Sondagem elétrica vertical (SEV): guia completo

O que é a sondagem elétrica vertical

A sondagem elétrica vertical é um ensaio geofísico de eletrorresistividade que estima a sequência de camadas horizontais sob um ponto, com a resistividade e a espessura de cada uma. O centro do arranjo fica fixo e, a cada leitura, os eletrodos de corrente são afastados. Quanto maior a abertura, mais fundo a corrente circula, e a medida passa a refletir camadas mais profundas.

O produto de campo é a curva de SEV: a resistividade aparente (ρa) em função da semiabertura AB/2, em gráfico bilogarítmico. O produto final, depois da inversão, é um modelo geoelétrico 1D, uma espécie de furo de sondagem virtual com camadas como “0 a 1,3 m: 660 Ω·m; 1,3 a 4,7 m: 257 Ω·m; …”. A SEV é barata e rápida e exige pouca equipe. Por isso segue como o método elétrico mais usado em hidrogeologia e em estudos preliminares de geotecnia no Brasil.

Ela responde bem a perguntas do tipo “a que profundidade está a rocha?”, “onde começa a zona saturada?” e “há uma camada condutora (argila ou água salobra) no pacote?”. Ela responde mal a perguntas sobre estruturas verticais ou estreitas, como fraturas, diques e cavidades. Nesses casos, o caminhamento elétrico 2D é o método indicado.

Princípio físico: corrente, potencial e resistividade aparente

Injetamos uma corrente I no solo pelos eletrodos A e B e medimos a diferença de potencial ΔV entre os eletrodos M e N. A razão ΔV/I, multiplicada por um fator geométrico K, dá a resistividade aparente.

R = ΔV/I é a resistência lida no aparelho, em ohms. K, em metros, depende só da posição dos quatro eletrodos. Para um meio homogêneo, a fórmula geral vem do potencial de uma fonte pontual na superfície de um semiespaço, V = ρI/(2πr):

No arranjo Schlumberger, simétrico e com MN pequeno em relação a AB, a expressão fica assim (é a mesma usada pelo Rhoa e pela nossa calculadora de fator K):

Exemplo: com AB/2 = 1,0 m e MN = 0,2 m, K = π · (1,00 − 0,01) / 0,2 = 15,55 m. Se o aparelho ler R = 40 Ω, então ρa = 622 Ω·m.

Por que a resistividade é “aparente”

Se o subsolo fosse homogêneo, ρa seria a resistividade verdadeira em qualquer abertura. Como ele é estratificado, a corrente atravessa várias camadas ao mesmo tempo, e ρa vira uma média ponderada que muda com AB/2. Nas aberturas pequenas, ρa tende à resistividade da 1ª camada. Nas grandes, tende à do substrato. O trabalho da inversão é separar essa mistura.

O que controla a resistividade

Na maior parte dos solos e rochas rasas, a corrente circula pela água dos poros (condução eletrolítica). Por isso a resistividade cai quando aumentam a porosidade, a saturação, a salinidade da água e o teor de argila (que conduz pela superfície dos grãos). Rocha cristalina sã e pouco fraturada tem poros mínimos e resistividade alta. Os intervalos se sobrepõem: uma areia com água salobra e uma argila com água doce podem ter o mesmo valor. Consulte a tabela de resistividade de rochas, solos e água para faixas típicas com fontes.

Quando usar a SEV

Use a SEV quando o alvo se aproxima de um pacote de camadas horizontais e você precisa da profundidade e da espessura delas em pontos específicos. As aplicações mais comuns são:

• Locação de poço tubular: espessura do pacote sedimentar ou do manto de alteração, profundidade do embasamento e camadas porosas saturadas. Veja também a página para empresas de perfuração de poços.
• Nível d'água: em sedimentos arenosos, a passagem da zona não saturada para a saturada costuma produzir uma queda nítida de resistividade.
• Intrusão salina: em planícies costeiras, água salobra ou salgada produz valores muito baixos (água do mar fica perto de 0,2 Ω·m), e a SEV ajuda a mapear o topo da cunha.
• Geotecnia: espessura de solo mole, profundidade do topo rochoso para fundações, áreas de empréstimo e estratificação do solo para projetos de aterramento elétrico.
• Contaminação: plumas de chorume ou de efluentes salinos baixam a resistividade. Plumas costumam ser lateralmente limitadas, então a SEV serve para triagem e o caminhamento 2D para o mapeamento.

Equipamento

Uma SEV exige um resistivímetro (transmissor e receptor), uma fonte de energia, quatro eletrodos, cabos em carretéis e uma trena longa. A lista completa:

• Resistivímetro: injeta corrente contínua comutada (a polaridade é invertida em ciclos) e mede ΔV e I. A comutação e o empilhamento de ciclos cancelam o potencial espontâneo e reduzem o ruído. Um exemplo nacional é o PASI Polares, usado na SEV de demonstração do Rhoa.
• Fonte: bateria de 12 V (estacionária ou automotiva) ou conversor. A corrente disponível limita o sinal nas aberturas grandes.
• Eletrodos: hastes de aço inox ou cobre para A e B. Para M e N também se usam hastes metálicas e, em trabalhos que exigem mais precisão, eletrodos não polarizáveis (potes porosos com sulfato de cobre).
• Cabos e carretéis: dois cabos longos para A e B (até AB/2 máximo) e dois curtos para M e N. Cabos com isolamento danificado causam fuga de corrente, um erro difícil de perceber.
• Acessórios: trena de 50 a 100 m, marretas, GPS, bússola para o azimute, rádios ou celulares, água (ou água com sal) para molhar os eletrodos e a caderneta de campo. Para imprimir, use a planilha de campo para SEV.

Procedimento de campo, passo a passo

No padrão Schlumberger, o centro fica fixo, AB/2 cresce em passos aproximadamente logarítmicos e MN só é aumentado quando o sinal fica fraco, repetindo uma abertura com os dois MN (a embreagem). Para comparar arranjos, veja o guia de arranjos de eletrodos: Schlumberger, Wenner e dipolo-dipolo.

1. Planeje a linha. Escolha um trecho reto e plano, com comprimento AB = 2 × AB/2 máximo livre de obstáculos. Evite cercas metálicas, tubulações enterradas, redes elétricas e mudanças bruscas de geologia (contatos, drenagens). Em terreno com estrutura conhecida, alinhe a linha paralelamente à direção das camadas ou das fraturas.
2. Defina o AB/2 máximo. Pela convenção usada no Rhoa (Z = 0,191 · AB), para investigar até uma profundidade Z você precisa de AB/2 ≈ 2,6 · Z. Para cerca de 16 m, AB/2 ≈ 43 m (o máximo do preset). Para alvos profundos, a linha cresce rápido, e o sinal cai junto.
3. Marque o centro. Registre coordenadas, cota, azimute da linha, data, equipe, equipamento e condições do tempo (chuva recente muda a resistividade das camadas rasas).
4. Estenda a trena e crave os eletrodos. Com a trena contínua e o marco zero em A, as posições de cada leitura são A1 = 0, M2 = AB/2 − MN/2, N3 = AB/2 + MN/2 e B4 = AB. Essa notação vem do padrão de campo PASI Polares/UFSC adotado no Rhoa.
5. Confira o contato e meça. Molhe os eletrodos se a resistência de contato estiver alta, faça a leitura de R e repita até estabilizar. Anote também I e ΔV quando o aparelho mostrar.
6. Plote o ponto na hora no gráfico bilog e só então abra para o próximo AB/2.
7. Troque o MN quando o sinal cair. Mantenha MN ≤ AB/5 (regra usual do Schlumberger) e aumente-o quando ΔV se aproximar da resolução do receptor. Na troca, meça a mesma abertura com o MN antigo e com o novo.
8. Termine no AB/2 máximo, revise a curva completa e só então recolha os cabos.

O preset padrão de 21 scans

O Rhoa traz o preset de 21 leituras (Wenner-Schlumberger) usado no padrão de campo PASI Polares/UFSC. AB/2 vai de 1 a 43 m e MN passa por 0,2 → 0,5 → 1,2 → 2,0 m, com aberturas repetidas em AB/2 = 5,0, 12,5 e 20,0 m. K, Z e as posições abaixo foram calculados com as mesmas funções do app.

A embreagem de MN

Embreagem é o degrau que aparece na curva quando o MN muda: a mesma abertura AB/2, medida com dois MN diferentes, dá dois valores de ρa. O degrau vem de heterogeneidades rasas perto dos eletrodos de potencial e da aproximação do arranjo. É por isso que se repete a abertura: o par de leituras mede o tamanho do salto e permite emendar os segmentos depois. Na SEV-01 de demonstração do Rhoa, os saltos foram de +5% em AB/2 = 5 m, −11% em 12,5 m e +10% em 20 m.

Controle de qualidade no campo

A melhor ferramenta de controle de qualidade é plotar cada ponto no gráfico bilog assim que ele é medido. Um erro percebido no campo custa uma releitura, enquanto o mesmo erro percebido no escritório pode custar uma nova campanha. No Rhoa, a caderneta de campo calcula K, Z, as posições e ρa enquanto você digita R, desenha a curva log-log em tempo real e funciona sem internet.

• Suavidade: uma curva de SEV de um meio 1D é contínua e suave. Um ponto isolado fora da tendência indica erro de leitura, de anotação ou de posição do eletrodo. A caderneta do Rhoa sinaliza pontos que diferem mais de 3× dos dois vizinhos (critério do app), e você pode marcá-los como outlier para excluí-los da inversão.
• Inclinação máxima: em papel bilog de décadas iguais, o ramo ascendente de uma curva Schlumberger em meio 1D não passa de 45°. Subidas mais íngremes indicam erro de geometria, fuga de corrente ou efeito lateral.
• Resistência de contato: contato ruim reduz a corrente e piora a relação sinal/ruído. Molhe os eletrodos com água (ou água salgada), crave mais fundo ou ligue hastes extras em paralelo.
• Ruído: redes elétricas, cercas energizadas, correntes telúricas e tubulações metálicas geram leituras instáveis. Repita a medida, aumente o número de ciclos e, se o sinal estiver fraco, aumente o MN.
• Embreagem coerente: o salto na abertura repetida deve ser moderado e manter o formato da curva. Saltos muito grandes pedem uma terceira leitura ou o deslocamento do centro da sondagem.

Processamento: embreagem e suavização

Antes de inverter, emende os segmentos de MN, junte as leituras repetidas e remova os outliers. Não suavize a curva além disso.

A correção de embreagem desloca cada segmento verticalmente (um fator multiplicativo, ou seja, um deslocamento em log) até que ele coincida com o anterior na abertura repetida. No Rhoa, o 1º segmento (MN = 0,2 m) é a referência e os seguintes são ajustados em cadeia. Na SEV-01, os fatores foram de cerca de ×0,95, ×1,07 e ×0,97. Depois disso, as leituras na mesma abertura viram um único ponto (média geométrica), e os 21 scans se tornam 18 pontos de AB/2.

Suavizar a curva de campo (médias móveis, ajuste de splines) pode apagar justamente as inflexões que definem as camadas finas. Prefira excluir o ponto ruim a suavizar a curva inteira. O motor de inversão do Rhoa não suaviza os dados. Ele ajusta o logaritmo de ρa e aplica apenas um termo leve de regularização entre as resistividades de camadas vizinhas.

Inversão 1D

Inverter é encontrar o modelo de camadas cuja curva teórica reproduz a curva de campo. O programa calcula a curva de um modelo (problema direto), compara com os dados e ajusta resistividades e espessuras até o erro parar de cair.

Problema direto

Para um meio de camadas horizontais, a curva de ρa é obtida a partir da função transformada de resistividade (uma expressão recursiva com as resistividades e espessuras) e de uma transformada de Hankel. Desde Ghosh (1971), essa integral é calculada com filtros lineares digitais, o que torna a modelagem instantânea. O Rhoa usa esse método, com um filtro de Schlumberger.

Ajuste e erro RMS

O ajuste é feito por mínimos quadrados não lineares (Levenberg-Marquardt ou métodos de região de confiança), em escala logarítmica. A qualidade é resumida pelo erro RMS relativo:

No Rhoa, um RMS abaixo de 3% é classificado como excelente, entre 3% e 8% como aceitável, e acima de 8% como ruim. Essas faixas são uma convenção do app, não uma norma. Um RMS baixo não prova que o modelo está certo, apenas que ele é compatível com os dados.

Equivalência e não unicidade

Modelos diferentes podem produzir curvas praticamente iguais. Esse é o princípio da equivalência, e ele é a principal fonte de incerteza da SEV. Uma camada condutora entre duas resistivas (curvas H) é bem determinada pela condutância longitudinal S = h/ρ, não por h e ρ separadamente. Uma camada resistiva entre duas condutoras (curvas K) é determinada pela resistência transversal T = h · ρ. Há também a supressão: uma camada fina com resistividade intermediária entre as vizinhas (curvas A e Q) pode não deixar marca na curva. O guia como interpretar uma SEV mostra um exemplo numérico de equivalência.

Quantas camadas usar

Comece com o menor número de camadas que explica a forma da curva. Uma regra prática é contar as inflexões (máximos, mínimos e mudanças de inclinação) e somar um. Acrescente uma camada só se o RMS cair de forma significativa e a nova camada fizer sentido geológico. O Rhoa aceita de 2 a 7 camadas.

Interpretação

Interpretar é transformar o modelo geoelétrico (ρ e h de cada camada) em um modelo geológico (litologia, nível d'água, embasamento), usando a forma da curva, faixas de resistividade e informação local.

Tipo de curva

Em três camadas, a forma da curva recebe uma letra: H (ρ₁ > ρ₂ < ρ₃, com mínimo), K (ρ₁ < ρ₂ > ρ₃, com máximo), A (crescente) e Q (decrescente). Com mais camadas, as letras se combinam (QH, KH, HK…). O guia de tipos de curva de SEV mostra cada forma com diagramas e exemplos brasileiros.

Litologia

A resistividade sozinha não identifica a rocha, mas restringe as possibilidades. O Rhoa sugere uma litologia por faixa de resistividade, com as faixas abaixo. Elas são uma convenção do Rhoa, pensada para terrenos sedimentares e cristalinos do Sul e do Sudeste, e devem ser revistas com a geologia local.

Nível d'água, embasamento e Dar Zarrouk

O nível d'água costuma aparecer como o topo de uma camada bem menos resistiva que a de cima. O embasamento aparece como o substrato resistivo, quando a abertura foi suficiente para alcançá-lo. Os parâmetros de Dar Zarrouk, S = h/ρ (condutância longitudinal, em siemens) e T = h · ρ (resistência transversal, em Ω·m²), resumem o pacote de camadas. A condutância da cobertura acima do aquífero também é usada como indicador da proteção natural do aquífero: quanto maior S, mais argilosa e protetora é a cobertura.

Limitações

A SEV assume camadas horizontais, homogêneas e lateralmente contínuas. Quanto mais o terreno se afasta disso, menos confiável é o modelo.

• Heterogeneidade lateral: contatos, diques, fraturas, topografia acidentada e objetos enterrados distorcem a curva. Em aquíferos fraturados do cristalino, a SEV mede bem o manto de alteração, mas não “vê” fraturas verticais. Nesses casos, use caminhamento elétrico ou tomografia 2D.
• Profundidade de investigação: não existe uma profundidade fixa por abertura. Ela depende dos contrastes, e uma camada muito condutora rasa “blinda” o que está abaixo. A regra Z = 0,191 · AB serve para planejar, não para interpretar.
• Equivalência e supressão: espessuras e resistividades de camadas intermediárias têm faixas de incerteza que precisam ser declaradas.
• Anisotropia: em camadas com laminação fina (argilas, xistos), a SEV enxerga uma resistividade média e uma espessura exagerada pelo coeficiente de anisotropia λ.
• Ambiguidade litológica: argila com água doce, areia com água salobra e uma pluma de contaminação podem ter a mesma resistividade.
• Ruído urbano: redes elétricas e tubulações limitam o AB/2 útil em áreas urbanas.

O laudo

O laudo de SEV deve permitir que outro profissional entenda, reproduza e critique a interpretação. Dados, modelo e incertezas precisam aparecer junto com a conclusão. Um bom laudo contém:

1. Objetivo, cliente e localização (mapa, coordenadas, cota e azimute de cada SEV).
2. Método: arranjo, equipamento, AB/2 máximo, sequência de MN, data e equipe.
3. Tabela de leituras (AB/2, MN, K, R, ρa) e curva de campo.
4. Processamento: correção de embreagem, pontos excluídos e motivo.
5. Modelo invertido com o RMS, a curva ajustada e a tabela de camadas.
6. Interpretação geológica com as hipóteses, a comparação com poços e geologia local e as faixas de equivalência.
7. Conclusões e recomendações (por exemplo, a profundidade sugerida para o poço), com as limitações do método.
8. Responsável técnico habilitado, com registro profissional e ART quando exigida.

No Rhoa, o laudo A4 é montado a partir da caderneta e da inversão salva: curva, modelo, coluna litológica, Dar Zarrouk e vulnerabilidade. O responsável técnico preenche o nome e o registro e exporta o PDF.

Referências

• BRAGA, A. C. O. Geofísica aplicada: métodos geoelétricos em hidrogeologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2016.
• FEITOSA, F. A. C. et al. (org.). Hidrogeologia: conceitos e aplicações. 3. ed. Rio de Janeiro: CPRM/LABHID, 2008.
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• KOEFOED, O. Geosounding principles, 1: resistivity sounding measurements. Amsterdam: Elsevier, 1979.
• LOKE, M. H. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys. Notas de curso (várias revisões).
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