VLF-Resistividade

Com o VLF clássico é possível realizar rastos e medidas pluridireccionais permitindo definir, segundo os casos, a estratigrafia, a anisotropia e a heterogeneidade do subsolo. Com o VLF-R multifrequência 12-240 KHz, é também possível realizar séries de sondagens de frequência.

Quadratura

O VLF-Resistividade permite medir a resistividade do subsolo, bem como o desfasamento entre a componente eléctrica,E e a magnética,_x H , do sinal. _y

Se o VLF-R for multifrequência (12-240 KHz) é possível realizar sondagens de frequência. Isto significa que, em lugar de medir apenas a banda VLF, é possível medir a frequências mais elevadas, mantendo a geometria do dispositivo inalterada. Este facto permite obter uma melhor resolução das estruturas geológicas em função da profundidade (Figura 4-7).

Figura 4-7 – Descrição do método electromagnético VLF multifrequência 12-240 KHz (adaptado de Thierrin & Müller, 1988).

4.4.9.1. Metodologia

Na estação de medida, um emissor VLF é escolhido em função da direcção do perfil a efectuar. Os dois eléctrodos são colocados no solo, de tal forma que a recta que os une esteja dirigida na direcção do emissor. A bobina é então orientada de modo a que o seu eixo esteja horizontal e perpendicular à direcção do emissor. Efectuamos a medição procurando, manual ou automaticamente, o sinal VLF mínimo. Quando este mínimo é atingido, a resistividade e o desfasamento podem ser directamente lidos ou registados.

4.4.9.2. Resistividade

O campo eléctrico segundo a direcção de propagação x,E , é medido entre dois eléctrodos _x colocados no solo. Conhecendo o campo magnético,H , é possível calcular a resistividade _y aparente,ρ_a, através da fórmula seguinte:

2 0 1 2 x a y E H f ρ π μ ⎛ ⎞ =⎜_⎜ ⎟_⎟ ⋅ ⎝ ⎠

[

]

campo eléctrico,E , entre dois eléctrodos em V.m_x -1; excitação magnética,H , medida na bobina em A.m_y -1_;

frequência, f , em Hz;

permeabilidade magnética do vazio, 7

0 4 10

μ ₌ π_⋅ − _H.m-1_.

a

ρ representa a resistividade global da camada de terreno cuja espessura é calculada segundo a profundidade efectiva (profundidade pelicular ou skin depth). A presença de variações verticais importantes de resistividade é colocada em evidência através do valor do desfasamento.

O interesse hidrogeológico desta variável reside no facto de que a resistividade verdadeira permite estimar a permeabilidade em zona saturada, desde que seja conhecida, para uma região dada, a relação empírica local entre resistividade verdadeira e permeabilidade.

4.4.9.3. Desfasamento

A medida do desfasamento permite avaliar o contexto estratigráfico do local. O desfasamento oscila geralmente entre 10º e 80º. Utilizam-se, na prática, as três seguintes regras:

- fase = 45º, o terreno sondado pode considerar-se homogéneo, ou seja, pode considerar-se como composto de rochas de resistividade uniforme;

- fase < 45º, o terreno sondado é constituído por uma camada menos condutora sobreposta a uma camada mais condutora. Quanto mais pequena é a fase, mais forte é o contraste de resistividade;

- fase > 45º, o terreno sondado é constituído por uma camada mais condutora que se sobrepõe a uma camada menos condutora. Quanto maior é a fase, mais forte é o contraste de resistividade;

O traçado de cartas de resistividade aparente e de desfasamento é igualmente necessário com vista a obter uma abordagem bidimensional (xy) do local estudado.

Podem obter-se resultados quantitativos por modelação matemática, sendo a interpretação magnetotelúrica normalmente feita em 1D ou 2D.

4.4.9.4. Interesse hidrogeológico das medidas

A utilização do VLF em modo estratigráfico permite uma cartografia rápida de qualquer variação geológica, cujos termos sejam, em termos eléctricos, suficientemente contrastados. Podem ser zonas de areias grosseiras em aluviões mais finos, o adelgaçamento de uma camada superficial, ou a alteração de contexto estratigráfico, entre diversos exemplos que poderiam mencionar-se. É suposto que estas variações litológicas (heterogeneidade do meio) permitam prever o comportamento dos escoamentos subterrâneos.

4.4.9.5. O modo direccional

O modo direccional é um modo de medida aplicado aos meios heterogéneos e anisótropos, por exemplo aos granitos fissurados ou às rochas calcárias carsificadas. Esta restrição advém do facto de que nos meios muito heterogéneos e anisótropos, os valores electromagnéticos medidos, dependem fortemente da configuração existente entre o emissor, o dispositivo de medida e a estrutura geológica.

É, pois, possível efectuar medidas que nos dão informação não apenas sobre a presença de estruturas condutoras, mas igualmente sobre a sua direcção.

As medições incidem, tal como anteriormente, sobre a resistividade e sobre o desfasamento entreE e _x H . _y

4.4.9.6. Metodologia

A metodologia consiste na medição, num mesmo ponto, das diferentes direcções. Esta exigência implica o recurso a várias estações VLF, de diferentes proveniências. Se medirmos em três direcções, obteremos para cada ponto de medida três resistividades e três desfasamentos.

Se num local pudermos utilizar dois emissores cujas direcções de propagação sejam perpendiculares entre si, e se uma destas direcções for paralela às estruturas geológicas e a outra perpendicular, então as condições de aplicação do método são consideradas óptimas. 4.4.9.7. Resistividade

A resistividade é medida como anteriormente, mas é deformada pelos efeitos de polarização devidos à heterogeneidade do meio. Para uma estrutura condutora englobada numa matriz resistente, os efeitos teóricos de polarização são os seguintes:

- se o dispositivo VLF é paralelo à estrutura condutora, a medida diz-se em polarização E (eléctrica). Neste caso, a resistividade aparente diminui ligeiramente.

- se o dispositivo VLF é perpendicular à estrutura condutora, a medida diz-se em polarização H (magnética). Neste caso, a resistividade aparente cai fortemente.

No caso onde temos uma estrutura resistente englobada numa matriz condutora, o comportamento da resistividade será inverso. A procura da direcção de um condutor faz-se procurando a direcção onde se mede a maior resistividade aparente. A procura da direcção

perpendicular a um condutor, faz-se procurando a direcção onde se mede a menor resistividade aparente.

4.4.9.8. Desfasamento

O desfasamento é também influenciado pela heterogeneidade do meio. Em polarização E o desfasamento diminui, enquanto que em polarização H o desfasamento aumenta.

A procura da direcção de um condutor faz-se procurando a direcção onde se mede a menor fase. A procura da direcção perpendicular a um condutor, faz-se procurando a direcção onde se mede a maior fase.

4.4.9.9. Tratamento dos dados

O tratamento de base é a realização de perfis que permitirão representar o grau de anisotropia dos terrenos. Serão comparados:

- Perfis de desfasamento em diferentes polarizações (segundo direcções escolhidas); - Perfis de resistividade em diferentes polarizações (segundo direcções escolhidas); - Perfil de desfasamento e de resistividade numa mesma polarização.

A interpretação quantitativa em 1D é localmente impossível devido às perturbações geradas pelos efeitos de polarização. É possível estimar qualitativamente a heterogeneidade do terreno e a sua anisotropia geofísica.

Para a heterogeneidade, utilizam-se cartas interpoladas (por krigagem com variograma) de resistividade aparente e de desfasamento. Estas cartas dão informação acerca da distribuição espacial das anomalias e das suas orientações.

Para a anisotropia geofísica podem utilizar-se cartas direccionais, onde apenas se representam os mínimos ou máximos medidos nas estações pluridireccionais.

4.4.9.10. Interesse das medidas

Em meio heterogéneo, as medidas permitem

- cartografar as zonas onde a anisotropia geofísica e a heterogeneidade local são máximas, as quais são consideradas zonas potencialmente interessantes em Hidrogeologia;

- construir um modelo estrutural bi- ou tridimensional;

- implantar sondagens com precisão, atendendo à sensibilidade deste método às variações de resistividade do meio.

4.5. Sondagens Eléctricas Verticais (SEV’s)