos
Figura 8-3 : Tela de Start-up do equipamento.Fonte:
Software Winhorst
18
Os dados registrados nesse trabalho foram feitos com um período de aquisição de até
22 horas, o que proporcionou a coleta de dados bem profundos, detectando toda a bacia,
alcançando até 1500 quilômetros até o embasamento embasamento.
Os dipolos não foram feitos com 50 metros , mas sim com 45 metros e em algumas
estações com 40 metros, devido as adversidades encontradas no campo, como topografias
irregulares e constantes rompimentos de fios proporcionados pelo próprio desgaste físico e/ou
por animais que comiam e mastigavam os cabos.
Nesta etapa , já há um filtro envolvido.O filtro na faixa de 60 Hertz é usado para
extrair ruídos oriundos dos postes,antenas e cabos de eletricidade que no Brasil funcionam
nessa faixa de freqüência.
8.1.2 Séries Temporais
O equipamento é desmontado no dia seguinte e os dados retirados de seu cartão de
memória.Esses dados brutos são nomeados de Séries Temporais.
As Séries Temporais registram a variação temporal dos campos elétricos e magnéticos
locais, captados pelos eletrodos e bobinas, respectivamente.Os registros dessa variação são
descriminados em cinco canais, dois elétricos, Ex(N-S) e Ey(E-W) e três magnéticos, Hx(N-
S), Hy(E-W) e Hz(vertical). As amplitudes das ondas eletromagnéticas são captadas nos cinco
canais em função do tempo.
19
Figura 8-4: Série Temporal de um dado magnetotelúrico real.Há o registro, de cima para baixo, de dois
canais elétricos (Ex e Ey) e de três canais magnéticos (Hx, Hy e Hz).Fonte: Software TimeSiriesView
As ondas eletromagnéticas podem ser descritas como uma soma de senos e cossenos.
As soluções mais simplificadas para as equações das ondas eletromagnéticas para que as
amplitudes com campos elétrico(E) e magnético(B) variante no espaço(x) e no tempo(t),
podem ser dadas como:
E = Emax . cos (kx - ωt)
B = Bmax . sen (kx - ωt)
-Intensidade do campo elétrico [E] = V/m
-Intensidade do campo magnético [H] = A/m
-número de ondas [k] = 2π/λ
- freqüência angular [] = 2π.f;
20
Figura 8-5: Imagem representativa do comportamento dos campo elétrico primário e do campo elétrico
secundário segundo as equações de Maxwell.Fonte:
http://www.fisica.net/einsteinjr/9/ondas_eletromagneticas.html no dia 02/06/2014
A série temporal visto na figura 8-4 é um exemplo gráfico de resposta de uma
aquisição magnetotelúrica(MT) real.Seu comportamento se assemelha ao padrão senoidal
visto nas ondas eletromagnéticas descritas pelas equações.
Comparando os gráficos dos dados reais 8-4 com a exemplificação teórica das
propagações das ondas magnética e elétrica vista na 8-5 é possível afirmar que há uma boa
resposta (e uma comprovação) do comportamento teórico esperado das ondas
eletromagnéticas.Essa correlação dos padrões e/ou características gráficas oriundos dos
campos magnético e elétrico são de grande importância para fazer um controle de qualidade
dos dados adquiridos em campo.
Apesar de trabalhoso, a análise visual do padrões das ondas nas séries temporais é
fundamental ainda em campo para detectar possíveis erros associados ao equipamento e sua
montagem e também a possíveis eventos anômalos magnéticos e solares.
8.2 O processamento
21
A definição do objetivo do processamento,segundo K.Vozoff(1991),é extrair os ruídos
inseridos nos dados usando filtros e funções matemáticas que suavizem o sinal adquirido para
se obter uma melhor resposta da representação da Terra.
Para o processamento dos dados foi usado o programa desenvolvido pela fabricante do
equipamento, PHOENIX GEOPHYSICS LIMITED., chamado SSMT 2000. Seu layout
principal mostra as séries temporais selecionadas, seus arquivos de calibração tanto da caixa
do equipamento(CLB, Calibration Box) quanto das bobinas (CLC, Calibrations Coils).
Nele é selecionado a estação a ser processada e sua ESTAÇÃO REMOTA.A aquisição
de dados de uma ESTAÇÃO REMOTA é essencial para esta etapa.Tendo uma estação MT
distante de outra porém que tenha coletado dados no mesmo período de tempo, se torna
possível que se detecte as variações temporais do campo magnético terrestre, podendo então
retira-lo do dado e serem interpretados como ruído
Figura 8-6: Tela inicial do software SSMT2000, desenvolvido pela PHOENIX
GEOPHYSICS LIMITED, de processamento. Fonte: software SSMT2000
22
A ESTAÇÃO REMOTA é um registro Magnetotelúrico de outra estação próxima,
importante que esta seja um registro de mesmo dia (com registros simultâneos) e que tenha
aquisitado dados coerentes.Dados com baixa qualidade , prejudicará o resultado da estação a
ser processada, podendo gerar dados dúbios e incoerentes.
As séries temporais da estação a ser processada e de sua ESTAÇÃO REMOTA, são
cortadas para o mesmo período de tempo de aquisição.
Abre-se uma nova janela, "Make PFT", nela é definido os parâmetros para a
Transformada de Fourier no domínio do tempo .É gerado um arquivo ".PFT" e habilitada a
janela 'TS to FT"(Time series to Fourier Transform).
Figura 8-7 : View Time, uma ferramenta do software SSMT200 para verificar o tempo
de dado aquisitado.Fonte: software SSMT2000
23
Nesta etapa há a aplicação da transformada de Fourier (DTF) nos dados e aplicação de
seus coeficientes para ter uma melhor aproximação local e uma suavização da curva.
Após a definição dos parâmetros e aplicado a transformada, é aberta a janela , "Edit
PRM".Nela é que serão definidos quais as bobinas a serem utilizadas , assim como a
ESTAÇÂO REMOTA correspondente.É programado qual será o nome de saída dos resultados
gerados assim como seu arquivo temporário.
8.2.1 Parâmetros de processamento
Dois esquemas de processamento tentam filtrar os dados.Estes processos são regidos
pelos parâmetros robustos de processamento (PROCESSING PARAMETERS): a coerência e a
Figura 8-8: Determina o tempo e os parâmetros da série temporal para a transformada
de Fourier.Fonte: SSMT2000
24
variância da resistividade aparente (a).O uso deles tenta diminuir o tamanho das barras de
erro e suavizar as curvas dos gráficos gerados.
Segundo o Manual do equipamento (Rogers , 2012)
a coerência compara dados da estação principal com os dados da ESTAÇÂO
REMOTA, neste estudo é comparado a razão do campo elétrico (E) sobre o campo magnético
(H), dita impedância eletromagnética.Se os dados forem coerentes Hx e Ey deve ser
semelhantes a Hy e Ex.Idealmente a coerência deve ser 1, porém isto raramente acontece.
O mesmo vale para a variância da resistividade aparente (a), elas são comparada com
os da ESTAÇÂO REMOTA e são eliminadas os resultados de resistividade aparente que fogem
das médias de ambas estações
8.2.2 Parâmetros dos CrossPowers
São definidos qual será o número de amostras (CrossPowers) que será utilizado em
cada freqüência do dado.Cada ponto no gráfico de resistividade aparente (ρa) por freqüência
(f) resulta na média aritmética dos CrossPowers.
Fora utilizado um filtro que determina peso ao corte da variância das resistividades em
cimas dos CrossPowers.Este elimina amostras que excedam valores maiores de variância,
determinados pelo pesquisador.
25
Figura 8-9: Ferramenta do software SSMT2000, chamada Edit PRM, onde determina-se as estações a
serem processadas e aonde será salvo os arquivos gerados .Além disso nesta tela, é possível alterar os
parâmetros brutos de processamento, além da quantidade de crosspowers a serem gerados e o filtro de
peso.Fonte: SSMT2000
Só depois dos dados serem cortados, definido uma remota e ser atenuado pela
transformada de Fourier, que é habilitada a função: Process.A partir daí serão calculados as
impedâncias eletromagnéticas, o tensor de impedância assim como suas rotações envolvidas ,
as resistividades aparentes e além da fase e suas freqüências.
Os dados são rotacionados para duas dimensões (2D) e assim, são calculados o
Transverso Elétrico (TE) e o Transverso Magnético (TM) , e plotados em um gráfico com as
freqüência (f) e resistividade aparente (ρa), correspondentes, assim como um gráfico de fase
(Φ) por freqüência (f).
Os transversos elétrico (TE) e magnético (TM) são, respectivamente, a representação
das impedâncias medidas quando o campo elétrico está alinhado paralelamente e
perpendicularmente com a direção de camada regional resistividade.(Adão, 2009). No modo
26
TM, as correntes elétricas fluem perpendicularmente ao strike elétrico das estruturas em
quanto no modo TE elas fluem paralelamente.
Z = [
] = [
]
A matriz de impedância Z fica com sua diagonal secundária zerada, aplica-se uma
rotação θ a ela.Onde a quantidade rodada são os transversos elétrico (TE) e
transverso magnético (TM), respectivamente.Eles também são nomeados como : curva xy e
yx nos gráficos gerados para edição.
Segundo Jiracek.,1990, as componentes TE são mais afetada pelas heterogeneidades
por estar relacionada com o componente do campo elétrico paralela â direção das camadas
porém tendem a sentir estruturas mais profundas em quanto o modo TM é mais sensível as
estruturas mais superficiais.
Já o tensor da fase consiste em uma diferença de fase das componentes direcionais de
Z.Ainda segundo Adão, 2009, o tensor de fase depende do período e é definido pela razão da
parte real (X) e imaginária (Y) do tensor de impedância.
Φ = [
]
O resultado final desse processo é o foco de análise desse estudo.Em cima dele que
serão interpretados os ambientes em subsuperfície e analisados os comportamentos e
tendências dos campos elétricos e magnéticos na região.
27
8.3 Edição
Após o processamento dos dados é gerado dois gráficos a serem editados depois de
todo resultado do processamento.Um de resistividade aparente por freqüência (a x f ) e outro
da fase pela freqüência ( x f ).
Depois de processadas, a série temporal fora fatiada em cinco parte iguais.Cada fatia
com cinqüenta valores de resistividade aparente (a) por freqüência(f) e cinqüenta valores de
fase () por freqüência.Desde 50 valores(Crosspowers) é tirado uma média aritmética e um
único valor é posto nas suas curvas respectivas.
Figura 8-10: Gráficos de Resitividade(a) aparente pela freqüência(f) e de fase (Φ) pela freqüência(f) e ao
lado seus determinados crosspowers.Fonte: software MTeditor
Os maiores e menores valores são cortados e é dado preferência aos dados com
pequenas barras de erro além de serem excluídos aqueles crosspowers incoerentes que
possuam grandes desvios padrões.Nesta etapa, pode ser usada uma ferramenta de auto-
28
edição, no software: Mteditor, desenvolvido também pela fabricante do equipamento.A
ferramenta exclui os dados ,teoricamente, incoerentes automaticamente.Mas como nem
sempre resulta o uso dessa ferramenta gera curvas limpas de ruídos, são feitas exclusões e
inserções de valores manualmente, com o intuito de dar um melhor padrão para a curva e que
seja coerente com a geologia local.A edição manual dos dados é a interação maior de máquina
com pesquisador e talvez a etapa que despende maior tempo.Quanto mais se edita um dado,
mais ele tende a ficar melhor representado.
O gráficos devem apresentar curvas muito suaves, já que a intensidade das ondas
medidas são de baixa intensidade.Além disso as curvas de resistividade aparente e as de fase
tem comportamento 'espelhado', há uma
9 Resultados
Para melhor entendimento dos resultados e análise dos dados,serão nomeadas as
estações como SFII04a, sendo a primeira estação montada, em dia(26/11) ensolarado e a
SFII04b, a estação montada posteriormente em um dia(27/11) chuvoso com presença ventos
de raios.
Inicialmente os dados das estações SFII04a e SFII04b foram analisados
individualmente, para o entendimento dos comportamentos das curvas de resistividade
aparente e fase.Suas séries temporais foram usadas para o detalhamentos e entendimento do
que aconteceu nos dias de aquisição.
29
Figura 9-1 e 2 : Header View das duas estações SFII04a e SFII04b.Em vermelho mostrando o dia da
aquisição ,o registro do mesmo nome de estação e na parte mais inferior dados como a ddp entre os
eletrodos e suas resistências que diferem entre estações. Fonte: software MTeditor
Ao analisar as séries temporais da estação SFII04b, foram detectados valores não
temporais, spikes, com grandes amplitudes e com intervalos temporais pequenos.A presença
deles configura uma interferência nos sinais dos campos primários captados.
30
Visto que a região é salva de grandes ruídos antrópicos, longe de cidades ou fios de
altas tensão, as interferências (spikes) foram inferidos como a ação de raios oriundo da chuva
que caiu no local logo após a montagem do equipamento.
As incoerências das ondas eletromagnéticas vistas nas séries temporais,não apenas se
propagam nos campos elétricos, mais suscetíveis a interferências de altas freqüências, mas
como também nas componentes do campo magnéticas Hx, Hy e Hz.Essa análise faz entender
que o dado de uma forma geral fora afetado, dando mais credibilidade a teoria da ação da
chuva.Isso também se comprovará, ao analisarmos as curvas geradas e as séries temporais da
estação SFII05, adquiridas no mesmo dia e que registraram comportamento similar.
Figura 9-2: Série Temporal da estação SFII04b,coletada no dia 27/11, apresentando 'spikes' associados a
ação de raios. Fonte: software MTeditor
Já os dados feitos no dia anterior,da estação SFII04a, mostraram um comportamento
lógico esperado, completamente diferente da estação SFII04b.
31
As séries temporais apresentaram padrões e formas de uma onda eletromagnética bem
notáveis.As componentes ortogonais elétricas e magnéticas ficam espelhadas e apresentam
amplitudes com valores próximos uma das outras.
Figura 9-3: Série temporal da estação SFII04a, coletada o di 27/11. Fonte: software MTeditor
Adicionalmente, o padrão senoidal é registrado na série temporal tanto nos canais
magnéticos (Hx,Hy e Hz) como nos canais elétricos (Ex e Ey),o que é um bom indicativo de
dados coerentes, pois configuram o comportamento do campo magnético terrestre variante
com o tempo e descrevem uma onda eletromagnética real.
Percebe-se que a presença de spikes se estende por toda a séries temporal da estação
SFII04a, e também da estação SFII04b.A dificuldade de captação da onda telúrica atrelado a
alta sensibilidade do aparelho e as complexidades dos meios heterogêneos fazem que seja
normal e compreensível sua presença em meio ao dado.
Os dados foram então processados e foram gerados gráficos de Resistividade aparente
por freqüência (a x f) e de fase por freqüência( x f).Nesta etapa inicial não foram utilizados
os filtros que serão implementados aos dados.Dessa forma mais crua, tem uma melhor
32
compreensão do estado real da estação, sua relação do sinal e ruído e da presença de
fenômenos de interferência.
Vozoff., 1991, Eletromagnetic Methods in Applied Geophysics, 8, 682-684, aborda o
comportamento das curvas geradas( x f e a x f ) após o processamento das séries temporais
MT.Elas se apresentam com variações de valores de resistividade aparente(a) e fase()
muito suaves ao longo do tempo.Como era de se esperar, a resistividade aparente aumenta nas
freqüências baixas assim como a fase diminui, configurando uma resposta coerente do
comportamento terrestre.
Devido a sua captação,os dados da SFII04a, geram curvas coerente quem seguem o
pensamento abordado anteriormente. Apesar de haver trechos com valores não
correspondentes a realidade, a curva parece apresentar um padrão típico dos dados referentes
a regiões de bacias sedimentares, podendo ser melhor interpretado depois da etapa de
edição,como mostra as figuras abaixo:
33
Figura 9-4a e 9-4b : Gráficos de Resistividade aparente pela freqüência ((a x f )e de fase pela freqüência
(Φ x f ),da estação SFII04a, antes e depois da edição.Fonte: software MTeditor
Nas altas freqüências há uma grande variação dos valores de resistividade aparente e
uma considerável conturbação no gráfico da fase nas banda entre 100 Hz e 10 Hz.A partir
dessa faixa de freqüência começa a notar o efeito de Static shift com a separação das curvas
de resistividade.Os modos TE e TM que inicialmente são sobrepostos se separa em
aproximadamente 50 Hz e tende a se manter afastados até o final, na região de freqüência de
0.001 Hz, em que o sinal já se encontra fraco e disperso.
Além das distorções galvânicas estarem ligadas ao Static shift, assim como as
heterogêneidades do meio, este fenômeno visto graficamente descreve um ambiente bi-
dimensional extremamente complexo, porém a similaridade das curvas faz com que este
efeito seja removido nas etapas posteriores de inversão e implementação do modelo.
Já a estação SFII04b, apresentou gráficos muito ruidosos ficando complicado de serem
interpretar.Porém é possível propor uma coerência e um padrão entre as faixas de 10 a 0.1
Hertz , podendo ser comparado a sua semelhantes,a SFII04a.
A fase apresenta inicialmente mudanças brandas de valore, mas logo se perdem e
apresentam valores anômalos , principalmente a partir de 0.1 Hz.
34
Figura 9-5a e 9-5b: Gráficos de Resistividade aparente pela freqüência (a x f )e de fase pela freqüência (
Φ x f ),da estação SFII04ab antes e depois da edição. Fonte: software MTeditor
As mudanças abruptas dos valores de resistividade aparente e fase configuram também
a falta de coerência dos dados adquiridos pelas estação SFII04b.Os spikes apresentados no
gráfico retomam as séries temporais e confirmam a falta de concordância com a variação do
campo magnético e elétrico locais.Apesar dos valores espaçados, dos spikes associados e de
gráficos mais detalhados, as magnitudes registradas na estação SFII04b se aproximam dos
35
valores da estação não ruidosa, SFII04a.Isto mostra que apesar das interferências e registro
dos ruídos, os dados registraram sinais com informações importantes para o estudo do local.
Com este intuito, de melhor descrição e avaliação do local,dados de duas estações
outras se somarão a este trabalho como efeito comparativo.A estação SFII03, que fora
coletada no mesmo dia da estação SFII04a (dia 26/11) e a estação SFII05 que fora coletada no
mesmo dia da estação SFII04b (dia 27/11).
O estudo e a análise dessas estações é de grande importância para o entendimento do
comportamento dos campos eletromagnéticos locais.Ambas estações tem com principal
função funcionar de estação remota no processamentos das estações SFII04 a e b, e retirar os
ruídos naturais e regionais variantes com tempo.
No processamento das mesmas, por fim de análise, foram imputados apenas 20
crosspowers, resultando em dados menos fatiados e menos amostrados.O gasto de tempo é
diminuído e o trabalho é otimizado sem uma perda brusca de qualidade.
Após seu processamento, os gráficos de resistividade aparente (a) e fase (Φ) fazem
reforçar a semelhança das estações coletadas no dia 26/12.
Seu comportamento inicial apresenta-se bem perturbado até a banda de freqüência de
50 HZ
No caso da SFII03, sua série temporal apresentou comportamentos similares da
estação SFII04a, coletada no mesmo dia.Padrões senoidais são vistos durante todo o registro
dos dados, apesar de haver parte com expressivos ruídos associados, principalmente até a
banda de 100 Hz e a pós a banda de freqüência de 0.01 Hz .Sua avaliação visual permite-se
dizer que, elas, as séries temporais, representam bem o comportamento das ondas
eletromagnética.
36
Figura 9-6: Header View das duas estações SFII03.Em verde mostrando o dia da aquisição ,o registro do
mesmo nome de estação e na parte mais inferior dados como a ddp entre os eletrodos e suas resistências
que diferem entre estações. Fonte: software MTeditor
37
Figura 9-7a e 9-7b: Gráficos de Resistividade aparente pela freqüência ( ρa x f )e de fase pela freqüência
( Φ x f ),da estação SFII03 antes e depois da edição. Fonte: software MTeditor
Após seu processamento, os gráficos de resistividade aparente (a) e fase (Φ) fazem
reforçar a semelhança das estações coletadas no dia 26/11.
Seu comportamento inicial apresenta-se bem perturbado até a banda de freqüência de
50 HZ, assim como as estação SFII04.Conturbações também são vista em 0.1 Hz, onde há
38
uma queda significativa do sinal, que volta a se perder após 0.01 Hz. Porém, ambos gráficos
tem mudanças suaves de magnitude dos valores de resistividade e fase, salvo as bandas de
freqüência citadas anteriormente, fazendo com que a estação SFII03 seja considerada uma
estação coletora de bons dados, apresentando uma relação de sinal/ruído com alta importância
e apta a uma análise comparativa proposta por este trabalho.
A estação SFII05, por sua vez, como a estação SFII04b fez um grande registros dos
ruídos oriundos da ação da chuva do dia 27/12.Sua série temporal também apresenta diversos
spikes em toda sua extensão, que foram inferidos como a presença de descargas elétricas
(informação a priori observada pelos geocientístas presentes na aquisição).
Figura 9-8: Header View das duas estações SFII05.Em verde mostrando o dia da aquisição ,o registro do
mesmo nome de estação e na parte mais inferior dados como a ddp entre os eletrodos e suas resistências
que diferem entre estações. Fonte: software MTeditor
39
Figura 9-9a e 9-9b: Gráficos de Resistividade aparente pela freqüência ( ρa x f )e de fase pela freqüência
( Φ x f ),da estação SFII05 antes e depois da edição. Fonte: software MTeditor
Com seu processamento realizado, é notável a presença de uma baixa relação
sinal/ruído.A não conectividade dos pontos no gráfico de resistividade aparente (a) por fase
(Φ), aliada a grande variação dos valores vizinhos comprovam a perturbação nos dados
40
adquiridos.A partir da faixa de freqüência de 0.1 Hz , o sinal se perde completamente
apresentando valores completamente aleatórios e sem nenhuma coerência.
Ao contrário da estação SFII04b, é vista na estação SFII05 uma certa semelhança com
as demais estações, SFII03 e SFII04a.A subida da curva de resistividade até a faixa de 0.1 Hz
tem comportamento similar, porém com valores extremamente ruidosos.Isto faz com que esta
seja também uma boa estação para analise e comparação, sendo utilizada como estação
remota e se apresentando ser de fundamental importância para as análise inferidas.
As relações e similaridades das estações adquiridass no mesmo dia, comprovam a
existência de variações temporais dos campos elétrico e magnético locais.Comprovam
também a ação das chuvas e de descargas elétricas teoricamente inferidas por informações a
priori.E por fim, comprovam que apesar das estações SFII04b e SFII05 apresentarem ruídos
expressivos, elas podem conter informações valiosas para a descrição das regiões em
subsuperfície.
9.1 Aplicação da Estação Remota
A Estação remota, é implementada na etapa do processamento e funciona como um
verdadeiro filtro.A captação de outra estação no mesmo período de tempo, permite que os
ruídos regionais registrados em ambas estações, sejam assimilados, interpretados como ruídos
e retirados dos dados, fazendo que se aumente a relação sinal/ruído.
A estação SFII04a fora processada usando a estação SFII03 como remota usando os
valores padrões já imputados no software do equipamento (para coerência :
41
Figura 9-10a e 9-10b: Resultado antes e depois da aplicação da estação SFII03 como estação remota da
estação SFII04a.Fonte: software MTeditor
Seu resultado é, a primeira vista, com grandes diferenças da estação SFII04a
processada em uma estação remota.Porém a escala referente a resistividade aparente (a) tem
42
seu pico e valor máximo em 1000 ohm.m, diferentemente de sua similar que atinge valores
superiores, isso configura um gráfico mais detalhado e melhor analisado.
Percebe-se que apesar de uma perturbação inicial, o fenômeno de static shift é relatado
desde das banda de freqüências iniciais até os seus registros finais e perca do sinal,
configurando um ambiente complexo e bem heterogêneo.
De toda forma, a aplicação deste filtro resultou em dados mais coerentes e com a
presença de poucos spikes.
Já a estação SFII04b fora processada usando a SFII05 como estação remota.
43
Figura 9-11a e 9-11b: Resultado antes e depois da aplicação da estação SFII05 como estação remota da
estação SFII04b.Fonte: software MTeditor
Os resultados do novo processamento, apesar de ainda muito ruidoso, apresentou certa
melhora nos gráficos gerados.A fase apresenta, quase até 0.1 Hz, um comportamento bem
suavizado e com poucas perturbações, mesmo a escala sedo alterada.O gráfico da
resistividade aparente (a) obteve certa melhora na edição, apresentando um padrão
descendente até a faixa de 10 Hz, região de inflexão e subida dos valores até 0.1 Hz onde o
sinal se perde.
9.2 Aplicação dos pesos
Afim de incrementara mais o resultado obtidos na etapa de processamento , fora usado
um filtro referente ao peso de corte da variância da resistividade aparente (a) e fase (Φ),
especificado pelo software como weigth cutoff value,.O filtro é relacionado aos crosspowers
gerados e atribui maiores pesos aos dados coerentes, que apresentam menores valores de
44
desvio padrão e conseqüentemente menores barras de erro, reforçando ainda mais a relação
do sinal sobre o ruído.O filtro elimina dados os quais possuem valores maiores de variância
(V) do que o peso estipulado pelo pesquisador.
Foram inicialmente dados valores as estações sem o processamento de suas remotas e
imputados valores aleatórios para entender como a resposta do filtro se comportava.Os pesos
0 , 0.5 e 1 foram primeiramente utilizados.
Figura 9-12: Comparação de diferentes processamentos da estação SFII04a para diferentes valores de
peso de corte dos crosspowers.Fonte MTeditor
45
Figura 9-13: Comparação de diferentes processamentos da estação SFII04b para diferentes valores de
peso de corte dos crosspowers.Fonte MTeditor
É notável que os resultados entre 0 e 0,5 para os pesos geraram gráficos com barras de
erro menores e mais suavizados do que o intervalo de 0,5 até 1.O que há na verdade é um
aumento gradativo dos desvios padrões com o aumento do valor do peso aplicado,
principalmente na faixa de 0.1 Hertz.Por isso o segundo intervalo será descartado e se foram
testados dois outros valores que para pesos de corte : 0.11 e 0.33.
O valor de peso de corte 0.11 foi retirado do manual do equipamento o qual faz
referência ao uso para estações muito ruidosas, sem coerências e com altas
variâncias.Segundo o manual, o peso próximo de 0.11, reforça os valores variantes com o
tempo e aumenta a proporção de dados coerentes resultando em um gráfico mais contínuo.Já
o valor 0.33 fora um teste sugerido por um técnico da PHOENIX GEOPHYSICS LIMITED.
46
Figura 9-14 ae 9-14b: Comparação de diferentes processamentos das estações SFII04a e SFII04b,
respectivamentes, para valores de peso de corte dos crosspowers sugeridos pelos técnicos da fabricante do
equipamento.Fonte MTeditor
47
Na estação do dia 26 ,apesar do resultado do gráfico com o peso de corte 0.11 parecer
menos suave, a escala é diminuída e o que acontece na verdade, é um maior detalhamento do
ambiente estudado.Com a aproximação da escala, fica mais fácil inferir diferenças geológicas
em subsuperfície e reproduzir com maior exatidão o ambiente real da região.A diferença de
qualidade de dados também é bem distinta dos pesos 0.11 e 0.33, para a estação do dia 27,
spikes são mais freqüentes; gráfico de resistividade aparente (a), assim como o gráfico de
fase (f), não apresentam uma continuidade
9.3 Aplicação dos parâmetros brutos de processamento
Os parâmetros brutos de processamento (processing parameters) foram alterados a fim
de se encontrar um valor diferente dos padrões e encontrar uma melhor forma para o
gráfico.Foram testados separadamente os parâmetros de coerência e de variância da
resistividade aparente (a) a fim de compreender cada uma individualmente e depois serão
copilados em um único processamento.
9.3.1 Coerência
Foram dado valores aleatórios afim de entender o comportamento do filtro.Assim o
estudo dos valores será, assim como ao filtro de corte de peso, feito na base da tentativa de
valores pensado pelo pesquisador, juntamente com o aprimoramento dos gráficos gerados
com edições manuais..
48
Figura 9-15a e 9-15b: Comparação para diferentes processamentos com diferentes valores da coerência
para as estações SFII04a e SFII04b, respectivamente.Fonte: software Mteditor
49
O resultado, independentemente do valor, não apresenta variações muito
expressivas.Há variações principalmente nas bandas de 1 Hertz e na parte inicial do gráfico,
vista anteriormente que já sofria perturbações em ambas bandas de freqüência.Porém é
possível notar que o intervalo entre 0.5 e 0.99 deve expor o melhor gráfico, pois os resultados
dos dois processamentos (usando 0.5 e 0.99 de coerência) apresentaram melhores resultados,
principalmente na estação alvo deste estudo.Com isso será usado o valor padrão de coerência
(0.85) recomendado pelo software.
A porcentagem dos dados incoerentes para ser descartada (maximum iration of
estimates to reject) também fora alterado com o mesmo propósito de melhor representação
gráfica.O filtro rejeita, em um intervalo entre 0 a 99, indicando a porcentagem de dados
incoerentes que serão eliminados do processamento.
50
Figura 9-16a e 9-16b: Comparação para diferentes processamentos com diferentes valore da porcentagem
do rejeito da coerência para as estações SFII04a e SFII04b, respectivamente.Fonte: software Mteditor
A porcentagem do rejeito apresenta um padrão aleatório até o valor de 0.5, e não foi
possível visualizar nenhuma melhora expressiva nos gráficos de ambas estações.A partir
desse valor os gráficos passaram a ficar mais suaves e apresentar melhores comportamentos,
diminuindo a escala e apresentando menos spikes com a diminuição da freqüência.O resultado
é coerente com o esperado, o grau de coerência aumenta com o aumento do rejeito.Os dados
tendem a seguir o comportamento da estação remota e como ambas adquiriram dados
coerentes a relação de coerência tende ao aumentar quanto mais dados incoerentes são
descartados.
9.3.2 Variância
51
Seguindo o padrão do estudo, os valores de variância fora feitos de forma aleatória
afim de compreender melhor a ação do filtro.Os dados também passaram por tratamento de
edição e foram obtidos os seguintes resultados:
52
Figura 9-17a e 9-17b: Figura 9 16a e 9-16b: Comparação para diferentes processamentos com diferentes
valore da variância para as estações SFII04a e SFII04b, respectivamente.Fonte: software Mteditor
Nota-se tanto no resultado das estações SFII04a e SFII04b que o aumento dos valores
da variância foi prejudicial para o formato dos gráficos de resistividade aparente e
fase.Apesar da estação menos ruidosa não apresentar grandes variações, houve o aumento da
escala fez e apareceram spikes principalmente nas bandas de freqüência de 100 a 1 Hertz.O
mesmo fora notado na segunda estação, porém de forma mais intensa.
Depois de diversas tentativa, foi escolhido o valor de 0.75 para tal atributo como a
melhor resposta para o filtro.
53
Figura 9-18a e 9-18b: Figura 9 16a e 9-16b: Comparação para diferentes processamentos com diferentes
valore da porcentagem do rejeito da variância para as estações SFII04a e SFII04b, respectivamente.Fonte:
software Mteditor
54
Assim como a relação de variância, o rejeito do filtro também não obteve grandes
mudanças para a melhoria dos dados.Nota-se algumas mudanças pontuais no intervalo entre
0.1 e 0.5, mas nada muito expressivo.
Depois de diversas edições manuais, o valor de 0.5 foi escolhido para o processamento
final.
10 Discussão
O resultado final, após todas as etapas desse trabalho, foi uma melhora considerável
dos ruídos que incorporavam os dados da estação SFII04b.Sua melhora gradual é vista na
figura abaixo:
Figura 10-1: Evolução da estação SFII04b, ao longo das diferentes etapas de processamento e
edição.Fonte: MTeditor
55
Inicialmente incoerente e cheio de spikes ao longo das bandas de freqüência, os
gráficos se tornaram mais suavizando depois das implementações de filtros e edições
manuais.Principalmente o gráfico da fase (Φ) se torna mais contínuo e praticamente sem
valores fora da média.O mesmo ocorre com o gráfico da resistividade aparente (a) , sua
melhora é nítida pelo sumiço das grandes barras de erro, pela diminuição dos spikes e a
melhor conectividade dos pontos do gráfico com o passar das freqüências.
Figura 10-2: Comparação entre as estações SFII04a e SFII04b.Como objetivo final , esta imagem expressa
bem o resultado do trabalho.Fonte: MTeditor
Quando postas lado a lado,a estação SFII04a e a estação SFII04b, ambas mostram
semelhanças de comportamento, principalmente do gráfico da fase (Φ) pela freqüência (f).As
curvas da fase (Φ) em ambos apresentam valores similares, podendo inferir que os dados
sejam do mesmo local, porém a continuidade e a qualidade dos dados na primeira estação é
superior.O mesmo vale para o gráfico da resistividade aparente (a) pela freqüência (f), que
apesar de representarem o mesmo ambiente, a estação ruidosa não tem o mesmo detalhamento
56
da primeira estação.Sua escala está com altos valores e a continuidade dos pontos não
aparenta estar suave como a SFII04a.
Nota-se também ruídos semelhantes em ambas estações nas bandas de freqüência de
100 Hertz e de 0.1 Hertz.Apesar das tentativas de eliminar spikes e ruídos do gráficos, estas
duas regiões permaneceram sem muitas alterações.Segundo informações de funcionários da
fabricante do equipamento, este comportamento anômalo pode ser associado a drástica
mudança de litologia, associado a heterogeneidade do ambiente estudado e especificamente
nas maiores freqüências,estas distorções são associadas a presença de gás.
11 Conclusões
Visto que um sinal magnetotelúrico, inicialmente incoerente, apresenta padrões
que não representam os campos magnético e elétrico terrestres e que fora descartada em
campo como um dado não comercial, pode sofrer alterações significativas através das etapas
de processamento, edição e filtragem dos dados.Isso mostra que apesar do dado
magnetotelúrico ser de baixa magnitude e mesmo tendo uma relação sinal/ruído baixa, ele
consegue carregar consigo informações necessárias do ambiente terrestre estudado.O
aperfeiçoamento dos dados pós aquisição pode economizar dias de trabalho de campo além de
detalhar regiões que antes apreciam incompreensíveis.
O objetivo prático deste estudo foi tornar os resultados da estação magnetotelúrica
SFII04b, adquirida no dia 27/11/1012 sob a ação de chuva e raios, similares aos resultados da
estação magnetotelúrica SFII04a, adquirida no dia 26/11/2012 em que não houve
adversidades climáticas.A meta foi alcançada em termos: apesar da estação SFII04a ter sido a
mais detalhada e com a menor presença de ruídos nos dados, sendo esta estação escolhida
para as futuras etapas de migração e interpretação, a estação SFII04b conseguiu reproduzir o
mesmo ambiente da outra estação, um ambiente de bacia sedimentar com a profundidade do
embasamento bem semelhante, porém com qualidade de detalhamento bem inferior.
O uso da estação remota foram de fundamental importância para atenuação de ruídos
regionais e também para fim de comparação com as estações estudadas.Assim como os filtros
57
de coerência e variância e o peso de corte dos crosspowers, essas etapas mostram o rumo que
a etapa de edição deve tomar.
A etapa de edição manual foi a que mais obteve resultados.Sem ela objetivo do estudo
jamais seria alcançado.Fora ela a que detalhou e suavizou com mais precisão,visto que um
sinal magnetotelúrico, inicialmente incoerente, apresenta melhoras expressivas.,podendo ser
comparada a um outro sinal ,da mesma região,
Os Filtros que envolvidos relação de coerência e variância entre os dados da
estação e sua estação remota, foram de fundamental importância para entender o
comportamentos das curvas e avaliar os ruídos regionais oriundos da ação das chuvas e raios.
O desenvolvimento de filtros complementares pode ser uma etapa posterior
desse trabalho, visto que a estação SFII04b ainda pode ser melhorada, devido ainda a
presença de conturbações e suas curvas.O aprofundamento desse trabalho é uma idéia simples
mas que deverá apresentar resultados como o que foi observado aqui.
58
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