Delimitação do topo de aqüífero na região de Porto Seguro - Bahia através da inversão de sondagens elétricas verticais

Definition of the aquifer top in the region of Porto Seguro - Bahia from the inversion of vertical electrical sounding data

Resumos

O presente trabalho compreendeu estudos geofísicos conduzidos com o método da eletrorresistividade na região de Porto Seguro (BA), que tiveram o objetivo de localizar o aqüífero mais promissor para a exploração de água subterrânea naquela região. Os trabalhos recobriram uma área de aproximadamente 60km² situada imediatamente ao norte de Porto Seguro. A área pesquisada insere-se num contexto geológico de ambiente sedimentar Terciário (Formação Barreiras) e Quaternário (cordões litorâneos). Foram realizadas 60 sondagens elétricas verticais (SEVs) utilizando o arranjo Schlumberger. Destas, 14 foram realizadas para reconhecimento regional; 36 localizaram-se dentro da área de interesse e 10 distribuiram-se ao longo de um perfil regional ligando as cidades de Eunápolis e Porto Seguro. Estas últimas foram realizadas com o objetivo de delinear o topo do embasamento cristalino entre aquelas cidades. Para a interpretação quantitativa das SEVs foi desenvolvido um programa Fortran baseado no método de inversão que utiliza a técnica da inversão linearizada com reponderação múltipla dos desvios (ILRMD). Este método foi testado na inversão de SEVs sintéticas e em seguida aplicado para inversão das SEVs obtidas nos trabalhos de campo. Os resultados demonstraram que o método de ILRMD é mais robusto e eficaz comparado ao método de inversão linearizada governado pela norma L² ou L¹. Para auxiliar a interpretação foram utilizados dados disponíveis de perfis litológicos de poços perfurados na região. Utilizando-se as estimativas de espessura e resistividades de subsuperfície, obtidas através das inversões das SEVs, foram construídas seções geoelétricas. A interpretaçcão destas seções permitiu determinar o aqüífero de interesse para a exploração de água subterrânea naquela região. Este é formado predominantemente por arenito saturado com água doce e ocupa a porção centro-norte da área com o topo na profundidade a cerca de 80m e espessura não inferior a 70m. Tal aqüífero representa a melhor opção para a captação de água subterrânea no município de Porto Seguro.

Eletrorresistividade; Inversão de SEV; Delineação do aqüífero; Porto-Seguro

This paper comprises geophysical studies carried out with the resistivity method in the Porto Seguro region, in the state of Bahia (Brazil). The objective was to find the main aquifer of that region. The work was performed on a area of approximately 60 km² located north of the Porto Seguro city. The studied area has sedimentary units with Tertiary (Formação Barreiras) and Quaternary (coastal shore) ages. Sixty vertical electrical soundings (VES) were performed using the Schlumberger array: 14 for regional reconnaissance; 36 for detailed study and 10 in a profile between the cities of Eunápolis and Porto Seguro. The VES in the regional profile were carried out to define the basement topography between these cities. A Fortran program was written for the quantitative interpretation of the VES, based on the method that uses the linearized inversion with multiple weight for the deviations (LIMWD). This proposition was tested on synthetic VES data and then it was used with field data. The results showed that this method is more stable and powerful than the traditional linearized inversion method which uses L¹ and L² fixed norms. The available information about well drilling data of the region was used to aid the interpretation. Geoelectrical sections were drawn from the inverted results of the thickness and resistivity of the layers. The interpretation of these sections provided the definition of the main aquifer for ground water exploitation in this region. This aquifer is confined to saturated sandstone layer in the mid-north portion of the area at about 80 m deep and an average thickness of 70 m. This aquifer represents the best option for ground water exploitation to supply the city of Porto Seguro.

Electro-resistivity survey; VES inversion; Aquifer mapping; Porto-Seguro city

RESEARCH ARTICLE

Delimitação do topo de aqüífero na região de Porto Seguro - Bahia através da inversão de sondagens elétricas verticais

Definition of the aquifer top in the region of Porto Seguro - Bahia from the inversion of vertical electrical sounding data

Alexandre C. Monteiro^I; Milton J. Porsani^II

^ICPRM, Divisão de Geofísica, Rio de Janeiro, RJ, Brazil E-mail: [e-mail]

^IICentro de Pesquisa em Geologia e Geofísica Instituto de Geociências, Universidade Federal da Bahia Campus Universitário da Federação, Salvador, Bahia, Brazil E-mail: [e-mail]

RESUMO

O presente trabalho compreendeu estudos geofísicos conduzidos com o método da eletrorresistividade na região de Porto Seguro (BA), que tiveram o objetivo de localizar o aqüífero mais promissor para a exploração de água subterrânea naquela região. Os trabalhos recobriram uma área de aproximadamente 60km² situada imediatamente ao norte de Porto Seguro. A área pesquisada insere-se num contexto geológico de ambiente sedimentar Terciário (Formação Barreiras) e Quaternário (cordões litorâneos). Foram realizadas 60 sondagens elétricas verticais (SEVs) utilizando o arranjo Schlumberger. Destas, 14 foram realizadas para reconhecimento regional; 36 localizaram-se dentro da área de interesse e 10 distribuiram-se ao longo de um perfil regional ligando as cidades de Eunápolis e Porto Seguro. Estas últimas foram realizadas com o objetivo de delinear o topo do embasamento cristalino entre aquelas cidades. Para a interpretação quantitativa das SEVs foi desenvolvido um programa Fortran baseado no método de inversão que utiliza a técnica da inversão linearizada com reponderação múltipla dos desvios (ILRMD). Este método foi testado na inversão de SEVs sintéticas e em seguida aplicado para inversão das SEVs obtidas nos trabalhos de campo. Os resultados demonstraram que o método de ILRMD é mais robusto e eficaz comparado ao método de inversão linearizada governado pela norma L² ou L¹. Para auxiliar a interpretação foram utilizados dados disponíveis de perfis litológicos de poços perfurados na região. Utilizando-se as estimativas de espessura e resistividades de subsuperfície, obtidas através das inversões das SEVs, foram construídas seções geoelétricas. A interpretaçcão destas seções permitiu determinar o aqüífero de interesse para a exploração de água subterrânea naquela região. Este é formado predominantemente por arenito saturado com água doce e ocupa a porção centro-norte da área com o topo na profundidade a cerca de 80m e espessura não inferior a 70m. Tal aqüífero representa a melhor opção para a captação de água subterrânea no município de Porto Seguro.

Palavras-chave: Eletrorresistividade; Inversão de SEV; Delineação do aqüífero; Porto-Seguro.

ABSTRACT

This paper comprises geophysical studies carried out with the resistivity method in the Porto Seguro region, in the state of Bahia (Brazil). The objective was to find the main aquifer of that region. The work was performed on a area of approximately 60 km² located north of the Porto Seguro city. The studied area has sedimentary units with Tertiary (Formação Barreiras) and Quaternary (coastal shore) ages. Sixty vertical electrical soundings (VES) were performed using the Schlumberger array: 14 for regional reconnaissance; 36 for detailed study and 10 in a profile between the cities of Eunápolis and Porto Seguro. The VES in the regional profile were carried out to define the basement topography between these cities. A Fortran program was written for the quantitative interpretation of the VES, based on the method that uses the linearized inversion with multiple weight for the deviations (LIMWD). This proposition was tested on synthetic VES data and then it was used with field data. The results showed that this method is more stable and powerful than the traditional linearized inversion method which uses L¹ and L² fixed norms. The available information about well drilling data of the region was used to aid the interpretation. Geoelectrical sections were drawn from the inverted results of the thickness and resistivity of the layers. The interpretation of these sections provided the definition of the main aquifer for ground water exploitation in this region. This aquifer is confined to saturated sandstone layer in the mid-north portion of the area at about 80 m deep and an average thickness of 70 m. This aquifer represents the best option for ground water exploitation to supply the city of Porto Seguro.

Key words: Electro-resistivity survey; VES inversion; Aquifer mapping; Porto-Seguro city.

INTRODUÇÃO

A região de Porto Seguro na Bahia recebe um enorme fluxo turístico ao longo do ano. A maior parte da água consumida advém de poços perfurados no principal aqüífero associado à Formação Barreiras, que é a principal unidade estratigráfica da área. Com o objetivo de delinear o topo daquele aquífero trabalhamos com o método geofísico de eletrorresistividade, tradicionalmente utilizado para a pesquisa de água subterrânea.

Foram realizadas três campanhas de campo com a execução de 60 sondagens elétricas verticais (SEVs). A primeira etapa compreendeu a realização de um reconhecimento geofísico regional. Na segunda etapa procedeu-se ao adensamento da malha de sondagens, priorizando-se a área imediatamente ao norte da cidade de Porto Seguro situada entre as coordenadas -39º 08', -16º 27' e -39º 00', -16º 22' (IBGE, 1987). Sua escolha foi determinada pela proximidade com a cidade de Porto Seguro, que é o maior centro populacional da região e que vem sendo submetida a intenso crescimento populacional (condomínios, hotéis, favelas) desde o início da década passada. Trata-se de uma região com problemas de abastecimento de água, visto que os mananciais superficiais estão sendo gradativamente assoreados e/ou poluídos devido a uma ocupação desordenada nas proximidades da cidade. Ao todo, dentro da área selecionada, foram realizadas 36 SEVs além de outras 10 SEVs, dispostas ao longo de um perfil regional interligando as cidades de Eunápolis (situa-se a 65km a oeste) e Porto Seguro, e realizadas com o objetivo de se delinear o topo do embasamento cristalino entre aquelas cidades.

GEOLOGIA DA ÁREA

Conforme ilustra a Fig. 1, a geologia da área de estudo está totalmente inserida na Formação Barreiras e nos cordões litorâneos de idade Quaternária (Bittencourt et al., 1979, Barbosa et al., 1996, IBGE, 1987). A Formação Barreiras é constituida de sedimentos continentais costeiros de idade Terciária (Mioceno-Plioceno), que formam extensos tabuleiros, freqüentemente cortados por falésias junto a linha de costa. Os principais constituintes litológicos na área são arenitos maturos que mostram cores variadas, comumente com estratificação plano-paralela e secundariamente estratificação cruzada. A fração pelítica é representada por siltitos e folhelhos intercalados aos arenitos em camadas de espessuras variando de alguns centímetros a dezenas de metros. A espessura do pacote sedimentar na área, obtida de perfis litológicos de poços perfurados é maior do que 150m. Os depósitos Quaternários são representados principalmente por sedimentos flúvio-marinhos e fluviais. Os primeiros dispõem-se ao longo de toda a costa e principalmente na desenbocadura do rio Buranhém, ao sul da área. Os cordões litorâneos ocorrem entre a linha de praia atual e a base das falésias da Formação Barreiras, correspondendo a praias antigas, ora apresentando-se paralelos, ora oblíquos às praias atuais. São depósitos arenosos contendo minerais pesados. Os aluviões são caracterizados por material arenoso e areno-argiloso, no leito e nas planícies de inundação e terraços dos principais rios.

CARACTERÍSTICAS DAS SEVs NA ÁREA DE ESTUDO

Na Fig. 2 estão apresentadas todas as curvas de SEVs realizadas na área de estudo. É nítida a tendência que a maioria possui de se comportar como curvas do tipo Q (Tab. 1) (Keller & Frischknecht, 1966) As SEVs que possuem esta tendência situam-se sobre a Formação Barreiras. Sob influência da camada superficial, que pode variar de areia até argila as SEVs iniciam-se com resistividade aparente entre 100Wm a 10.000Wm. Passada o trecho inicial da curva, os valores de resistividade aparente estabilizam em torno de 600Wm, e perduram até a abertura AB/2 atingir 100m aproximadamente. A partir daí, a resistividade aparente começa a decrescer de forma marcante até AB/2 atingir 400m, quando então a curva muda a sua tendência de queda e começa a subir sob a influência do embasamento cristalino resistivo.

As SEVs que foram realizadas nas praias e zona litorânea (abaixo das falésias da Formação Barreiras) obedecem, de maneira geral, ao padrão típico de curvas do tipo H (Tab. 1) como pode ser visto nas 4 curvas inferiores da Fig. 2. Tais curvas fogem da tendência geral descrita e formam uma segunda família de curvas. O comportamento distinto destas curvas é coerente com a geologia local formada por sedimentos de idade Quaternária e a presença de água salobra a cerca de 8m de profundidade (informação verbal obtida na área) que é responsável pelos valores baixos de resistividade aparente no intervalo 10m < AB/2 < 100m.

INVERSÃO LINEARIZADA COM REPONDERAÇÃO MÚLTIPLA DOS DESVIOS

A solução do problema inverso consiste em encontrar o modelo que, através da equação teórica utilizada para cálculo das resistividades aparentes, melhor descreva as resistividades aparentes observadas (Rijo et al., 1977; Lines & Treitel, 1984; Carrasquilla & Rijo, 1991; Ferreira & Porsani, 1977; Marinho, 1997; Monteiro & Porsani, 1999; Monteiro, 1999). A seguir apresentamos o método utilizado na interpretação quantitativa das SEVs desenvolvido com base no procedimento iterativo proposto por Porsani et al. (2001).

Seja d(x) o valor de resistividade aparente de uma SEV, observado na separação x=AB/2 e seja r_a(m,x) a função não linear utilizada para cálculo dos valores teóricos de resistividade aparente (Gosh, 1971a, 1971b; Johansen, 1977; Koefoed,1979). O vetor m representa as resistividades, r_j, e espessuras, h_j, do modelo de N camadas, m=(r₁, . . ., r_N, h₁, . . . h_N-1)^T.

Os desvios entre as resistividades aparentes observadas e calculadas podem ser colocados em termos de uma dependência exponencial como segue,

Expandindo a equação (1) em série de Taylor em torno do modelo m_k, tomando a aproximação de primeira ordem e avaliando-a em x_i, i=1, . . . , M, obtém-se o sistema linear de equações representado a seguir,

onde x = (, . . . , )^T representa o vetor da variável independente associada às posições das medidas; G_k representa a matriz sensibilidade, na qual cada coluna corresponde à derivada de r_a(m,x), tomada com relação a cada parâmetro do modelo e avaliada nas posições ; o vetor _pk = (m_k, p, x) representa os desvios associados ao modelo m_k, calculados através da Eq. (1); Dm = m - m_k representa a correção a ser dada no modelo corrente m_k e W_pk representa uma matriz diagonal de pesos, com elementos ^kw_ii dados por,

e os elementos do vetor

_pk são dados por,

Observa-se na Eq. (2) que (mk, p, x) é uma função linear em Dm. Pode-se, para qualquer valor de p, obter Dm associado ao mínimo da forma quadrática S²(m, p, x_j). Desta forma obtém-se a expressão utilizada para atualização do modelo corrente,

O método de inversão linearizada (IL), conduzido através da Eq. (5), pode ser visto como um procedimento iterativo no qual a linha i da matriz sensibilidade é ponderada pelo fator ^kw_ii que depende do desvio entre os valores de resistividades aparentes observadas e aqueles calculados a partir do modelo corrente m_k.

Uma equação semelhante foi derivada por Scales & Gersztenkorn (1988) para o método de IL com norma Lp. Outro algoritmo proposto por Egbert & Booker (1986) atribui peso pequeno aos pontos com ajuste discrepantes. Para p=2 a Eq. (5) resulta igual à expressão normalmente utilizada no método de IL com base na norma L²,

Deixando p = 1 obtém-se a equação para IL com base na norma L¹. Se desejarmos restringir o uso da equação de forma a satisfazer a definição matemática de norma L^p é suficiente escolher p > 1. Também, de maneira análoga à norma L² pode-se utilizar os procedimentos de "regularização" (Levenberg, 1944; Foster, 1961; e Marquardt, 1963 in Pelton et al., 1978) para assegurar estabilidade numérica da solução da Eq. (5).

A Eq. (5) flexibiliza o uso do método de IL. Ela nos dá a possibilidade de ponderarmos exponencialmente os desvios com um parâmetro p que pode ser mantido fixo ou não durante as iterações. Nota-se ainda que, para um dado modelo corrente m_k, e sua correspondente matriz sensibilidade G_k a atualização do modelo corrente depende apenas do parâmetro p. Considerando que na maioria das vezes não se conhece a função distribuição dos erros nas observações não se pode arbitrar pelo uso da norma L² (p=2) ou L¹ (p=1) ou um valor qualquer de p para governar a inversão.

Sabe-se também que na solução de problemas inversos de geofísica através do método da IL, a resolução do sistema de equações corresponde apenas a uma fração do custo computacional gasto para obtenção da matriz G_k. Esse fato motiva e justifica o uso da Eq. (5) empregando diferentes valores de p em cada iteração, conforme ilustra a Fig. (3). A esta forma de utilização da Eq. (5) denominamos de IL com reponderação múltipla dos desvios (ILRMD). Desta maneira, em cada passo k do processo iterativo, podemos pesquisar várias vezes por um melhor modelo para substituir o modelo corrente. Esta estratégia, proposta por Porsani et al. (2001), permite que se explore o espaço dos modelos de forma mais extensiva, conferindo robustez e eficácia ao método de IL.

MEDIDA DA QUALIDADE DO AJUSTE

Para avaliar a qualidade do ajuste e, por conseguinte, proceder a escolha do melhor modelo várias equações podem ser utilizadas (Sen & Stoffa, 1995). No presente trabalho adotamos a equação definida por Porsani et al. (2000), que quantifica o desempenho de cada modelo utilizando os desvios elevados à uma determinada potência conforme ilustra a equação abaixo,

onde D(m,x_j) =d(x_i) + r_a(m,x_i). Nota-se que, se d(x)= r_a(m,x), a Eq. (7) resulta igual a 1.

No Apêndice apresentamos os passos do algoritmo de ILRMD e resultados obtidos na inversão de diferentes tipos de curvas de SEVs sintéticas.

INVERSÃO DE SEVs DE CAMPO

Os experimentos de inversão de curvas de SEVs sintéticas (Apêndice), semelhantes às obtidas na área de trabalho, permitiram definir a faixa de valores de p apropriada para a inversão das SEVs de campo. Para fins de comparação também foram feitas tentativas com os valores p=2 (norma L²) e p=1 (norma L¹). Conforme esperado, de forma análoga à inversão das SEVs sintéticas, a IL conduzida com norma fixa se mostrou instável mesmo utilizando-se o fator de amortecimento de Marquardt-Levenberg. No método ILRMD algumas vezes a mesma instabilidade também apareceu. Nestes casos, a inversão foi estabilizada incrementando-se os elementos da diagonal da matriz dos coeficientes de um percentual (0.1%).

PERFIL REGIONAL EUNÁPOLIS - PORTO SEGURO

Com o objetivo de se delinear o topo do embasamento cristalino no trecho Eunápolis - Porto Seguro foi realizado um perfil geofísico de caráter regional com 10 SEVs distribuidas ao longo da BR-367 (Fig. 4, na pág. 282). A primeira (SEV 54) se situa a uma distância de 1 km de Eunapólis e, a última, ao lado da pista do aeroporto de Porto Seguro (SEV 8), a cerca de 1 km do centro da cidade.

Como pode ser visto na seção geoelétrica representada na Fig. 5 (pág. 283), o embasamento em Eunapólis está a uma profundidade aproximada de 30 m. Em direção a Porto Seguro, o pacote sedimentar aumenta gradualmente sua espessura até a altura da SEV 58 no km 31. A partir deste ponto o pacote sedimentar aumenta de forma significativa de 60 m para 120 m na SEV 59, alcançando 200 m na SEV 60 e mantendo-se neste patamar nas proximidades de Porto Seguro. Este comportamento da geologia pode ser explicado por duas falhas transcorrentes mapeadas no projeto Porto Seguro - Santa Cruz de Cabrália (Saadi, 2000): ambas possuem direção NE-SW situando-se a primeira junto a SEV 58 e a segunda pouco antes da SEV 60. Estas estruturas geológicas são interpretadas aqui como deslocamentos verticais associados a estas falhas transcorrentes mapeadas, portanto estes deslocamentos verticais devem ser responsáveis pelo maior espessamento do pacote sedimentar nas proximidades de Porto Seguro.

PERFIL A - A'

A localização do perfil encontra-se indicada na Fig. 6. A Fig. 7 mostra os resultados da inversão de 4 das 5 SEVs daquele perfil mostrando o topo da camada aqüífera (arenito saturado) na profundidade de 100m aproximadamente. A Fig. 8 apresenta a seção geoelétrica interpretada. A interpretação é consistente com os dados litológicos de poços disponíveis ao sul da área. O modelo geofísico/geológico interpretado, foi discutido com o geólogo Alberto Vieira que perfurou cerca de 100 poços na região, vários dentro da área de estudo. Interpretou-se uma camada superficial com menos de 1m de espessura que foi omitida na figura. A seguir existem basicamente três horizontes geoelétricos de interesse. O primeiro com resistividade alta em torno dos 1800Wm, que deve se tratar de um material arenoso, podendo atingir até os 20m de espessura. O segundo possui espessura em torno de 60m e foi interpretada como sendo uma alternância de areia e argila, podendo conter aqüíferos confinados ou não, bem como camadas não saturadas, uma vez que o nível piezométrico nesta região bem como em toda a área, por sobre a Formação Barreiras, encontra-se aproximadamente a 40m de profundidade. A última camada geoelétrica detectada nas SEVs possui resistividade menor que as anteriores e situa-se em torno dos 80m de profundidade. Esta corresponde a um espesso pacote de arenito saturado por água doce e se constitui na opção mais promissora para captação água subterrânea de boa qualidade.

MAPA DO AQÜÍFERO PROFUNDO

Foi feito então um mapa contendo o topo desta "última camada" aqui sendo interpretada como o topo do principal aqüífero desta área (Fig. 9, na pág. 284). As camadas superiores, que nas SEVs comportam-se como um pacote com resistividade em torno de 500Wm, também podem conter aqüíferos de interesse secundário para exploração.

Este aqüífero principal situa-se a uma profundidade média entre 80m e 100m. Com base em dados de poços perfurados no centro da àrea inferimos que sua espessura não é inferior a 70m. Já na região litorânea ou seja no sopé das falésias da Formação Barreiras, a profundidade do topo do aqüífero diminui para cerca de 60m. Os dados de poços indicam a presença de um arenito produtor nesta profundidade. Supondo que se trata da mesma camada aqüífera e sabendo que as falésias da Formação Barreiras se originaram no Quaternário, a partir de erosão marinha (Freitas, 1951; Ghignone, (1979); in Saadi, 2000), é plausível admitir que esta profundidade menor esteja relacionada simplesmente ao desnível topográfico existente entre a Formação Barreiras e os cordões litorâneos.

CONCLUSÕES

O método de inversão linearizada com reponderação múltipla dos desvios, ILRMD, foi aplicado para a inversão de SEVs da região de Porto Seguro. Este método explora de forma mais extensiva o espaço dos modelos se mostrando eficaz e mais robusto do que os método de IL que utiliza a norma L² ou L¹. A estabilidade numérica do método ILRMD utilizado sugere seu emprego a outros problemas de inversão de dados geofísico.

Os resultados da inversão de SEVs da região de Porto Seguro, seguida da interpretação geofísica integrada às informações geológicas disponíveis permitiram delinear o topo do principal aqüífero da região. As informações obtidas da geologia de subsuperfície na área foram de grande valia e validam o modelo interpretado. A camada profunda de menor resistividade que as sobrepostas pôde ser confirmada como uma espessa camada de arenito saturado representando o principal aqüífero na região. Esse aqüífero ocorre em toda a região a uma profundidade de 80m a 100m aproximadamente estando recoberto por sedimentos areno-argilosos da Formação Barreiras, com resistividades da ordem de 300Wm a 500Wm. Este horizonte corresponde a um arenito saturado com água doce e representa a opção de captação de água subterrânea mais promissora para o município de Porto Seguro.

Devido aos altos índices pluviométricos nesta região onde não há estação seca durante o ano, é razoável admitir-se que não ocorra problemas de recarga dos aqüíferos. Pode-se portanto propor a perfuração de uma série de poços posicionados sobre a Formação Barreiras na parte central da área, que foi identificada como a mais promissora. Tais perfurações devem ser seguidas de perfilagem geofísica com o objetivo de maximizar o desempenho dos poços e o aproveitamento do aqüífero. Os poços poderiam abastecer a população de Porto Seguro, que no auge da alta estação recebe um fluxo turístico enorme. Nesse período a água oriunda do rio dos Mangues não é suficiente, e a água dos poços existentes dentro da cidade, segundo informações obtidas no local junto as empresas de perfuração, contem óxido de ferro acima dos limites de potabilidade.

APÊNDICE

Neste apêndice apresentamos, na página 290, os passos do algoritmo de inversão baseado no método ILRMD. Também são apresentados exemplos de sua aplicação na inversão de curvas de SEVs dos tipos A, H, K e Q. O algoritmo foi implementado de forma a permitir que a cada iteração um conjunto fixo de 50 modelos candidatos fossem pesquisados, ou seja, 50 valores pre-definidos de p foram utilizados.

Exemplos de inversão de SEVs sintéticas

O algoritmo de ILRMD foi testado na inversão de dados sintéticos correspondentes a curvas de SEVs e os resultados foram comparados com aqueles obtidos com a IL conduzida com base nas normas L¹ e L². Para tanto utilizou-se os modelos de curvas padrões de SEVs de três camadas A, H, K e Q, apresentados na Tab. 1. Nestas curvas foi adicionado ruído aleatório em alguns pontos variando entre 5% e 15% para simular desvios que ocorrem em uma situação real. Na Fig. 10 estão representadas as curvas de desempenho que mostram a evolução dos ajustes dos modelos gerados durante o processo de IL. As curvas de desempenho partem do mesmo ponto, correspondente ao mesmo modelo inicial, e ao final do processo observa-se que o maior desempenho é obtido com o método ILRMD. Nota-se que após um certo número de iterações as curvas de desempenho associadas às normas fixas L¹ ou L² estabilizam num patamar, indicando que o processo de inversão está aprisionado num mínimo local cujo valor de desempenho é menor do que aquele obtido ao final do processo com o método ILRMD, conforme se observa naquelas figuras. Por outro lado, a curva de desempenho associada ao método de ILRMD evidencia a habilidade do método em evitar o aprisionamento do modelo corrente em mínimos locais o que não acontece com a IL governada pelas normas L¹ e L². Estas divergiram invarialvelmente ao longo do processo de inversão. A norma L¹ divergiu logo ao início da inversão da curva do tipo A. A Tab. 2 mostra os resultados numéricos obtidos para as inversões das resistividades e espessuras para os 4 tipos de SEVs estudados Os pequenos valores do erro médio quadrático (RMS) na Tab.2 demonstram a superioridade do método de ILRMD comparado aos resultados obtidos com IL utilizando normas L² ou L¹.

AGRADECIMENTOS

Alexandre C. Monteiro agradece à CPRM pela oportunidade de realização do mestrado na UFBA e Milton J. Porsani agradece ao CNPq pelo apoio à pesquisa. Os autores agradecem ao geólogo Alberto Vieira pelas informações e dados fornecidos e aos revisores anônimos, pelas críticas e sugestões que muito contribuiram para melhorar a apresentação deste trabalho.

Received April 22, 2000

Accepted November 12, 2002

DEFINITION OF THE AQUIFER TOP IN THE REGION OF PORTO SEGURO-BAHIA FROM THE INVERSION OF VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING DATA

This paper comprises geophysical studies carried out with the resistivity method in the Porto Seguro region, in the state of Bahia (Brazil). The objective was to find the main aquifer of that region. Sixty vertical electrical soundings (VES) were performed using the Schlumberger array. The inversion of the VES was done based on the method that uses the linearized inversion with multiple weight for the deviations (LIMWD).

Formulation of the inverse weighted LS problem. Following the procedure proposed by Porsani et al. (2001), we can write the deviations between the observed apparent resistivity and the computed one as,

We now quasi-linearize (m,p,x)»(m,p,x) , using a Taylor series expansion on the current model, m_k by retaining only the first derivative term. The resulting system of equations can be represented as,

where G_k is the sensitivity matrix, Dm=mm_k is the parameter vector correction, _pk = f(m_k, p, x) is the vector of the data deviation whose elements are calculated with equation (8) for x_i , i=1, . . . , M, and W_pk is a weighting diagonal matrix. By solving the linear system of equation in the LS sense, an expression for updating the current model may be obtained. This approach provides more flexibility to the LS method. During the inversion it allows us to weight the deviation by using a fixed or variable exponent p. As illustrated by Fig. 3 at each iteration many candidate models may be obtained.

Inversion of VES data. As shown in Figs. 6 and 2, sixty VES were carried out and inverted. Fig. 8 shows a geoelectrical section in the northern part of the area (A - A'). Fig. 9 shows a map of the top of the deep aquifer.

Conclusions. Geoelectrical sections were drawn from the inverted results of the thickness and resistivity of the layers. The interpretation of these sections provided the definition of the main aquifer for ground water exploitation in this region. This aquifer is confined to saturated sandstone layer in the mid-north portion of the area at about 80m deep and an average thickness of 70m. This aquifer represents the best option for ground water exploitation to supply the city of Porto Seguro.

NOTE ABOUT THE AUTHORS

Alexandre Costa Monteiro

B. C. em Geologia pela UERJ, 1988. Mestre em Geofísica pela UFBA em 1999. De 1989-1990, geólogo nas Empresas Brunibrás Mineração Ltda, atuando na área de prospecção de granito ornamental. De 1991-1992 geólogo da Empresa Geomecânica S/A., atuando na execução de sondagens geotécnicas rotativas e a percussão. De 1994-2001 atuou como geólogo da CPRM na Divisão de Geofísica no processamento de dados aerogeofísicos. Atualmente está vinculado à PETROBRAS onde atua como geofísico.

Milton José Porsani

B.C. em Geologia pela USP, 1976. Licenciado em Geologia pela Facudade de Educação da USP, 1977. Mestre em Geofísica pela UFPA, 1981. Doutor em Geofísica pela UFBA, 1986. Pós-doutorado em Geofísica, Institute for Geophysics at University of Texas at Austin, EUA, setembro/92 a outubro/93. De 1979 a 1982 desenvolveu atividades de pesquisa ligadas aos projetos de prospecção de água subterrânea na Ilha de Marajó e Serra de Carajás. De 1986 até o presente é pesquisador do CPGG/UFBA onde coordena o Programa de Exploração de Petróleo. Em 1990 foi contratado pela UFBA mediante concurso público para professor do Departamento de Geologia e Geofísica Aplicada do IGEO. Desde 2000 é professor Titular na matéria Exploração de Petróleo. Pesquisador do CNPq, nível I-B. Tem atuado no desenvolvimento de métodos e algoritmos de filtragem e processamento de dados sísmicos e na inversão de dados sísmicos e elétricos.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  01 Out 2003
• Data do Fascículo
  Dez 2001

Histórico

• Aceito
  12 Nov 2002
• Recebido
  22 Abr 2000