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Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X
Aplicação de uma metodologia termométrica expedita na
identificação de zonas com anomalia geotérmica na Ribeira
Grande, ilha de S. Miguel, Açores
Application of a simple thermometric methodology for the
identification of geothermal anomalies zones at Ribeira Grande,
São Miguel Island, Azores
A. Trota1*, S. Rocha2, J. Simão3, J. Almeida4, A. Oliveira5, L.M. Ferreira Gomes6
Artigo original
Original article
Recebido em 19/02/2013 / Aceite em 30/09/2014
Disponível online em Dezembro de 2014 / Publicado em Dezembro de 2014
© 2014 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP
Resumo: A medição sistemática de temperaturas em malha apertada de
furos pouco profundos, com cerca de 0,6 m, nas imediações da cidade da
Ribeira Grande, ilha de S. Miguel, permitiu a identificação de anomalias
geotérmicas. Parte das anomalias identificadas correspondem
provavelmente a zonas com elevados fluxos de calor convectivo, já
conhecidas, enquanto outras correspondem a zonas identificadas pela
primeira vez. Mostrou-se que esta técnica de prospeção, expedita e de baixo
custo, pode contribuir positivamente para a identificação de locais
prioritários para trabalhos posteriores de prospeção como, por exemplo, os
furos termométricos profundos e de avaliação, reduzindo o risco de
insucesso no desenvolvimento dos projetos geotérmicos.
Palavras-chave: Prospeção geotérmica; temperatura; tectónica; solo;
anomalia geotérmica.
Abstract: The systematic temperature measurements on a dense grid of
shallow slim holes in the surroundings of Ribeira Grande town, S. Miguel
Island, lead to the identification of thermal positive anomalies. Part of the
thermal anomalies corresponds probably to convective heat flow zones,
some of them already know and some are new discoveries. It has been
shown that this cheap and rudimentary technique can be an important tool
for the selection of target sites in the exploration stages as the drilling of
thermal gradient and exploration of deep holes, thus turning possible the
risk reduction on the management of geothermal projects.
Keywords: geothermal
geothermal anomaly.
exploration;
temperature;
tectonics;
soil;
1
Departamento de Geociências, Universidade dos Açores, Portugal; Departamento de
Geociências, Edifício do Complexo, Rua da Mãe de Deus, Apartado 1422, 9501-801
Ponta Delgada, Portugal.
2
Simbiente Açores – Engenharia e Gestão Ambiental, Lda., Portugal; Rua Azores Parque,
n.º 102, Edifício 2.1 – Ninho de Empresas Azores Parque, 9500-794 Ponta Delgada, São
Miguel – Açores.
3
Departamento de Ciências da Terra, CICEGe (FCT, Universidade Nova de Lisboa),
2829-516 Caparica, Portugal.
4
Departamento de Ciências da Terra, CICEGe (FCT, Universidade Nova de Lisboa),
2829-516 Caparica, Portugal.
5
Departamento de Geologia, Escola de Ciências da Vida e do Ambiente, Universidade de
Trás-os-Montes e Alto Douro, Portugal; Centro de Geofísica da Universidade de Coimbra,
Coimbra, Portugal.
6
Departamento de Engenharia Civil e Arquitetura, Universidade da Beira Interior, Calçada
Fonte do Lameiro, 6201-001 Covilhã, Portugal.
Autor correspondente/Corresponding author: [email protected]
1. Introdução
O sucesso dos projetos geotérmicos está intimamente
relacionado com o conhecimento que temos do modo de
funcionamento do reservatório geotérmico, natural ou
aumentado, isto é o modelo conceptual dos reservatórios
geotérmicos (Trota, 2011). Este conceito é válido para a
avaliação dos reservatórios nos seus estados natural ou em fase
de exploração industrial. A prospeção geológica, ou no caso
específico a prospeção geotérmica, permite, nas suas diferentes
vertentes e fases de implementação, a identificação dos
parâmetros necessários à caracterização dos sistemas
geotérmicos, com vista a uma exploração comercial viável.
Normalmente, na fase de prospeção, o aumento de investimento
conduz a uma redução do risco de insucesso. No entanto, por
vezes, técnicas menos onerosas como a avaliação da variação
da temperatura superficial dos solos conduzem a resultados
satisfatórios relativamente a outras técnicas mais onerosas,
como por exemplo as técnicas de deteção remota.
A competitividade da exploração da energia geotérmica
relativamente ao mix das energias renováveis, e mesmo das
energias convencionais, passa pela redução da taxa de insucesso
na fase de prospeção, nomeadamente na fase de execução de
furos profundos, e não necessariamente por uma redução de
custos na fase de prospeção preliminar. Atualmente, a taxa de
utilização da energia geotérmica no cômputo da utilização da
energia primária a nível mundial é cerca de 0,1% (IPCC, 2011).
Para aumentar esta taxa de penetração é necessário alterar
procedimentos em todas as fases do projeto geotérmico,
nomeadamente na fase de prospeção geotérmica. O
aproveitamento
dos
recursos
geotérmicos
envolve,
fundamentalmente, a tecnologia do reservatório e a tecnologia de
superfície. Esta última está relacionada com o processo de
transformação e o uso direto do calor transportado pelo fluido
geotérmico (direto, na maior parte dos sistemas, ou secundário,
pela circulação de um fluido binário nas rochas) do reservatório
para a superfície através de furos. A tecnologia do reservatório
(caso dos sistemas hidrotermais naturais) engloba todos os
aspetos que permitem a descoberta e a caracterização dos
reservatórios geotérmicos, assim como a captação e o transporte
do calor dos reservatórios para a superfície (Trota, 2011). É esta
16
tecnologia que condiciona o sucesso económico dos projetos
geotérmicos, nomeadamente os de alta entalpia.
No âmbito da prospeção geotérmica, nas fases iniciais de
reconhecimento aplicam-se metodologias similares a outros
trabalhos de prospeção geológica, nomeadamente, a recolha
bibliográfica, a cartografia geológica, a recolha de informação
geoquímica de emanações gasosas e nascentes com ou sem
aporte térmico, os trabalhos de prospeção geofísica e, finalmente,
a prospeção mecânica, normalmente a mais onerosa (Tester et al.,
2006). O objetivo da prospeção mecânica, concretizada na
execução de furos termométricos e de avaliação consiste, entre
outros aspetos, na caracterização do reservatório no que diz
respeito à geometria, determinação de pressões e temperaturas,
quimismo do fluido e permeabilidade e porosidade das formações
rochosas. Em última análise, estes parâmetros permitem conhecer
o potencial geotérmico do reservatório e o seu eventual
aproveitamento económico (Líndal, 1973; White e Wiliams,
1975; Sanyal, 2005; Williams et al., 2008).
A execução de furos na fase final da prospeção geotérmica,
os designados furos termométricos e os furos de avaliação,
concretizam uma fase crucial do desenvolvimento da prospeção
geotérmica. Trata-se de uma etapa de elevado investimento. A
insuficiente caracterização da geologia e da dinâmica dos fluidos
do reservatório conduz, por vezes, à inadequada localização dos
furos, resultando frequentemente na má avaliação do reservatório
geotérmico, determinando o insucesso da fase seguinte.
A elaboração de um programa de prospeção para a fase de
furos de avaliação/produção, intimamente associada às fases
preliminares de prospeção geotérmica (com a integração da
geologia, da geoquímica e da geofísica), consiste,
simplificadamente, na definição da localização, da profundidade
e no desenho técnico desses furos, tendo por base o modelo
conceptual idealizado para o sistema geotérmico. No entanto,
nem sempre as técnicas mais dispendiosas e complexas
conduzem a melhores resultados, nomeadamente a prospeção
mecânica por furos termométricos. Por vezes, a aproximação a
metodologias simples e, naturalmente, menos onerosas,
conduzem a resultados mais interessantes, servindo como guia
fundamental para a localização adequada dos furos.
A medição sistemática de temperaturas no solo a baixa
profundidade permite a avaliação da distribuição do calor em
profundidade e inferir as anomalias térmicas com elevada
probabilidade de corresponderem a zonas preferenciais de
circulação de fluidos, isto é a zonas de elevado gradiente
geotérmico e com elevada permeabilidade, normalmente
associadas a zonas de condução de calor convectivo. Para
sistemas naturais, são estes os parâmetros mais importantes para
a localização de zonas de futura captação de fluidos geotérmicos.
Assumindo um processo de transmissão de calor condutivo,
os parâmetros que condicionam a distribuição de temperatura no
subsolo são a condutividade térmica das rochas e o gradiente
geotérmico. No entanto, para muitos reservatórios geotérmicos, o
processo de condução do calor mais eficaz é o processo
convectivo, normalmente associado a zonas de elevada
permeabilidade hidráulica.
O objetivo primordial deste trabalho é apresentar um caso em
que uma metodologia experimental para a identificação expedita
de anomalias geotérmicas que possam constituir zonas potenciais
para prospeção posterior mais detalhada e até para eventual
exploração de energia geotérmica em sistemas de baixa a alta
entalpia. A metodologia aplicada consistiu na medição de
temperaturas no subsolo numa malha de localizações mediante a
introdução de uma sonda termométrica num furo efetuado no
solo, com recurso a uma sonda, e no tratamento da informação.
A. Trota et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
O aproveitamento dos recursos geotérmicos obriga a que os
utilizadores se situem próximo da zona de captação. A cidade da
Ribeira Grande constitui-se como um dos grandes aglomerados
populacionais dos Açores, onde existem potenciais utilizadores
do calor superficial (baixa entalpia) da crosta terrestre. Nesse
sentido optou-se por desenvolver o estudo nas imediações desta
cidade, tendo o local alvo de investigação abrangido as freguesias
da Ribeira Seca, Santa Bárbara, Conceição, Matriz e Ribeirinha
do concelho da Ribeira Grande.
2. Enquadramento da área de estudo
O local de investigação situa-se no flanco norte do vulcão central
do Fogo ou de Água de Pau (Fig. 1). Trata-se de um aparelho
vulcânico poligenético com idade superior a 181000±15000 anos
BP (Wallenstein, 1999). A última grande fase de desenvolvimento
da caldeira remonta à erupção associada aos depósitos da Ribeira
Chã, ocorrida entre 8000 e 10000 anos BP (Wallenstein, 1999).
Este sistema vulcânico é muito ativo, com registo de uma erupção
histórica intracaldeira (1563) e episódios de recente instabilidade
vulcano-tectónica (Trota, 2009). As intrusões de magma na câmara
subjacente ao sistema vulcânico, originando ou não erupções
vulcânicas, têm alimentado um sistema hidrotermal, com fortes
manifestações superficiais de hidrotermalismo, nomeadamente no
flanco norte. Neste flanco, desenvolve-se uma estrutura do tipo
graben, com orientação global NW-SE (Fig. 1).
Parte da área em estudo foi alvo de trabalhos anteriores de
prospeção geotérmica, avaliação e produção, com início nos finais
da década de 1970 (Muecke et al., 1974; Aires de Barros, 1978;
Mendes-Victor e Ribeiro, 1981; Dawson et al., 1985; Silva et al.,
1985; Forjaz, 1995; Trota 1998a, b; Carvalho et al., 2006),
conduzindo à exploração comercial do denominado Campo
Geotérmico da Ribeira Grande a partir do início da década de 1980.
A diferença de densidades entre o fluido frio descendente da
água da recarga e os fluidos ascendentes aquecidos pelos corpos
magmáticos intrusivos, constitui a força motriz das correntes de
convecção presentes nos sistemas hidrotermais (Trota, 2009).
Admite-se que o sistema hidrotermal associado às captações do
Campo Geotérmico da Ribeira Grande tem como principal zona de
fluxo ascendente as Lombadas (Silva et al., 1985; Carvalho et al.,
2006; Trota, 2009), com migração lateral de fluidos. A água de
recarga do sistema hidrotermal em exploração é maioritariamente
de origem meteórica. Após percolação profunda, esta água é
aquecida pelos corpos magmáticos, constituindo-se assim a génese
do sistema geotérmico.
Na zona de interesse do presente trabalho identificam-se várias
manifestações superficiais de hidrotermalismo (Tab. 1 e Fig. 2) e
alguns furos profundos (furos geotérmicos e de captação de água)
(Tab. 2 e Fig. 2), onde também se associam características
hidrotermais.
3. Aquisição, processamento de dados e resultados
A aquisição de dados desenvolveu-se em três etapas principais
(Rocha, 2011): a) programação dos trabalhos, incluindo a
delimitação da área de estudo, densidade de amostragem e tipo de
furos; b) execução dos furos; c) medição das temperaturas.
Foi delimitada a área de estudo e definiu-se uma malha de furos de
amostragem de baixa profundidade compatível com os meios
disponíveis (Fig. 3).
O resultado foi uma malha teórica de 250 m por 250 m, a que
corresponde a densidade aproximada de 20 furos por km2. Nesta
etapa preparatória foram colocadas de parte as áreas urbanas e as
zonas de difícil acesso, tais como linhas de água muito encaixadas.
Identificação de anomalias geotérmicas
17
Fig.1. Localização da área de estudo com identificação da geologia, da tectónica e dos limites do graben da Ribeira Grande. Na figura são também apresentados a localização
dos aparelhos monogenéticos, cones de escórias/spatter e domos (Moore, 1991; USGS, 2014; Trota, 1998c; Freire, 2006; IGM, 1999; CAOP, 2011).
Fig.1. Identification of the study area, including the geology, the tectonics and the graben boundaries of Ribeira Grande town. This figure also shows the locations of the monogenetic
cones, scoria/spatter cones, and domes (Moore, 1991; USGS, 2014; Trota, 1998c; Freire, 2006; IGM, 1999; CAOP, 2011).
Fig.2. Localização de manifestações superficiais de hidrotermalismo (nascentes e fumarolas), furos profundos de captação de água doce e geotérmicos. O mapa apresenta os dois
locais mais conhecidos com evidências de manifestações de hidrotermalismo superficial na área: Caldeira Velha (nascente termal e fumarola, onde funciona uma piscina ao ar livre);
Caldeiras da Ribeira Grande (fumarolas e emergências termais,onde existe uma estância termal) (Moore, 1991; USGS, 2014; Trota, 1998c; Freire, 2006; IGM, 1999; CAOP, 2011).
Fig.2. Location of hydrothermal surface features (water springs and fumaroles) and deep groundwater and geothermal wells. The map shows the two most popular hydrothermal sites
in the area with evidence of surface hydrothermal manifestations: Caldeira Velha (hot spring and fumarole; the hot spring supplies an outdoor pool); Caldeira da Ribeira Grande
(fumaroles and hot springs, spa thermal facilities exists in the surroundings) (Moore, 1991; USGS, 2014; Trota, 1998c; Freire, 2006; IGM, 1999; CAOP, 2011).
18
A. Trota et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
Fig.3. Localização dos furos de amostragem de temperatura (pontos de amostragem), os aparelhos monogenéticos, cones de escórias/spatter e domos, e a tectónica local (Rocha,
2011; Trota, 1998c; Freire, 2006; IGM, 1999; CAOP, 2011).
Fig.3. Sampling boreholes temperature locations (sampling points), the monogenetic volcanic edifices, scoria/spatter cones and domes, and local tectonics (Rocha, 2011; Trota,
1998c; Freire, 2006; IGM, 1999; CAOP, 2011).
Tabela 1. Manifestações superficiais de hidrotermalismo.
Table 1. Hydrothermal surface features.
Identificação de anomalias geotérmicas
19
Tabela 2. Localização e temperaturas máximas registadas em furos profundos de captação de água doce e furos geotérmicos na área de estudo.
Table 2. Location and maximum temperatures measurements recorded in deep groundwater and geothermal wells at the study area.
n.d. – não disponível
Numa fase inicial, os furos de 0,60 m de profundidade foram
executados à percussão com uma ponteira de ferro com 0,03 m
de diâmetro e 0,70 m de comprimento (Figs. 4a, b).
Posteriormente, para aumentar a produtividade, recorreu-se a um
trado mecânico acoplado a uma broca helicoidal com cerca de
0,60 m de comprimento e 0,08 m de diâmetro (Fig. 4d). Os furos
foram maioritariamente executados em solo arável, com
ocupação agrícola, considerando-se como solo todo o material da
crosta terrestre que não oferece resistência intransponível à
escavação mecânica e que perde a totalidade da resistência
quando em contacto prolongado com a água. Executaram-se 200
furos em 72 dias.
Em cada furo, registaram-se as suas coordenadas, atribuiu-se
uma numeração (Fig. 4c), assinalou-se a sua posição no campo
(para futuras leituras) e mediu-se a temperatura no fundo (Fig.
4f). Simultaneamente, registou-se a temperatura do ar. Após a
remoção da sonda do termómetro, introduziu-se no furo um tubo
de PVC (Figs. 4a, e) com 0,60 m de comprimento e 0,025 m de
diâmetro. Este tubo foi preenchido com água e tapado com duas
rolhas nas extremidades. Depois de se colocar o tubo no furo
reajustou-se o solo de encontro ao tubo, de modo a que a
temperatura da água, após estabilização (para que o calor fosse
transmitido por condução), fosse representativa da temperatura
no exterior do furo.
Foram efetuadas cinco campanhas de medições, incluindo a
primeira imediatamente subsequente à abertura do furo,
registando-se 1000 temperaturas no solo (Tab. 5) entre julho e
setembro de 2010, com uma periodicidade semanal. Os
termómetros utilizados ao longo da campanha foram o FLUKE
179 TRUE RMS MULTIMER (Fig. 4f) e o Mini-K Thermometer
NiCr-Ni Typ K, ambos com uma resolução de 0,1 ºC.
Para o período das cinco campanhas de medição (TS0, a
temperatura a seco, e TS1, TS2, TS3 e TS4, as temperaturas
registadas para as quatro campanhas sucessivas), a temperatura
do ar ambiente variou entre 18,6 ºC e 31,0 ºC. Os valores de
temperatura no solo à profundidade de 0,60 m variaram de 16,4
ºC a 96,7 ºC, valores estes obtidos na medição da temperatura a
seco (TS0). A temperatura a seco foi obtida imediatamente a
seguir à abertura mecânica dos furos superficiais.
Para melhor reconhecer as zonas de temperatura do solo
anómalas calculou-se, para todas as medições das cinco
campanhas, a diferença (DT) entre a temperatura do solo (TS) e
20
a temperatura ambiente (TA), DT=TS-TA (Tab. 5). Obteve-se
para DT o valor máximo positivo de 71,9 ºC para o furo P141, e
o valor máximo negativo de -12,2 ºC para o furo R033. Por
furo, e numa avaliação temporal, as variações observadas para
DT, em média, não excederam os 2 ºC. No entanto, alguns
furos com temperaturas mais elevadas tornaram-se menos
quentes (P141 e P142), enquanto outros evidenciaram aumento;
neste caso, ganha particular relevo o furo C090 (Fig. 3) onde se
registou um elevado incremento de temperatura entre as
campanhas T3 e T4, que se cifrou num aumento de 21,9 ºC.
Os coeficientes de correlação entre os valores de
temperatura do ar e do solo, para as cinco séries de dados,
variam entre R2=0,0031 e R2=0,0555, isto é, a correlação não
tem significado estatístico, logo as variáveis não são
correlacionáveis.
A. Trota et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
(Fig. 5). Através da figura 5a pode verificar-se que existe uma
tendência generalizada de um padrão de anomalias positivas,
segundo as direções NW-SE e NE-SW. Destas anomalias, a
única que era desconhecida e que foi posta a descoberto neste
trabalho é a APC.
De modo a avaliar possíveis influências dos centros
emissores monogenéticos (domos e cones de escória, Fig. 3)
nas temperaturas registadas, nomeadamente a influência dessas
estruturas na condução do calor, foram testadas correlações do
seguinte modo: a) em SIG, foi construída uma tabela com as
distâncias cartográficas (UTM, Datum S. Brás) entre cada local
de medição das temperaturas e cada cone vulcânico
monogenético; b) para cada cone vulcânico, foram
determinados os coeficientes de correlação entre as distâncias e
as temperaturas do solo e variação da temperatura (DT) (Tab.
3). Os coeficientes de correlação foram calculados por cone
para três situações: 1) para todos os locais de medição de
temperatura; 2) exclusão das quatro localizações com medição
superior a 30 °C; 3) só para distâncias cone-local de medição
inferior a 1000 m e no mínimo para 10 locais. Da tabela 3
infere-se que apenas a correlação “distância versus a variação
temperatura (DT)” para o Pico do Esqueleto (Fig. 3) pode ser
considerada média-alta (-0,675), que é precisamente o cone
com idade atribuída mais recente, 1790 +/- 150 anos BP
(Moore, 1991).
Tabela 3. Coeficientes de correlação entre a posição dos cones e a temperatura dos
furos.
Table 3. Correlation coefficients between the cones position and the boreholes
temperature.
Fig.4. As imagens apresentam os equipamentos e materiais utilizados no
desenvolvimento do trabalho de campo. a) ponteira de ferro, marreta e tubo de PVC;
b) execução de furo com recurso a ponteira de ferro; c) registo das coordenadas do
furo superficial; d) execução de furo com recurso a trado mecânico; e) medição da
temperatura no furo; f) pormenor da medição da temperatura no furo, com imagem
de tampa na boca do furo.
Fig.4. The pictures shows the equipments and the materials used in the fieldwork tasks.
a) iron bar, sledgehammer and PVC pipe; b) hole execution using the iron bar; c)
recording the borehole coordinates; d) drilling the borehole by means of a mechanical
auger; e) measuring the borehole temperature; f) detail of borehole temperature
measurement showing the borehole top cap.
A figura 5 apresenta as isotérmicas relativas aos valores de
DT para as cinco medições. As isotérmicas estão representadas
pelas seguintes classes: -11,0 a -2,0; -1,9 a 0,0; 0,01 a 2,0; 2,1 a
5,0; 5,1 a 25,0; e 26,0 a 65,0, onde os valores foram estimados
localmente com o algoritmo geoestatístico de krigagem. Pese
embora as diferenças entre os mapas, na globalidade,
identificam-se quatro anomalias positivas (Fig. 5): i) anomalia
da Matriz da Ribeira Grande (MRG), com orientação global
NE-SW; ii) a forte anomalia Pico Vermelho-Pico-que-arde
(APV-PQA), com orientação global NW-SE, uma orientação
próxima do graben da Ribeira Grande; iii) a anomalia Pedreira
da Rochinha Preta (APR), sem orientação definida; iv) a
anomalia Pico do Cordeiro (APC), com orientação global N-S
D - Distância; D - Distance
DT - Variação da temperatura; DT - Temperature change
DT0 - Variação da temperatura a seco; DT0 - Dry temperature change
s/anm - Sem valor anómalos; s/anm - Without anomalous value
Finalmente, para avaliar a influência das estruturas
tectónicas (falhas observadas e alinhamentos tectónicos
inferidos) relativamente às temperaturas registadas foram
testadas correlações tendo-se procedido de forma muito
semelhante ao apresentado anteriormente: a) em SIG, foi
construída uma tabela com as distâncias cartográficas (UTM,
Datum S. Brás) de cada local de medição das temperaturas
relativamente a cada estrutura tectónica; b) para cada estrutura
tectónica foram determinados os coeficientes de correlação
Identificação de anomalias geotérmicas
entre as distâncias e as temperaturas do solo e variação da
temperatura (DT) (Tab. 4). Aqui não se verificou nenhuma
correlação significativa entre as falhas e as temperaturas
21
obtidas; contudo existe, visualmente, afinidade entre o padrão
estrutural (fraturas) da região com a orientação global das
anomalias isotérmicas positivas (Fig. 6).
Fig.5. A figura apresenta 5 imagens contendo mapas de anomalias térmicas tendo por base a diferença entre a temperatura no solo e a temperatura no ar para as cinco
campanhas, a) DT0; b) DT1; c) DT2; d) DT3; e) DT4.
Fig.5. The picture outlines 5 thermal anomalies maps obtained by making difference between soil and air temperature for the five campaigns, a) DT0; b) DT1; c) DT2; d) DT3; e) DT4.
Fig.6. A imagem apresenta um mapa de anomalias térmicas para a situação DT0. Notar a anomalia térmica em redor do furo C090 que se desenvolveu na parte final do trabalho de
campo.
Fig.6. The picture shows a thermal anomaly map for DT0 case. Note that the thermal anomaly around the hole C090 has developed at the end of the fieldwork.
22
A. Trota et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
Tabela 4. Coeficientes de correlação entre a posição dos cones e a temperatura dos
furos.
Table 4. Correlation coefficients between the cones position and the boreholes
temperature.
TS0 - Temperatura do solo a seco; TS0 - Dry soil temperature
TA - Temperatura do ar; TA - Air temperature
DT - Variação da temperatura; DT - Temperature change
4. Discussão
Os registos de temperatura do solo a cerca de 0,6 m de
profundidade revelam, para algumas zonas da área de estudo, a
existência de um aporte térmico de profundidade anómalo
evidenciando provavelmente zonas preferenciais de ascensão de
calor à superfície a partir de um reservatório geotérmico
conhecido desde a década de 1970 (Muecke et al., 1974). Pese
embora a baixa profundidade de investigação, as temperaturas
registadas no solo a 0,6 m de profundidade não apresentam
correlação evidente com a temperatura do ar. É conhecida a
influência da temperatura do ar no solo até cerca de 10 m de
profundidade; no entanto, essa influência atenua-se rapidamente
com o aumento da profundidade. A ausência de correlação entre
a temperatura do solo e a do ar (medidas simultaneamente) pode
ser justificada pelo tempo necessário à estabilização da
temperatura em profundidade derivada das variações de
temperatura à superfície (processo condutivo de transmissão
calor do ar relativamente ao solo).
A variação da temperatura do solo relativamente à temperatura
atmosférica ao longo do tempo, por furo, apresenta em valor
absoluto, em média, um valor mais elevado entre a primeira
medição (a seco; DT0, 2,0 ºC) relativamente às seguintes (DT1,
1,8 ºC; DT2, 1,3 ºC; DT3, 1,7 ºC; DT4, 1,7 ºC); este fato poderá
estar relacionado com a estabilização da temperatura no furo, ao
longo de todo o perfil do furo, após a perfuração (Tab. 5). Nesse
sentido, a temperatura a seco, medida logo após a execução do
furo, poderá dar uma melhor indicação da temperatura em
profundidade do que as medições posteriores (T1 a T4). As
medições T1 a T4 deverão apresentar uma maior influência da
temperatura ambiente relativamente às T0, tal como é evidenciado
nos furos P141 e P142. Em sentido contrário, com um aumento de
temperatura de 21,9 ºC entre as medições T3 e T4, situa-se o furo
C090. Esta situação deriva da expansão de uma anomalia térmica,
com centro localizado a sul das Caldeiras da Ribeira Grande (Fig.
6), com origem num fluxo térmico de profundidade de um furo
geotérmico (RG4), não completado, que experimentou problemas
vários em fase de perfuração.
No reservatório geotérmico, as altas permeabilidades
evidenciam-se por gradientes geotérmicos verticais muito baixos.
À superfície, imediatamente acima dos reservatórios, os
processos convectivos são evidenciados por manifestações
superficiais de hidrotermalismo, nomeadamente fumarolas. A
transmissão dos fluidos da profundidade para a superfície,
frequentemente em regime de BPD (Boiling Point with Depth),
faz-se ao longo de zonas de forte permeabilidade vertical como
sejam as falhas e as condutas vulcânicas (chaminés dos edifícios
monogenéticos),
originando
à
superfície
áreas
de
hidrotermalismo e de emissões gasosas anómalas. Para a área de
estudo em apreço identificam-se 4 grandes anomalias (Figs. 5 e
6), as quais devem indicar locais de ascensão preferencial de
fluidos geotérmicos, com células convectivas associadas. As
anomalias positivas detetadas na área de estudo correspondem a
zonas preferenciais de ascensão de fluidos geotérmicos do
reservatório localizado em profundidade, provavelmente cativo
ou semicativo, a maioria das quais já referidas na bibliografia.
Adicionalmente, este estudo revelou uma nova zona de anomalias
positivas no Pico Cordeiro (Fig. 5), que cobre uma área
apreciável.
As litologias superficiais e os aquíferos de água doce do
sistema base da ilha condicionam a distribuição espacial das
temperaturas e a tipologia dos fluidos (vapor, água e gás). A
correlação positiva, entre a localização do centro emissor Pico do
Esqueleto e a distribuição de temperatura no solo, realça a
importância da idade dos centros emissores relativamente ao
aporte térmico de profundidade. Tal aporte pode derivar da
elevada permeabilidade hidráulica da conduta que permite
transportar os fluidos geotérmicos de profundidade para a
superfície e/ou o aporte térmico estará associado ao
arrefecimento das rochas formadas durante o processo vulcânico,
sendo que este último deverá ser diminuto tendo em atenção a
dimensão das condutas vulcânicas de cones monogenéticos, por
vezes de diâmetro submétrico.
Embora não se tenha verificado correlação significativa entre
as temperaturas registadas e a presença de falhas e alinhamentos,
duas das anomalias térmicas positivas identificadas apresentam
orientações que estão de acordo com o quadro tectónico admitido
para esta zona, isto é, NW-SE e NE-SW (Trota, 2009).
5. Conclusões
Através da medição sistemática da temperatura em furos de baixa
profundidade, executados por métodos expeditos no flanco Norte
do Vulcão do Fogo, ilha de S. Miguel, foi possível identificar
quatro anomalias térmicas à superfície, uma das quais ainda não
tinha sido reconhecida em estudos anteriores. Estas anomalias
devem corresponder ao topo de zonas preferenciais de circulação
de fluidos geotérmicos, fundamentalmente por processos
convectivos. Para um dos cones vulcânicos monogenéticos
existentes na área de estudo verificou-se uma correlação com
significado estatístico entre a posição do cone e as temperaturas
registadas nos furos, sendo que este é o cone mais recente. Não
foram identificadas outras correlações com significado estatístico
entre a posição dos alinhamentos tectónicos e as temperaturas
registadas nos furos. No entanto, as anomalias térmicas, APVPQA e APR, apresentam orientações coincidentes com estruturas
tectónicas locais, a orientação do graben da Ribeira Grande,
indicativas do provável controlo estrutural na circulação dos
fluidos geotérmicos do reservatório para a superfície.
Esta técnica de prospeção geotérmica, de baixo custo e fácil
execução, permitiu a identificação de locais de eventual
Identificação de anomalias geotérmicas
aproveitamento geotérmico (fluidos e ou apenas temperatura),
nas proximidades de um centro urbano, com potenciais
consumidores domésticos e industriais, para um variado leque de
temperaturas.
23
Prevê-se para o ano 2015 a execução de novas campanhas de
medição de temperaturas para a mesma área e extensão para
zonas próximas para comparação com os registos obtidos em
2010.
Tabela 5. Registos de temperaturas do solo e do ar para as 5 campanhas (T0, T1, T2, T3 e T4) e diferença entre as temperaturas do solo e do ar para as cinco campanhas.
Table 5. Soil and air temperatures records for the 5 campaigns (T0, T1, T2, T3 e T4) and difference between the soil and air temperatures for the five campaigns.
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A. Trota et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
Identificação de anomalias geotérmicas
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A. Trota et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, 1, 15-27
TS0 - Temperatura do solo a seco; TS0 - Dry soil temperature
TA0 - Temperatura do ar aquando da medição da temperatura do solo a seco; TA0 - Air temperature during the measurement of dry soil temperature
DT0 - Variação da temperatura a seco; DT0 - Dry temperature change
TS1 - Temperatura do solo na primeira medição; TS1 - First measurement of soil temperature
TA1 - Temperatura do ar aquando da primeira medição do solo; TA1 - First measurement of air temperature
DT1 - Variação da temperatura na primeira medição; DT1 - Temperature change at the first measurement
TS2 - Temperatura do solo na segunda medição; TS2 - Second measurement of soil temperature
TA2 - Temperatura do ar aquando da segunda medição do solo; TA2 - Second measurement of air temperature
DT2 - Variação da temperatura na segunda medição; DT2 - Temperature change at the second measurement
TS3 - Temperatura do solo na terceira medição; TS3 - Third measurement of soil temperature
TA3 - Temperatura do ar aquando da terceira medição do solo; TA3 - Third measurement of air temperature
DT3 - Variação da temperatura na terceira medição; DT3 - Temperature change at the third measurement
TS4 - Temperatura do solo na quarta medição; TS4 - Fourth measurement of soil temperature
TA4 - Temperatura do ar aquando da quarta medição do solo; TA4 - Fourth measurement of air temperature
DT4 - Variação da temperatura na quarta medição; DT4 - Temperature change at the fourth measurement
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