A geofísica aplicada utiliza propriedades e parâmetros físicos dos materiais terrestres para a procura de objetos geológicos de interesse em subsuperfície, como minérios, petróleo e água, por exemplo.
A pesquisa de águas subterrâneas é uma das grandes necessidades do mundo moderno e a geofísica aplicada nos fornece uma maneira confiável de se obter informações sobre a sua existência em determinada região. Os métodos elétricos e eletromagnéticos são os mais empregados na exploração hidrogeológica porque se fundamentam na característica elétrica das rochas.
Neste texto você vai encontrar alguns dos métodos geofísicos que podem ser aplicados para encontrar recursos hídricos em fraturas e cavernas.
Aqui em nosso blog, temos vários matérias que tratam de aquíferos, caso você deseje um conteúdo mais básico te indico a ler o texto: “O que você sabe sobre Águas Subterrâneas?”.
Porém caso você queira ler algo mais aplicado, como este texto, indico ler:
A Prática de Rebaixamento de Lençol Freático na Mineração
Fontes de contaminação em aquíferos
Então vamos ao conteúdo do nosso texto de hoje!
Zonas de fraturas e cavernas podem desempenhar um papel importante no suprimento de água subterrânea.
Na maioria dos casos, as zonas de fratura são consideradas condutores hidráulicos, mas às vezes também podem atuar como barreiras que impedem o fluxo através deles (Comitê de Caracterização de Fraturas e Fluid Flow et al. 1996).
A porosidade das fraturas é chamada porosidade secundária. O material rochoso pode conter fissuras menores, por contração durante o resfriamento, ou fraturas maiores por movimentos tectônicos ao longo das zonas de falha.
Rochas fissuradas têm propriedades petrofísicas semelhantes ao material poroso primário, portanto, em princípio, as mesmas técnicas geofísicas utilizadas em exploração de reservatórios de água em material de porosidade primária podem ser aplicadas.
As zonas de fratura são um alvo especial para estudos geofísicos e exploração hidrogeológica, porque, em geral, as propriedades hidráulicas e petrofísicas da zona de fratura e do material hospedeiro são fortemente diferentes. Além disso, o ângulo de mergulho das zonas de fratura devem ser levados em conta na localização dos poços (Fig. 1)
Frequentemente, a direção do strike das zonas de fratura é conhecido a partir da tectônica. As zonas de fratura geralmente podem ser detectadas como estruturas de lineação em imagens de satélite ou em fotos aéreas. No entanto, para uma exploração de água subterrânea bem sucedida este mapeamento remoto deve ser por via aérea ou pesquisas geofísicas terrestres. Um erro de localização da zona de fratura mesmo tão pequeno pode resultar em um poço seco (van Lissa et al. 1992).
Exploração geofísica de zonas de fratura: métodos sísmicos
As zonas de fratura, em geral, são caracterizadas por velocidades sísmicas reduzidas devido a fissuras abertas em comparação com o material hospedeiro. Se a zona de fratura coincidir com ruptura tectônica, uma descontinuidade profunda dos limites da camada pode ocorrer.
Além disso, devido ao aumento da absorção de energia sísmica dentro da zona de fratura, essa zona pode ser um filtro passa-baixo para ondas sísmicas.
A Fig. 2 mostra um sismograma de uma pesquisa de refração sísmica, onde o geofone espalhado atravessa uma estreita zona de fratura. Baixas velocidades sísmicas dentro da zona de fratura levam a uma etapa do tempo de viagem das chegadas de refração (marcado por uma seta).
Exploração geofísica de falhas e zonas de fratura: métodos geoelétricos
As zonas de fratura são frequentemente associadas a falhas tectônicas, e isso ocorre devido a localização geofísica dos aquíferos de zona de fratura que frequentemente é confinada na localização das falhas. Além disso, e diferente das medições sísmicas, falhas podem, em muitos casos, ser mais facilmente encontradas por métodos elétricos de baixo custo. Portanto, técnicas geoelétricas para a avaliação de aquíferos da zona de fratura podem ser aplicados como mostrado na Fig. 3.
Devido a fissuras abertas cheias de água, a resistividade dentro de uma zona de fratura é em geral, menor que a resistividade da rocha hospedeira. Dependendo das condições geológicas, isso é válido mesmo para zonas de fraturas secas devido ao intemperismo aprimorado em fissuras abertas.
Isso possibilita o uso de métodos geoelétricos para auxiliar na localização de camadas ou fraturas, na determinação da profundidade do aqüífero e da zona saturada, determinação da extensão lateral, espessura e volume da formação e estimativa da salinidade da água (zonas costeiras, áreas com contaminação).
As zonas de fratura em larga escala são, portanto, indicadas por baixas resistividades ou altas condutividades elétricas, como é mostrado na Fig. 4 e 5.
Exploração geofísica de zonas de fratura: GPR
Semelhante à detecção de zonas de fratura por métodos sísmicos, no GPR, o deslocamento de horizontes pode ser usado para localizar uma zona de fratura. A resolução em alta profundidade das técnicas de GPR devido ao comprimento de onda do radar, emitem sinais na faixa do centímetro e permitem detectar desvios menores (Fig. 6). Além disso, sinais de difração produzidos por heterogeneidades dentro da zona de fratura podem ser usados para definir uma localização (Liner e Liner 1997).
Figura 6: Detecção de zona de falha por medições GPR usando um pulso de 200 MHz
Instrumentação EKKO (Bano et al. 1998), conversão de profundidade a uma velocidade constante de 12 cm / ns.
Exploração geofísica de falhas e zonas de fratura: métodos passivos
Embora as pesquisas sísmicas e geoelétricas tenham um papel dominante na exploração de aquíferos nas zonas de falhas e fraturas, a importância de outras técnicas geofísicas para fins especiais e em situações especiais não deve ser descartado.
Entre os métodos de exploração geofísica, a gravimetria é normalmente escolhida de forma secundária. Aplicado originalmente especialmente para estudos de larga escala, a gravimetria se tornou uma ferramenta interessante em geofísica, geotecnia e na área ambiental.
Gravímetros ultrassensíveis modernos e pesquisas por GPS permitem rápida aquisição de dados e a capacidade de trabalhar praticamente sem influência de tráfego, linhas de energia, redes de suprimentos e áreas densamente construídas, torna a gravimetria indispensável em muitos casos. Frequentemente, a gravimetria pode ser usada como uma técnica de reconhecimento econômico se comparado a sísmica.
Devido à sua versatilidade e levando em consideração as modernas tecnologias de alta sensibilidade e equipamentos para aquisição rápida e econômica de dados, as medições podem ser aplicadas com sucesso também em ambientes sedimentares comuns para localização de falhas e zonas de fratura.
Na Fig. 7, são mostradas medições em uma área cársica, um exemplo da investigação de zonas de fratura de alcance profundo. As anomalias magnéticas preferencialmente seguindo as instruções tectônicas conhecidas resultam de magnetização aprimorada de material terciário que se infiltra nas zonas de fratura em calcários.
Figura 7: em uma área de arenitos jurássicos grossos é explicada por um dique enterrado de basalto fraturado, servindo como caminho hidráulico. A existência do dique e sua forma são verificados por uma distinta anomalia do campo total magnético e cálculos de modelo.
Medições de temperatura próximas da superfície podem ser úteis para localizar aquíferos de zona de fratura que permitem a convecção de calor.
O método geotermal é aplicado com sucesso não apenas à exploração de água termal, mas também para a busca de água potável. As anomalias significativas de temperatura estão relacionadas com as águas subterrâneas cársticas que ascendem ao longo de zonas de fraturas.
Pessoal, falamos um pouco sobre os métodos utilizados neste segmento, porém caso notem a ausência de algum método importante ou informação incoerente, nos avisem por favor!
Até a próxima!
REFERÊNCIAS
Livro: Groundwater Geophysics – A Tool for Hydrogeology (Reinhard Kirsch (Ed.))
Site: https://www.iag.usp.br/agua/geo/prospec_vagner.pdf
Matéria:
Amanda Corrêa