Processamento de sondagens geofísicas para a elaboração de modelos de solo profundos

A investigação da estrutura geoelétrica de um determinado local (site) é realizada a partir de sondagens geofísicas para a caracterização das resistividades rasas (Wenner/Schlumberger, da ordem de dezenas de metros de profundidade), near-surface (AMT, da ordem de centenas de metros de profundidade) e profunda (MT, da ordem de quilômetros de profundidade). A partir desta base de dados geofísicos são construídos os modelos geoelétricos 1D (“modelos de solo”), caracterizados por camadas horizontais paralelas. 

As sondagens com os arranjos de Wenner ou de Schlumberger são definidas como Sondagens Elétricas Verticais (SEV), realizadas, preferencialmente, com um equipamento chamado de resistivímetro, com quatro eletrodos cravados no solo em linha, com espaçamentos iguais e simétricos ao centro da linha de medição, sendo os eletrodos externos de corrente e os internos de tensão. O resistivímetro injeta no solo uma corrente elétrica pulsada (“quase contínua”) e simultaneamente mede a resposta do solo, que se manifesta sob a forma de uma diferença de potencial na sua superfície. A relação entre os parâmetros medidos (ΔV/I) caracteriza a chamada resistividade aparente (em Ωm), que não é um parâmetro intrínseco do solo, mas apenas uma resistência associada a uma determinada geometria de eletrodos de medição (no caso o arranjo de Wenner). Cabe lembrar que do ΔV aplicado na razão acima, há que se descontar o valor SP, previamente medido, que é o Potencial Espontâneo – potencial natural na superfície do solo. Alguns equipamentos descontam automaticamente o SP, outros exigem que o operador faça primeiro a medição do SP, antes de aplicar a tensão no solo para a medição dos parâmetros I (em mA) e ΔV (em mV).

As sondagens AMT/MT utilizam fontes naturais de ondas eletromagnéticas existentes na ionosfera e na atmosfera. A principal fonte de sinais MT são correntes ionosféricas com origem na captura do vento solar pela magnetosfera terrestre, que resulta na circulação de milhares de ampères na alta-atmosfera, irradiando ondas EM de frequências subhertz. A principal fonte de sinais MT são as ondas EM de baixa frequência (períodos até 10 s), irradiadas por tempestades com raios em todo o planeta (ocorrem cerca de 2000 tempestades permanentemente), que entram em ressonância no guia de onda esférico formado pela ionosfera e pela crosta terrestre (condutivas) isoladas pela atmosfera (não condutiva), circulando com baixa atenuação. Estas ondas eletromagnéticas irradiam ondas planas (E x H, ortogonais) que incidem na superfície do solo e penetram profundamente na crosta terrestre. Os campos magnético e elétrico ortogonais medidos na superfície do solo caracterizam a resposta da crosta terrestre à estas ondas planas, que se propagam de forma difusa no solo (com atenuação exponencial).

As sondagens AMT/MT medem séries temporais de variações de campos elétricos e magnéticos na superfície do solo, que são a resposta da crosta terrestre à penetração destas ondas eletromagnéticas. As séries temporais são processadas por técnicas bastante complexas (envolvendo filtragem de ruídos, processamento estatístico e transformadas de Fourier), que separam as componentes de diferentes frequências (ou períodos), que podem ser associadas a diferentes penetrações no solo, e que resultam no cálculo das curvas de resistividades aparentes e de fases nas duas direções ortogonais em que foram feitas as medições. As componentes de frequências mais elevadas penetram pouco no solo (lembrem-se do efeito pelicular), as componentes sub-Hz penetram profundamente na crosta terrestre, atingindo o manto, a mais de 40 km de profundidade. A razão entre estes dois parâmetros (E/H) permite o cálculo da resistividade aparente para cada frequência considerada. Desta maneira são produzidas curvas de resistividades aparentes (em Ωm) plotadas em função do período (em segundos), onde os períodos mais curtos são associados às camadas mais superficiais do solo, e os períodos mais longos (sub-Hz) a camandas mais profundas.

Quanto maiores a quantidade e a diversidade de sondagens geofísicas disponíveis (Wenner/Schlumberger, AMT/MT, TDEM, perfilagem de poços etc.), melhor será a confiabilidade no modelo de solo obtido. As Figuras 1 e 2 apresentam as configurações de medições Wenner e AMT/MT.

Figura 1 – Arranjos de Wenner e de Schlumberger, onde A e B são os eletrodos de corrente e M e N os de tensão.
Figura 2 – Arranjo de sondagens AMT/MT, em que eNS e eEW são os dipolos de medição do campo elétrico na superfície do solo, com espaçamento fixo entre 50 m e 200 m, e Hx são as três bobinas ortogonais de medição do campo magnético.

Autor:

Por Paulo Edmundo da Fonseca Freire, engenheiro eletricista e Mestre em Sistemas de Potência (PUCRJ). Doutor em Geociências (UNICAMP) e membro do CIGRE e do COBEI, também atua como diretor da Paiol Engenharia.

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