O que é Geofísica?

Geologia: Ramo das geociências que estuda a Terra em seus aspectos físicos, químicos e biológicos. Ocupa-se, especificamente, com a formação das rochas, das estruturas e a evolução da vida revelada pelos fósseis. 2. Conjunto das características geológicas de uma região. Geofísica: . Ramo das geociências dedicado ao estudo das propriedades físicas da Terra. Inclui, entre outros, os seguintes métodos: elétricos, eletromagnéticos, gravimetria, magnetometria, radioativos e sísmicos. Física: Busca a compreensão científica dos comportamentos naturais e gerais do mundo em nosso entorno, desde as partículas elementares até o universo como um todo. Com o amparo do método científico e da lógica, e tendo a matemática como linguagem, esta ciência descreve a natureza através de modelos científicos. É considerada a ciência fundamental, sinônimo de ciência natural. Referências: Dicionário Enciclopédico de Geologia e Geofísica, Duarte, Osvaldo (2010); Wikipedia

Mapa Conceitual

Utilizei este mapa conceitual, que criei em 2010 com a ajuda do geólogo Lazzarini, para dar forma a este curso. Mapa conceitual é uma ferramenta administrativa utilizada para organizar e representar o conhecimento. É bastante utilizado por programadores e também por pedagogos, já que foi originalmente baseado na teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel. Ao construir este mapa conceitual pude compreender melhor as relações e divisões das diversas áreas da Geofísica e ainda identificar temas que tem sido pouco desenvolvidos no Brasil, como por exemplo, a tecnologia geofísica.

Se você observar bem este mapa conceitual, verá que a maior parte dos métodos geofísicos possuem três etapas em comum: aquisição, processamento e interpretação. Além disso, percebi também que a geofísica pode ser associada a métodos e também à ciência que desenvolve ou aperfeiçoa os métodos existentes. Organizei o mapa para que o lado associado à Física estivesse relacionado a áreas mais voltadas para ciências exatas e, o lado esquerdo do mapa, associei às áreas mais voltadas para as ciências da Terra. Por exemplo, a aquisição e o processamento são áreas bastante relacionadas à Física porém, a interpretação, posicionada na área esquerda do mapa, já exige um conhecimento maior sobre Geologia. Os métodos potenciais, nesta mesma linha de raciocínio estão muito mais próximos da Geologia do que a Sísmica, por exemplo.

Ementa

"O que é Geofísica?" tem como objetivo descrever conceitos básicos relacionados à Geofísica e também sobre Física e Geologia. Veja abaixo a ementa planejada para as próximas semanas:

  • Introdução
    • Conceitos-chave
    • Geofísica como Ciência
    • Geofísica como método
    • A Pesquisa Geofísica
    • O Profissional de Geofísica
  • Métodos Geofísicos
    • Propriedades físicas de rochas e fluidos
    • Métodos que utilizam fontes naturais
    • Métodos que utilizam fontes artificiais
    • A matemática por trás do método
  • Método Gravimétrico
    • Um pouco de física - gravidade
    • Equipamentos e métodos gravimétricos
    • Aquisição e processamento
    • Interpretação e utilização
  • Método Magnético
    • Um pouco de física - eletromagnetismo
    • Equipamentos e métodos
    • Aquisição e processamento
    • Interpretação e utilização
  • Método Elétrico
    • Um pouco de física - eletricidade
    • Equipamentos e métodos
    • Aquisição e processamento
    • Interpretação e utilização
  • Método Sísmico
    • Um pouco de física - ondulatória
    • Equipamentos e métodos
    • Aquisição e processamento
    • Interpretação e utilização
  • Método Acústico
    • Um pouco de física - propriedades do som
    • Equipamentos e métodos
    • Aquisição e processamento
    • Interpretação e utilização
  • Método Radiométrico
    • Um pouco de física - radioatividade
    • Equipamentos e métodos
    • Aquisição e processamento
    • Interpretação e utilização
  • Petrofísica
    • Perfilagem de poços
    • Amarração sísmica-poço
    • Escalas de trabalho e ordens de grandeza
  • Um pouco de Geologia
    • O tempo geológico
    • O tempo visto do espaço
  • Por que matemática para resolver problemas científicos?


Introdução
  • Conceitos-chave

Considero fundamental compreender a geofísica sob dois pontos de vista: como método e como ciência. Como método, a geofísica é caracterizada por equipamentos, softwares e intérprete - que é o profissional de Geofísica. Como ciência, o profissional de geofísica cria ou aperfeiçoa equipamentos e softwares que serão utilizados posteriormente pelos profissionais de campo. Há, portanto, duas áreas de atuação - a acadêmica/científica e a técnica/profissional.

Outra observação importante sobre os métodos geofísicos é que todos possuem três fases em comum: a aquisição de dados, o processamento de dados e a interpretação de dados. Na aquisição, o geofísico precisa compreender o problema a ser analisado para a aplicar a parametrização mais adequada à resolução do problema. No processamento de dados, o geofísico precisa compreender os conceitos físicos associados ao problema para filtrar e tratar os dados de forma a eliminar ruídos e amplificar os sinais de interesse para que, ao final, possa ser possível gerar uma imagem que tenha coerência geológica para o intérprete. Para exercer a função de intérprete, o geofísico além de conhecer os conceitos físicos precisa conhecer também conceitos geológicos.

Os conceitos geológicos transformam os números adquiridos pelos equipamentos em informações sobre a rocha que está sendo investigada em sub-superfície. Isto é possível porque diversos estudos feitos em laboratório foram capazes de medir as propriedades físicas de minerais e rochas. Estas informações podem ser associadas aos números registrados, porém, não de forma automática. É necessário treinamento e experiência para encontrar os valores mais adequados para cada região estudada. Durante cinco ou mais anos geólogos e geofísicos aprendem a conhecer as rochas, os modelos geológicos vigentes, participam da construção e evolução destes modelos e os aplicam aos problemas que surgem em nosso cotidiano, como por exemplo, encontrar petróleo ou água subterrânea.

Frequentemente, os geofísicos utilizam mais de um método para avaliar um determinado problema ou área de pesquisa. Por que isso é importante? Porque cada método possui suas limitações e cada área seus desafios particulares. Ao confrontar os diferentes métodos é possível eliminar ambiguidades entre os diferentes tipos de minerais e rochas. O problema da ambiguidade é muito comum na geofísica. Isto ocorre porque nem sempre possuímos todas as informações que são necessárias em determinado método e, por isso, o profissional precisa fixar algumas variáveis em ordem de poder alcançar a resolução de uma determinada equação matemática. Este trabalho pode ser classificado como interpretação geofísica. Além da interpretação geofísica, existe também a interpretação geológica. Nesta segunda, o ponto de partida para a análise é a rocha, a saber, seus modelos geológicos/deposicionais e estruturais.

Há formas de se quantificar o erro associado a uma interpretação - tanto geológica quanto geofísica. Matt Hall, da Agile Geoscience, por exemplo, lançou mão do Teorema de Bayes para criar um exemplo bastante didático sobre probabilidade de erros de interpretação: Imagine que você esteja querendo identificar estruturas verticais, como seeps de gás, e tem apenas uma malha 2D. Qual será a probabilidade de você avaliar corretamente a quantidade de seeps que a área possui? Matt Hall nos mostra como é possível calcular a probabilidade de uma interpretação estar correta ou não. Veja a figura abaixo:

Área amplificada de parte do exemplo. Um grid de linhas sísmicas 2D, com espaçamento de 3 Km, e áreas circulares aleatoriamente distribuídas, cada uma com 500 M de diâmetro. Se o centro de uma área cai dentro de um quadrado cinza, então a área não é interceptada pelo dado. Os quadrados cinza têm 2,5 Km de largura (Hall, 2010).

Matt verificou que existem 120 áreas circulares no total. Destas, 37 são interceptadas pelas linhas 2D. Estas observações nos dão duas informações importantes, segundo ele: 120 é igual a probabilidade a priori, ou seja, o valor total de eventos possíveis e 37 é igual a probabilidade a posteriori, ou seja, o condicionamento associado àquela probabilidade. Resumindo: apenas 37 das 120 estruturas estão sendo interceptadas pelas linhas sísmicas 2D. Utilizando o Teorema de Bayes:

Matt chegou às seguintes conclusões:

  • Das 120 estruturas circulares na área, espera-se que 37 sejam interceptadas pelos dados. Claro que, algumas destas intercessões podem ser sutis, se elas estão posicionadas próximo aos cantos das estruturas.
  • A probabilidade de se interceptar uma estruturas dessas é de 0,31. Existes 120 estruturas, então a probabilidade de todo o banco de dados interceptar pelo menos uma é essencialmente 1 (certo). Isto é bom! Por outro lado, a probabilidade de perdermos todos eles é efetivamente 0. (Se houvessem apenas 5 estruturas, então existiria aproximadamente 16% de chance de perder todos eles).
  • Claramente, se ele interpretou 37 estruturas, existem cerca de 120 no total (que é o "a priori"). Isto é uma relação linear, então se ele interpreta 10 estruturas, ele pode esperar que existam cerca de 33 no total e, se eu interpretar 100 eu posso esperar que existam cerca de 330 no total.
  • Para além da limitação dos dados, Matt alerta também sobre as limitações do intérprete:

  • Ele é humano e portanto, inconsistente, tendencioso e falível.
  • A estrutura pode estar enigmática na seção, devido a forma como foi interceptada.
  • O dado pode ser de baixa qualidade em determinados pontos ou em todos os lugares.
  • Estes são os conceitos que considero principais para compreender todos os demais temas que serão apresentados nesta sequência de artigos que estou denominando como curso "O que é Geofísica?". Resumindo em palavras-chave temos:

  • Método
  • Ciência
  • Aquisição
  • Processamento
  • Interpretação
  • Ambiguidade
  • Probabilidade
  • Limitação
  • Erro
  • Referências: Matt, Hall. (2010) The rational geoscientist. The Leading Edge (596-601).

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