SBGF0108_07

Tenth International Congress of the Brazilian Geophysical Society
Caracterização Tridimensional dos Depósitos Sedimentares da Restinga da Marambaia
Maria C. Pessoa (UFOP), Jandyr M. Travassos (Observatório Nacional)
Email: mariapessoa05@yahoo.com.br; jandyr@on.br
Copyright 2007, SBGf - Sociedade Brasileira de Geofísica
This paper was prepared for presentation at the 10
th
International Congress of The
Brazilian Geophysical Society held in Rio de Janeiro, Brazil, 19-22 November 2007.
Contents of this paper were reviewed by the Technical Committee of the 10
th
International Congress of the Brazilian Geophysical Society and do not necessarily
represent any position of the SBGf, its officers or members. Electronic reproduction, or
storage of any part of this paper for commercial purposes without the written consent
of the Brazilian Geophysical Society is prohibited.
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Resumo
O presente trabalho apresenta resultados do levantamento de
GPR 3-D realizado nos depósitos sedimentares do Quaternário
que constituem a Restinga de Marambaia. As amostragens
espaciais inline e cross-line são iguais, não havendo
interpolação de perfis. As antenas foram mantidas na
configuração fixed-offset, mantendo as antenas paralelas entre si
e perpendiculares aos perfis GPR nas duas direções de medida,
evitando-se assim a mistura de polarizações. A amostragem
especial nas duas direções da mesma ordem de grandeza
corrobora para imagemaneto de alta qualidade das estruturas
sedimentares.
Palavras-chave – GPR; 3-D, estratigrafia; alias; sedimentos do
Quaternário.
Introdução
O método GPR é uma técnica de Imageamento eletromagnético
reconhecidamente efetiva no estudo da estratigrafia de
sedimentos (Davis & Annan 1989, Gawthorpe et al., 1993,
McMechan et al., 1997, Van Overmeeren 1998, Vandenberghe
& Van Overmereen 1999, Van Dam & Schlager, 2000).
Estudos de estratigrafia mostram que o GPR, devido a sua
resolução e manutenção da continuidade dos refletores em
sedimentos, apresenta um potencial até maior que o da sísmica,
respeitando o seu limite de alcance em profundidade, (Jol 1995,
Mitchum et al. 1977a,b).
Um problema comum em levantamentos GPR 3-D é a
ocorrência de alias espacial na direção cross-line, i.e.,
perpendicular à direção dos perfis. Geralmente a amostragem
espacial é correta ao longo dos perfis (direção inline) e
completamente inadequada na direção cross-line. Tipicamente a
amostragem espacial cross-line é ≥ 4x a amostragem inline. A
amostragem não-uniforme força a interpolação de perfis, o que
não soluciona, antes agrava ao adicionar outros artefatos, o
problema do alias espacial na direção cross-line.
Há na literatura exemplos de levantamentos 3-D com
amostragem espacial correta, nas direções inline e cross-line
(Grasmueck, 1996; Szerbiak et al., 2001; Birken et al., 2002;
Grasmueck & Weger, 2003).
Este trabalho descreve os resultados de um levantamento GPR
3-D realizado na Restinga de Marambaia, RJ, com as
amostragens espaciais inline e cross-line iguais. As antenas
foram mantidas paralelas entre si e perpendiculares aos perfis
GPR, em uma configuração conhecida como broadside
perpendicular, (BPer).
Uma característica importante deste trabalho é que os dados
foram adquiridos ao longo de perfis em duas direções
perpendiculares, mantendo-se a configuração BPer. Esta prática
de campo leva em conta a característica vetorial, ou a
polarização do campo eletromagnético emitido e recebido pelas
antenas bipolares GPR. Caso os perfis tivessem sido obtidos ao
longo de apenas uma direção, haveria uma mistura de
polarizações proveniente da direção perpendicular aos perfis de
campo Figura 2. A menos que a subsuperfície seja isotrópica,
antenas movendo-se com configurações diferentes, produzirão
seções distintas (Guy et al., 1999; Streich et al., 2004;
Travassos & André, 2005; Travassos & Musa, 2006).
Do Ponto de vista Geológico, O detalhamento dos depósitos
Terciários e Quaternários que ocorrem ao longo do litoral do
Brasil é de fundamental importância para a caracterização dos
eventos geológicos que marcaram o período Neógeno na escala
mundial, uma vez que eles não se constituem em eventos
isolados, mas documentam uma história de flutuação do nível
do mar consistente com muitas outras áreas da América do Sul
e do mundo.
Além desses processos dinâmicos atuais, as flutuações do nível
do mar no Quaternário influenciaram de forma significativa a
morfologia e a sedimentação da plataforma. Decorrente
principalmente da rápida elevação do nível do mar durante a
última transgressão (Quaternário tardio) estima-se que 70% das
plataformas continentais atuais são relíquias em algum grau.
Estudos sobre a gênese e evolução geológica da Restinga de
Marambaia, apresentam controvérsias em relação à fonte de
sedimentos durante a formação da Restinga, Lamego (1945) e
Roncati & Barrocas (1978), direção de crescimento Reis &
Figueiredo (1989), e seqüência de aparecimento das diversas
feições geomorfológicas Ponçano (1976), Borges (1990).
Depósitos formados em ambientes sob condições diferentes das
quais hoje estão sujeitos, ou seja, os depósitos foram formados
quando a plataforma estava exposta e consistia numa extensa
planície costeira. Atualmente, estão sendo retrabalhados sob
condições hidrodinâmicas de plataforma continental, distintas
daquelas em que foram gerados.
A Área de Estudo
A Restinga de Marambaia, Figura 1 é um patrimônio histórico e
ambiental do Estado do Rio de Janeiro, cujo acesso é
controlado pelas Forças Armadas. A leste localiza-se o
Exército, ao centro a Aeronáutica e a oeste a Marinha. A
Restinga apresenta 40km de extensão, terminando a oeste, na
Ilha de Marambaia.

CARACTERIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL DOS DEPÓSITOS SEDIMENTARES DA RESTINGA DE MARAMBAIA
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Figura 1. Foto satélite da Restinga de Marambaia. Área de estudo está
indicada com circulo preto.
Na Geologia da Baía de Sepetiba, Ilha e Restinga de
Marambaia, regionalmente distinguem-se três grandes grupos
de rochas: As rochas mais antigas, cristalinas, de idade pré-
cambriana e eopalezóica, resultado da evolução geossinclinal
que culminou no período de dobramento brasiliano (Pré-
cambriano Superior) com intrusivas associadas. Estas rochas
compreendem granitos, gnaisses e migmatitos, que balizam o
último evento de caráter geossinclinal ocorrido na plataforma
brasileira.
Atualmente, as influências estruturais fazem-se sentir, numa
primeira aproximação, somente a nível morfológico da
configuração do relevo e no alinhamento das principais ilhas e
lajes da Baía de Sepetiba. As ilhas da Marambaia, Itacuruçá,
Jaguanum e as pequenas ilhas que as circundam apresentam o
alinhamento preferencial da área que é SW-NE Figura 2.
Figura 2. Mapa Geológico da Restinga de Marambaia e Adjacências.
(Modificado de Heilbron et al. 1993).
Cobrindo as planícies costeiras e formando mangues, dunas,
praias e planícies aluvionares, têm-se um conjunto de rochas
sedimentares cenozóicas, restritas ao Quaternário.
A Restinga é formada por dois cordões arenosos paralelos, que
são bem diferenciados no setor oeste e menos definidos nos
setores centrais e leste. São encontradas em toda a sua extensão
diversas feições sedimentares atuais e pretéritas.
A fotointerpretação da Restinga da Marambaia permitiu a
identificação das várias feições geomorfológicas tais como
praias atuais, feixes de cristas de praia, campo de dunas, dois
cordões litorâneos, lagoas colmatadas, uma área perenemente
alagada com uma série de ilhas de formato circular que podem
estar relacionadas a sambaquis, esporões e marcas de ondulação
em zonas submersas (Borges 1990).
A leste da Restinga, as dunas atingem 30,0m, classificadas de
parabólicas por Ponçano (1976) e barcanas por Roncati &
Barrocas (1978). Estas dunas estão fixadas por vegetação e
sofrem retrabalhamento pelo vento sudoeste, comprovado pela
orientação SW-NE dos lobos de ruptura de deflação (blowouts).
O processo de sedimentação Quaternária das dunas litorâneas
iniciou-se no Pleistoceno, durante o período glacial (Borges
1990).
Margeando a face interna da Restinga, próximo da Ponta da
Pombeba, desenvolveu-se um extenso campo com marcas de
ondulações (Sand Waves) na zona submarina. Estas marcas de
ondulação indicam uma direção de transporte de sedimento do
centro da Restinga em direção a Ponta da Pombeba.
A coluna sedimentar do campo de dunas está constituída por
sedimentos fluviais de canais de maré, mangue e marinhos
(Ponçano 1976, in Borges 1990). Estes sedimentos compõem
umas seqüências transgressivas, cuja base está caracterizada por
sedimentos de ambiente continental, sobrepostos por
sedimentos de ambiente misto, correspondendo à subida do
nível do mar durante o estágio interglacial Riss-Wurm. Estes
sedimentos foram entalhados durante o ultimo período glacial
Wurm, quando o nível do mar estava a 80,0m abaixo do seu
nível atual, tendo então ocorrido à formação de vales
atualmente submersos (Borges 1990).
A transgressão leva ao deslocamento da linha de costa em
direção ao continente. A Retrogradacional ocorre quando o
volume de sedimentos é insuficiente para preencher o espaço de
acomodação gerado pela elevação relativa do nível do mar.
Assim a linha de costa desloca-se em direção ao continente,
resultando em empilhamento sedimentar retrogradante.
De uma maneira geral, os sedimentos da Restinga da
Marambaia estão entre muito bem selecionados a bem
selecionados o que pode estar indicando que estes sedimentos
passaram por vários ciclos sedimentares até construírem a atual
Restinga.
Metodologia
Os dados foram obtidos em uma área quadrada de 20 x 20 m²
Figura 3, situada na porção leste da restinga. Os dados GPR
foram obtidos com equipamento Sensor & Software PE100,
com antenas de 100 MHz, com janela de tempo de até 850ns e
pulser de 1000 V ao nível da transmissora. Essa janela de
tempo permite uma penetração do sinal até a profundidade da
ordem de 50 m. A distância entre as antenas receptora e
transmissora foi mantida fixa a 1 m. O disparo do GPR foi
realizado com auxílio para os primeiros perfis adquiridos e
posteriormente o disparo foi realizado no tempo. Todos os
perfis têm 20 m de comprimento.
A topografia foi obtida com equipamento DGPS Leica e nível
óptico, numa malha de 31 pontos, aproximadamente regular de
5 x 5 m.
Os dados GPR foram obtidos ao longo de perfis em duas
direções perpendiculares, aproximadamente NW-SE e NE-SW.

MARIA PESSOA, JANDYR TRAVASSOS.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3
Foram realizados 81 perfis NW-SE e 81 perfis NE-SW com
configuração BPer, mantendo-se a distância de 0.25 m nas duas
direções. A amostragem espacial foi variável de 0.05 m a 0.20
m. Esta amostragem foi reamostrada depois para 0.25 m,
tornando-a igual à distância entre perfis.
A Figura 3 apresenta, de forma esquemática, a estratégia de
campo adotada. Chamaremos a direção NW-SE de inline e NE-
SW de cross-line, Figura 3. Como os perfis inline e cross-line
se cruzam, teremos 2 traços em cada cruzamento com as
antenas mutuamente perpendiculares.
Note-se que todos os perfis foram adquiridos com a mesma
polarização, evitando a introdução forçada de uma polarização
distinta na direção cross-line.
Conforme pode ser visto na Figura 3, uma reamostragem das
medidas dos perfis inline na direção cross-line (linha tracejada),
força uma configuração broadside parallel (Bpar), Figura 3,
nesta direção. Esse tipo de levantamento mantêm a polarização
BPer nas duas direções de medida.
Figura 3. Desenho esquemático, Figura 3A representa a estratégia de
campo adotada para o levantamento 3-D. A direção das inline NW-SE e
cross-line está mostrada na Figura 3B. Todos os perfis foram adquiridos
em campo com as antenas perpendiculares a direção dos perfis. Os
perfis artificiais, em tracejado, resultado da reamostragem na direção
perpendicular possuem polarização broadside paralell, Figura 3C.
Observe que em cada cruzamento teremos a mistura de polarizações
3D.
A amostragem espacial em ambas as direções inline e cross-line
de 0.25 m impõe limites na resolução que é possível, tanto
verticalmente, quanto horizontalmente. Como o modelo de
velocidade possui duas velocidades: 0.14 m/ns e 0.09 m/ns, a
resolução vertical de uma camada, que pode ser 1/4 do
comprimento de onda (Widess, 1973), está no intervalo 0.7m -
0.15 m. A resolução horizontal poderá ser, no máximo, da
mesma ordem de grandeza (Grasmueck & Weger, 2003). O
maior dip que pode ser recuperado terá a diferença de tempo de
trânsito entre duas reflexões subseqüentes menores que 1/2
período (Grasmueck & Weger, 2003), permitindo recuperar
ângulos até de 60º.
O processamento dos dados constituiu-se de uma extensa etapa
de edição, seguido de uma etapa de processamento,
compreendendo dewow, filtragem temporal, espacial, ganho e
migração.
Além das aquisições geofísicas foram realizadas sondagens
com trado manual para balizar a interpretação dos dados. A
descrição geológica foi realizada in situ. A área apresenta
sedimentos marinhos no topo, misto na interface e terrígeno na
base, caracterizando trangressão marinha.
Resultados
O resultado da estratégia de campo francamente 3-D, aplicada
neste trabalho está representado na qualidade das imagens bem
como na continuidade dos refletores, suficiente para
interpretações consistentes da Fácies que constituem o ambiente
sedimentológico.
Duas estratégias de interpretação foram adotadas para analisar
os dados adquiridos na Restinga. O primeiro consiste no
diagrama de cerca, que possibilita a visualização 3-D das
seções, bem como a continuidade dos refletores. A Figura 4
apresenta o cruzamento de duas seções adquiridas na direção
NW-SE e NE-SW, verifica-se a perfeita continuidade dos
refletores nas duas direções.
Figura 4. Correlação das seções de GPR nas direções NW-SE e NE-
SW, através de diagrama de cerca.
Observa-se na Figura 5, seção GPR adquirida na direção NE-
SW, duas configurações notáveis, a sigmoidal, registro de
aumento de energia e a plano-paralela truncando os sigmóides,
caracterizando mudança brusca de energia, típico de depósitos
de sedimentos finos em suspensão.
A segunda estratégia de interpretação consiste no time slice em
profundidades representativas. Na figura 5, observa-se na
profundidade de 10 m, que corresponde aproximadamente 270
ns variação de energia através dos padrões dos refletores. O
time slice realizado nessa profundidade está mostrado na Figura
6, que apresenta variações laterais e estruturas orientadas em
duas direções principais NE-SW e subordinadamente NW-SE.
As estruturas estão destacadas pelas cores frias que representam
baixas amplitudes, destacadas pelas linhas em vermelho.

CARACTERIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL DOS DEPÓSITOS SEDIMENTARES DA RESTINGA DE MARAMBAIA
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4
Figura 5: Seção GPR adquirida na direção NW-SE, com registros de
variação de energia. Acima de 10m ambiente de alta energia,
configuração sigmoidal. Entre 10 a 12m configuração plano-paralela de
baixa energia. A profundidade de início da variação é de 10 m.
Figura 6: Time slice de 20x20m na profundidade de 10m
(270ns) apresenta estuturas orientadas nas direções NE-SW e
subordinadamente NW-SE, representadas pelas linhas em
vermelho.
Conclusões
A aplicação da técnica de aquisição GPR 3-D livre de mistura
de polarizações e com amostragem espacial na mesma ordem
de importância nas duas direções, resultando em imagens de
subsuperfície de qualidade, com continuidade dos refletores em
todas as direções, subsidiando interpretações consistentes,
importante para caracterizar os ambientes sedimentares do
Quaternário.
As seções de GPR foram interpretadas baseando-se em
conceitos de estratigrafia de seqüência e Fácies
sedimentológicas, considerando as diferenças de escala de
trabalho (ns). As seções de GPR apresentaram nas duas
direções estruturas de avanço e recuo do nível do mar. As
configurações sigmoidais e plano paralelas foram identificadas
na maioria das seções.
Agradecimentos
Os recursos para a realização do trabalho de campo foram
fornecidos pela PETROBRAS. JT agradece a outorga de Bolsa
de Pesquisa ao CNPq. Os autores agradecem ao Exército
Brasileiro a permissão de utilizar a área da Restinga de
Marambaia
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