Doutorado: Perfilagem do potencial espontâneo de baixo ruído aplicada ao estudo do fluxo em fraturas

Estudos hidrogeológicos em maciços cristalinos buscam identificar zonas com fraturas e propriedades hidráulicas associadas que em conjunto condicionam a transmissividade e armazenamento da água subterrânea no meio. Métodos de perfilagem geofísica que medem propriedades físicas que dependem da porosidade do meio (resistividade elétrica e densidade, por exemplo) têm sido utilizados na identificação de zonas fraturadas, normalmente complementadas com imageamento ótico ou acústico da parede do poço para determinar a densidade de faturas (número de fraturas por metro) bem como a abertura e orientação de fraturas mais expressivas. A identificação de fraturas que contribuem com o fluxo de água pelo maciço (com maior transmissividade hidráulica) envolve testes de bombeamento em níveis isolados, monitorados por traçadores e sensores, normalmente envolvendo procedimentos demorados e com demanda de pessoal e equipamento. Esta Tese tem como objetivo apresentar um procedimento desenvolvido para análise e interpretação dos dados de perfilagem do potencial espontâneo ao longo de um poço, com resolução adequada para determinar variações do potencial elétrico de origem eletrocinética induzidas por testes de bombeamento. Estes testes podem ser realizados utilizando-se somente um poço que é perfilado após o bombeamento. O potencial espontâneo de origem eletrocinética, quando associado ao fluxo de água pelas fraturas produz um sinal elétrico com amplitude (em módulo) raramente superior a algumas dezenas de milivolts. As sondas normalmente utilizadas não possuem resolução suficiente para identificar um sinal dessa magnitude, exigindo a adaptação destes equipamentos para realizar medidas independentes do potencial espontâneo, já que as sondas existentes realizam medições simultâneas de resistividade elétrica, comprometendo a leitura do potencial natural. A partir da interpretação dos perfis de potencial espontâneo e considerando-se um modelo de gap para as fraturas foi possível determinar zonas fraturadas que são hidraulicamente ativas, bem como o sentido do fluxo pela fratura e, em alguns casos (dependendo de características do poço como diâmetro interno e condutividade da água), a carga hidráulica à qual está submetida. O procedimento foi testado inicialmente nos poços do SCGR (Sítio Controlado de Geofísica Rasa) do IAG/USP identificando um intervalo com fraturas que mais contribui com o fluxo em subsuperfície, nesse caso com inferências a respeito da carga hidráulica aplicada ao sistema de fraturas. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para compreender melhor o mecanismo gerador dos dados obtidos em campo. Para isso, foi desenvolvido em escala de bancada um experimento simulando a percolação de água por um sistema de duas fraturas conectadas a um poço comum que permite realizar medidas do potencial elétrico durante variações do nível de água no poço assim simulado. Finalmente, o procedimento foi aplicado em um poço numa bacia de captação do Ribeirão das Posses (Extrema-MG) onde levantamentos utilizando sonda de medida do fluxo (Heat Pulse Flowmeter) permitiram comparar os resultados com metodologias já estabelecidas no estudo de aquíferos em terrenos cristalinos. Neste cenário não foi possível identificar as fraturas observadas pela sonda de fluxo, sendo somente detectado um intervalo entre 25 e 35 metros com o potencial elétrico apresentando variações da ordem de 5 mV após o bombeamento. No geral os resultados dos três testes indicaram a linearidade entre o potencial espontâneo e a carga hidráulica aplicada às fraturas, porém é necessário ressaltar que para obter medidas com amplitudes tão baixas, menores que 10 mV em alguns casos, o aparato instrumental, construtivo dos poços e condutividade da água no poço devem ser considerados.