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2003, SBGf - Sociedade Brasileira de Geofísica
This paper was prepared for presentation at the 8th
International Congress of The Brazilian Geophysical Society held in Rio de
Janeiro, Brazil, 14-18 September 2003.
Contents of this paper were reviewed by The Technical
Committee of The 8th International Congress of The Brazilian
Geophysical Society and does not necessarily represents any position of the
SBGf, its officers or members. Electronic reproduction, or storage of any part
of this paper for commercial purposes without the written consent of The
Brazilian Geophysical Society is prohibited.
____________________________________________________________________________
Abstract
Results
of geothermal investigations carried out at 72 localities (in 30
municipalities) have been used in evaluating thermal energy resources of the
State of Rio de Janeiro. The investigations included measurements of geothermal
gradient and thermal conductivity as well as determination of heat flow
density. In most areas heat flow is found to be low to normal, being less than
60mW/m2. However in several isolated areas, generally close to
localities of alkaline intrusions and fault systems, heat flow is found to be
higher than normal, reaching values in excess of 100 mW/m2. The data
were used in preapring maps of gradient and heat flow, which in turn were employed
in determining temperature profiles of the upper crust and in assessment of
resouces based on the volumetric method.
The
results obtained indicate that the overall resource base is about 1.03 x 1023J.
The accessible resource at depths of less than 3 km is estimated as 9,3x1021J.
The recoverable fraction of this resource is estimated at 4,7x1020J.
The geographic distribution of resources indicates however considerable
variations, apparently related to the geologic characteristics of the main
tectonic units.
Introdução
No período de 1999 a 2002 foi realizado para um programa de avaliação de recursos geotermais em escala regional no estado de Rio de Janeiro. Como parte deste projeto foram efetuadas medidas de gradiente e do fluxo geotérmico em 72 localidades, distribuídos em 30 municípios. Esses resultados foram utilizados na avaliação de recursos de energia térmica na crosta superior sob a área de estudo.
Os gradientes térmicos foram determinados por três métodos distintos: o convencional (CVL), o de temperatura convencional do fundo de poço (CBT) e o aquífero (AQT). Utilizamos também dados de fontes termais de Hurter et al (1987, 1983) com geotermômetros de SiO2, Na/k e Na-K-Ca.
O mapeamento do gradiente e do fluxo geotérmico permitiu a avaliação das variações no campo térmico na área de estudo.
O método de volume (Muffler e Cataldi, 1977 e 1978) foi utilizado para a avaliação dos recursos geotermais.
Metodologia
Recursos geotermais consistem
basicamente de energia geotermal, então avaliar recursos geotermais consiste em
estimar a energia térmica em subsuperfície para uma determinada região. Recurso
Geotermal é uma parte do recurso base, incluindo as reservas, o qual pode
tornar-se viável sua exploração para certas condições tecnológicas e econômicas.
(Netschert, 1958, Schurr e
Netschert, 1960). O recurso base (RB) é a soma total de toda a energia
geotérmica existente na crosta terrestre em uma determinada área ou região (Muffler e Cataldi, 1977 e 1978).
O cálculo do Recurso Base (Q) foi efetuado utilizando a seguinte relação:
(1)
onde r é a densidade média da crosta
superior, cp o calor
específico, A área, T a temperatura na profundidade Z. e T0
a temperatura anual média da
região.
No caso de regime térmico estacionário e produção de calor constante o excesso de temperatura (TE = T – T0) pode ser estimado usando a seguinte relação:
(2)
onde q0 é a densidade
de fluxo de calor, k a condutividade térmica e A0 taxa de produção de calor.
A integração da equação (2) e a
sua substituição na equação (1) permitem determinar recurso associado ao
excesso de temperatura (TE):
(3)
De acordo com a prática adotada por Muffler e Cataldi (1978) utilizou-se o valor de 10 km para a profundidade de referencia no calculo de recurso base.
O uso da equação (3) exige avaliação de gradiente e fluxo
geotérmico. Utilizamos a temperatura To das normais climatológicas
do Ministério da Agricultura (1969) e os métodos descritos por Kappelmeyer e
Haenel (1974, 1988), Ribeiro (1987), Hamza et al (1981 e 1996) e Santos et al
(1986).
Para calculo do gradiente
geotérmico, pelo método CVL, determinamos a taxa de variação entre as
temperaturas (DT) e a
profundidade do poço (DZ). No
método CBT o gradiente determina-se pela razão entre a diferença da temperatura
do fundo do poço (Tfp) e a temperatura anual média da
superfície da região (To)
pela diferença da distância vertical entre os dois pontos (DZ). De acordo com Santos et al
(1986) o gradiente CBT será:
(4)
No método geoquímico as temperaturas em profundidade foram calculadas com base nas fórmulas de:
-Fournier (SPV-1981):
Tp = [1309/(5.19 - log C)] - 273.15 (5)
-Fournier (PMV-1981):
Tp = [1522/(5.75 - log C)] - 273.15 (6)
-Verma (1995):
Tp=
C1 +C2S + C3S^2+ C4S^3 + C5 log S
(7)
O gradiente é então determinado por:
G=
(TZ - T0)/(m * λ)
(8)
onde TZ é a temperatura na profundidade z, G o gradiente térmico, m uma constante e λ a condutividade térmica média. O fluxo geotérmico (q) é determinado pela lei de Fourier que aplicada num meio isotrópico (Kappelmeyer et al, 1974), nos apresenta:
q = G . lm ± sq
(9)
onde: lm a
condutividade média da subsuperfície, G o gradiente térmico e sq o desvio
padrão.
Resultados de perfilagens térmicas
Os gradientes determinados pelo método Convencional CVL são
apresentados na Tabela (1).
Tabela
1 – Valores dos gradientes CVL.
|
Município |
Local |
Gradiente ( ºC/Km ) |
|
Valor
|
σg |
||
|
Angra dos Reis |
Bonfim |
46 |
2,2 |
|
|
Virada
Leste |
23 |
1,1 |
|
Campos |
Baixa
Grande |
19 |
9,3 |
|
|
Boa Vista |
26 |
0,5 |
|
|
São
Sebastião |
35 |
38,5 |
|
|
Horto |
19 |
0,3 |
|
Duas Barras |
Centro |
15 |
0,2 |
|
|
Centro |
15 |
0,1 |
|
|
Centro |
17 |
12,8 |
|
Maricá |
Manoel
Ribeiro |
20 |
10,2 |
|
Miracema |
Centro |
20 |
12,8 |
|
Niterói |
Cafubá |
14 |
0,1 |
|
Paraíba do Sul |
Cruz das
Almas |
17 |
10 |
|
Porciúncula |
Santa
Clara |
13 |
0,4 |
|
Resende |
Centro |
62 |
1,68 |
|
|
Centro |
26 |
20 |
|
Rio Claro |
PassaTres |
39 |
15,1 |
|
Saquarema |
Gj. S.
Antonio |
15 |
0,3 |
|
S.Seb.do Alto |
V.Barro-Centro |
7 |
0,14 |
|
|
V.Barro-Centro |
9 |
19,2 |
|
Seropédica |
Orfanato |
23 |
0,13 |
|
|
P.S.Piranema |
22 |
0,16 |
|
Teresópolis |
Meudon |
22 |
0,16 |
|
|
Faz.
Texas |
22 |
0,02 |
|
|
Meudom |
20 |
0,02 |
|
|
Barra do
Imbui |
21 |
0,02 |
|
Vassouras |
Massambará |
14 |
0,06 |
|
Volta Redonda |
Padre
Josimo |
20 |
14,2 |
Os gradientes obtidos pelo método de temperatura do fundo do poço (CBT) e aquífero (AQT) são apresentados na Tabela (2).
Tabela 2 – Valores dos Gradientes CBT e AQT.
|
Município |
Local |
Gradiente (ºC/Km) |
|
|
CBT |
σg |
||
|
Cambuci |
Monte
Verde |
25 |
11,9 |
|
Campos |
Consel.
Josino |
21 |
13,6 |
|
Carapebus |
Centro |
30 |
11,1 |
|
Cordeiro |
Matadouro |
20 |
0,5 |
|
Duas Barras |
Centro |
16 |
12,8 |
|
Itaocara |
Cel.
Teixeira |
19 |
0,2 |
|
|
Jaguarembé |
17 |
10 |
|
Itatiaia |
Xerox 2 |
17 |
11,1 |
|
Laje de Muriaé |
Centro |
23 |
10 |
|
Maricá |
Manoel
Ribeiro |
26 |
13,1 |
|
|
Manoel
Ribeiro |
23 |
15,1 |
|
Miguel Pereira |
Centro |
||