Relatório Técnico Levantamento Geofísico FREEZE-2010

Texto

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Relatório Técnico

Levantamento Geofísico FREEZE-2010

Aquisição e Processamento de dados de Sonar de

Varrimento Lateral e de Perfis de Reflexão Sísmica de

Alta Resolução adquiridos ao Largo de Olhos de Água,

Algarve

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Aquisição e Processamento de dados de Sonar de Varrimento

Lateral e de Perfis de Reflexão Sísmica de Alta Resolução

adquiridos ao Largo de Olhos de Água, Algarve

Equipa Científica:

Luís Menezes Pinheiro (Investigador Responsável. Aquisição e Processamento) Leonardo Azevedo Pereira (Aquisição e Processamento)

Daniela Gonçalves (Aquisição e Processamento) Tiago Ribeiro (Processamento)

Ricardo João (Processamento) Vitor Hugo Magalhães (Aquisição)

Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha

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Índice

Índice 3

Índice de Figuras 4

Sumário Executivo 5

1. Introdução, Objectivos e Metodologia 6

2. Levantamento de Sonar de Varrimento Lateral e Elaboração do Mosaico

Georreferenciado 11

2.1 Levantamento de Sonar de Varrimento Lateral ... 11 2.2 Processamento dos Dados e Compilação do Mosaico de Sonar de Varrimento Lateral ... 12 3. Aquisição e Processamento de Perfis de Sísmica de Reflexão – Chirp Sonar 14 3.1 Aquisição dos Perfis de Reflexão Sísmica ... 14 3.2 Processamento dos Perfis de Reflexão Sísmica ... 17

Agradecimentos 19

ANEXO I – Especificações Técnicas do Sistema Combinado de Sonar de

Varrimento Lateral e Chirp 20

ANEXO II – Cartas à Escala 1:20 000 21

II.1 Posicionamento das Linhas de Sonar de Varrimento Lateral (SVL) e de Reflexão Sísmica com Chirp Sonar (RS) adquiridas ao largo de Olhos de Água, Algarve ... 21 II.2 Mosaico de Sonar de Varrimento Lateral ao largo de Olhos de Água, Algarve 21 II.3 Mosaico de Sonar de Varrimento Lateral e Linhas de Reflexão Sísmica (RS), adquirido ao largo de Olhos de Água, Algarve ... 21

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Índice de Figuras

Figura 1 – Área de estudo (a magenta), com a identificação dos concelhos e locais mais importantes onshore e com as curvas batimétricas representadas a cada 10 m. ... 6 Figura 2 – Embarcação “Xu-nauta”, da empresa Subnauta, a bordo da qual foram efectuados os levantamentos geofísicos. ... 7 Figura 3 – Equipamento combinado de Sonar de Varrimento Lateral e Chirp Sonar, modelo Edgetech 512i, do Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha do CESAM e do Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro. ... 7 Figura 4 - Representação esquemática da geometria de aquisição dos dados geofísicos. ... 8 Figura 5 – Localização das linhas de aquisição efectuadas. As linhas a laranja

correspondem aos perfis com aquisição simultânea de dados de reflexão sísmica (RS) e de sonar de varrimento lateral (SVL); a verde estão representadas as linhas com apenas aquisição de dados de sonar de varrimento lateral (SVL) e a lilás os perfis só com dados de reflexão sísmica (RS). Ver também o Desenho 1 do Anexo II. ... 10 Figura 6 – Localização das linhas de aquisição utilizadas para a construção do mosaico de sonar de varrimento lateral (SVL). ... 11 Figura 7 – Mosaico de sonar de varrimento lateral obtido para a área de estudo ao largo de Olhos de Água, Algarve (este mapa encontra-se à escala 1:20000 nos Desenhos 2 e 3e à escala 1:10000 nos Desenhos 2A e 3A do Anexo II). ... 13 Figura 8 – Localização dos perfis de reflexão sísmica (RS) de alta resolução (chirp sonar) adquiridos. ... 15 Figura 9 – Posicionamento das linhas sísmicas, com os respectivos shot points

(espaçados de 1000) sobre o mosaico de Sonar de Varrimento Lateral (ver também os Desenhos 3 e 3A no Anexo II às escalas de 1:20000 e 1:10000, respectivamente). .... 16 Figura 10 – Fluxograma de processamento dos perfis sísmicos usando o software SPW. ... 17 Figura 11 – Linha sísmica L4 antes (a) e após (b) processamento. A escala horizontal corresponde aos shotpoints e a escala vertical corresponde ao tempo de ida e volta (two

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Sumário Executivo

Este relatório descreve a metodologia e apresenta os resultados do processamento de dados de uma campanha geofísica efectuada ao largo de Olhos de Água no Algarve, que envolveu a aquisição de imagens de sonar de varrimento lateral e de perfis sísmicos de alta resolução (Chirp Sonar). Foi adquirido um total de cerca de 73 km de perfis sísmicos e uma cobertura de sonar de varrimento lateral de aproximadamente 12 km2. A aquisição dos dados geofísicos foi realizada entre 10 e 15 de Maio de 2010, utilizando um sistema combinado de Sonar de Varrimento Lateral e Chirp Sonar -

Edgetech SB-512i - do Laboratório Associado CESAM e do Departamento de

Geociências, da Universidade de Aveiro. O levantamento foi efactuado a bordo da embarcação Xu-nauta, da empresa “Subnauta”. Durante toda a campanha, o posicionamento dos dados geofísicos foi efectuado por GPS diferencial (DGPS) com correcções RTK. O levantamento de sonar de varrimento lateral foi efectuado em dupla frequência (100kHz e 400kHz), com um espaçamento entre linhas que variou entre os 120 e os 160 m, o que proporcionou uma cobertura da área em estudo com uma sobreposição de 40 a 80%. Os perfis de Chirp Sonar foram adquiridos com uma gama de frequência de 0.5-7kHz, de forma a obter um bom compromisso entre uma elevada resolução e uma penetração adequada. Foram adquiridos perfis paralelos à linha de costa, espaçados 120 a 160 m, perfis de controlo perpendiculares, perfis de trânsito entre o local de levantamento e a marina onde se atracou, e perfis que ligam a área de estudo à zona ao largo de Vale do Lobo.

Os perfis de reflexão sísmica foram processados com o programa SPW (Seismic

Processing Workshop), e os dados de sonar de varrimento lateral foram corrigidos

usando o software PRISM (Processing of Remotely-sensed Imagery for Seafloor

Mapping). Os dados de navegação e o mosaico de sonar de varrimento lateral

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1. Introdução, Objectivos e Metodologia

A campanha de prospecção geofísica realizada consistiu num levantamento de sonar de varrimento lateral de dupla-frequência e na aquisição de perfis de reflexão sísmica de alta resolução, numa área ao largo de Olhos de Água, Algarve (Figura 1), no âmbito do projecto FREEZE coordenado pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG), entre os dias 15 e 20 de Maio de 2010.

Figura 1 – Área de estudo (a magenta), com a identificação dos concelhos e locais mais importantes

onshore e com as curvas batimétricas representadas a cada 10 m.

Os levantamentos geofísicos foram efectuados a bordo da embarcação cabinada Xu-nauta da empresa SubXu-nauta (Figura 2). Trata-se de uma embarcação de multi-casco, em fibra, com cerca de 18 metros de comprimento.

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Figura 2 – Embarcação “Xu-nauta”, da empresa Subnauta, a bordo da qual foram efectuados os levantamentos geofísicos.

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O equipamento foi rebocado a estibordo da embarcação, a uma distância à ré da embarcação que variou entre os 7,2 e os 14,4 m ao longo do período de aquisição (Figura 4 e Tabela 1). O sistema estava suspenso por uma bóia (defensa), sendo rebocado imerso, a uma profundidade de aproximadamente 1,5 m na maior parte do tempo. No entanto, observou-se que a profundidade do peixe variou em determinadas situações, que se encontram descritas na coluna das observações da Tabela 1.

Figura 4 - Representação esquemática da geometria de aquisição dos dados geofísicos.

O posicionamento dos dados foi obtido com um sistema de GPS Diferencial (DGPS)

TOPCON HiPer Pro, pertencente à Blue Edge/Sistemas de Engenharia, a funcionar

com correcções RTK (Real-Time Kinematics). A estação fixa foi colocada no topo de um prédio nos Olhos de Água, em Albufeira, que se considerou apropriado dada a sua altitude e proximidade ao local de estudo, e que possibilitou uma adequada propagação e recepção do sinal. Em modo estático, este equipamento permite uma precisão horizontal da ordem dos 3 mm (+5 ppm) e uma precisão vertical da ordem dos 5 mm (+5 ppm). Em modo dinâmico, a precisão horizontal diminui para os 10 mm (+1 ppm) e a vertical para os 15 mm (+1 ppm).

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dos projectos ERSTA e SANDEX, financiados pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT). Foram ainda adquiridas 3 linhas mais pequenas em simultâneo com a aquisição do multifeixe (designadas MB#). A Figura 5 mostra a localização das linhas adquiridas.

Tabela 1 - Linhas adquiridas com os respectivos tempos de início e fim de aquisição e o Layback usado. O Layback representa a distância do tow point ao sonar rebocado, medida paralelamente à direcção da navegação (ver Figura 4).

Dia Linha Hora (GMT) Layback

(m) Observações Início Fim 11 TESTE1 15:56 7,2 T1 16:47 7,2 12 TESTED2 9:40 9:57 9,5 L2 9:58 10:42 9,5 L3 11:33 12:28 14,4 L4 12:47 13:28 14,4

Aparente aumento da altitude do peixe e problema com o sistema de navegação entre os shot points 1500 e 3250. Curva entre os

shot points 7000 e 8000.

L5 14:00 14:45 7,2 Diminuição da altitude do peixe observada na parte inicial da linha,

lado E (shot point 1000)

L5_1 14:45 15:05 7,2

Aparente aumento da altitude do peixe, ou seja, o peixe subiu, na parte final da linha, lado NW (shot point 7000), provavelmente devido à redução de velocidade da embarcação

13 L6 6:44 7:27 8 L7 7:33 8:21 8 L8 8:38 9:05 8,3 TL1 9:09 9:18 8,3 MB1 9:29 9:34 8,3

MB2 9:39 9:42 8,3 O peixe virou na parte final da linha, lado E (shot point 750)

MB2B 10:05 10:08 8,3 T2 15:18 15:19 8,3 TL2 16:09 16:20 8,3 L8_A 16:25 16:43 8,3 L9 16:52 17:29 8,3 T3 17:32 17:52 8,3 T4 17:59 18:20 8,3 T5 18:25 18:48 8,3 14 TL03 13:47 13:57 8,3 LG01 14:11 15:20 8,3

L10 15:21 15:33 8,3 Aparente aumento da altitude do peixe na parte final da linha,

lado SW (shot point 4000)

L11 15:45 16:37 8,3

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simultaneamente com o levantamento de sonar de varrimento lateral, sendo por isso a maioria das linhas coincidentes (Figura 5).

Figura 5 – Localização das linhas de aquisição efectuadas. As linhas a laranja correspondem aos perfis com aquisição simultânea de dados de reflexão sísmica (RS) e de sonar de varrimento lateral (SVL); a verde estão representadas as linhas com apenas aquisição de dados de sonar de varrimento lateral (SVL) e a lilás os perfis só com dados de reflexão sísmica (RS). Ver também o Desenho 1 do Anexo II.

Durante a aquisição os dados geofísicos foram gravados em formato digital proprietário da Edgetech (formatos “JSF” e “XTF”). As coordenadas espaciais adquiridas por DGPS foram gravadas nos ficheiros dos dados geofísicos com as seguintes mensagens NMEA de saída: GGA1, GLL2, VTG3 e ZDA4.

Todos os dados geofísicos adquiridos foram georreferenciados, com base no posicionamento por GPS diferencial (DGPS), e os dados de navegação foram introduzidos num Sistema de Informação Geográfica (ArcGis). Os dados de sonar de varrimento lateral foram processados utilizando os softwares Sonarweb (Chesapeake

Technology) e PRISM - Processing of Remotely-sensed Imagery for Seafloor Mapping

(gentilmente cedido para o efeito pelo Dr. Tim le Bas, do NOC, Inglaterra). O processamento dos dados sísmicos foi realizado utilizando o software SPW (Seismic

Processing Workshop), da Parallel Geoscience Corp. Todos os dados

1 GPS Fix Data 2 Position Data

3 Track Made Good e Ground Speed 4 Tempo e data

T2

MB T2

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georreferenciados, o projecto ArcGis correspondente e os perfis sísmicos processados estão incluídos no DVD que acompanha este relatório.

2. Levantamento de Sonar de Varrimento Lateral e Elaboração do

Mosaico Georreferenciado

2.1 Levantamento de Sonar de Varrimento Lateral

Os levantamentos de sonar de varrimento lateral na área de trabalho foram realizados entre os dias 10 e 15 de Maio de 2010, tendo sido adquiridos simultaneamente perfis de reflexão sísmica (Chirp Sonar) na maior parte das linhas. Os dados foram adquiridos em dupla frequência, 120kHz e 410kHz, tendo no entanto apenas sido utilizadas para a elaboração do mosaico final as imagens com frequência mais elevada (400 kHz), e portanto com mais elevada resolução espacial. A área total do levantamento com sonar de varrimento lateral é de cerca de 12 km2. A Figura 6 mostra a localização das linhas de aquisição deste levantamento.

Figura 6 – Localização das linhas de aquisição utilizadas para a construção do mosaico de sonar de varrimento lateral (SVL).

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os 40% e os 80%, da área de trabalho. Tal como mencionado anteriormente, foram ainda adquiridas, e usadas para o mosaico, linhas em trânsito (T#) e linhas de ligação à área ao largo de Vale do Lobo, onde já existiam outros dados de projectos anteriores.

2.2 Processamento dos Dados e Compilação do Mosaico de Sonar de Varrimento Lateral

O processamento dos dados de sonar de varrimento lateral e a criação do mosaico georreferenciado correspondente (Figura 7 e Desenhos 2 e 3, do Anexo II) foram efectuados utilizando os programas PRISM (Processing of Remotely-sensed Imagery

for Seafloor Mapping), combinado com o ArcGIS, e o SonarWeb. No processamento e

posicionamento dos dados de sonar de varrimento lateral, assim como para o posicionamento dos perfis de reflexão sísmica, foram tidos em conta os valores de

layback (que variaram entre os 8 e os 14,4 m à ré) e do Tow Point Offset (2,5 m a

estibordo e 5,945 m à ré), relativamente à posição da antena GPS (Figura 4).

O processamento dos dados de sonar de varrimento lateral, no software PRISM, consistiu nos seguintes passos principais:

1) Conversão dos ficheiros .xtf em ficheiros .cdf (common data folder);

2) Eliminação da faixa correspondente à coluna de água nas imagens de sonar de varrimento lateral, através da identificação da reflexão do fundo nos registos;

3) Criação dos ficheiros de navegação e correcção da navegação do layback do peixe (sua distância ao tow point);

4) Criação de mosaicos através da divisão da área de estudo em áreas mais pequenas (mapas), tendo em conta a largura de varrimento do equipamento e resolução pretendida;

5) Definição dos parâmetros de processamento dos dados a uma resolução de 10 cm. Estes incluiram a correcção da navegação tendo em conta a distância entre o tow point e a antena GPS (o layback já foi aplicado anteriormente), a correcção das distâncias oblíquas (Slant Range) e a correcção das amplitudes devidas ao ângulo de incidência (obliquidade) do feixe (Beam Angle Correction).

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A gama de cores utilizada na representação dos dados de sonar de varrimento lateral varia entre o preto, para representar zonas de sombra e de muito baixa reflectividade (retrodispersão), até ao branco para as zonas de alta reflectividade. O mosaico final resultante, foi georreferenciado a partir dos dados de posicionamento adquiridos com DGPS, devidamente corrigidos.

Para uma observação mais detalhada do mosaico podem ser consultados no Anexo II os Desenhos 2 e 3, à escala 1:20000, e os Desenhos 2A e 3A, à escala 1:10000,.

3. Aquisição e Processamento de Perfis de Sísmica de Reflexão –

Chirp Sonar

3.1 Aquisição dos Perfis de Reflexão Sísmica

O levantamento de perfis de reflexão sísmica chirp sonar foi realizado com o mesmo sistema Edgetech SB-512i utilizado na aquisição dos dados de sonar de varrimento lateral, (ver Figura 3 e especificações técnicas do equipamento no Anexo I). A geometria de aquisição foi descrita na secção 1 deste relatório e encontra-se esquematizada na Figura 4.

Tendo em conta que se pretende estudar a subsuperfície da área ao largo de Olhos de Água, o chirp sonar foi usado na gama de frequências de 0,5-7 kHz, o que representa um bom compromisso entre uma boa resolução das primeiras camadas e uma penetração adequada. A frequência do disparo foi de 8 Hz, ou seja, 8 ciclos/s e o comprimento do pulso foi 20 ms.

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Figura 8 – Localização dos perfis de reflexão sísmica (RS) de alta resolução (chirp sonar) adquiridos.

Durante o levantamento geofísico as condições de aquisição nem sempre foram as mais favoráveis, com alguma agitação marítima, o que se traduziu em registos por vezes afectados com bastante ruído e com pontuais perdas de sinal. A velocidade da embarcação não excedeu os 5 nós, de forma a garantir uma boa amostragem da área do levantamento.

Todos os dados foram adquiridos com posicionamento por GPS diferencial (DGPS) com correcções cinemáticas em tempo real de precisão centimétrica.

A Figura 9 mostra a localização dos shot points de cada perfil sísmico (cada 1000

shotpoints) projectados na imagem de sonar de varrimento lateral, de forma a facilitar

a correspondência entre os perfis sísmicos e o mosaico (ver também os Desenhos 3 e 3A no Anexo II às escalas de 1:20000 e 1:10000, respectivamente).

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3.2 Processamento dos Perfis de Reflexão Sísmica

Após conversão do formato SEG-Y para o formato interno do software de processamento (SPW), as linhas sísmicas foram processadas com o programa Seismic

Processing Workshop - SPW, de acordo com o workflow ilustrado na Figura 10.

Figura 10 – Fluxograma de processamento dos perfis sísmicos usando o software SPW.

Para cada perfil sísmico, os headers foram editados, foi aplicada a correcção da divergência esférica e foram corrigidas as profundidades do peixe e os efeitos da maré e da ondulação. Foi ainda aplicada uma desconvolução predictiva para melhorar a resolução vertical e um filtro de frequências passa-banda, entre os 650 e os 6500 Hz. Após aplicar uma migração em tempo com velocidade constante, foi removido o sinal na coluna de água aplicando um early mute.

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a)

b)

Figura 11 – Linha sísmica L4 antes (a) e após (b) processamento. A escala horizontal corresponde aos

shotpoints e a escala vertical corresponde ao tempo de ida e volta (two way time - TWT) em

milisegundos.

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Agradecimentos

Agradece-se à equipa da Unidade de Geologia Marinha do LNEG - Laboratório Nacional de Energia e Geologia, e em particular à investigadora coordenadora da campanha, Dra. Gabriela Carrara, pela excelente organização e por todo o apoio dado na logística e durante a realização deste levantamento.

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ANEXO I – Especificações Técnicas do Sistema Combinado de Sonar

de Varrimento Lateral e Chirp

Sistema combinado Sub-bottom profiler / Side Scan Sonar, da marca EdgeTech, modelo SB-512i (Figura I.1). As principais características do sonar de varrimento lateral e do chirp sonar estão descriotas abaixo.

Sonar de Varrimento Lateral

Frequência dupla simultânea: 100/400 kHz .

Alcance lateral máximo: 500m a 100KHz; 150m a 400KHz. Largura do feixe sonar e Resolução espacial ao longo da linha: 100 kHz: 1.08 deg or 1.90 m @ 100 m

400 kHz: 0.56 deg or 0.96 m @100 m Resolução através da linha:

100 kHz: 6.3 cm 400 kHz: 1.8 cm Chirp Sonar

Frequência de operação: varia entre os 500 Hz e os 12 kHz Tipo de Pulso: FM (frequency Modulated)

Largura de banda / comprimento do pulso padrão: 2-12kHz/20ms, 2-10kHz/20ms, 2-8kHz/40ms, 1.5-7.5kHz/40ms, 1-6kHz/40ms, 1-5kHz/40ms, 0.5-5kHz/40ms (outros pulsos padrão estão disponíveis)

Resolução Vertical: 8-20 cm dependendo do pulso seleccionado Penetração: 20 metros em areia grosseira e 200 metros em argilas Largura do feixe (beam width): 16º - 32º (dependendo da frequência) Profundidade máxima de operação: 300 m

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ANEXO II – Cartas à Escala 1:20 000

II.1 Posicionamento das Linhas de Sonar de Varrimento Lateral (SVL) e de Reflexão Sísmica com Chirp Sonar (RS) adquiridas ao largo de Olhos de Água, Algarve

II.2 Mosaico de Sonar de Varrimento Lateral ao largo de Olhos de Água, Algarve

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ANEXO III – Secções de Reflexão Sísmica adquiridas

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Referências

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