O Que é Geofísica?

(* Adaptado por C.A. Bertulani para o projeto de Ensino de Física a Distância)


 
Geofísica é o estudo da Terra usando medidas físicas tomadas na sua superfície. Nem sempre é fácil estabelecer uma fronteira entre Geologia e Geofísica. A diferença fica, primariamente, no tipo de dados com os quais se manipula.
A Geologia envolve o estudo da Terra através de observações diretas de rochas que estão expostas na superfície ou de amostras retiradas de poços perfurados com esta finalidade e a conseqüente dedução de sua estrutura, composição e história geológica pela análise de tais observações.
A Geofísica, por outro lado, envolve o estudo daquelas partes profundas da Terra que não podemos ver através de observações diretas, medindo suas propriedades físicas com instrumentos sofisticados e apropriados, geralmente colocados na superfície. Também inclui a interpretação dessas medidas para se obter informações úteis sobre a estrutura e sobre a composição daquelas zonas inacessíveis de grandes profundidades.
A distinção entre estas duas linhas de ciências da Terra não é muito bem percebida. Perfís de Poços, por exemplo, são largamente usados em estudos geológicos, embora eles apresentem resultados meramente obtidos em observações instrumentais. O termo "Geofísica de Poço" geralmente é usado para designar tais medições.

De uma maneira geral, a Geofísica fornece as ferramentas para o estudo da estrutura e composição do interior da Terra. Quase tudo o que conhecemos sobre a Terra, abaixo de limitadas profundidades que os poços e as minas subterrâneas atingem, provém de observações geofísicas. A existência e as propriedades da crosta terrestre, do manto e do núcleo foram basicamente determinadas através de observações das ondas sísmicas geradas por terremotos (figura ao lado), assim como por medições das propriedades gravitacionais, magnéticas e térmicas da Terra.
Muitas das ferramentas e técnicas desenvolvidas para tais estudos têm sido usadas na exploração de hidrocarbonetos e de minérios. Ao mesmo tempo, os métodos geofísicos usados nas aplicações de prospecção têm sido aplicados em pesquisas mais acadêmicas sobre a natureza do interior da Terra.

 
Dentre os diversos métodos geofísicos usados para prospecção e pesquisa, os principais são:
Gravitacional
Mede as variações do campo gravitacional terrestre provocadas por corpos rochosos dentro da crosta até poucos quilômetros de profundidade. Estas variações são influenciadas pelas diferentes densidades das rochas, tendo as mais densas, maior influência no campo gravitacional. A figura abaixo serve para ilustrar a variação deste campo gravitacional: um mesmo corpo (massa constante) mostrará pesos diferentes para diferentes locais, se as rochas subjacentes tiverem densidades diferentes, o que normalmente acontecerá. Entretanto, estas variações são de uma magnitude muito pequena, podendo apenas serem quantificadas por aparelhos especiais, denominados gravímetros.


 
Magnético
Este método mede as variações do campo magnético da Terra, atribuídas a variações na estrutura da crosta ou na susceptibilidade magnética de certas rochas próximo à superfície. Emprega-se este método na prospecção de materiais magnéticos, como minérios de ferro, principalmente a magnetita.

 
Elétricos
Os métodos elétricos fazem uso de uma grande variedade de técnicas, cada uma baseada nas diferentes propriedades elétricas e características dos materiais que compõem a crosta terrestre.


Resistividade: este método fornece informações sobre corpos rochosos que tenham condutividade elétrica anômala. É empregado pela engenharia para estudos de salinidade de lençóis de água subterrânea.

Potencial Espontâneo: é usado para detectar a presença de certos minerais que reagem com eletrólitos na subsuperfície de maneira a gerar potenciais eletroquímicos. Um corpo de sulfeto oxidado mais no seu topo do que na sua base dará origem a tais correntes elétricas, que são detectadas na superfície com o auxilio de eletrodos e galvanômetros.

Polarização Induzida: fornece leituras diagnósticas onde existem trocas iônicas na superfície de grãos metálicos, tal como acontece em sulfitos.

Magnetotelúrico: usa correntes naturais no interior da Terra e as anomalias são procuradas quando da passagem destas correntes através dos materiais. É bastante empregado na Rússia no mapeamento de bacias sedimentares no início de uma prospecção para petróleo.
 

Eletromagnético
Como o nome sugere, este método baseia-se na propagação de campos eletromagnéticos de baixas freqüências que variam ao longo do tempo, de dentro para fora e de fora para dentro da Terra. Este método é mais comumente usado na prospecção mineral.

 
Sísmicos
São os métodos que baseiam-se na emissão de ondas sísmicas artificiais em sub-superfície ou no mar (geradas por explosivos, ar comprimido, queda de pesos ou vibradores), captando-se os seus "ecos" depois de percorrerem determinada distância para o interior da crosta terrestre, serem refletidas e refratadas nas suas descontinuidades e então retornando à superfície. Distinguimos dois tipos de métodos sísmicos:

 
Reflexão: neste método, observa-se o comportamento das ondas sísmicas, após penetrarem na crosta, serem refletidas em contatos de duas camadas de diferentes propriedades elásticas e retornarem à superfície, sendo, então, detectadas por sensores (geofones ou hidrofones). É o principal método usado na prospecção de hidocarbonetos (petróleo e gás) por fornecerem detalhes da estrutura da crosta, bem como de propriedades físicas das camadas que a compõem. Clique AQUI para ver uma animação da figura abaixo.


 
Refração: aqui as ondas sísmicas propagam-se em sub-superfície e viajam a grandes distâncias, sendo após captadas por sensores (geofones). As informações obtidas por este método geralmente são de áreas em grande escala, trazendo informações pouco detalhadas das regiões abaixo da superfície, situadas entre o ponto de detonação e o ponto de captação.


 
Radioativo
Este método baseia-se nas propriedades radioativas de certos minérios (minerais de urânio são bons exemplos). Através de aparelhos especiais (contadores geiger e cintilômetros) estes minérios podem ser detectados a partir da superfície da Terra.


 
Perfilagem de Poços
Os perfis de poços são usados principalmente na prospecção de petróleo e de água subterrânea.

Eles têm sempre como objetivo principal, a determinação da profundidade e a estimativa do volume da jazida de hidrocarboneto ou do aquífero.
Para fazer uma perfilagem em um poço, são usadas diversas ferramentas (sensores) acopladas a sofisticados aparelhos eletrônicos. Estes sensores são introduzidos poço adentro, registrando, a cada profundidade, as diversas informações relativas às características físicas das rochas e dos fluidos em seus insterstícios (poros).
As ferramentas utilizam diversas características e propriedades das rochas, que podem ser elétricas, nucleares ou acústicas. Com os sensores elétricos, detecta-se, por exemplo, a resistividade das rochas e a identificação das mesmas se dá através de comparações dos valores obtidos na perfilagem com os valores das resistividades de diversas rochas conhecidas e determinadas em testes de laboratório. Com os sensores nucleares, detecta-se a intensidade de radioatividade das rochas e dos fluidos em seus poros, podendo-se inferir a composição mineralógica das mesmas. Com as ferramentas acústicas, ultra-sons são emitidos em uma ponta da ferramenta a intervalos regulares e detectados em sensores na outra ponta. O tempo que o sinal sonoro levou para percorrer esta distância fixa e conhecida (chamado de tempo de trânsito) através da parede do poço (ou seja, pela rocha) é medido e gravado no perfil. O geofísico, mais tarde, compara estes tempos de trânsito com os tempos determinados em laboratório para rochas de composições conhecidas, inferindo, desta maneira, as composições mineralógicas das rochas atravessadas pelo poço e determinando suas profundidades.
Projeto: Ensino de Física a distância
Desenvolvido por: Carlos Bertulani