Resumo 04 Levantamento Elétrico

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Universidade Federal do Oeste do Pará 
Instituto de Engenharia e Geociências 
Bacharelado em Geofísica 
Introdução a Geofísica 
 
 
 
Resumo 04 
 
 
Levantamento Elétrico 
 
 
 
 
Disciplina: Introdução a Geofísica 
Professor: Umberto José Travaglia Filho 
Aluno: Lailson Gomes Ferreira Nº Matrícula: 2020002042 
Semestre: 2020.1 Turma: 2020 
 
 
Resumo Levantamento Elétrico 
 
 
8.1 Introdução 
Há muitos métodos de levantamento elétrico. Alguns fazem uso de campos dentro da Terra, 
enquanto outros requerem a introdução no solo de correntes geradas artificialmente. O método 
de resistividade (resistivity method) é usado no estudo de descontinuidades horizontais e 
verticais nas propriedades elétricas do solo e também na detecção de corpos tridimensionais de 
condutividade elétrica anômala. É rotineiramente usado em investigações na engenharia e 
hidrogeologia para investigar a geologia de subsuperfície rasa. O método de polarização 
induzida (induced polarization method) faz uso da ação capacitiva da subsuperfície para localizar 
zonas onde os minerais condutivos estão disseminados dentro de suas rochas hospedeiras. O 
método de potencial espontâneo (self-potential method) faz uso das correntes naturais fluindo 
no solo, que são geradas por processos eletroquímicos, para localizar corpos rasos de 
condutividade anômala. 
8.2 Método de Resistividade 
8.2.1 Introdução 
No método de resistividade, correntes elétricas artificialmente geradas são introduzidas no solo, 
e as diferenças de potencial resultantes são medidas na superfície. Os desvios do padrão de 
diferenças de potencial esperado do solo homogêneo fornecem informações sobre a forma e as 
propriedades elétricas das inomogeneidades de subsuperfície. 
 
8.2.2 Resistividade de rochas e minerais 
A resistividade (resistivity) de um material é definida como a resistência em ohms entre as faces 
opostas de um cubo unitário do material. Para um cilindro condutor de resistência (5R, 
comprimento (5l e área de seção transversal (5A (Fig. 8.1), a resistividade p é dada por 
𝝆=
𝛅𝐑𝛅𝐀
𝛅𝐋
 
EQ. 8.1 
A unidade no SI da resistividade é o ohm-metro (ohmm) e a recíproca da resistividade é chamada 
condutividade (condutivity) (unidades: siemens (S) por metro; 1 Sm-l = 1 ohm-1m-l; o termo 
'mho' para o inverso de ohm é algumas vezes encontrado). 
 
A resistividade é uma das propriedades físicas mais variáveis. Certos minerais, como metais 
nativos e grafite, conduzem eletricidade via a passagem de elétrons. A maior parte dos minerais 
formadores de rochas é, entretanto, isolante, e a corrente elétrica é conduzida através de uma 
rocha principalmente pela passagem de íons nas águas dos poros. 
A resistividade efetiva pode também ser expressa em termos da 
 
 
 
onde 𝛟 é a porosidade, f a fração de poros contendo água de resistividade 𝝆𝒘 a, b e c são 
constantes empíricas. 𝝆𝒘 Pode variar consideravelmente de acordo com as quantidades e 
condutividades dos materiais dissolvidos. 
 
8.2.3 Fluxo de corrente no solo 
Considere o elemento de material homogêneo mostrado na Fig. 8.1. Uma corrente I é passada 
através do cilindro causando uma queda de potencial -DV entre as extremidades do elemento. 
(VER NO LIVRO Geofísica de Exploração) A lei de Ohm relaciona a corrente, a diferença de 
potencial e a resistência de forma que -DV = bRI, e da Eq. 8.1, bR = pDl/DA. Substituindo 
 
 
 
 
𝜹𝑽/𝜹L representa o gradiente de potencial através do elemento (em volt 𝐦−𝟏 e i a densidade 
de corrente (em A 𝐦−𝟐). Em geral, a densidade de corrente em qualquer direção, dentro de um 
material é dada pela derivada parcial negativa do potencial naquela direção, dividido pela 
resistividade. 
 
A sondagem elétrica vertical - SEV (vertical electrical sounding - VES), também conhecida como 
sondagem elétrica (electrical drilling) ou sonda de expansão (expanding probe), é usada 
principalmente no estudo de interfaces horizontais ou quase horizontais. A corrente e os 
eletrodos de potencial são mantidos no mesmo espaçamento relativo, e o arranjo todo é 
progressivamente expandido ao redor de um ponto fixo central. Consequentemente, as leituras 
são tomadas enquanto as correntes atingem progressivamente maiores profundidades. A 
técnica é extensivamente usada em levantamentos geotécnicos para determinar espessura de 
sobrecarga e também em hidrogeologia, para definir zonas horizontais de estratos porosos. O 
caminhamento de separação constante (constant separation traversing-CST), também 
conhecido como 'perfilagem elétrica' ('electrical profiling'), é usado para determinar variações 
verticais de resistividade. A corrente e os eletrodos de potencial são mantidos a uma separação 
fixa e progressivamente movidos ao longo do perfil. Esse método é empregado em prospecção 
mineral para localizar falhas ou zonas de cisalhamento e para detectar corpos localizados de 
condutividade anômala. É também usado em levantamentos geotécnicos para determinar 
variações na profundidade do embasamento e a presença de descontinuidades abruptas. 
 
8.2.4 Arranjos de eletrodos 
Muitas configurações de eletrodos foram projetadas (Habberjam, 1979) e, embora várias sejam 
ocasionalmente empregadas em levantamentos especializados, somente duas estão em uso 
comum. A configuração Wenner (Wenner configuration) é a mais simples, já que a corrente e os 
eletrodos de potencial são mantidos a um mesmo espaçamento Q (Fig. 8.6). A substituição dessa 
condição na Eq. 8.9 fornece 
 
 
 
 
 
 
Durante a sondagem SE\!; o espaçamento Q é gradualmente aumentado ao redor de um ponto 
fixo central, e no CST, o arranjo todo é movido ao longo de um perfil com um valor fixo de Q. A 
eficiência na execução da sondagem elétrica vertical pode ser grandemente aumentada 
fazendo-se uso de um cabo multinúcleo ao qual um número de eletrodos é permanentemente 
ligado segundo separações padrão (Barker, 1981). Uma sondagem pode ser rapidamente 
realizada fazendo-se uma troca entre diferentes conjuntos de quatro eletrodos. 
 
Nos levantamentos com a ·configuração Wenner, todos os quatro eletrodos precisam ser 
movidos entre sucessivas leituras. Esse trabalho é parcialmente superado pelo uso da 
configuração Schlumberger (Schlumberger configuration) (Fig. 8.6), em que os eletrodos de 
potencial internos têm um espaçamento 2l, que é uma pequena proporção dos eletrodos de 
corrente externos (2l). Nos levantamentos CST com a configuração Schlumberger, vários 
movimentos laterais dos eletrodos de potencial podem ser acomodados sem a necessidade de 
mover os eletrodos de corrente. Nos levantamentos SEV, os eletrodos de potencial permanecem 
fixos e os eletrodos de corrente são expandidos simetricamente ao redor do centro do arranjo. 
Para valores muito grandes de l pode, entretanto, ser necessário aumentar também l para que 
seja mantido um potencial mensurável. 
 
Para a configuração Schlumberger 
 
 
 
 
Onde x é a separação dos pontos médios dos eletrodos de potencial e de corrente. Quando 
usada simetricamente, x = O; assim 
 
 
 
 
8.2.5 Equipamento de levantamento de resistividade 
Os instrumentos de levantamento de resistividade são projetados para medir a resistência do 
solo, ou seja, a razão (∆𝑽/𝑰) nas Eqs. 8.10, 8.11 e 8.12, com uma precisão muito alta. Eles devem 
ser capazes de medir níveis de resistência muito baixos comumente encontrados em 
levantamentos de resistividade. Os valores de resistividade aparente são calculados. A partir das 
medidas de resistência usando-se a fórmula relevante para a configuração de eletrodos em uso. 
A maior parte dos medidores de resistividade utilizados são de corrente alternada de baixa 
frequência, preferencialmente aos de corrente contínua, por duas principais razões. Primeiro, 
se a corrente contínua for utilizada, haverá, ao final, um aumento de ânions ao redor do eletrodo 
negativo e cátions ao redor do eletrodo positivo,ou seja, ocorrerá uma polarização eletrolítica 
e está inibiria a chegada de mais íons aos eletrodos. 
Os medidores de resistividade são projetados para medir diferenças potenciais quando 
nenhuma corrente está fluindo. Esse método nulo é usado para superar os efeitos de resistência 
de contato dos eletrodos com o solo. O potencial entre os eletrodos de potencial é equilibrado 
pelo potencial fornecido por uma resistência variável. Nenhuma corrente, então, flui no circuito 
de resistividade, de modo que a resistência de contato não fará nenhum registro e a leitura da 
resistência variável representa a resistência verdadeira do solo (igual à razão ∆𝑽/𝑰 na equação 
relevante). 
Os levantamentos de resistividade de penetração rasa podem se tornar mais eficientes pelo uso 
de eletrodos de impulso que são montados em pequenas rodas e rebocados ao longo de um 
perfil por um operador. Avanços na tecnologia de instrumentação também levaram ao 
desenvolvimento de eletrodos na forma de antenas, que são acoplados por capacitância ao solo 
(Panissod et al., 1998), de forma que não há necessidade de se colocar os eletrodos de impulso 
no solo, e um CST pode ser realizado por um operador rebocando o arranjo numa velocidade de 
caminhamento, a pé ou por veículo. 
 
8.2.6 Interpretação dos dados de resistividade 
Os levantamentos elétricos estão entre os mais difíceis, entre todos os métodos geofísicos, de 
se interpretar quantitativamente, por causa da base teórica complexa da técnica. Na 
interpretação de resistividade, a análise matemática é mais altamente desenvolvida para SEV, 
bem menos para CST sobre estruturas bidimensionais e menos desenvolvida ainda para CST 
sobre corpos tridimensionais. O método de resistividade utiliza um campo potencial e, 
consequentemente, sofre dos problemas de ambiguidade similares aos dos métodos 
gravitacional e magnético. Uma vez que um campo potencial está envolvido, a assinatura da 
resistividade aparente de qualquer estrutura deve ser calculada pela solução da equação de 
Laplace (Seção 6.11) e pela inserção das condições de contorno para a estrutura particular sob 
consideração, ou integrando-a diretamente. Na prática, tais soluções são invariavelmente 
complexas. Consequentemente, uma abordagem simplificada é inicialmente adotada aqui, onde 
se assume que os campos elétricos agem de maneira semelhante à luz. Deve ser lembrado, 
entretanto, que essa analogia óptica não é estritamente válida em todos os casos.