Porque se prospeta com geofísica

A prospeção geofísica mede propriedades físicas do subsolo (resistividade, cargabilidade, permitividade, radioatividade) a partir da superfície, sem escavar. É trabalho de campo na área de prospeção e pesquisa, muitas vezes ligado diretamente a minas em atividade ou em avaliação.

• Permite localizar alvos antes de sondar ou abrir trincheiras.
• Reduz custo e tempo: a sondagem mecânica fica reservada para testar os alvos já identificados.
• É complementar à geologia de superfície e à geoquímica, nunca um substituto.
• Tem alcance limitado: Neves-Corvo (1977) foi descoberto sobre uma anomalia gravimétrica; os outros métodos aplicados não resultaram, pela profundidade das massas.

A família de métodos desta UC

O fio condutor comum é o equipamento de prospeção elétrica e eletromagnética: quem o calibra e manobra bem, aplica qualquer um destes métodos.

Injetar corrente no solo

Os métodos elétricos injetam uma corrente elétrica no terreno através de dois elétrodos cravados no solo e medem a diferença de potencial entre outros dois pontos.

• A resistividade elétrica (ρ, em Ω·m) descreve a resistência de um material à passagem de corrente.
• Rochas, minérios, água subterrânea e argilas têm resistividades muito diferentes: é esse contraste que a prospeção explora.
• Um corpo mineralizado condutor (ex.: sulfuretos maciços) destaca-se como zona de baixa resistividade face à rocha encaixante.

Camadas em subsuperfície, fluxo e equipotencial

O subsolo real é estratificado: várias camadas em subsuperfície com resistividades diferentes, que distorcem o percurso da corrente.

• Linhas de fluxo de corrente: o caminho que a corrente segue de A (+) para B (−), sempre do potencial mais alto para o mais baixo.
• Linhas de equipotencial: lugares onde o potencial elétrico é constante; cortam sempre as linhas de fluxo em ângulo reto.
• Com um só elétrodo num terreno homogéneo, as equipotenciais são hemisférios centrados nele (V = ρI / 2πr); com dois elétrodos, são quase hemisférios junto a cada um e o plano a meio de A e B é equipotencial.
• Um corpo condutor ou resistivo deforma esse padrão e revela a sua presença.

Analisar linhas de equipotencial

• Método das linhas equipotenciais: com dois elétrodos de potencial e um voltímetro, procura-se o ponto onde ΔV = 0 e unem-se os pontos de igual potencial.
• Corpo carregado (mise-à-la-masse): o elétrodo A é posto no próprio minério (afloramento, galeria, sondagem); as equipotenciais alongam-se segundo a direção do corpo.

Sondagem elétrica vertical (1D)

A sondagem elétrica vertical (SEV) faz medições num único ponto, aumentando progressivamente o afastamento entre os elétrodos de corrente.

• Quanto maior o afastamento, mais profunda é a informação amostrada (a corrente penetra mais fundo).
• O resultado é um perfil 1D: como a resistividade varia com a profundidade naquele ponto.
• Útil para detetar camadas horizontais (ex.: nível freático, topo de rocha mineralizada a uma dada profundidade).

Perfilagem 2D e modelos 3D

• 2D (ERT): dezenas de elétrodos ao longo de um perfil, ligados por cabo multicondutor; o instrumento mede centenas de quadripolos. Dados → pseudossecção → inversão → secção de resistividade (com erro RMS).
• 3D: várias linhas paralelas numa malha, invertidas em conjunto num modelo volumétrico; as linhas não podem ficar muito afastadas (regra prática: até cerca do dobro do espaçamento entre elétrodos).
• Profundidade útil: da ordem de um quinto do comprimento da linha de elétrodos, menos sob cobertura condutora.
• É a distinção do título da UC: trabalhar em perfis ou em malha.

Disposições de elétrodos

Um levantamento de resistividade usa quatro elétrodos: dois de corrente (A, B) e dois de potencial (M, N). A forma como se dispõem no terreno chama-se disposição (array):

Resistividade aparente: ρa = K · ΔV / I

Exemplo (Wenner): a = 10 m, I = 100 mA, ΔV = 250 mV.

1. K = 2π × 10 = 62,83 m
2. R = ΔV / I = 0,250 / 0,100 = 2,5 Ω
3. ρa = 62,83 × 2,5 = 157 Ω·m

• "Aparente" porque só é a resistividade real num terreno homogéneo; o modelo do subsolo sai da inversão.
• Em dipolo-dipolo, passar de n = 3 para n = 6 multiplica K por quase 6: mais profundidade, muito menos sinal.
• Condutividade: σ = 1/ρ; 50 Ω·m = 0,02 S/m = 20 mS/m.

Adequar o método ao trabalho: perfis e malha

Escolher entre trabalhar em perfis ou em malha é um critério de desempenho central desta UC: adequar o tipo de prospeção à finalidade do trabalho.

• Perfis: rápido, ideal para alvos alongados (falhas, filões, contactos litológicos) de direção conhecida; perfis perpendiculares à direção do alvo.
• Malha: mais lento, mas dá cobertura espacial completa, essencial para corpos irregulares ou de direção desconhecida.
• Contar nós, não células: n intervalos têm n + 1 nós. 20 × 20 intervalos = 21 × 21 = 441 nós (400 células).
• Exemplo: 200 m × 150 m, linhas de 200 m a cada 25 m, estações a 10 m → 7 linhas × 21 estações = 147 estações.

O que é a polarização espontânea

A polarização espontânea (SP) é um método passivo: não se injeta corrente, mede-se apenas a diferença de potencial natural que já existe no solo.

• Origina-se em processos eletroquímicos (um condutor de sulfuretos ou grafite a funcionar como pilha natural) e eletrocinéticos (fluxo de água subterrânea através de rochas porosas).
• Sobre o topo de corpos de sulfuretos surge em geral uma anomalia negativa, de dezenas a centenas de milivolts.
• A grafite dá anomalias negativas iguais ou mais fortes: é o falso positivo clássico.
• Usa elétrodos não polarizáveis (cobre em sulfato de cobre) e um voltímetro de alta impedância.

Deriva em SP: exemplo resolvido

A base lê 0 mV às 09:00 e +6 mV às 12:00. Uma estação lida às 10:30 deu −85 mV.

1. Deriva: +6 mV em 3 h = +2 mV/h (admitindo deriva linear).
2. Às 10:30 (1,5 h): deriva = +3 mV.
3. Valor corrigido: −85 − 3 = −88 mV.

• Antes e depois do trabalho: medir os dois elétrodos juntos para conhecer a sua diferença própria.
• Registar sempre a polaridade (que elétrodo vai a que terminal).

Aplicação e procedimento de campo em SP

• Aplicações: localizar corpos sulfuretados, mapear percursos de água subterrânea e frentes de contaminação.
• Procedimento: fixa-se um elétrodo de referência (base fixa) e move-se o segundo elétrodo por estações sucessivas, ou usa-se o método do gradiente entre elétrodos vizinhos.
• Regista-se a leitura em cada estação e traça-se um mapa de isolinhas de potencial, procurando anomalias negativas fechadas ou alongadas.

Método rápido e barato, útil como reconhecimento de condutores pouco profundos.

O que é a polarização induzida

A polarização induzida (IP) mede a capacidade do solo de armazenar carga eletricamente, como um pequeno condensador, sobretudo em interfaces entre minerais e o fluido dos poros.

• Ao cortar a corrente, a tensão não cai logo a zero: decai durante uma fração de segundo a alguns segundos.
• Domínio do tempo: mede-se a cargabilidade, em mV/V (tensão residual / tensão primária) ou em ms (área da curva de decaimento / tensão primária).
• Domínio da frequência: mede-se o efeito de frequência (PFE, em %) ou a fase (mrad).
• Fontes: grãos metálicos (sulfuretos, grafite), resposta forte; argilas, resposta fraca a moderada.

Porque combinar IP com resistividade

• Os sulfuretos disseminados podem mal baixar a resistividade (grãos isolados), mas polarizam: a IP é o método de eleição.
• IP e resistividade medem-se ao mesmo tempo, com o mesmo dispositivo (dipolo-dipolo, polo-dipolo).

IP no terreno: cuidados próprios

• Elétrodos não polarizáveis nos dipolos de potencial.
• Cabos de corrente e de potencial afastados e sem voltas: reduz o acoplamento eletromagnético, que contamina as primeiras janelas.
• Resistência de contacto baixa nos elétrodos de corrente: regar com água salgada ou bentonite (só nos de corrente).
• Transmissor com tensões elevadas (centenas a milhares de volts): regras de segurança do bloco 15.

Como funciona um levantamento eletromagnético

Os métodos EM de indução não precisam de elétrodos cravados no solo.

1. Um transmissor gera um campo magnético primário que varia no tempo.
2. Esse campo induz correntes de Foucault nos corpos condutores (lei de Faraday).
3. Essas correntes geram um campo secundário, que o recetor mede.
4. A resposta (em fase e em quadratura) revela a presença, a posição e a qualidade do condutor.

Slingram, TDEM e profundidade pelicular

• Domínio da frequência (Slingram): duas bobinas a distância fixa; condutivímetros tipo EM31 (primeiros metros) e EM34 (separações de 10, 20 e 40 m) dão a condutividade aparente em mS/m.
• Domínio do tempo (TDEM): corrente num grande circuito de cabo, corte brusco, mede-se o decaimento do campo secundário depois do corte. Tempos longos = mais fundo; bons condutores decaem devagar.
• Profundidade pelicular: δ ≈ 503 √(ρ/f) metros. A 20 kHz: 10 Ω·m → 11 m; 100 Ω·m → 36 m; 1000 Ω·m → 112 m.

Falsos positivos condutores

Radiação e indução: GPR e VLF

A diferença está em como o campo se comporta no terreno, que depende da frequência e da condutividade:

• Indução (baixa frequência: Slingram, TDEM, VLF): dominam as correntes de condução, o campo difunde-se, conta a condutividade.
• Radiação / propagação (alta frequência: GPR): o campo propaga-se como onda e reflete-se; conta a permitividade; a condutividade só atenua.
• O VLF usa uma fonte de radiação distante (emissor de rádio), mas deteta condutores por indução.
• O GPR é um método de propagação de ondas, não de indução.

Princípio do GPR

O radar de solos (GPR, Ground Penetrating Radar) emite pulsos eletromagnéticos de alta frequência (tipicamente dezenas de MHz a poucos GHz) para o subsolo.

• O sinal reflete-se nas interfaces com contraste de permitividade (mudança de material ou de teor de água, vazio, objeto).
• Mede-se o tempo de ida e volta (ns); velocidade v = c / √εr (c = 0,3 m/ns); profundidade d = v · t / 2.
• Frequência mais alta: melhor resolução (≈ λ/4), menos penetração; mais baixa: o contrário.
• Em terrenos argilosos, salinos ou condutores a onda é absorvida: penetração de poucos decímetros ou metros, seja qual for a antena.

GPR: do tempo à profundidade

Exemplo: refletor a 80 ns, terreno com εr = 9.

1. v = 0,3 / √9 = 0,1 m/ns
2. d = 0,1 × 80 / 2 = 4 m (o tempo é de ida e volta)

Resolução: antena de 100 MHz com v = 0,1 m/ns: λ = 1 m, resolução ≈ 0,25 m; a 500 MHz: λ = 0,2 m, ≈ 5 cm.

Trabalhar com GPR no terreno

• Antena deslocada ao longo de um perfil, a velocidade constante, a gravar o radargrama (posição × tempo).
• Calibrar: roda odométrica numa distância medida, tempo zero, e velocidade pelas hipérboles, por um ensaio CMP ou por um refletor de profundidade conhecida.
• Procurar reflexões contínuas (camadas, fraturas, contacto cobertura/rocha) e hipérboles (objetos pontuais, blocos, cavidades).
• Aplicações: espessura de coberturas, fraturas em rocha resistiva, rochas ornamentais, galerias antigas e vazios.

Princípio do VLF

O VLF (Very Low Frequency) aproveita os emissores de rádio militares de comunicação com submarinos, na banda aproximada de 15 a 30 kHz, a centenas ou milhares de quilómetros.

• Na área de trabalho, o campo magnético primário é praticamente horizontal e perpendicular à direção do emissor.
• Corpos condutores e alongados (filões mineralizados, falhas com água, contactos) ficam com correntes induzidas e distorcem o campo.
• O recetor mede a inclinação (componente em fase) e a elipticidade (componente em quadratura), em %.

VLF: escolher a estação e ler os dados

• Regra de ouro: escolher uma estação na direção do alinhamento do alvo; os perfis ficam perpendiculares ao alvo. Um condutor perpendicular à direção do emissor pode passar despercebido.
• Manter sempre a mesma orientação e o mesmo sentido de marcha.
• Filtro de Fraser: F = (M1 + M2) − (M3 + M4), no ponto médio entre M2 e M3; transforma a passagem por zero num máximo mapeável.

Exemplo (inclinações a cada 10 m): +12, +9, +4, −3, −10 → Fraser a 25 m = (9 + 4) − (−3 − 10) = 26, o máximo: condutor entre 20 e 30 m.

VLF no terreno: rapidez e limites

• Procedimento: confirmar a intensidade do sinal; ler com o instrumento nivelado, estação a estação, a espaçamento regular; registar coordenadas, hora e estação usada.
• Vantagens: leve, rápido, sem elétrodos nem cabos, excelente para triagem de grandes áreas.
• Alcance: limitado pela profundidade pelicular a cerca de 20 kHz; curto sob coberturas condutoras.
• Limites: responde a qualquer condutor alongado (falhas com água, vedações, linhas elétricas); sensível à topografia; os emissores param por vezes (ter estação alternativa).

Radioatividade natural das rochas

Os métodos radiométricos medem a radiação gama emitida naturalmente por três elementos radioativos presentes em quantidades variáveis nas rochas: potássio (K), urânio (U) e tório (Th).

• Cada tipo de rocha e alteração hidrotermal tem uma assinatura radiométrica própria.
• Permite mapear litologia e alteração à distância, e localizar diretamente depósitos ricos em elementos radioativos.
• É um método totalmente passivo: não emite nada, só recebe a radiação natural já existente.

Equipamento e procedimento radiométrico

• Cintilómetro: contagem total (cps). Espectrómetro: janelas de energia, dá K, eU, eTh e taxa de dose em nGy/h.
• "Equivalente" porque U e Th se medem pelos descendentes, admitindo equilíbrio; a perda ou acumulação de radão falseia o eU.

Executar um levantamento radiométrico

• Verificar o instrumento e ler um ponto de controlo no início e no fim do dia.
• Medir o fundo por unidade geológica; limiar prático: média + 2 desvios-padrão.
• Detetor sempre à mesma altura e geometria; não medir com chuva nem logo a seguir.
• A radiação vem dos primeiros decímetros: uma cobertura transportada mascara a rocha.
• Estatística: erro relativo = 1/√N. 100 cps durante 1 s: 10 %; durante 60 s: 1,3 %. Uma janela de 5 cps precisa de minutos.

O equipamento desta UC

Cada método tem o seu instrumento próprio, todos enquadrados no equipamento de prospeção elétrica e eletromagnética:

Conhecer o equipamento certo para cada método é pré-requisito para o manobrar e calibrar bem.

Calibrar antes de medir

Garantir a aplicação dos requisitos de calibração é um critério de desempenho desta UC. Duas coisas diferentes:

• Calibração: comparação com um padrão, com certificado e validade (fabricante ou laboratório). Espectrómetros: blocos-padrão (pads) de K, U e Th.
• Verificação de campo (diária): resistência de referência no resistivímetro, resistência de contacto dos elétrodos, continuidade e isolamento dos cabos, zero e deriva do condutivímetro, tempo zero e velocidade no GPR, estabilização do espetro e ponto de controlo na radiometria.
• Registar tudo: data, instrumento e n.º de série, teste, resultado, técnico.

Sequência de trabalho de campo

Manobrar o equipamento é a terceira realização central da UC. A sequência típica de campo:

1. Marcar o perfil ou a malha com fita métrica ou GNSS (PT-TM06/ETRS89; EGNOS 1 a 3 m, RTK centimétrico).
2. Colocar os elétrodos, bobinas ou antenas de acordo com a disposição escolhida.
3. Ligar e verificar as leituras iniciais antes de avançar.
4. Registar cada estação com a sua coordenada e o valor medido.
5. Repetir o procedimento estação a estação, ao longo do perfil ou da malha.

Boas práticas e fontes de ruído

• Manter espaçamento consistente entre estações; qualquer alteração deve ficar registada.
• Evitar interferências: linhas elétricas, vedações metálicas e objetos enterrados distorcem leituras elétricas e eletromagnéticas.
• Repetir leituras em pontos de controlo para verificar a qualidade dos dados.
• Cuidar do equipamento: transporte, arrumação de cabos e limpeza dos elétrodos no final do dia.

Rigor no terreno é o que torna os dados de gabinete fiáveis.

Análises de superfície

Antes e durante o levantamento geofísico, a análise de superfície dá contexto indispensável à interpretação:

• Observação de afloramentos, alteração da rocha, estruturas visíveis (falhas, fraturas, veios à vista).
• Relação entre o que se vê à superfície e o que se espera encontrar em profundidade.
• Ajuda a desenhar o levantamento: onde colocar perfis, que orientação escolher, que método priorizar.

Um levantamento planeado sem olhar primeiro para o terreno arrisca perder o alvo mais óbvio.

Mapeamento geológico e integração de dados

• O mapeamento geológico organiza a informação de litologia e estrutura numa base cartográfica.
• Cada método geofísico produz o seu próprio mapa ou secção (resistividade, cargabilidade, condutividade EM, radiometria).
• A interpretação final sobrepõe estes mapas ao mapa geológico, procurando coincidências: onde uma anomalia geofísica cai sobre uma estrutura ou litologia favorável, o alvo ganha força.

Nenhum método isolado decide; é o cruzamento de camadas de informação que aponta o alvo.

Da anomalia ao alvo

Analisar potenciais recursos minerais a serem prospetados é a primeira realização da UC, e fecha o ciclo depois dos dados recolhidos:

1. Processar os dados de campo em mapas ou secções interpretáveis.
2. Identificar anomalias: desvios claros face ao comportamento de fundo da área.
3. Comparar a assinatura da anomalia (resistividade, cargabilidade, condutividade, radiometria) com assinaturas conhecidas de depósitos semelhantes.
4. Eliminar falsos positivos (culturais, grafite, argila, água) e cruzar com a geologia de superfície e com pelo menos um segundo método.

Estudos de caso e priorização de alvos

Um bom relatório hierarquiza os alvos e propõe sondagens (posição, azimute, inclinação); a decisão junta geofísica, geologia e viabilidade (acesso, custo, licença da DGEG).

Segurança elétrica na injeção de corrente

Os transmissores de resistividade, IP e TDEM trabalham com tensões e correntes elevadas (em IP, centenas ou milhares de volts). Um elétrodo em injeção pode matar.

• Ninguém toca em elétrodos nem cabos com o transmissor ligado.
• Injetar só depois de todos confirmarem por rádio que estão afastados; anunciar início e fim.
• Elétrodos de corrente sinalizados e vigiados se houver passagem de pessoas ou gado.
• Desligar antes de mexer num elétrodo; nunca estender cabos perto de linhas aéreas.
• Trovoada: suspender, desligar, afastar a equipa dos cabos.

Equipamentos de proteção individual (EPI)

• Calçado de proteção; com instrumentos EM, preferir biqueira não metálica.
• Capacete e colete de alta visibilidade em mina, obra ou junto a vias e maquinaria.
• Luvas de proteção mecânica para marretas e elétrodos; luvas isolantes junto a elétrodos de corrente.
• Escombreiras e zonas de urânio: luvas, higiene das mãos, não comer nem beber no local.
• Base legal: Decreto-Lei n.º 348/93 e Portaria n.º 988/93; o EPI escolhe-se pela avaliação de riscos.

Normas de segurança e atitudes profissionais

• Cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho (Lei n.º 102/2009) e, em minas, o regulamento de segurança nas minas e pedreiras (Decreto-Lei n.º 162/90) e as regras da própria mina.
• Planear para minimizar riscos: reconhecimento do terreno, nunca trabalhar sozinho, comunicar a localização da equipa, plano de emergência (112).
• Não entrar em trabalhos mineiros abandonados (colapso, quedas, radão); fontes de verificação radioativas seguem o regime de proteção radiológica (Decreto-Lei n.º 108/2018).
• As atitudes do referencial (rigor, responsabilidade, autonomia, sustentabilidade, conduta profissional) aplicam-se tanto à segurança como à qualidade dos dados recolhidos.

Um técnico de prospeção rigoroso é, antes de tudo, um técnico que trabalha em segurança.