ondas sismicas

Prévia do material em texto

Ondas sísmicas e acústicas 
Quando a energia é liberada a partir de um ponto P, localizado próximo a superfície de um meio homogêneo, parte da energia propaga-se no interior do meio como um corpo de ondas. A parte remanescente da energia sísmica propaga-se na forma de ondas superficiais como as ondulações na superfície da água quando uma pedra é atirada.
Corpo de ondas sísmicas
Da mesma forma que qualquer outro tipo de onda que se propaga no espaço tridimensional e cuja fonte de energia pode ser aproximada por uma fonte pontual, a amplitude de uma onda sísmica decresce com o inverso da distância da fonte. A superfície em que todos os pontos encontram-se no mesmo estado de vibração é denominada frente de ondas e, por analogia à ótica, a direção perpendicular à frente de ondas é chamada de raio sísmico. Ao afastar-se uma pequena distância r da fonte em um meio homogêneo, a frente de ondas tem uma forma esférica e, portanto, as ondas que se propagam são chamadas ondas esféricas. A curvatura da frente de ondas decresce com o aumento da distância r a partir da fonte, desta forma, a grandes distâncias da fonte, a frente de ondas pode ser considerada uma superfície plana e as ondas são tratadas como ondas planas. Esta aproximação simplifica a descrição do movimento harmônico da frente de ondas, o que é bastante útil.
Ondas longitudinais (ou compressionais)
Para compreender este tipo de onda, deve-se considerar o sistema de eixos cartesianos, onde o eixo x corresponde à direção de propagação da onda. Neste eixo, as partículas do meio descrevem um movimento de vai e vem, de forma que o meio é constantemente comprimido e distendido. É a propagação deste movimento vibratório, em determinada direção, que define a onda compressional. As ondas longitudinais são as primeiras a serem registradas quando ocorre um sismo, por isso, são chamadas ondas primárias ou simplesmente ondas- P. Além disso, as ondas-P propagam-se tanto em meios sólidos quanto em fluidos, pois todos esses meios são compressíveis.
Ondas transversais
Nas ondas tranversais o movimento dá-se no plano da frente de onda, ou seja, perpendicular à direção de propagação da onda. A passagem da onda transversal obriga que os planos verticais do meio movimentem-se para cima e para baixo e assim, os elementos adjacentes sofrem variações de forma. A rigidez é a única constante relacionada à velocidade de propagação destas ondas, como a rigidez em meios fluidos é zero não há propagação das ondas transversais nesses meios. As ondas tranversais são mais lentas que as ondas longitudinais, logo, são registradas depois, por esta razão são denominadas ondas - S. O movimento das partículas pode estar polarizado no plano vertical ou horizontal, no primeiro caso as ondas recebem a denominação SV e, no segundo, SH.
Ondas superficiais
Uma perturbação exercida na superfície livre de um meio propaga-se sob a forma de ondas superficiais. As ondas superficiais também podem ser diferenciadas em ondas – P e ondas – S, além desses dois tipos, existem as ondas Rayleigh (LR)e as ondas Love (LQ) que se distinguem-se entre si pelo tipo de movimento que as partículas exercem na frente de ondas.
Ondas Rayleigh
As partículas na frente de ondas das ondas Rayleigh são polarizadas de modo a vibrar no plano vertical, assim o movimento resultante das partículas pode ser considerado uma combinação de ondas P e SV. Tomando o sentido de propagação da onda para a direita no eixo horizontal, cada partícula atingida pela perturbação descreve um movimento elíptico retrógrado, sendo que o eixo maior está alinhado com a vertical e o eixo menor com a direção de propagação, como na figura tal. A passagem da onda Rayleigh não perturba apenas a superfície livre do meio, abaixo deste as partículas também são afetadas. A amplitude do movimento decresce com o aumento da profundidade, para obter a profundidade de penetração é comum usar o conceito de skin depth, ou seja, a profundidade na qual a amplitude é atenuada para de seu valor máximo.
Para determinar o epicentro de um sismo é necessário o conhecimento do tempo de percurso das ondas P e S de, no mínimo, três estações. Os dados de cada estação fornecem apenas a distância epicentral para aquela estação, que pode ser qualquer ponto do círculo centrado na estação. As distâncias epicentrais de duas estações interptam-se em dois pontos. A intersecção com o raio de uma terceira estação acaba com a ambiguidade; o ponto de intersecção dos três círculos é o epicentro. Geralmente os círculos não se interceptam exatamente em um único ponto, mas formam um pequeno triângulo esférico, o centro deste triângulo será a melhor aproximação para a localização procurada.
http://www.iag.usp.br/~eder/ensinarcompesquisa/Sismologia_f.pdf
 O Método de Sísmica de Refração
 Propagação da Onda Sísmica Segundo Sacasa [2004], quando uma onda sísmica encontra mudanças abruptas nas propriedades elásticas do meio, como uma interface que separa duas camadas de diferentes composições, parte da energia é refletida, outra parte é refratada, e pode ocorrer também a absorção de energia sísmica pelo meio. Aqui ganharão ênfase as considerações relativas às ondas de corpo P refratadas, já que ondas S são raramente utilizadas no método de refração, e que as ondas de superfície, como o nome já diz, somente se propagam na superfície. Uma onda sísmica propagando-se ao longo de um meio homogêneo é transmitida por uma envoltória esférica, a frente de onda, que é uma região em que todos os pontos estão em concordância de fase. Pelo princípio de Huygens, “cada ponto de uma frente de onda se comporta como uma nova fonte de ondas elementares e progressivas” (CARRON et al., 2002, p. 491). Essas frentes de ondas têm seus raios aumentados com o passar do tempo, e por simplificação, a representação da propagação de uma onda é feita através de raios orientados, chamados de raios de onda. O princípio de Fermat estabelece que uma onda sempre irá seguir a trajetória de menor tempo, ou seja, a onda sempre irá se propagar pelo percurso de tempo mínimo (DOURADO, 2001). Os princípios de Huygens e de Fermat são importantes para compreensão de alguns aspectos da propagação de uma onda sísmica.
 Refração da Onda Sísmica
 A refração de uma onda sísmica ocorre quando ela, ao se propagar pelo meio, incide e transpõe uma interface que separa duas camadas com materiais de composição distinta, passando a se propagar com velocidade diferente da que tinha anteriormente. Se a incidência for obliqua, haverá mudança também na direção de propagação da onda. No caso da incidência ser normal à interface que separa duas camadas a refração da onda ocorrerá sem que haja mudança na sua direção como no caso das ondas sonoras e de luz.
 Refração de Raios Obliquamente Incidentes 
Sempre que ocorre refração de uma onda sísmica, que incide obliquamente sobre uma interface de separação de duas camadas diferentes, haverá mudança na direção de propagação do raio sísmico, como mostrado pela trajetória de um raio de onda P (raio refratado).
 
Refração Crítica 
apresenta uma situação em que a velocidade da onda sísmica na camada inferior é maior que na camada superior, de forma que existe um ângulo de incidência chamado de ângulo crítico, para o qual o ângulo de refração é 900 .
Na figura acima uma perturbação é causada na camada superior devido à passagem do raio refratado criticamente na camada inferior. Essa perturbação se propaga com velocidade v2 que é maior que a velocidade da onda sísmica v1, provocando a formação de uma onda de choque chamada onda frontal. “Qualquer raio associado à onda frontal apresenta-se inclinado segundo o ângulo crítico θc. Devido à onda frontal, a energia sísmica retorna à superfície após a refração crítica em uma camada inferior de velocidade maior” (KEAREY et al., 2009, p. 70). Em um levantamento sísmico de refração, não são importantes os raios de ondas incidentes com ângulos superiores ao ângulo crítico, pois isso ocasionaria reflexão total da energia sísmica. Outroponto determinante num levantamento sísmico de refração é que a velocidade da camada inferior deve ser sempre maior que a da camada superior, caso contrário não irá existir um raio de onda refratado criticamente, se propagando pela interface entre essas duas camadas, não retornando este para a superfície. 
 Levantamento sísmico de refração (KEAREY et al., 2009) O método de sísmica de refração baseia-se nas primeiras chegadas de energia sísmica a um detector (sismômetros ou geofones) afastado da fonte sísmica, considerando que após viajar através do solo, essa energia retorna para a superfície. Através de um levantamento sísmico de refração é possível ter acesso a informações sobre as interfaces refratoras por meio da interpretação do gráfico de tempo de percurso pela distância percorrida (gráfico tempo x distância) para um raio de onda. Para tanto, é necessário considerar a premissa de que as primeiras chegadas da energia sísmica aos geofones serão relacionadas sempre a um raio direto ou a um raio refratado. Inicialmente, um raio direto sempre será detectado como primeira chegada até uma distancia limite, chamada distância de cruzamento xcros (crossover distance), e a partir dessa distância as primeiras chegadas passarão a ser sempre um raio refratado. A necessidade de se observar os raios refratados como primeiras chegadas faz com que os perfis de um levantamento sísmico de refração sejam longos o suficiente para assegurar que a distância de cruzamento seja alcançada, e sendo assim, quanto mais profundo o alvo, mais longo deverá ser o perfil. À medida que que se pretende adquirir informações sobre camadas refratoras mais profundas, torna-se necessário o uso de fontes capazes de gerar mais energia sísmica, em função do aumento das distâncias e tempos de registros envolvidos.
MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO 
A sísmica de reflexão tem sido um dos métodos geofísicos mais efetivos para mapear as estruturas geológicas, utilizando fontes artificiais. Este método é baseado no princípio de que se um abalo sísmico for provocado na superfície, utilizando-se uma fonte artificial, ondas mecânicas se propagarão para o interior da Terra até que elas encontrem interfaces que delimitam camadas litológicas com diferentes impedâncias acústicas, onde são refletidas (Figura 1). Esta técnica baseia-se nos intervalos de tempo decorridos entre a detonação da fonte artificial e a chegada dos impulsos refletidos e refratados nas estações receptoras, assim como em suas amplitudes (SILVA, 2002).
A onda sísmica se propaga para o interior da Terra até encontrar uma camada de rocha com uma impedância acústica diferente daquela na qual está se propaga. Neste ponto, parte da onda retorna no sentido da superfície e parte penetra na camada inferior até encontrar outra camada com impedância acústica diferente e assim sucessivamente. Cada vez mais à frente de onda vai se dispersando e ficando fraca. O método de reflexão sísmica é baseado na interpretação das reflexões que chegam à superfície (SILVA, 2002, p. 13).