Inversão com barreira logarítmica e interpretação de dados aerogamaespectrométricos

Abstract

Resumo: O processamento gamaespectrométrico fornece informações sobre a composição de diferentes unidades geológicas através do mapeamento dos radioelementos potássio (K40), urânio (U238) e tório (Th232). Antes de serem processados, os dados aerogamaespectrométricos (AGRS) devem ser submetidos a várias correções de rotina para calibrar o sistema (equipamentos, parâmetros de conversão), as quais, em geral, fornecem resultados satisfatórios. Na prática, mudanças abruptas da altura de voo (muitas vezes decorrentes de terrenos acidentados) não são raros e levam a problemas na interpretação das anomalias. A inversão dos dados AGRS não é frequentemente utilizada e melhora as respostas dos radionuclídeos (K, eU, e eTh), não sobrepondo leituras e suavizando os dados. Uma das consequências indesejáveis do processamento de dados gamaespectrométricos é o surgimento dos valores negativos de concentração, que são decorrentes do ruído e/ou do processamento, já que não existem valores negativos na natureza, e podem comprometer a interpretação quantitativa dos mapas de concentração de potássio, urânio e tório, sendo que a inversão por quadrados mínimos também podem fornecer modelos com valores negativos. Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo de inversão com barreira logarítmica (log-barrier) inédita para dados AGRS, e que permitiu suprimir os valores negativos sem interferir no sinal dos dados e contribuiu para o aumento da resolução da concentração dos radioelementos. Como a aquisição aerogamaespectrométrica envolve diversas variáveis (e.g, área de amostragem do detector (field of view), coeficientes de atenuação no ar e no solo e umidade do ar), foram escolhidas duas pistas de calibração dinâmica usadas para ajustar esses parâmetros: (i) Maricá, Rio de Janeiro, Brazil e (ii) Breckenridge, Ottawa, Canadá. Essas pistas são tipicamente usadas para calibrar os sistemas aéreos e constituem um ambiente controlado e com valores teóricos dos parâmetros bem documentados. Os resultados obtidos pela inversão com log-barrier suavizaram os dados em relação a rotina padrão, reduziram o ruído e eliminaram os valores negativos (correspondentes às sucessivas correções e/ou ao algoritmo de inversão). A inversão com log-barrier foi aplicada aos dados do Arco Magmático de Mara Rosa, localizada no Estado de Goiás, onde foi comparado dados AGRS processados pela rotina padrão e provenientes da inversão, sendo que os mapas invertidos apresentaram-se mais contínuos e mais interpretáveis para identificar feições de escala intermediária que coincidem com a geologia, e apresentaram valores positivos. Por fim, a análise de dados aerogamaespectrométricos pode ser complexa, e para facilitar a interpretação foi desenvolvida uma metodologia para identificar automaticamente unidades geológicas aplicando a classificação não supervisionada em imagens ternárias (R- K, G- eTh, B- eU).

Abstract: Gamma-ray spectrometry processing provides information about different geological units' composition by mapping potassium (K40), uranium (U238) and thorium (Th232). Prior to processing, airborne gamma-ray spectrometric (AGRS) data undergo several routine corrections, which in general provide satisfactory results. In practice, abrupt changes in flight height (often arising from rugged terrain) are not uncommon and lead to problems in interpreting anomalies. On the other hand, AGRS data inversion is not widely used and improve the responses of the radionuclides (K, eU and eTh) without overlapping the readings and smoothing the data. One of the undesirable consequences of gamma-ray spectrometric data processing is the appearance of negative concentration values, which might arise from noise, from processing, or even from the least squares' inversion. These negative values, which are not present in nature, could compromise the quantitative interpretation from the potassium, uranium, and thorium maps. In this work it was developed an inversion algorithm with log-barrier (positivity constraint) to AGRS data, which suppresses the negative values without interfering in the data signal and contribute to the high resolution of the radioelement's concentration. Since the airborne gamma-ray spectrometry acquisition is complex and involves several parameters (e.g., field of view of the detector, air and ground attenuation coefficients, and air humidity), two dynamic calibration ranges have been chosen to adjust these parameters: (i) Maricá, Rio de Janeiro, Brazil, and (ii) Breckenridge, Ottawa, Canada. These sites are typically used to calibrate the airborne systems and constitute controlled environments with well-documented theoretical values for the parameters. The obtained results from inversion with log-barrier were smoothed in comparison with the standard processing routine, the noise was reduced, and the negative values suppressed (from the successive corrections and/or the least squares inversion). The log-barrier inversion was applied to the Mara Rosa Magmatic Arc data, located in the Goiás State, Brazil, and compared with the concentration data obtained by the standard processing. The inverted maps were more continuous, more interpretable to identify intermediate scale features that correspond to the geology and showed positive values. Finally, the analysis of AGRS data can be complex, and to facilitate the interpretation a method has been developed to automatically identify geological units by applying unsupervised classification in ternary images (R- K, G- eTh, B- eU).