USO DA SÍSMICA DE REFLEXÃO DE ALTA RESOLUÇÃO E DA ... · Ela mostra feições expressivas do relevo e a variação da distribuição superficial dos ... sobre estes sedimentos

Brazilian Journal of Geophysics, Vol. 18(3), 2000

USO DA SÍSMICA DE REFLEXÃO DE ALTARESOLUÇÃO E DA SONOGRAFIA NA EXPLORAÇÃO

MINERAL SUBMARINA

Arthur Ayres Neto

Consultor em Geofísica MarinhaRua Pereira Nunes, 124 apto. 501, Ingá, Niterói, RJ.

24210-430, [email protected]

Este artigo é uma introdução sobre algumas técnicas geofísicas acústicas que podem serusadas na pesquisa aplicada a mineração submarina. O sonar de varredura lateral, assimcomo a perfilagem sísmica de alta resolução são métodos geofísicos acústicos que permitema investigação da distribuição superficial de sedimentos no fundo do mar e a identificação deestruturas geológicas sub-superficiais e camadas sedimentares com potencial para exploraçãomineral. Os dois métodos usam a propagação e reflexão de ondas acústicas através dacoluna d‘água e das camadas sedimentares a medida que estas ondas passam de um meiopara o outro A quantidade de energia que é refletida pela interface depende de diversosfatores tais como ângulo de incidência, impedância acústica e rugosidade do fundo do mar.Através da amplitude do sinal de retorno é possível classificar diferentes tipos de sedimentoscorrelacionando a intensidade do eco com a dureza da cobertura sedimentar do fundo domar. É este sinal que carrega informações sobre a geologia do fundo do mar. Estas informaçõessão muito importantes na avaliação do potencial mineral de uma área de interesse.

Palavras-chave: Perfilagem sísmica; Sonografia; Classificação de sedimentos; Exploraçãomineral.

HIGH RESOLUTION SEISMIC REFLECTION AND SONOGRAPHY IN SUBMARINEMINERAL EXPLORATION - This paper gives an introduction about some acousticalgeophysical techniques that can be used in the marine mineral exploration. The side scansonar and reflection seismic are acoustic tools that allow the investigation of the sedimentdistribution on the seafloor as well as the identification of subsurface geological structuresand sedimentary layers that favors mineral concentration. Both methods use the propagationand reflection of acoustic waves through the water column and the sedimentary sequenceas the waves pass from one medium to another. The amount of seismic energy that isreflected depends on several different factors such as incidence angle, acoustic impedanceand roughness of the seafloor. With the amplitude of the signal it is also possible to classifydifferent kinds of sediments correlating the echo strength with hardness of the seafloor. Itis this signal that carries information about the geology of the seafloor. These informationsare very important for the evaluation of the mineral potential of a given area.

Key words: Seismic profiling; Side scan sonar; Mineral exploration.

Received September 14, 2001 / Accepted December 05, 2001

242 Sísmica de Reflexão de Alta Resolução e Sonografia na Exploração Mineral Submarina

Revista Brasileira de Geofísica, Vol. 18(3), 2000

INTRODUÇÃO

A geofísica estuda o planeta Terra através damedição de suas propriedades físicas. Existemdiversos tipos de métodos geofísicos, cada umrelacionado à medida de uma propriedade física donosso planeta tais como a velocidade de propagaçãoe atenuação de ondas P e S, a eletrorresitividade, opotencial induzido, a radioatividade gamma natural,os campos gravitacional e magnético e o fluxo de calor.A medição de cada uma destas propriedades forneceinformações valiosas sobre as característicasgeológicas de uma determinada área de interesse.

As ferramentas geofísicas mais importantes parao estudo do fundo dos oceanos se baseiam napropagação de ondas acústicas. Os principaismétodos de investigação do fundo e sub-fundomarinho que utilizam a propagação de ondas acústicassão a sísmica, a sonografia e a batimetria. Estessistemas de aquisição funcionam segundo o mesmoprincípio: a emissão, transmissão e reflexão de ondasacústicas entre dois ou mais meios físicos depropriedades elásticas distintas (coluna d‘água,camadas sedimentares, etc.). Neste trabalho serãodestacadas a utilização da sonografia e a sísmica dealta resolução na prospecção mineral marinha.

A sonografia fornece informações sobre ascaracterísticas morfológicas e sedimentológicas dofundo do oceano. Ela mostra feições expressivas dorelevo e a variação da distribuição superficial dossedimentos. Em certas condições, pode fornecerainda informações sobre a ação de correntes marinhassobre estes sedimentos. Os registros sonográficos sãocapazes de mostrar também a presença de qualquerobjeto sobre o fundo do mar como naviosnaufragados e estruturas de produção offshore.

A sísmica por sua vez fornece dados sobre adisposição estrutural das camadas sedimentaresabaixo do fundo marinho. Através de um registrosísmico é possível avaliar parâmetros como espessurade camadas, mergulho, presença de falhamentos,ocorrências de acumulações rasas de gás biogênicoe deslizamentos submarinos.

A classificação de sedimentos do fundo do mar éa organização de tipos de fundo em unidades distintasde acordo com a característica do sinal de retorno.

O equipamento utilizado para esta tarefa é umecobatímetro convencional conectado a um conversoranalógico / digital que transforma o sinal analógicorecebido numa seqüência de bits de informação. Todoo sistema é ligado em tempo real a um computadorque identifica e categoriza cada eco recebido deacordo com diferentes algoritmos que descrevem osinal através de características como amplitude,comprimento de onda e fase.

A grande vantagem desses métodos está na altataxa de aquisição de dados em um curto período detempo. Os dados, após serem devidamenteprocessados, fornecem valiosas informações sobre aárea investigada, permitindo assim que o número elocalização de amostras sejam determinados do modomais eficiente, reduzindo os custos finais do projeto.Por esta razão, a sísmica de reflexão e sonografia vêmsendo amplamente utilizados na exploração derecursos minerais em águas rasas e profundas.

PROPAGAÇÃO DE ONDAS ACÚSTICAS:CONCEITUAÇÃO

O sensoriamento remoto acústico é o principalmeio de investigação do fundo do mar, visto que osmétodos de sensoriamento remoto convencionais,óticos e radar, são pouco eficientes devido a altaatenuação das ondas eletromagnéticas pela água domar. As ondas acústicas são geradas com facilidadee pouco absorvidas pela água do mar permitindo arealização de levantamentos nas regiões maisprofundas dos oceanos assim como investigarcamadas geológicas até alguns quilômetros abaixo dofundo submarino.

A velocidade de propagação de ondas acústicasem um meio qualquer é função de suas constanteselásticas como módulo de Young (E), módulo dePoisson (n), módulo de rigidez (m) e módulo decompressão (k). Estas constantes variam de acordocom o material e relacionam a quantidade dedeformação sofrida por um material em função daforça exercida sobre ele. A velocidades depropagação das ondas P (ondas longitudinais) e S(ondas transversais) são definidas pelas equações(Schön, 1996):

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ρ

µ3

4+=

kVp ρ

µ=sV

onde r é a densidade do meio em que a onda sepropaga. Como o módulo de rigidez da água é igual azero, as ondas do tipo S não conseguem se propagarneste meio.

Na água do mar as ondas acústicas se propagamcom uma velocidade em torno de 1500 m/s. Avariação da velocidade na água do mar dependebasicamente da salinidade não sofrendo muitainfluência da pressão e da temperatura. A velocidadede propagação nos sedimentos, por sua vez, dependebasicamente de duas das constantes relacionadasacima, os módulos de compressão e rigidez. Deacordo com Woods (1991), os fatores que controlamestes parâmetros em sedimentos marinhos sãoporosidade, pressão de confinamento, grau desaturação e temperatura. Os sedimentos marinhosinconsolidados são materiais com mais de uma fase(sólida = grãos, líquida = fluido intersticial). Em algunscasos pode ocorrer a presença de gás biogênico oumesmo ar fazendo com que o sedimento sejaconstituído por três fases. Por isso suas propriedadeselásticas medidas são um valor resultante daspropriedades elásticas de seus componentes, relativoa sua presença e volume. Tao et al. (1995) mostrouque a propagação de ondas P em sedimentosmarinhos está ligada ao módulo de compressão dofluido intersticial. Este fato é claramente observadoao compararmos a velocidade de propagação em umsedimento saturado com água e outro, com o mesmoconteúdo de sólidos mas contendo gás. Devido aomódulo de compressão muito baixo do gás quandocomparado ao da água , a sua presença, mesmo empequenas proporções, domina o módulo decompressão final do sistema, reduzindo a velocidadede propagação das ondas acústicas nos sedimentos.A velocidade de ondas P pode variar entre 800 m/sem sedimentos marinhos superficiais saturados comgás e 4000 m/s em rochas sedimentares depositadasnas partes mais profundas de uma bacia.

A impedância acústica (I) é definida comosendo o produto entre a velocidade do som (V) e a

densidade (r) de um determinado meio segundo aequação. A velocidade do som na água do mar érelativamente constante em todos os lugares do mundopois sua propriedades variam muito pouco dadas amesma temperatura, pressão e varias salinidadesesperadas. Por outro lado, a densidade dossedimentos de fundo é função basicamente damineralogia, da porosidade e do teor de água. Estesfatores variam localmente em maior escala,controlando portanto de maneira mais intensa aimpedância dos sedimentos. O coeficiente de reflexãoé função da diferença de impedância acústica entredois meios (neste caso a água do mar e os sedimentosdo fundo). Quanto maior for esta diferença, maiorserá a quantidade de energia refletida. Um sedimentomais compacto, menos poroso e com um teor de águamenor será mais denso e refletirá uma quantidademaior de energia. Afloramentos rochosos tambémapresentam alta refletividade acústica (as mais altas).Por outro lado, sedimentos porosos e saturados, comdensidade pouco maior que a água do mar serãopouco refletivos.

É justamente esta variação nas propriedades demateriais que permite a aplicação dos métodosacústicos: quando uma frente de ondas se desloca eencontra uma interface entre dois meios físicos compropriedades elásticas diferentes parte da energia serátransmitida para o segundo meio, parte será refletidade volta para cima e parte será absorvida. Aquantidade de energia refletida e transmitida, assimcomo o grau de absorção é resultado de uma sériede fatores que atuam simultaneamente e de maneiracomplexa. No entanto, é este eco que carrega asinformações necessárias para interpretação dageologia do fundo marinho. Este eco pode serregistrado a partir de sistemas como o sonar devarredura lateral e sistemas sísmicos, cuja aplicaçãona exploração mineral do fundo submarino serádiscutida a seguir.

SONOGRAFIA

O sonar de varredura lateral é um equipamentorebocado por uma embarcação que emite um feixelateral de ondas acústicas produzindo uma imagemacústica do fundo do mar cujo resultado final em muito



se assemelha a uma fotografia aérea. Os sistemas desonares de varredura podem ser divididos em 2grupos: a) rebocados próximo a superfície do mar(shallow-tow) e, b) rebocados próximo ao fundo(deep-tow). A figura 1 mostra os diferentes sistemasde sonar de varredura lateral.

Os equipamentos do tipo shallow-tow operam emum intervalo de frequência mais baixo (6 a 12 kHz) eservem para mapeamentos em grande escala, comopara o reconhecimento de grandes feições do fundosubmarino como zonas de fratura e vulcõessubmarinos. Os mais famosos sistemas shallow-towsão o GLORIA, operado pelo Centro Oceanográficode Southampton e pelo Serviço GeológicoAmericano (USGS), e o sistema SeaMARC II, daUniversidade do Havaí. Estes sistemas têm acapacidade de sondarem áreas de até 20 mil km2 emum único dia, imageando uma faixa de 60 km (30 kmpara cada lado do equipamento). Os sistemas deep-tow são menores e mais baratos e são utilizados por

empresas privadas e agências governamentais. Estessistemas operam em um intervalo de frequências entre100 a 500 kHz, dependendo do modelo, e possuemuma capacidade de varredura máxima da ordem de2 mil metros (mil metros para cada lado). São sistemasde maior resolução e usados para levantamentosambientais e ligados a projeto de engenharia offshore.O tipo de equipamento a ser utilizado vai dependerda escala do levantamento e do nível de resoluçãoque se pretende. Quanto maior a definição desejadamaior deve ser a frequência utilizada. No entanto,devido à atenuação do sinal pela água do mar a faixado fundo do mar a ser estudada vai ser bem maisestreita. A tabela 1 mostra as características dosprincipais sistemas de sonar de varredura utilizados.

A imagem sonográfica é formada pelo eco do sinalemitido que retorna ao equipamento com intensidadesdistintas de acordo com uma série de fatores. Osprincipais são o tipo de sedimento do fundo, o ângulode incidência, a micromorfologia do fundo marinho e

Figura 1 - Tipos de sonar de varredura lateral.

Tabela 1. - Características dos principais sistemas de sonar de varredura lateral.

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a atenuação das ondas acústicas (Blondel & Murton,1997).

O ângulo de incidência é definido como o ânguloentre o feixe incidente e a tangente do fundo oceânicono ponto de incidência. Este ângulo depende dadistância do transdutor em relação ao fundo marinhoe da inclinação do fundo. De uma maneira geral, aquantidade de energia refletida é maior para os feixesmais internos e menor para os feixes mais externos.Como regra geral, a distância entre o fundo marinhoe o transdutor correspondente a 10% da varredura.

Se o fundo do mar fosse inteiramente plano (emtodas as escalas) a quantidade de energia refletidaobedeceria unicamente a Lei de Snell (ângulo deincidência igual ao ângulo de reflexão), e seria bempequena para ângulos de incidência muito grandes.Mas o fundo do mar é irregular em micro-escala. Estamicro-topografia é responsável pela dispersão de parteda energia acústica e localmente pelo aumento daenergia refletida: por exemplo,as cristas de ondas deareia de pequena escala causam um incremento daenergia refletida em um flanco e grande dispersão emoutro flanco.

De maneira geral, quanto mais grosseiro for osedimento maior será a quantidade de energia refletida.Assim sendo uma areia grossa refletirá mais energiado que um sedimento lamoso. Isso acontece porquea irregularidade e a área de incidência causada porgrãos maiores permite que a energia incidente emdeterminados pontos seja preferencialmente refletida.No entanto, o registro final é o resultado relativo dasenergias refletidas. Uma região com areia muito grossae areia fina apresentará um padrão de reflexão muitosemelhante a uma área coberta por areia fina e lama.

A figura 2 mostra um exemplo típico de registrode sonar de varredura lateral. Neste registro é possívelobservar o contraste entre feições associadas a bancosde corais e o fundo marinho.

SÍSMICA

O método sísmico utiliza o fato de que ondaselásticas (também chamadas de ondas sísmicas)viajam com diferentes velocidades em diferentes tiposde rochas. Através da geração de ondas sísmicas, eobservando-se o tempo de chegada destas ondas emdiferentes pontos, é possível determinar a distribuição

Figura 2 - Exemplo de um registro de sonar de varredura lateral. O registro mostra um banco de coral com lama ao redor. (Cortesia GilbertoDias - UFF/ Lagemar).



de velocidade e localizar interfaces onde as ondassão refletidas e refratadas. O sinal é refletido sempreque o sinal sísmico encontra um material comimpedância acústica diferente daquele onde está sepropagando. A amplitude do sinal refletido é funçãode uma complexa interação entre diversos fatores.No entanto, uma simplificação desta relação é definidapara ângulos de incidência normal à superfícierefletora. Neste caso o coeficiente de reflexão (R),definido como a razão entre a amplitude do sinalrefletido e a amplitude da onda incidente é dada pelaequação (Sharma, 1997)

( )( )1122

1122

VVVV

AAR

i

rc ρρ

ρρ+−==

Portanto o coeficiente de reflexão depende docontraste de impedância acústica (produto davelocidade pela densidade) entre dois meios físicos.Estas interfaces aparecem nos registros sísmicos comohorizontes refletores ou simplesmente refletoressísmicos. De uma maneira geral cada refletorrepresenta uma camada geológica (Fig. 3).

Existem vários tipos de fontes sísmicas utilizadasna aquisição sísmica marinha, cada uma emitindo umsinal dentro de um determinado espectro de frequênciae com uma assinatura característica conforme o tipo

de aplicação desejada. Por isso cada tipo de fonte éutilizado para uma finalidade. De uma maneira geralquanto mais alto for o espectro de frequência de umafonte sísmica maior será a sua atenuação e, porconseguinte menor sua capacidade de penetraçãoabaixo do fundo marinho.

Os canhões de ar de grande volume emitem umsinal de baixa frequência, em torno de 60 Hz, e sãousados para investigação geológica até profundidadesda ordem de 4 a 5 quilômetros abaixo do fundomarinho. È utilizado principalmente pela indústria dopetróleo em arranjos de vários canhões que sãodisparados de forma a melhorar a forma do pulsoacústico transmitido. A medida que a capacidade doscanhões de ar vai diminuindo mais alta será a bandado seu espectro de frequência. Canhões de ar com10 polegadas cúbicas produzem um sinal na faixa de300 – 400 Hz, possibilitando uma penetração deordem de 700 metros abaixo do fundo marinho. Osboomers e sparkers trabalham com freqüências daordem de 500 a 1500 Hz e chegam a penetrar até400 metros abaixo do fundo marinho. O sistemasparker também utiliza uma bolha de ar como fontedo sinal acústico. O sparker é constituído por umasérie de centelhadores que ao receberem uma correnteelétrica de alta voltagem geram uma descarga elétricadentro da água do mar. Esta descarga elétrica ionizaas moléculas de água criando uma bolha que ao

Figura 3 - Transmissão e reflexão do sinal sísmico de acordo com a variação da impedância acústica das camadas sedimentares abaixo dofundo.

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colapsar devido a pressão hidrostática exercida pelaágua ao redor gera um sinal acústico característico.O sistema boomer também é um sistema elétricocomo o sparker, mas utiliza um outro sistema degeração de sinal. O boomer consiste em um sistemade bobinas que ao receberem uma corrente elétricade alta voltagem geram um campo magnético que iráimpulsionar uma placa coberta por uma membranade borracha. O deslocamento brusco destamembrana, semelhante à batida de um tambor, gerao sinal acústico mais bem definido do que o sinalgerado pelo sparker.

As fontes com frequências mais altas produzemum registro com maior resolução: em outras palavras,permitem uma maior definição das camadas geológicaslogo abaixo do fundo marinho. Para esta finalidadeforam desenvolvidos alguns tipos de fontes especiaisque emitem um sinal na faixa de 3 a 7 kHz. Estasfontes, denominadas fontes ressonantes, utilizam aspropriedades piezo-elétricos de alguns cristais parageração do sinal acústico. Diferentemente dossistemas que utilizam boomers e sparkers como

fontes sísmicas , que necessitam de um receptor(hidrofones), as fontes ressonantes são ao mesmotempo emissores e receptores do sinal sísmico. Asprincipais características destas fontes são a melhorrepetibilidade do sinal emitido e a baixa potêncianecessária para geração dos sinais. São equipamentosmais simples e compactos permitindo a operação emembarcações de pequeno porte. A capacidade depenetração destas fontes pode chegar a 50 metrosabaixo do fundo dependendo do tipo de sedimento.A tabela 2 mostra as características de algumas fontessísmicas.

As figuras 4 e 5 mostram exemplos de registrosde sísmica de alta resolução. O primeiro mostra umregistro de boomer enquanto o segundo um registrode perfilador de sub-fundo (sub-bttom-profiler) queopera na frequência de 3,5 kHz. Os registros mostrama diferença na resolução vertical em subsuperfícieem função da frequência de operação. A figura 4mostra uma superfície erosiva bem nítida próximo aofundo marinho. A figura 5 mostra a ocorrência defalhas e a presença de gás nos sedimentos.

Tabela 2. - Características de algumas fontes sísmicas.



Figura 4 - Registro de sísmica de alta resolução (boomer). O registro mostra uma superfície erosional próxima ao fundo.

SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DESEDIMENTOS

Em um ecobatímetro, a forma do sinal do eco éuma medida da energia acústica que retorna aotransdutor. Essa energia é influenciada pelascaracterísticas físicas do fundo do mar tais comotamanho do grão e grau de compactação. Omicrorelevo do fundo do mar também é umacaracterística importante. Estruturas como ondas deareia irão influenciar as características do sinal deretorno. O sinal proveniente de um fundo maisheterogêneo e rugoso irá mostra uma dispersão muitomaior do que o sinal de um fundo liso e homogêneo(Fig. 6).

Os sistemas de classificação acústica desedimentos utilizam pulsos gerados por ecobatímetrosque viajam pela coluna d‘água, são refletidos pelofundo submarino e ao retornarem ao transdutor, sãoconvertidos em impulsos elétricos e gravados comomarcas de cores diferentes de acordo com aintensidade do eco. Técnicas de processamento desinal são aplicadas ao sinal digitalizado separando-o

em seus componentes fundamentais (energia,frequência, etc.).

A classificação dos sedimentos se baseia no fatode que estas características serão diferentesdependendo da litologia do fundo submarino. Ecossimilares são agrupados em diferentes classes que sãocalibradas de acordo com as características físicasda cobertura sedimentar marinha através deprocessos de calibragem. Cada sistema utiliza técnicaspróprias de calibragem.

Dois itens são críticos para a acuracidade destessistemas. Primeiramente, a base da classificação é adiferença relativa entre os ecos, fazendo com que otipo de equipamento utilizado não seja crucial para olevantamento. No entanto, para que alterações nosparâmetros de aquisição não influenciem os resultadosfinais deve-se usar o mesmo equipamento em todolevantamento. Segundo, a classificação dossedimentos é tão boa quanto for a descrição dosparâmetros físicos de cada tipo de sedimentoassociado a uma classe de ecos. Como em todos osoutros sistemas, a frequência, a duração do pulsoemitido, a potencia de transmissão, velocidade do

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Figura 5. - Registro de 3,5 kHz obtido no talude continental. O registro mostra a presença de falhas e gás nos sedimentos superficiais(Cortesia PEG- Petroleum and Environmental Geo-services).

Figura 6. - Variação nas características do sinal de retorno em função da micro-topografia do fundo marinho.



Figura 7. - Representação esquemática da localização de placers. (modificado de Earney, F.C.F).

barco e a taxa de disparo são fatores importantes naavaliação dos resultados finais.

Esta técnica vem sendo amplamente utilizada noreconhecimento remoto do fundo do mar comnumerosas aplicações em ciências geológicas,biológicas, engenharia submarina, dragagem e comfins militares. A vantagem deste sistema sobre ossistemas de sonar de varredura lateral convencionaisé a facilidade de instalação e operação. No entanto,a informação fornecida por estes sistemas não permiteuma avaliação lateral do fundo do mar.

Metodologia de aplicação

Como a maioria das concentrações minerais estãoassociadas à topografia do fundo marinho, cuidadososlevantamentos são necessários a fim de corretamente

se mapear estas ocorrências assim como medir seuconteúdo mineral.

Variações na velocidade e direção das correnteslitorâneas, na distribuição da energia das ondas e nosmovimentos associados a marés contribuem paravariações locais e regionais na distribuição daocorrência de placers. De uma maneira geralocorrências minerais na margem continental resultamda interação entre os processos erosivos ocorridosno continente, os mecanismos de transporte destematerial erodido do continente para o oceano e osprocessos de deposição offshore.

Quando o material erodido no continente,composto por minerais de granulometria, densidadese resistência ao intemperismo diferentes, chega aooceano, ele é retrabalhado pela ação das correntesmarinhas. Esse processo faz com que os minerais mais

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densos e mais resistentes ao intemperismo, seconcentrem formando placers. Os locais maisfreqüentes para que esta concentração ocorra sãopraias, deltas e em canais associados a rios, inclusivepaleo-canais ( Fig. 7 ). No entanto, uma freqüentefalta de uniformidade entre os depósitos de placersrequer uma estratégia de amostragem apropriada.

Um projeto de pesquisa que visa determinar umaconcentração econômica de um bem mineral deinteresse possui duas fases básicas: em uma primeirafase, é necessário se fazer um reconhecimento regionala fim de se identificar estruturas e feições sedimentaressuperficiais e sub-superficiais, que possam dar indíciosda ocorrência de concentrações minerais. Em seguida,identificado uma área de interesse, é necessário umlevantamento mais detalhado a fim de se cubar ajazida.

Portanto, partindo-se de uma área de interesseonde dados anteriores sugerissem a ocorrência deconcentrações minerais, seriam realizados perfis comecobatímetro, sonar de varredura e sísmica de altaresolução. A principal finalidade seria localizar feiçõesassociadas a antigas linhas de costa como degrauserosivos, beach-rocks, mapear a variação nadistribuição superficial dos sedimentos, e localizarfeições sub-superficiais que possam estar associadasa áreas de deposição pretéritas. Outros perfisparalelos à linha de costa seriam realizados comsísmica de alta resolução a fim de se localizar emapear paleo-canais, áreas de deposição quando omar estava a níveis inferiores aos atuais. A tabela 3mostra o resumo da aplicação de cada equipamento.

A malha amostral a ser utilizada em cada etapado levantamento está associada às dimensões de cadaocorrência de interesse. Depósitos de agregados deconstrução ou areia industrial tem dimensões típicasde 5 km² ao passo que placers de minerais pesadosapresentam dimensões mais reduzidas. No primeirocaso, a principal ferramenta a ser utilizada é o sonarde varredura lateral e a malha amostral para olevantamento geofísico deve ser da ordem de 100 x100 metros. A varredura mínima a ser utilizada nolevantamento sonográfico deve ser de 75 metros paracada canal. Esta configuração de levantamento (linhasespaçadas de 100 metros e varredura de 75 m)permite um recobrimento de 100 % do fundo marinhocom uma superposição de 50% (Fig. 8). A

superposição é necessária para assegurar que não hajafalhas na cobertura em função das manobras efetuadaspela embarcação. Alem disso, os dados contidos naborda externa do registro, onde a resolução é menor,podem ser corroborados por mais de uma passagemdo equipamento.

No caso de estruturas geológicas de menor portea malha amostral do levantamento geofísico deve serreduzida de modo que a estrutura possa ser mapeadacom precisão. Por exemplo, para se mapear placersde ouro e diamante, que com frequência estãoassociados a paleo-canais, o espaçamento entre aslinhas pode chegar em alguns casos a 10 metros.Paleo-canais são estruturas que se encontram abaixodo fundo marinho e por isso a principal ferramentapara sua localização é a sísmica de alta resolução.Neste caso a frequência a ser utilizada deve sercompatível com o tipo de sedimento do fundo, apenetração do sinal e a resolução vertical desejada.A resolução vertical é a habilidade de diferenciar doisrefletores sísmicos verticalmente próximos e é umaspecto crucial na avaliação de uma jazida submarinatanto na marcação dos seus limites como na suacubagem. Um erro de 10 cm na definição vertical deuma camada implica em um erro de 1 m³ para cada10 m² de área levantada. Para uma área exploradade 0,5 km², um erro de 10 cm na resolução verticalimplicaria em um erro de 50.000 m³ no volume desedimento de uma jazida. Assumindo um teor médiode 2g de um mineral (e.g. ouro) por m³ de sedimentoteríamos um erro de avaliação na cubagem da jazidada ordem de 100 kg do mineral. Erros deste tipopodem ser fatais para o sucesso do empreendimento.Como trabalhar este problema?

O ponto de partida é a escolha do tipo deequipamento a ser utilizado no levantamento. Aresolução vertical é função basicamente da frequênciado sinal sísmico. Quanto menor a frequência maior ocomprimento de onda do sinal e, portanto menor acapacidade de diferenciar duas camadas muitopróximas. A escolha de um equipamento do tipo SBP(sub-bottom profiler) implica na utilização de um sinalsísmico com frequência da ordem de 2 a 5 kHz. Estetipo sinal, permite uma boa resolução das camadasmas o registro final terá pouca penetraçãoimpossibilitando a identificação de estruturas queestejam a mais de 10 metros abaixo do fundo



(dependendo do tipo de cobertura sedimentar). Poroutro lado, fontes como boomer e sparker, queoperam em um range de freqüências entre 500 e 1500Hz, terá maior capacidade de penetração no fundomarinho, mas será incapaz de diferenciar refletores(camadas) que estejam verticalmente a menos de 1metro uma da outra. A definição do tipo deequipamento a ser utilizado deve ser feita antes doinício do levantamento de acordo com os objetivosda pesquisa.

Atualmente, com a aquisição de dados digitais(formato seg-y), é possível se melhorar a resoluçãovertical através de técnicas de processamentorelativamente simples mesmo em dados mono-canais.Cobo et al. (2002), mostram como a resoluçãovertical de dados sísmicos convencionais de altaresolução pode ser melhorada utilizando-se a técnicade equalização paramétrica.

No entanto todo este cuidado não tem nenhumaimportância se a precisão do posicionamento, daembarcação e dos equipamentos rebocados, não forcompatível com a finalidade do levantamento.

Os dados obtidos através do levantamentogeofísico servirão de base na escolha de pontos decoleta de testemunhos e/ou amostras superficiais queforneceriam informações mais detalhadas sobre ageologia da área de interesse. Os testemunhos e/ouamostras são então correlacionadas com os dadosgeofísicos permitindo uma correlação lateral entre asamostras resultando em um mapa de detalhe dageologia da área mapeada.

No caso da identificação de uma área de potencialeconômico, um segundo levantamento, em uma escalamais detalhada e com perfis mais próximos, pode serplanejado. Malhas de levantamento mais densaspermitem a determinação tridimensional de uma

Tabela 3. - Equipamento e suas aplicações.

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camada geológica ou de uma estrutura de interesse.Para isso podem ser usados programas deinterpretação sísmica comerciais.

ESTIMATIVAS DE CUSTO NAEXPLORAÇÃO

Uma das fases em um projeto de mineraçãosubmarina consiste em um levantamento sísmico,sonográfico e batimétrico que servirá de base paraescolha dos pontos de amostragem. O custo final deum levantamento geofísico marinho está basicamenteligado a cinco fatores principais: 1) distância da costa;2) profundidade da área; 3) embarcação a ser utilizadano trabalho; 4) equipamentos; e 5) malha amostral.

1) Distância da costa: este fator, assim comoa distância entre a área de trabalho e um portode apoio vai ser importante na definição dalogística do projeto. Para áreas muito longeda costa a utilização de barcos pequenos(pesqueiros) pode acarretar em uma perdade tempo diária de deslocamento entre a área

e o porto de apoio. De uma maneira geral otamanho destas embarcações não permite ainstalação de equipamentos e acomodaçãode pessoal suficiente para uma operação de24 horas. Isso faz com que as horasefetivamente trabalhadas por dia sejam daordem de cinco a seis horas dependendo dadistância do porto de apoio. Outro fator aser considerado quando se trabalha compequenas embarcações é que as operaçõesestão sujeitas a interrupção por condições detempo ruim e podem atrasar o levantamentoem dias.

2) Profundidade da área: de uma maneirageral a profundidade da área está ligada àdistância da costa. Com exceção de áreasonde a plataforma continental é estreita,profundidades da ordem de 50 metros já estãoa dezenas de milhas da costa. A profundidadeda área também influencia na escolha dealguns tipos de equipamentos. Por exemplo,para profundidades superiores a 70-80

Figura 8. - Esquema da cobertura para sonar de varredura lateral.



metros ecobatímetros de mais baixafrequência (24 kHz) são necessários. Este tipode equipamento possui transdutores maiorese de instalação mais complexa. Outroexemplo é a necessidade de cabos dereboque para o sensor do sonar de varredura.O equipamento geralmente é vendido comcabo leve de reboque com 100 metros decomprimento que permite a operação atéprofundidades de 30-40 metros. Paraoperação em áreas mais profundas cabosmaiores e mais resistentes são necessários.

3) Custo da embarcação: o custo daembarcação está ligado ao seu tamanho ecapacidade de operação. Maioresembarcações exigem uma tripulação maior emais preparada do que pequenos barcosonde geralmente o marinheiro não possuinenhum treinamento especial a não ser aprática do dia-a-dia. Embarcações maiorespermitem a mobilização de váriosequipamentos ao mesmo tempo e de umaequipe técnica maior. Isto faz com que olevantamento possa ser realizado durante 24horas reduzindo bastante o tempo total delevantamento. Para se ter uma idéia umaembarcação equipada para realizarlevantamentos geofísicos, totalmenteequipada e tripulada, com laboratórios abordo e capacidade para uma equipe técnicade até 10 pessoas pode custar até US$18.000 / dia. Pesqueiros de pequeno porteque tem custo variável, dependendo da épocado ano, tamanho e disponibilidade, podemchegar a US$ 500 / dia.

4) Equipamentos: este item implica na decisãofinal de se fazer um levantamento comequipamentos mais modernos, que adquiremo dado de forma digital ou com equipamentosmais antigos, analógicos. Os equipamentosmais modernos hoje custam na faixa de US$40.000 a US$ 120.000. Alguns equipamentosespeciais para operação em águas profundaspodem chegar a casa dos US$ 250.000. No

entanto estes equipamentos alem defornecerem um dado de melhor qualidade sãomenores e de mais fácil operação. No entantonem todas as empresas estão dispostas outem capacidade de investir em equipamentosde ultima geração. Equipamentos mais antigosnão irão fornecer dados com a mesmaqualidade, mas podem ser suficientes para asnecessidades de um determinado projeto.

5) Malha amostral: o tamanho da malhaamostral do projeto vai determinar o tempode disponibilizarão dos equipamentos e depessoal técnico necessário para realização dolevantamento. Quanto mais detalhada for estamalha mais tempo será necessário paracompletar o levantamento. Paralevantamentos muito grandes, umaembarcação de grande porte poderepresentar um ganho importante mesmo emáguas rasas. Cálculos básicos para duraçãode um levantamento consideram umavelocidade média de operação da ordem de3 a 4 nós (1 nó = 1 mn/hora), mais tempo demanobra e dias de stand-by por condiçõesde mar que podem variar de acordo com aárea em se está trabalhando.

CONCLUSÃO

A utilização de equipamentos geofísicos naavaliação do potencial mineral de uma determinadaárea é uma atividade comum. Em um projeto demineração submarina, não é diferente. Métodosespecíficos para serem utilizados no mar como sísmicade alta resolução e sonar de varredura lateral, ajudamno mapeamento de feições e estruturas geológicas quefavorecem a concentração de algum bem mineral deinteresse. Através de levantamentos sísmicos,sonográficos e batimétricos é possível identificar adistribuição superficial de sedimentos, a morfologiado fundo assim como identificar estruturas sub-superficiais ao fundo marinho. Estas informaçõespodem ser úteis na determinação dos pontos deamostragem e na escolha do tipo de amostrador. Emcomparação com os custos associados a amostragem,

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triagem de material e análise das amostras, o custode um levantamento geofísico, associado ao ganhode tempo no projeto, representam uma grandeeconomia para os custos finais do projeto como umtodo.

REFERÊNCIAS

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ARTHUR AYRES NETOO autor é formado em geologia pela UFRJ, commestrado em geologia marinha pela UniversidadeFederal Fluminense e doutorado em geofísica marinhapela Universidade de Kiel na Alemanha. O autor vem

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atuando desde 1987 em projetos de geologia egeofísica marinha aplicada à engenharia e meioambiente. Atualmente está trabalhando comogeofísico independente para o setor de engenhariada Petrobrás.

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