Caracterização de efeitos dispersivos em dados de GPR causados por bandas de deformação em arenitos: petrofísica, modelagem numérica e análise multiatributo
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Publication Date: | 2024 |
Format: | Doctoral thesis |
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Source: | Repositório Institucional da UFRN |
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Download full: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/59811 |
Summary: | We evaluate the dispersive effect on Ground-Penetrating Radar (GPR) data caused by deformation bands (DBs) present in sandstones. To achieve this objective, we used a 200 MHz GPR cube surveyed on a sandstone outcrop, highly impacted by DBs, located in the Rio do Peixe Basin (Northeast Brazil). To interpret the GPR cube, we developed an integrated and multidisciplinary approach that consisted of two stages. The first stage was based on laboratory measurements and numerical modeling and the second stage was based on multi-attribute analysis. In the first stage, complex dielectric constant measurements of clean sandstones (50-400 MHz frequency range) revealed that the quality factor (Q) is strongly influenced by grain size: Q decreases as grain size decreases. Therefore, DBs are associated with relatively low Q values because they always cause grain reduction compared to the host rock. Furthermore, two-dimensional modeling of radargrams confirmed the empirically known fact that DBs appear as zones of attenuated signal in two case studies: a conceptual model of DBs and the approximate reproduction of one of the GPR cube sections. The second stage consisted of extracting the threedimensional architecture of the DBs from the GPR cube using a multi-attribute analysis. We showed that the sequential application of the edge evidence and ant-tracking attributes was able to automatically identify continuous zones of attenuated signal within the GPR cube. As a result, it was possible to extract the DBs as a geobody. The geological reliability and limitations of the geobody were evidenced by comparing sections of it with photographs of DBs exposed in similar positioning, in addition to structural measurements obtained in the field and in the geobody. |
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Caracterização de efeitos dispersivos em dados de GPR causados por bandas de deformação em arenitos: petrofísica, modelagem numérica e análise multiatributoGeofísicaGPRBandas de deformaçãoConstante dielétrica complexaModelagem de GPRAtributos de GPRCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIASWe evaluate the dispersive effect on Ground-Penetrating Radar (GPR) data caused by deformation bands (DBs) present in sandstones. To achieve this objective, we used a 200 MHz GPR cube surveyed on a sandstone outcrop, highly impacted by DBs, located in the Rio do Peixe Basin (Northeast Brazil). To interpret the GPR cube, we developed an integrated and multidisciplinary approach that consisted of two stages. The first stage was based on laboratory measurements and numerical modeling and the second stage was based on multi-attribute analysis. In the first stage, complex dielectric constant measurements of clean sandstones (50-400 MHz frequency range) revealed that the quality factor (Q) is strongly influenced by grain size: Q decreases as grain size decreases. Therefore, DBs are associated with relatively low Q values because they always cause grain reduction compared to the host rock. Furthermore, two-dimensional modeling of radargrams confirmed the empirically known fact that DBs appear as zones of attenuated signal in two case studies: a conceptual model of DBs and the approximate reproduction of one of the GPR cube sections. The second stage consisted of extracting the threedimensional architecture of the DBs from the GPR cube using a multi-attribute analysis. We showed that the sequential application of the edge evidence and ant-tracking attributes was able to automatically identify continuous zones of attenuated signal within the GPR cube. As a result, it was possible to extract the DBs as a geobody. The geological reliability and limitations of the geobody were evidenced by comparing sections of it with photographs of DBs exposed in similar positioning, in addition to structural measurements obtained in the field and in the geobody.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNós avaliamos o efeito dispersivo em dados de Radar de Penetração no Solo (GroundPenetrating Radar – GPR) causados por bandas de deformação (BDs) presentes em arenitos. Para atingir este objetivo, utilizamos um cubo de GPR de 200 MHz levantado em um afloramento de arenito, altamente impactado por BDs, localizado na Bacia do Rio do Peixe (Nordeste do Brasil). Para interpretar o cubo de GPR, desenvolvemos uma abordagem integrada e multidisciplinar que consistiu de duas etapas. A primeira etapa foi baseada em medidas de laboratório e modelagem numérica e a segunda etapa, em análise multiatributo. Na primeira etapa, medidas de constante dielétrica complexa de arenitos limpos (faixa de frequência de 50-400 MHz) revelaram que o fator de qualidade (Q) é fortemente influenciado pelo tamanho dos grãos: Q diminui à medida que o tamanho dos grãos diminui. Portanto, as BDs estão associadas a valores relativamente baixos de Q porque sempre causam redução de grãos em comparação com a rocha hospedeira. Além disso, a modelagem bidimensional de radargramas confirmou o fato empiricamente conhecido de que as BDs aparecem como zonas de sinal atenuado em dois casos de estudo: um modelo conceitual de BDs e a reprodução aproximada de uma das seções do cubo de GPR. A segunda etapa consistiu em extrair do cubo de GPR a arquitetura tridimensional das BDs usando uma análise multiatributo. Nós mostramos que a aplicação sequencial dos atributos edge evidence e ant-tracking foi capaz de identificar automaticamente zonas contínuas de sinal atenuado dentro do cubo de GPR. Em consequência, foi possível extrair as BDs como um geobody. A confiabilidade geológica e as limitações do geobody foram evidenciadas comparando seções do mesmo com fotografias de BDs expostas em posicionamento similar, além de medidas estruturais obtidas em campo e no geobody.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICAMedeiros, Walter Eugênio dehttp://lattes.cnpq.br/9706823103892668https://orcid.org/0000-0002-6757-0572http://lattes.cnpq.br/2170299963939072Bruna, Vincenzo LaCosta, Jessé CarvalhoStrugale, MichaelLupinacci, Wagner MoreiraCedraz, Victória Maria de Almeida Santos2024-08-22T23:43:58Z2024-08-22T23:43:58Z2024-05-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCEDRAZ, Victória Maria de Almeida Santos. Caracterização de efeitos dispersivos em dados de GPR causados por bandas de deformação em arenitos: petrofísica, modelagem numérica e análise multiatributo. Orientador: Dr. Walter Eugênio de Medeiros. 2024. 106f. Tese (Doutorado em Geodinâmica e Geofísica) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/59811ark:/41046/001300001zfbxinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-08-22T23:44:34Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/59811Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-08-22T23:44:34Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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We evaluate the dispersive effect on Ground-Penetrating Radar (GPR) data caused by deformation bands (DBs) present in sandstones. To achieve this objective, we used a 200 MHz GPR cube surveyed on a sandstone outcrop, highly impacted by DBs, located in the Rio do Peixe Basin (Northeast Brazil). To interpret the GPR cube, we developed an integrated and multidisciplinary approach that consisted of two stages. The first stage was based on laboratory measurements and numerical modeling and the second stage was based on multi-attribute analysis. In the first stage, complex dielectric constant measurements of clean sandstones (50-400 MHz frequency range) revealed that the quality factor (Q) is strongly influenced by grain size: Q decreases as grain size decreases. Therefore, DBs are associated with relatively low Q values because they always cause grain reduction compared to the host rock. Furthermore, two-dimensional modeling of radargrams confirmed the empirically known fact that DBs appear as zones of attenuated signal in two case studies: a conceptual model of DBs and the approximate reproduction of one of the GPR cube sections. The second stage consisted of extracting the threedimensional architecture of the DBs from the GPR cube using a multi-attribute analysis. We showed that the sequential application of the edge evidence and ant-tracking attributes was able to automatically identify continuous zones of attenuated signal within the GPR cube. As a result, it was possible to extract the DBs as a geobody. The geological reliability and limitations of the geobody were evidenced by comparing sections of it with photographs of DBs exposed in similar positioning, in addition to structural measurements obtained in the field and in the geobody. |
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