Métodos geofísicos Polarização Induzida

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MÉTODOS GEOFÍSICOS: POLARIZAÇÃO INDUZIDA
Leticia Pereira Rodrigues CHAVES (leticiapereira_chaves@hotmail.com), Lucas Tadeu Grigoleto ATILIO (grigoletolucas@gmail.com);
Orientador (a): Prof (a). Ms. Fernanda STORTE (fernanda.storte@gmail.com).
RESUMO - Trabalhos de pesquisa focados nos métodos geofísicos são fundamentais para o reconhecimento e incorporação de novas reservas. Este trabalho possui objetivo de conceituar e aplicar a polarização induzida.
Palavras-chave: geofísica, polarização induzida, aplicações de polarização.
ABSTRACT - Research work focused on Geophysical methods are Fundamentals for recognition and incorporation of New Reserves. This work has objective to conceptualize and implement an induced polarization. Keywords: geophysics, induced polarization, applications of polarization.
São Paulo, 2016
1 INTRODUÇÃO
	O método de polarização induzida (IP) em geofísica utiliza os parâmetros das rochas para realizar atividades de prospecção. Essa técnica gradualmente evoluiu, sendo atualmente empregado em discriminação mineral e estudos ambientais (KEAREY 2002).
	Neste trabalho serão apresentados conceitos de forma sucinta para auxiliar na compreensão deste método geofísico.
2 DESCRIÇÃO DO MÉTODO		
O método de polarização Induzida baseia-se na medição das variações de voltagem em função do tempo ou freqüência, a partir de uma interrupção de carga continua (corrente elétrica), observando o decaimento da carga. As rochas atuam como capacitores devido aos poros das rochas onde se encontram minerais metálicos, argilas e eletrólitos armazenando cargas, sendo possível realizar a discriminação das rochas e minerais presentes no solo (KEAREY, 2002).
	
3 INDICES UTILIZADOS	
3.1 Métodos
	Quando usado um arranjo de resistividade de quatro eletrodos num modo DC (corrente contínua), se a corrente for desligada, é possível observar o decaimento de energia. Após um grande decréscimo inicial, a voltagem sofre um de caimento gradual e pode levar muitos segundos para atingir o valor zero, isso também é observado quando a carga é ligada porem de forma contraria ao desligamento, o solo, então, age como um capacitor, isto é, torna-se eletricamente polarizado (KEAREY, 2002). 
	Se, usa-se uma fonte variável AC de baixa freqüência, descobre-se que a resistividade aparente medida da subsuperfície diminui com o aumento da freqüência. Isto porque a capacitância do solo inibe a passagem de correntes contínuas, mas transmite correntes alternadas com eficiência aumentada quando a freqüência sobe (KEAREY, 2002).
O decaimento da voltagem residual e a variação da resistividade aparente com a medição de um decaimento de voltagem sobre certo intervalo de tempo é conhecida como levantamento IP no domínio do tempo (time domain IP surveing). As medições de resistividade aparente em duas ou mais baixas frequências AC é conhecida como levantamento IP no domínio da frequência (frequency-domain IP surveing) (KEAREY, 2002).
3.2 Mecanismos
	A maior parte dos minerais formadores de rochas tem uma carga total negativa em suas superfícies exteriores em contato com o fluido dos poros e atraem íons positivos para sua superfície (Figura 1A), com isso os íons se movimentam a partir da voltagem que foram submetidos. Os íons negativos e positivos, portanto, se amontoam de cada lado do bloqueio e, quando ocorre a remoção da voltagem aplicada, retomam as suas posições originais após um período finito de tempo, causando um decaimento gradual da voltagem sendo esse fenômeno conhecido como Polarização de membrana, sendo comum na presença de argilas (KEAREY, 2002).
Figura. 1 - Mecanismos de polarização induzida: (A) polarização de membrana; (B) polarização de eletrodo.
Fonte: (KEAREY et al., 2002, p. 341)
No caso dos minerais metálicos presentes em uma rocha nota-se um caminho eletrônico alternativo. A Figura 1B mostra uma rocha em que um grão metálico bloqueia um poro. As cargas positivas e negativas sofrem repulsão devido a uma voltagem nos lados do poro. Os íons negativos e positivos se acumulam de cada lado do grão, tentando liberar elétrons para o grão ou aceitar elétrons conduzidos através do grão. Conseqüentemente, a carga aumenta de ao acumulo dos íons. Quando a voltagem é removida, os íons se dispersam lentamente de volta a seus locais originais e causam um decaimento transitório de voltagem.
Esse efeito é conhecido como Polarização de eletrodo, sendo comum na presença de minerais condutores. A magnitude do efeito de polarização de eletrodo depende tanto da magnitude da voltagem aplicada (∆V) e da concentração de minerais metálicos, realizando troca iônica - eletrônica, pois os grãos possuem mais caminhos para movimentação dos íons (KEAREY, 2002).
3.3 Parâmetros
	As medições de I.P no domínio temporal envolvem a medição do decréscimo da voltagem após a corrente ter sido desligada. Sendo os parâmetros mais usados a resistividade e a cargabilidade (M), definido como a área A abaixo da curva de decaimento, estendida a certo intervalo de tempo Δt, normalizada pela ΔVc contínua (porque o M depende da ΔV inicial) (KEAREY, 2002). 
Conforme a fórmula a seguir define:
A cargabilidade M, é medida num dado intervalo de tempo pouco depois de a corrente ter sido desligada. A área A é medida pelo aparelho (KEAREY, 2002).
4 APLICAÇÃO GERAL
O método de polarização induzida é freqüentemente empregada na exploração mineral, sobretudo na prospecção de metais base e de ouro, em fases avançadas da pesquisa, as quais, normalmente, orientam e precedem as campanhas de sondagem, pesquisa de depósitos de grafita e também em estudos ambientais (KEAREY, 2002).
 	No domínio do tempo, aplicamos no subsolo uma corrente elétrica contínua pulsante e periódica. Quando essa corrente é interrompida, os íons, ao retornarem para suas posições originais, provocam o efeito de polarização induzida, detectado pelo decréscimo da voltagem. A detecção e medida dessa resposta, conhecida na literatura geofísica como curva de decaimento ou transiente, indicará a presença de material polarizável no subsolo. (OLIVEIRA, 2011).
	A resistividade de rochas e minerais é uma das propriedades físicas mais variáveis, alguns minerais como metais nativos e grafite conduzem eletricidade via passagem de elétrons, porém a maior parte dos minerais formadores de rocha é isolante e neles a corrente elétrica é conduzida pela passagem de íons nos fluidos dos poros, assim a maior parte das rochas conduz eletricidade mais por processos eletrolíticos (a solução que contém os íons livres) do que por processos eletrônicos. Portanto, a porosidade é o principal controle da resistividade de rochas e esta última geralmente aumenta com a diminuição da porosidade (KEAREY, 2002).
4.1 Exemplos Gerais
4.1.1 Exemplo (Contaminação)
	Numa área do aterro controlado da cidade de Rio Claro-SP foram realizados ensaios geofísicos, pelos métodos da Eletrorresistividade e Polarização Induzida, por meio das técnicas de sondagem elétrica vertical e caminhamento elétrico, com o objetivo de avaliar as potencialidades da integração dos métodos na caracterização geoelétrica da área. Com esse estudo foi possível definir que a polarizabilidade é sensível à presença de resíduos urbanos, e que o efeito IP é relacionado a materiais polarizáveis dispostos no local de estudo, como latas, papéis, restos eletrônicos e materiais de empréstimo utilizados para a cobertura dos resíduos. Os métodos de eletrorresistividade e polarização Induzida permitiram identificar anomalias dentro da zona saturada, que caracterizaram a presença da contaminação gerada pela migração do percolado (chorume) proveniente da disposição dos resíduos sólidos. A contaminação é confirmada por investigação direta (análise química da água coletada nos poços de monitoramento).  Os métodos geofísicos utilizados forneceram um grande número de informaçõessobre as diversas características relacionadas à interação entre a área de disposição de resíduos sólidos urbanos e o meio físico (OLIVEIRA, 2011).
5 APLICAÇÃO NA ÁREA 	
Contaminantes derivados de hidrocarbonetos apresentam valores elevados de resistividade, entretanto, estes valores variam com o tempo, em função de reações com ácidos orgânicos ou ácidos carbônicos devido à biodegradação dos componentes do hidrocarboneto, tornando-os condutivos (THOMAS, 2001).
 	Além disso, podemos destacar alguns tipos de rocha que podem constituir rochas reservatórios, como os arenitos e calcarenitos. Algumas rochas como folhelos e alguns carbonatos, normalmente porosos, porém impermeáveis, podem vir a se constituir reservatórios quando se apresentam naturalmente fraturados. O estudo das características de cada tipo de rocha (resistividade e condutividade) pode auxiliar a identificar possíveis áreas de bacias petrolíferas (THOMAS, 2001).
5.1 Exemplos na área Petróleo
5.1.1 Exemplo (Formação mineral)
Como sabemos, a polarização induzida é um complexo fenômeno relacionado à resistividade, o que por sua vez está associado à litologia (o estudo das características físicas gerais de rochas) e a geometria das rochas. Para exploração mineral usamos, tipicamente, instrumentos com baixa freqüência (cerca de 100Hz), respostas IP nessa faixa também têm sido utilizadas para estudo de hidrocarbonetos (BURTMAN, 2011) e essa técnica tem suas próprias vantagens entre várias técnicas não-sísmicas para detecção de hidrocarbonetos onshore. A presença de óleo em materiais porosos tem 	uma assinatura elétrica característica que depende da quantidade de componentes polares do óleo (componentes que estabelecem uma diferença de eletrone gatividade). Portanto, a assinatura elétrica de uma areia petrolífera também depende da maturidade do óleo ou o tempo em que o óleo já existe no subsolo (SCHMUTZ, 2009).
Uma configuração de dipolo-dipolo, por exemplo,  é muito eficaz na detecção de anomalias ao longo de um intervalo de profundidades, variando de uma área pouco profunda para outra relativamente profunda. Os dados obtidos são analisados em campo e podem fornecer paramentos como a Polarização Aparente, Constante de Tempo, Coeficiente Dependente da Freqüência e a Resistividade Aparente. Estes parâmetros podem indicar armadilhas de petróleo e gás. Por exemplo, a polarização aparente pode indicar se existem ou não hidrocarbonetos dentro de uma armadilha (XIANG, 2012). As "anomalias" observadas que apontar ou não a possibilidade de haver um reservatório de hidrocarbonetos no local estudado podem ser causadas pela degradação bacteriana de hidrocarbonetos acima de um reservatório, por exemplo, pois experiências realizadas em laboratório indicam que o grupo de micro-organismos formados (células que aderem umas às outras e, muitas vezes, aderem a uma superfície) origina-se alterações significativas na resposta à polarização. Outros mecanismos que dão origem a resultados alterados incluem os chamados efeitos de polarização de membrana e a formação de minerais que não contêm enxofre, tais como a magnetita (FLEKKOY, 2015). 
6 CONCLUSÕES
	Com este trabalho, foi possível estabelecer conceitos e aplicações para o método de Polarização Induzida com o intuito de maior compreensão dos métodos geofísicos e os métodos geofísicos elétricos de maneira mais aplicada, que são essenciais para prospecção e disseminação de minerais para área petrolífera em sua totalidade.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BURTMAN V; FU H; ZHDANOV M. S. Experimental Study of Induced Polarization Effect in Unconventional Reservoir Rocks. Russia – Moscow: Institute of Physics and Technology, 2014.
BURTMAN V. et al. High-frequency induced polarization measurements of hydrocarbon-bearing rocks. USA – Utah: University of Utah and TechnoImaging, 2011.
CARLSON N; ZONGE K. L. Induced polarization effects associated with hydrocarbon accumulations: minimization and evaluation of cultural influences.USA – University of Arizona, 1996.
FERREIRA F. J. F. et al. Ensaios de Polarização Induzida Espectral (SIP) Aplicados à Exploração Mineral de Chumbo e Zinco nos Corpos Canoas 2 e Canoas 3, Vale do Ribeira-PR. São Paulo: IGCE/UNESP.
KEAREY, P; BROOKS M.; HILL I. Geofísica de exploração. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2002. p. 337-349.
MOREIRA C. A.; LOPES S. M.; SCHWEIG C. Polarização induzida aplicada no estudo de ocorrência de cobre localizada a nordeste de caçapava do sul (RS). São Paulo: UNESP, 2012.
OLIVEIRA M. T.; MOREIRA C. A.; MENEZES A. M. Aplicação do método de Polarização Induzida em área de disposição de resíduos sólidos no município de Caçapava do Sul – RS. Rio grande do sul: Unipampa, 2012.
SCHMUTZ M. et al. Influence of oil saturation upon spectral induced polarization of oil. United Kingdom – OXFORD, 2010.
THOMAS, J. E. (org). Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 2 ed. Rio de Janeiro: Interciencia, 2004. p. 32.
XIANG-HE Z. et al. Hydrocarbon Detection with High-Power Spectral Induced Polarization, Two Cases. 67th EAGE Conference & Exhibition - EUROPA - SPE/EAGE, 2012.