GEO046 Geofísica. Fenômeno observado. Polarização elétrica induzida. Polarização de eletrodo

Transcrição

1 GEO046 Geoísic Aul n o 09 MÉTODOS ELÉTRICOS Polrizção induzid e potencil espontâneo enômeno observdo Após interrupção de um corrente elétric contínu, observse que o potencil elétrico não deci instntnemente pr zero, sugerindo o rmzenmento de crgs, como em um cpcitor. Corrente I Potencil V I V tempo June 04 Hédison K. Sto menor eeito 3 4 Polrizção elétric induzid Polrizção de eletrodo O enômeno ocorre em rochs contendo: mineris metálicos dissemindos ou mineris com cpcidde de promover troc iônic em contto com solução eletrolític preenchendo os poros. Nos poros ds rochs, devido presenç de mineris metálicos ou rgils e eletrólito, surgem regiões eletricmente mis crregds que outrs durnte pssgem d corrente, sugerindo um rmzenmento de crgs, como em um cpcitor, ou sej, um polrizção elétric induzid. Ocorre com presenç de mineris metálicos dissemindos. Grão condutor Excesso de cátions Excesso de nions cmpo elétrico

2 Polrizção de superície 5 Polrizção de membrn 6 O processo contínuo de redução do íon positivo (M n ) no ctodo pode ser dividido em três estágios: Trnserênci dos íons, por diusão, d solução pr cmd djcente o eletrodo, seguid d trnserênci de elétrons do metl pr o íon, reduzindo os íons (M n n e M) e convecção (migrção) pr sedimentos estáveis. O mis lento destes processos determin o desempenho gerl. Ação do cmpo elétrico n distribuição ds crgs semincords Grão de rei Grão de rei rgil cmpo elétrico Argils 7 Polrizção 8 O eeito de polrizção devido às rgils não cresce continumente com os teores, e é unção do tipo d rgil. O processo de IP é tipicmente supericil. Entretnto, qundo medido, medição represent o eeito do volume mostrdo. O eeito d polrizção induzid em rochs com minerlizção dissemind: é som dos eeitos ds polrizções supericiis de cd prtícul minerlizd.

3 9 Domínio do tempo Domínio do tempo Esquem do enômeno d polrizção Medid de cmpo AB = 400 m MN = 0 m I =.5 A Arei rgilos em subsuperície Vlor ssintótico = IPo 0 curv de descrg IP = (t ) Vlor ssintótic o = zero IPo Domínio do tempo (medids) Amostrgem Polrizbilidde Pt = IPt IPt Po = IPo Áre Chrgebility t M tt,t = IPt d t t Domínio do reqüênci ~ IPo = =0 " = =0 " = t IPo IPt t=0 t t t IPo Curv de descrg IP = (t ) tempo t Notr que =0 IPo, e é melhor =0 qunto mior reqüênci, ou sej é comprável à polrizbilidde P0.

4 3 4 Domínio do reqüênci Resistividde complex Até gor, considerouse resistividde elétric ds rochs, à reqüênci zero. Ademis, resistividde pode vrir com o umento d reqüênci, gerlmente reduzindo de vlor. O enômeno reletese n eletrorresistividde eit com diverss reqüêncis. 0 menor eeito Corrente lternd Considerndo I0 cosωt, corrente nos eletrodos A e B, voltgem produzid nos eletrodos M e N tem su mplitude e se V I ( ω ) = ( ω ) exp( iϕ) = K. ϕ vrindo com reqüênci ω π. Pode se deinir resistividde prente em corrente lternd, tl como se us deinir com corrente contínu, porém d orm complex : Eeito (Percentul) em reqüênci 5 Eeito (Percentul) em reqüênci 6 Eeito prente em reqüênci E = onde e representm resistividdes prentes medids ns reqüêncis e, sendo <, com os eletrodos de corrente e potencil em posições inlterds. N prátic são usdos : E =, E =, EP = 00%. Como o resultdo é unção d reqüênci, é importnte especiicr os vlores ds reqüêncis e.

5 tor Metálico 7 Aquisição dos ddos 8 M, = A = A A( σ σ ) = 5 sendo A um constnte, lgums vezes igul 0. O M não é proprimente um medid de IP (Induced Polriztion), ms um correção do IP como um unção d resistividde. O M se plic tmbém com s medids no domínio do tempo. De orm gerl, pode ser deinid como quntidde de IP dividid pel resistividde prente : T M = IP, onde IP seri P, M ou E. t t, t, Sistems terrdos e não terrdos (EM). Equipmentos especíicos pr medids no domínio do tempo e no domínio d reqüênci. Sistems terrdos (AMNB): Domínio do tempo: medese o potencil nos eletrodos MN, pós interrupção d corrente em AB, pr se obter condutividde, chrgebility ou polrizbilidde. Domínio d reqüênci: pr diverss reqüêncis, medese condutividde complex n orm de mplitude e se. Uso de eletrodos não polrizável é imprescindível. SYSCAL R 9 Receptor SIP 0 Unidde trnsmissor e receptor: control e mede intensidde d corrente elétric e do potencil. Reliz medids simultânes de eletrorresistividde, polrizção elétric induzid e potencil espontâneo. z medids d resistividde complex, pr diverss reqüêncis:0,5, 0,5,,0,..., 5 Hz

6 Eletrodo não polrizável Exemplo com o rrnjo dipolodipolo undmentis pr s medições de potencil espontâneo e polrizção elétric induzid. Pote poroso Solução sturd de sulto de cobre io de cobre mergulhdo n solução. A A B M B N M M N MN N Posiço TX Posição RX Resist. pr Exemplo com o rrnjo dipolodipolo 3 Posição do locus no rrnjo dipolodipolo A B M N Posiço TX Posição RX Resist. pr Lnçmento de curvs de isovlores

7 Posição do locus no rrnjo polodipolo A M N Pseudoseção pr dipolodipolo 0 7 Exemplo de SIP 8 Potencil espontâneo: Origem Potenciis elétricos nturis e espontâneos (SP) ocorrem nturlmente no interior ds rochs e devemse : `tividde bioelétric d vegetção, `vrição de concentrção dos eletrólitos, `luxo de luidos e íons, `luxo de clor. Portnto, investigção com SP tem sido usd n loclizção e delineção ds ontes ssocids com tis luxos. Áre de Bix und (Vle do Curçá, BA) pirit 6

8 Aplicção do SP 9 Aplicção do SP 30 Inicilmente plicdo extensivmente n explorção minerl, hoje, o método tem sido usdo no estudo geotérmicos, de problems de engenhri e meio mbiente. Por oerecer rpidez e bixo custo, o método é dequdo no reconhecimento preliminr, precedendo os estudos mis intensivos usndo outrs técnics geoísics e geotécnics. É um medid usul em perilgem de poços. Embor nturl, el é conseqüênci do processo de perurção e permite investigção em poços. Mpemento de vzmentos ssocidos com brrgens, diques, reservtórios subterrâneos e outrs estruturs pr rmzenmento. Estudos de luxo de águ subterrâne e delinemento dos seus pdrões ns vizinhnçs de encosts, poços, lhs, estruturs de drengem, poços, túneis e sumidouros. Estudos geotérmicos pr o mpemento ds rentes de luxo de vpor e incêndio em mins de crvão. Grdientes de concentrção químic ssocidos contminção em subsuperície. enômenos básicos 3 Potencil de diusão 3 Potencil eletrocinético : ocorre qundo um solução de resistividde e viscosidde η é orçd trvés de um meio poroso ou cpilr. A dierenç de potencil entre s extremiddes d pssgem é dd por φ Pε E k =, 4πη onde φ = potencil de dsorção, P = dierenç de pressão, e ε = constnte dielétric d solução. A quntidde φ é o potencil d dupl cmd (sólido líquido) entre o sólido e solução. Supondo que os íons sejm Cl mobilidde do Cl e N > mobilidde do N,

9 Potencil de diusão 33 Potencil de membrn 34 Potencil de diusão (junção líquid) : Result d dierenç entre s mobilidde dos íons : E RT = n rdy e I ( I Ic ) ( I I ) ( C C ) onde R = const. dos gses I 4 ( 9, 65 0 C mol) ( 8, 3 J / C), T = temp. bsolut, = mobilid. dos nions e cátions, C ds soluções. Ns soluções de NCl, I E d d c =,6log 0 c ln ( C C ) ( mv), 5 C.,, = const. de e C I c n = vlênci, = concentr. =, 49. Assim, renito Supondo íons Cl e N, olhelho o olhelho é impermeável o Cl. Potencil de membrn 35 SP em poços pr petróleo 36 Potencil de membrn (potencil de olhelho ou Nernst) : Por se crregrem negtivmente, s rgils inibem penetrção dos nions. RT Es = ln( C C ). n Qundo n = (cso do NCl), e T = 5 C, o potencil ic E s = 59,log 0 ( C C ) ( mv) Gerlmente têm origem ns interces dos olhelhos, prticulrmente entre olhelhorei. Potencil de Nernst e de diusão. ollhelhos são permeáveis os cátions N e prticmente impermeáveis o nions Cl. Assim, um potencil é estbelecido qundo N si do eletrólito ds reis pr dentro dos olhelhos, seguido d entrd n águ d lm.

10 SP em poços pr petróleo 37 SP em poços pr petróleo 38 Tmbém, um potencil de diusão desenvolvese n interce entre o iltrdo n zon invdid e águ slgd d ormção, como resultdo d grnde mobilidde do Cl em relção o N, produzindo um blnço líquido em vor do Cl pr dentro d zon invdid. ormção de céluls de SP. Observr que o potencil medido do interior d rei pr o poço trvés do olhelho tem o sinl contrário qundo trvés d zon invdid. Potencil de membrn combindo com o de diusão E c = 59,log0 70,7 log ( C C ),6 log0( C C ) ( C C ) ( mv) 0 Combinção dos potenciis 39 SP em poços pr petróleo 40 Potencil de membrn combindo com o de diusão E c = 70,7 log0( C C ) ( mv) 60 E d E s 0 Entretnto, em poços, é mis conveniente seguinte ormulção que consider, tmbém, tempertur C / C E c = 70,7 log 0 ( m w ) ( mv) 73 T onde é resistividde do iltrdo d lm e, resistividde d águ originl n ormção. w m

11 4 4 Potencil de minerlizção Potencil de minerlizção Origem do potencil em minerlizções de suleto (Sto e Mooney, 960). Dus semicéluls com reções eletroquímics de sinis opostos: ) ctódic (cim do nível reático) b) nódic (em proundidde) Ctódic: redução químic ds substâncis em solução. Anódic: oxidção do corpo metálico. Apesr do vnço em relção outros modelos, est teori ind lh (Telord et ll, 978): Sto e Mooney estimm potenciis máximos pr grit (0,78 V), pirit (0,73 V) e glen (0,33 V) ms potenciis d ordem de,5 V, no cmpo, têm sido observdos sobre zons gritoss. Resultdos nômlos tão expressivos ssim são tribuídos à combinção ds nomlis de zons minerlizds djcentes, ou o destque provocdo pel coincidênci com potenciis elétricos regionis. SP sobre suletos 43 Bibliogri e reerêncis 44 O máximo negtivo ocorre sobre o corpo. Qundo topogri não or pln, o centro se desloc. Usndo os conceitos de eletrostátic, podese estimr modelos com crgs elétrics loclizds. Keller, G. V. e rischknecht,. C. (966) Electricl methods in geophysicl prospecting, Pergmon Press. Luo, Y. e Zhng, G. (998) Theory nd ppliction o spectrl induced polriztion. Geophysicl monogrph series: no. 8, Society o Explortion Geophysicists, Tuls, OK. Telord, W. M., Geldrt, L. P., Sheri, R. E. e Keys, D. A., 978, Applied geophysics. Cmbridge University Press. Wrd, S. H. (990) Resistivity nd polriztion methods, In: Wrd, S. H., Geotechnicl nd environmentl geophysics, Vol., 4789, Society o Explortion Geophysicists.