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Título: Processamento e interpretação de dados 2D e 3D de GPR :aplicações no imageamento de feições kársticas e estruturas de dissolução no campo de petróleo de Fazenda Belém-CE
Autor(es): Xavier Neto, Pedro
Palavras-chave: Radar (Método geofísico);GPR (Ground Penetrating Radar);Interpretação 2D e 3D;Campo de petróleo;Karst;Dolinas;Radar;GPR (Ground Penetrating Radar);Oil field;Karst;Sinkholes;Data processing
Data do documento: 5-Mai-2006
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: XAVIER NETO, Pedro. Processamento e interpretação de dados 2D e 3D de GPR :aplicações no imageamento de feições kársticas e estruturas de dissolução no campo de petróleo de Fazenda Belém-CE. 2006. 191 f. Tese (Doutorado em Geodinâmica; Geofísica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.
Resumo: In Fazenda Belém oil field (Potiguar Basin, Ceará State, Brazil) occur frequently sinkholes and sudden terrain collapses associated to an unconsolidated sedimentary cap covering the Jandaíra karst. This research was carried out in order to understand the mechanisms of generation of these collapses. The main tool used was Ground Penetrating Radar (GPR). This work is developed twofold: one aspect concerns methodology improvements in GPR data processing whilst another aspect concerns the geological study of the Jandaíra karst. This second aspect was strongly supported both by the analysis of outcropping karst structures (in another regions of Potiguar Basin) and by the interpretation of radargrams from the subsurface karst in Fazenda Belém. It was designed and tested an adequate flux to process GPR data which was adapted from an usual flux to process seismic data. The changes were introduced to take into account important differences between GPR and Reflection Seismic methods, in particular: poor coupling between source and ground, mixed phase of the wavelet, low signal-to-noise ratio, monochannel acquisition, and high influence of wave propagation effects, notably dispersion. High frequency components of the GPR pulse suffer more pronounced effects of attenuation than low frequency components resulting in resolution losses in radargrams. In Fazenda Belém, there is a stronger need of an suitable flux to process GPR data because both the presence of a very high level of aerial events and the complexity of the imaged subsurface karst structures. The key point of the processing flux was an improvement in the correction of the attenuation effects on the GPR pulse based on their influence on the amplitude and phase spectra of GPR signals. In low and moderate losses dielectric media the propagated signal suffers significant changes only in its amplitude spectrum; that is, the phase spectrum of the propagated signal remains practically unaltered for the usual travel time ranges. Based on this fact, it is shown using real data that the judicious application of the well known tools of time gain and spectral balancing can efficiently correct the attenuation effects. The proposed approach can be applied in heterogeneous media and it does not require the precise knowledge of the attenuation parameters of the media. As an additional benefit, the judicious application of spectral balancing promotes a partial deconvolution of the data without changing its phase. In other words, the spectral balancing acts in a similar way to a zero phase deconvolution. In GPR data the resolution increase obtained with spectral balancing is greater than those obtained with spike and predictive deconvolutions. The evolution of the Jandaíra karst in Potiguar Basin is associated to at least three events of subaerial exposition of the carbonatic plataform during the Turonian, Santonian, and Campanian. In Fazenda Belém region, during the mid Miocene, the Jandaíra karst was covered by continental siliciclastic sediments. These sediments partially filled the void space associated to the dissolution structures and fractures. Therefore, the development of the karst in this region was attenuated in comparison to other places in Potiguar Basin where this karst is exposed. In Fazenda Belém, the generation of sinkholes and terrain collapses are controlled mainly by: (i) the presence of an unconsolidated sedimentary cap which is thick enough to cover completely the karst but with sediment volume lower than the available space associated to the dissolution structures in the karst; (ii) the existence of important structural of SW-NE and NW-SE alignments which promote a localized increase in the hydraulic connectivity allowing the channeling of underground water, thus facilitating the carbonatic dissolution; and (iii) the existence of a hydraulic barrier to the groundwater flow, associated to the Açu-4 Unity. The terrain collapse mechanisms in Fazenda Belém occur according to the following temporal evolution. The meteoric water infiltrates through the unconsolidated sedimentary cap and promotes its remobilization to the void space associated with the dissolution structures in Jandaíra Formation. This remobilization is initiated at the base of the sedimentary cap where the flow increases its abrasion due to a change from laminar to turbulent flow regime when the underground water flow reaches the open karst structures. The remobilized sediments progressively fill from bottom to top the void karst space. So, the void space is continuously migrated upwards ultimately reaching the surface and causing the sudden observed terrain collapses. This phenomenon is particularly active during the raining season, when the water table that normally is located in the karst may be temporarily located in the unconsolidated sedimentary cap
metadata.dc.description.resumo: Esta tese apresenta resultados da pesquisa realizada no campo de petróleo de Fazenda Belém-CE (Bacia Potiguar), com o objetivo de entender os mecanismos de geração de colapsos de terreno associados à existência de um substrato carbonático intensamente fraturado e karstificado da Formação Jandaíra. A principal ferramenta utilizada foi o imageamento do karst soterrado com GPR (Ground Penetrating Radar). Dois eixos temáticos de pesquisa foram desenvolvidos: um eixo de natureza geofísica, que consistiu no desenvolvimento de metodologias de processamento de dados de GPR, e um eixo de natureza geológica, que consistiu do estudo do karst Jandaíra e dos fatores condicionantes da sua evolução. Este segundo eixo foi fortemente apoiado no estudo de estruturas kársticas aflorantes e na interpretação de radargramas do karst soterrado. Um fluxo de processamento adequado para tratar dados de GPR é proposto a partir da adaptação de um fluxo usual de processamento sísmico. As principais modificações introduzidas estão associadas com diferenças fundamentais existentes entre GPR e Sísmica, notadamente: pior condição de acoplamento entre fonte e solo, fase da wavelet (que é mista, no GPR), grande nível de ruído (inclusive aéreo), aquisição monocanal e maior importância dos efeitos de propagação (principalmente dispersão) na onda eletromagnética. A necessidade de um processamento adequado foi ainda mais premente em Fazenda Belém devido à forte presença de ruído aéreo, por se tratar de uma área industrial, e grande complexidade das feições kársticas soterradas. A etapa chave do fluxo de processamento é a correção dos efeitos de propagação. Em meios dielétricos de perda baixa a moderada, verificou-se que a propagação do pulso de GPR impacta fortemente o seu espectro de amplitude, mas provoca muito pouca alteração no seu espectro de fase. Pôde-se assim corrigir os efeitos da propagação com uma aplicação judiciosa de ganhos e balanceamento espectral. Os ganhos foram utilizados para recuperar a perda de amplitude e o balanceamento espectral, para recuperar as componentes da faixa superior de freqüência, que são mais fortemente afetadas pelos efeitos da propagação. Apesar da não estacionaridade do sinal do GPR, o balanceamento espectral promove um aumento de resolução, o que qualifica esta técnica como um bom substituto dos algoritmos de deconvolução, garantindo repetitividade e independência do meio geológico. A karstificação da plataforma carbonática Jandaíra está associada a, pelo menos, três eventos de exposição sub-aérea relacionadas às discordâncias do Turoniano, Santoniano e Campaniano. Em Fazenda Belém, a partir do Mioceno Médio, o karst Jandaíra foi soterrado por sedimentos siliciclásticos continentais. Este soterramento preencheu parte das cavidades de dissolução e fraturas e, assim, o desenvolvimento do processo de karstificação foi bastante atenuado, em comparação com outros locais da Bacia Potiguar, onde o karst Jandaíra está exposto. Nas condições vigentes em Fazenda Belém, identificou-se que os principais fatores condicionantes do surgimento das dolinas e do colapso de terreno são: (i) existência de uma cobertura inconsolidada espessa o suficiente para encobrir o calcário, porém delgada o suficiente para que o seu volume possa ser acomodado nos espaços vazios dessas estruturas; (ii) ocorrência da interseção de lineamentos estruturais SW-NE e NW-SE, que promovem um aumento localizado da condutividade hidráulica e condicionam a canalização do fluxo hidráulico subterrâneo, facilitando a dissolução dos carbonatos; e (iii) existência de uma barreira hidráulica vertical, associada à Unidade Açu-4, que condiciona a circulação da água subterrânea a ser predominantemente lateral. Os colapsos de terreno em Fazenda Belém seguem o seguinte processo de evolução temporal. O fluxo de água se infiltra através da cobertura sedimentar inconsolidada e promove sua mobilização para o espaço vazio das estruturas de dissolução na Formação Jandaíra. Este efeito é iniciado na base da cobertura sedimentar, onde o fluxo aumenta o seu poder de abrasão, devido à mudança brusca do regime laminar para o regime turbulento, ao entrar no karst. O material remobilizado vai preenchendo, as cavidades intra-acamamento e geram espaço, de forma remontante, na cobertura sedimentar acima situada, que vai se afinando até o ponto de colapso, quando então ocorrem as dolinas. Este fenômeno é especialmente ativo durante a estação chuvosa, quando o nível estático da água, que normalmente está situado dentro do calcário, pode estar temporariamente localizado dentro da cobertura sedimentar
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/18362
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