Școala Doctorală de Fizică [309218]

Universitatea din București

Facultatea de Fizică

Școala Doctorală de Fizică

Serban Adrian George

______________________________________________________________________

Utilizarea metodelor directe si indirecte pentru determinarea gradului de poluare a solului

______________________________________________________________________

Teză de doctorat

Conducator stiintific :

Prof. Univ. Dr. Valeriu Filip

Indrumator:

Conf. Univ. Dr. Cristian Panaiotu

București, 2017

Cuprins:

Introducere ……………………………………………………………………………………………

Cap 1. Poluanti……………………………………………………………………………………………………………

1.1 Clasificarea poluantilor……………………………………………………………………………..

1.2. Comportarea poluantilor in mediul geologic………………………………………………

Cap 2. Metode directe de investigare a solului……………………………………………………………..

2.1. Metode standard de determinare……………………………………………………………..

2.2 Observatii privind analiza solurilor si apelor subterane poluate pe baza determinarilor de rezistivitate volumetrica………………………………………………………

Cap 3. Metode indirecte de investigare a solului……………………………………………………………

3.1 Metode de investigare in curent continuu…………………………………………………..

3.1.1 Metoda sondajului electric vertical (SEV) ……………………………………………….

3.1.2 ………………………………………

3.2 Metode de investigare in curent alternativ………………………………………………….

3.2.1 Metoda inductiei electromagnetice…………………………………………………………..

Cap 4. Studii de caz……………………………………………………………………………………………………..

4.1 Utilizarea metodei SEV pentru monitorizarea unei zone poluate…………………

4.1.1. Interpretarea rezultatelor……………………………………………………………………….

4.2. Masurarea probelor de apa/sol cu ajutorul rezisitivimetrului……………………..

4.2.1 Interpretarea rezultatelor………………………………………………………………………..

4.3 Utilizarea metodei EM pentru o zona poluata la suprafata solului……………….

4.3.1 Achizitia si prelucrarea datelor………………………………………………………………..

4.3.3 Interpretarea rezultatelor………………………………………………………………………..

Cap 5. [anonimizat] a solurilor poluate

Concluzii……………………………………………………………………………………………………………………..

Bibliografie

In capitolul 1 [anonimizat], [anonimizat]. A fost prezentata o clasificare a [anonimizat] o comportare a acestora in mediul geologic.

Poluanți

1.1 Clasificarea poluanților

1.2. Comportarea poluanților in mediul geologic

Introducere

Poluarea reprezintă complexitatea tuturor elementelor care prin acțiuni ale umanițatii sau ca urmare a hazardelor naturale provoacă daune importante asupra calitații mediului.

In conformitate cu noile prevederi legale ale Uniunii Europene au fost puse bazele unor noi crieterii datorită fenomenului de poluare la nivel mondial. Ca urmare a acestor regului de bază Romania a fost obligată să delimiteze precum și să indice toate zonele cu un grad de poluare ridicată.

Poluarea este impartită în trei mari categorii: a aerului, a solului, a raurilor si a apelor subterane.

Pentru a se monitoriza parametrii de calitate ai mediului au fost construite stații de monitorizare a factorilor care dau indicații asupra gradului de poluare.

Pentru a contura o hartă cu poluare la suprafață a solului cu substanțe de tip “light non-aqueos phase liquid” (LNAPL) se pot ulitiza mai multe tehnici de măsurare electromagnetice. Experimentele au arătat ca aceste harți se pot realiza in urma măsuratorilor de georadar (GPR), rezistivitate electrică (SEV) și metode prin inducție electromagnetică (EM).

Toate aceste metode sunt clasificate ca fiind metode indirecte pentru detereminarea zonelor cu grad ridicat de contaminare.

O relație între contaminant și constanta dielectrică se poate stabili pe baza analizelor fizice si chimice ale compușilor materialelor.

Trebuie in primul rând înțelese proprietățile geofizice ale compusilor hidrocarburilor pentru a putea fi detectate prin măsuratori geofizice (Qu Li, Motoyuki Sato, 2005).

Primii care au aplicat rezisitiviatea electrică au fost Gray and Wheller în anul 1720, în domeniul geofizicii cu scopul de a stabili conductivitatea rocilor. (M.Moraru, Jakovsky, 1950, Nostrand and Cook, 1996). Watson a constatat că subsolul este un bun conducător electric (Van Nostrand, Cook, 1996).

În secolul al XIX-lea englezul Robert W. Fox a observat existența potențialelor naturale deasupra unor zăcaminte de pirită si calcopirită (CuFeS2) care pot fi măsurate și utilizate in scopul prospectării mineralizațiilor metalice.

Anomaliile masurate pe teren s-au datorat unor elemente galvanice naturale de dimensiuni considerabile care se formeaza in sol, ca urmare a fenomenelor electrochimice care au aparut la contactul dintre anumite formațiuni geologice (zonele minereurilor de sulfuri metalice, grafit si carbune) și soluțiile din mediu.

În secolul următor s-au efectuat primele încercări de cercetare a solului cu ajutorul curentului continuu de către Conrad Schumberger în Europa și Frank Wenner in S.U.A.

În anul 1912 Schlumberger a corelat măsuratorile de rezistivitate electrică cu rezultatele obținute în urma determinărilor de compoziție a solului.

Pe langă cercetările experimentale în laborator și măsuratorile de teren au fost dezvoltate principii teoretice privind legile de distributie a curentului electric în medii eterogene tridimensionale. Pană în 1930, majoritatea abordărilor s-au facut pe baza teoriei imaginilor electrice. Academicianul roman Sabba Stefanescu a propus și demonstrat un nou model de lucru punând la punct teoria generală a prospectiunilor electrice în curent continuu în anul 1930.

În timp tehnica măsuratorilor geoelectrice a fost imbunatatită și a devenit un instrument important și util in studiile hidrogeologice, de prospectare minerale și minerit, precum și în aplicațiile de mediu și inginerie (Aizbeoikhai et al., 2010).

Tehnicile de investigare geofizică au fost aplicate printre altele și pentru investigarea zonelor și a depozitelor de deșeuri (Reynolds, McCann, 1992).

Metoda rezisitivității electrice a fost dezvoltată la începutul anilor 1900, însa a devenit mai intens folosita începând cu anii 1970, în primul rând din disponibilitatea calculatoarelor de a procesa numeroasele informațiile. Rezisitivitatea electrică este un parametru fizic fundamental, proprietate care poate fi determinată printr-o mare varietate de tehnici, inclusiv inducție electromagnetică.

În studiul măsuratorilor de curent electric directe adâncimea de investigație depinde de rezistivitatea mediului studiat. Adâncimea de investigație a fost studiată de mai multi cercetători printre care: Roy, 1972; Roy și Apparao 1971 și Edwards, 1997.

Barker în 1989 a studiat adâcimea de investigație în mediul 1D. Pentru mediile 2D și 3D investigațiile sunt mai complexe.

Un factor foarte important ale acestor masuratori este adâncimea de investigare, care urmareste sa determine grosimea sub care datele măsurate nu mai sunt sensibile la proprietățiile lor fizice (Oldemburg și Li, 1999).

Conducția electrică reprezintă marimea fizica invers proportională cu rezisitiviatea electrică ( deplasarea de ioni prin pori) este întâlnită în medii poroase precum subsolul. Deplasarea ionilor se poate face prin aplicarea unui potențial electric.

În 1942, Archie a pus la bază o formulă empirică pentru corelarea masei rezistivitații solului saturat cu parametru de rezistivitate al fluidului din pori și porozitatea sa, sub forma:

ρ = a ρw n-m

Unde ρ este rezistivitatea solului, ρw rezistivitatea fluidului din pori, n porozitatea, a reprezintă un parametru de montare și m factor de cimentare.

Valoarea parametrului de montare m deprinde de inteconectivitatea porilor, în nisip și pietriș fiind cuprins între 1,4 si 2,3.

Conducția poate sa apara datorita prezenței de lichid din pori. Cu toate acestea se poate produce o schimbare a gradului de saturație, rezistivitatea solului urmand a se modifica.

Pentru poluarea solului, precum și a apelor subterane se vor lua in considerare caracterisiticile poluantilor (compozitie, densitate, vascozitate, etc.) cat și ai mediului (sol, subsol și ape subterane) reprezentati de compozitia solului, structura solului, umiditate, etc.

Toate produsele petroliere au densitați mai mici decat cea a apei cuprinse intre 0,7-1,0 g/cm3, iar produsele mai grele precum combustibilii de focare, motorinele și uleiurile au vascozițati mai mari decât cea a apei.

CAP 1. Poluanti

În Romania sunt peste 200 de arealuri contaminate și aproximativ 2000 potențial contaminate, cele mai multe zone afectate fiind in judetele Hunedoara, Caraș-Severin, Giurgiu, Arges și Maramures.

Conform Agentiei Nationale pentru Protecția Mediului, în urma datelor analizate la sfarșitul anului 2013 s-a constatat un total de 1183 de situri potențial contaminate, în principal reprezentând zone in care au fost desfasurate activitați din industria minieră și metalurgică, ca urmare a procesării și depozitării deșeurilor, iazurilor de decantare și instalațiilor de prelucrare.

O foarte mare raspandire a zonelor din Romania o constituie i siturile contaminate cauzate de industria petroliera prin campurile de extractie și instalatiile de depozitare și distributie a produselor derivate.

Poluarea cu produse petroliere a municipiului Ploiești cuprinde zonele Brazi, Bărcănesti, Berceni, Rafov, Pucheni si Tinosu. Aceasta reprezintă o poluare veche, ca urmare a hazardelor naturale (cutremurul din 1977), a bombardarii rafinariei în anul 1960 și a instalatiilor de prelucrare și transport a produselor petroliere brute și rafinate apartinând rafinariilor Petrobrazi, Petrotel-Lukoil, Astra, Vega, S.C. Conpet S.A si Petrotrans.

Mai mult de 105.000 t de produse petroliere, inclusiv țiței, bezină și motorină s-au raspandit în sol pe o suprafată de aproximativ 500 ha, gasindu-se sub forma de LNAPL plutind deasupra nivelului hidrostatic. (Albu, 2002).

Situația la nivel național a zonelor afectate din România, inventariată în anul 2007 a indicat o suprafată de aproximativ 4000 hectare poluată.

Tabel 1.1: Gradul de raspandire a suprafețelor poluate pe teritoriul României, Institutul Național de Cercetare – Dezvoltare pentru pedologie, Agrochimie și Protecția Mediului (I.C.P.A.) și Oficiile Județene de Studii Pedologice și Agrochimice (O.J.S.P.A.) 2004-2007

Contaminări severe cu hidrocarburi au fost observate in zona depozitului de produse petroliere Oil Terminal – Constanta (Georgescu et al., 2001; Dinu et al.,2001; Jipa et al., 2001), zona de extracție a țițeiului Videle – Poeni (Neacșu et al. 2001), în vecinatatea fostului combinat petrochimic Borzești, Bacău (Mănescu et al., 2001), Capul Midia –Năvodari (rafinărie/stocare), Arpechim Pitești (Brand, et al., 2001).

Clasificarea poluanților

Poluanții sunt reprezentați de substanțele care apar în urma activităților antropice. În momentul în care substanțele sunt introduse/deversate în mediu va lua naștere fenomenul de poluare, care va produce efecte negative asupra mediului. Aceste substanțe sunt: apele uzate, apele sărate, apele tehnologice, compușii chimici și produsele petroliere. Poluanții se împart în două categorii: substanțe organice și substanțe anorganice, din punct de vedere chimic.

In acesta lucrare au fost studiate substantele anorganice si anume hidrocarburile, care au in componenta atomi de hidrogen si carbon. Ca si compozitie chimica hidrocarburile sunt diferentiate in functie de structura si numarul atomilor.

Petrolul este alcatuit mai multe clase de hidrocarburi: alifatice, aromatice, ciclofatice si cicloalcanoaromatice, si din alti constituienti (azot, dioxid de carbon si hidrogen sulfurat) si din hidrocarburi cu molecule de dimensiuni mari denumite astfaltene si rasini (Stanescu, 1993).

In momentul in care sunt eliberati in mediul geologic, poluantii pot fi priviti ca surse continue de poluare datorita proceselor de transformare, transport, precum si de transfer la care acestea sunt supuse. Alte procese, precum acumularea si fixarea contaminantilor contribuie la modificarea calitatii mediului geologic, in principal prin efectul de modificare a indicatorilor chimici caracteristici.

Modificarile proprietatilor fizico-chimice la interactiunea produselor poluante cu mediul geologic sunt datorate unor procese chimice (oxidare, reducere, substitutie, neutralizare) si biologice (descompunere bacteriana) la care sunt supuse dupa deversarea in mediul geologic.

Cantitatea de produs contaminant deversata in mediu este un element important care poate oferi informatii cu privirea la extinderea penei de poluare. La scurgerea unor cantitati mici de NAPL (non aqueous phase liquid) in sol este posibil ca migrarea poluantului sa fie rapid inhibata datorita fenomenului de saturatie reziduala (Fig 1). Concentratia poluantului se va diminua in timp deoarece componentii volatili vor parasi treptat produsul contaminat retinut in mediul poros, in timp ce compusii solubili vor fi dizolvati si transportati catre acvifer.

Figura 1.1: Formarea penei de contaminare in situatia deversarii a unei cantitati mici de produse petroliere

In momentul in care este eliberata o cantitate mare de produs contaminat in mediu, frontul principal de poluant poate avansa datorita fortelor gravitationale pana la nivelul hidrostatic. Un mare procent din contaminantul de tipul LNAPL ajuns la limita zona vadoasa/zona saturata va fi angrenat intr-un proces de miscare pe orizontala datorita curgerii apei subterane si se va deplasa prin sol ajungand la distante mari de sursa de poluare (Ioane, Ploiesti!).

Pana de poluant se va raspandi rapid datorita curentului de apa care intercepteaza produsul LNAPL contaminant care se va dizolva in componenti solubili. Acesti componenti vor parasi treptat produsul poluant si vor forma o faza de produs petrolier dizolvat care se va deplsa inaintea penei de poluant, contribuind rapid la marirea suprafetei contaminate.

Figura 1.2: Formarea penelor de contaminare in situatia unor deversari importante de produse petroliere usoare

Clasificarea poluantilor dupa tipul de risc pe care il prezinta:

-inflamabili

– corozivi

-reactivi

-toxici

-cancerigeni

Clasificarea poluantilor in functie de potentialul de biodegradare:

– degradabili (capacitate mare de degradare biologica in diverse conditii aerobice);

– persistenti (pot fi degradati, insa procesul se desfasoara foarte lent);

– nedegradabili.

In anumite cazuri poluarea este vizibila la suprafata solului insa sunt foarte frecvente cazurile cand acest fenomen este foarte greu de detectat (de exemplu, scurgerile de produse petroliere din conducte subterane).

Modul in care substante poluante afecteaza solul si apele subterane este diferit, un rol important avand caracteristicile fizico-chimice ale produsului deversat in mediu si caracteristicile mediului geologic (porozitate, permeabilitate si adancimea nivelui hidrostatic).

Titeiul (petrolul crud) si produsele rezultate in urma proceselor de rafinare a acestuia fac parte din categoria compusilor organici (tabel nr.3). Substantele poluante de tipul hidrocarburilor reprezinta o mixtura de numerosi compusi chimici. Prin urmare, aceste produse sunt caracterizate de proprietati fizico-chimice diferite, iar impactul asupra mediului este diferit si poate varia in functie de cantitatea de produs chimic, caracteristicile mediului geologic precum si temperatura.

Tabel 1.2: Clasificarea compusilor organici (dupa Ministerul Mediului si Dezvoltarii Durabile, 2008)

Titeiul este un amestec de hidrocarburi, volatile, extrem de inflamabil, iritant pentru piele, organe respiratorii si ochi, nebiodegradabil in sol

Benzina este formata din molecule de hidrocarboni (C4 – C10), iar compusii BTEX (benzen, toluen, etilbenzen, xylen) reprezinta aproximativ 20% din greutatea totala a produsului. Densitatea tipica este de 0,73 g/cm3 , iar vascozitatea 0,62 Cp (American Petroleum Institut, 2004).

Vascozitatea produselor mediu distilate este in general de 4-5 ori mai mare decat a gazolinei. Din aceasta categorie fac parte motorina si cherosenul. Acestea sunt mixturi de hidrocarboni din domeniul (C9 – C25) pentru motorina, respectiv (C9 – C15) pentru cherosen, iar compusii BTEX reprezinta doar 1-3%. Densitatea motorinei este ~ 0,82 g/cm3, iar cherosenul are o densitate de ~ 0,84 g/cm3 (American Petroleum Institut, 2004).

Gazolina si benzina sunt amestecuri de hidrocarburi usoare, sunt volatile si puternic inflamabile, cu vapori moderat otravitori si iritante pentru piele.

Bitumul este un produs format din hidrocarburi petroliere grele, cu masa moleculara mare, nevolatile. Se considera ca o eventuala scurgere de bitum pe sol nu produce efecte chimice semnificative asupra solului si nici in cazul apelor subterane (nu se infiltreaza). Aceasta consideratie este sustinuta de proprietatea bitumului de a se solidifica la temperaturi mai mici de 600C, ceea ce face posibila recuperarea relativ usoara a acestuia de pe suprafata solului. Scurgerile de bitum fierbinte vor afecta solul mai mult prin fenomene fizice. Temperatura afecteaza plantele si microorganismele din stratul superficial de sol, iar mentinerea pe o perioada indelungata a unui “covor” de bitum va afecta puternic calitatea solului (impiedica oxigenarea solului, infiltrarea apei in sol este redusa, radiatia solara este obturata).

Combustibilii grei si uleiurile lubrifiante sunt caracterizate de densitati cuprinse intre 0,85 -0,92 g/cm3 si vascozitate mai mare de 200 cP.

Hidrocarburile petroliere usoare fac parte din categoria substantelor considerate poluante pentru ape de suprafata, subterane si sol.

Poluantii, in functie de caracteristicile lor, se vor acumula la diferite adancimi sol, si in functie de compozitia chimica (compusi volatili, solubili, insolubili) se vor comporta ca surse continuue de poluare, atat pentru formatiunile geologice si apa subterana (substantele solubile) cat si pentru aer (substantele volatile).

Din perspectiva aplicarii metodelor de analiza a acestor produse este mai utila o clasificare in functie de anumite proprietati ale produselor contaminante precum densitate, vascozitate, conductivitate/rezistivitate, permitivitatea dielectrica.

Principalele proprietati fizico-chimice ale hidrocarburilor

Pentru a intelege modul de comportare a substantelor poluante de tip NAPL si pentru a gasi metoda ideala de a remedia problemele aparute in cazul contaminarilor cu astfel de substante este necesara o buna cunoastere a proprietatilor fizice si chimice ale acestora. Importanta acestor proprietati decurge, in primul rand, din faptul ca ele afecteaza distributia poluantilor in cele patru faze principale in care poate fi gasit un compus chimic odata ajuns in subteran: faza de vapori, dizolvat in apa, adsorbit pe particulele solului si faza pura (LNAPL, DNAPL)

Densitatea

Prin determinarea densitatii unui produs se poate aprecia adancimea pana la care se poate raspandi, adica o sa pluteasca la suprafata apei subterane sau va intra in sol.

Produsii NAPL mai usori ca apa vor forma un strat la suprafata acesteia (LNAPL), iar cei mai grei se vor depozita pe roca impermeabila (DNAPL), in cazul in care nu vor fi retinuti prin adsorbtie sau saturatie reziduala, in mediului permeabil.

Densitatea scade pe masura ce temperatura creste.

Valori caracteristice LNAPL: 0,7 -0,9 g/cm3

Benzina:~0,73 g/cm3 ,

Motorina: ~ 0,82 g/cm3

Cherosenul : ~ 0,84 g/cm3

Vascozitatea

Reprezinta masura rezistentei interne a fluidului la curgere. Rezistenta la curgere este dependenta de temperatura. In majoritatea cazuri vascozitatea fluidelor scade pe masura ce temperatura creste (cu cat vascozitatea este mai mica, cu atat mai mica este energia necesara pentru ca un fluid sa curga printr-un mediu poros). Vascozitatea produselor de tipul hidrocarburilor nu este constanta in timp. Potentialul de curgere se diminueaza in timp ca urmare a modificarilor de compozitie ale produsului poluant principal.

Valori caracteristice: LNAPL

Benzina: 0,62 Cp

Combustibilii grei si uleiurile lubrifiante > 200 cP.

Tensiunea interfaciala

La interfata a doua faze lichide, fortele coezive care actioneaza asupra moleculelor intr-o faza sau alta nu sunt egale, fapt ce duce la aparitia unei tensiuni in aceasta zona de contact (tensiune interfaciala). Tensiunea interfaciala influenteaza potentialul de imiscibilitate dintre doua fluide.

Tensiunea interfaciala este influentata de temperatura, modificarile de pH ale fluidelor si prezenta gazelor dizolvate.

Apa are o tensiune la suprafata de 72 dyne/cm la temperatura de 25ș. Tensiunea interfaciala pentru NAPL este variabila, cu o frecventa mai mare pentru domeniul de variatie 15-50 dynes/cm

Presiunea vaporilor/capacitatea de volatilizare

O presiune a vaporilor mai ridicata reflecta o tendinta crescuta de evaporare.

Substantele chimice cu presiunea vaporilor mai mare de 0,5 mm Hg vor volatiliza, fiind recomandate pentru recuperarea din subteran prin tehnologii care utilizeaza aspiratia vaporilor din pori (SVE). Tehnicile de ventilare a solului dau bune rezultate in recuperarea poluantilor cu presiunea vaporilor ridicata.

Temperatura are o mare influenta asupra presiunii vaporilor, cresterea temperaturii determinand, in acelasi timp, o crestere a presiunii. In general, legea de dependenta a presiunii vaporilor poate fi aproximata de urmatoarea relatie:

ln p = a – Rel. 1.1

in care:

p – presiunea vaporilor;

a, b – constante, caracteristice compusului chimic;

T – temperatura absoluta (K).

Presiunea vaporilor trebuie raportata la temperatura la care a fost masurata.

Solubilitatea

Aceasta proprietate are un rol insemnat in transportul poluantilor organici in sol. Este definita prin cantitatea maxima de substanta dizolvata in apa, la o temperatura data. Atat precipitatile, cat si fluctuatiile de nivel ale apei subterane influenteaza aria de raspandire a poluantilor solubili. Benzenul si toluenul au o solubilitate ridicata. Metodele de remediere bazate pe pomparea apei subterane la suprafata pot da rezultate satisfacatoare in recuperarea poluantilor cu solubilitate ridicata. Compusii cu solubilitate ridicata faciliteaza, de asemenea, pentru faza de prospectare a mediului subteran analiza extinderii poluarii, prin faptul ca probele de apa sunt mai usor de analizat decat cele de pamant.

Biodegradabilitatea

Biodegradarea compusilor organici este dependenta de structura moleculara a compusului si de conditiile de mediu. Potentialul de biodegradare poate fi exprimat grupand substantele in trei clase de degradabilitate: degradabile, persistente si nedegradabile. Prin degradabili se definesc compusii care sunt normal degradati in teste de laborator, dar nu neaparat in mediu. Compusii persistenti sunt acele substante chimice care raman in mediu pentru perioade lungi de timp.

Degradarea este dependenta de temperatura, in general, constatandu-se ca ritmul biodegradarii se dubleaza la fiecare crestere a temperaturii cu 10 °C; aceasta observatie este valabila atata timp cat temperatura nu depaseste o anumita valoare care inhiba activitatea microorganismelor.

1.2 Comportarea poluantilor in mediul geologic

Comportarea si migrarea produselor petroliere in mediul geologic este influentata de urmatoarele elemente:

a) proprietatile lichidului (densitate, vascozitate, tensiune interfaciala) si alte proprietati care sunt functie atat de lichid cat si de caracteristicile mediului geologic in care produsul a fost eliberat (presiunea capilara, permeabilitate relativa, umectabilitate, saturatie, saturatie reziduala);

b) caracteristicile mediului (porozitate, permeabilitate);

c) conditii specifice sitului: volumul de produs deversat in mediul geologic, tipul de sursa, adancimea si variatia in timp a nivelului hidrostatic, directia si viteza de curgere a apei subterane.

2.3 Modele de transport ale contaminantilor

Procesele care au o influenta importanta asupra caracteristicilor fizico-chimice ale produselor poluante sunt cele de solubilizare si volatilizare.

Intr-o prima etapa parasesc produsul poluant fractiunile volatile si fractiile solubile. Acestea, la randul lor sunt produse cu efect negativ asupra mediului geologic, cu o viteza de migrare care depinde si de caracteristicile hidrogeologice ale zonei contaminante. Cand exista compusi usor volatili in compozitia fluidului care este deversat in mediul geologic, agresivitatea asupra solului si subsolului este redusa.

Volatilizarea si solubilizarea unor componente ale produsului contaminant vor avea efecte si asupra proprietatilor fizico chimice ale acestora (densitate, vascozitate). Din produsul poluant principal vor ramane componentii greu solubili. Cunoasterea chiar si aproximativa a cantitatii de lichid deversat in mediul geologic ajuta la calculul evolutiei in timp a penei de poluare.

Transportul poluantilor este controlat de o serie de fenomene fizice si chimice care determina, pana la urma, marimea ariei poluate. Aceste fenomene sunt: difuzia, advectia si dispersia hidrodinamica.

Difuzia este deplasarea moleculelor de poluant in toate directiile, transportul fiind determinat de gradientul de concentratie care se realizeaza intre diferitele puncte ale solutiei apoase a substantei respective, adica procesul de transport al unei substante, prin care componentii ionici si moleculari dizolvati in apa ce se deplaseaza dinspre locurile cu concentratie mai ridicata spre cele cu concentratie mai mica.

Advectia este procesul prin care apa in miscare antreneaza cu ea componentii dizolvati (Fig.4). Viteza de crestere a ariei poluate este direct proportionala cu viteza de miscare a apei subterane.

Fig. 3 – Transportul unui poluant prin advectie (dupa Reeves, 2009 cu modificari)

H- permeabilitate mare

L- permeabilitate scazuta

Amestecul dintre solutia poluanta si apa necontaminata avand ca rezultat dilutia solutiei, este cunscut sub numele de dispersie hidrodinamica. Dispersia se produce atat in directia de curgere, dispersie longitudinala, cat si perpendicular pe aceasta directie, dispersie transversala (Fig. 4).

Figura 4: Efectul dispersiei asupra surselor de poluare

(dupa Reeves, 2009 cu modificari)

Migrarea poluantilor in mediul geologic poate fi favorizata sau inhibata de anumite proprietati ale produsului cat si de caracteristicile mediului geologic. Putem vorbi despre bariere naturale (precum strate sau lentile de argila care protejeaza acviferele), dar si de factori naturali care determina raspandirea poluarii (regimul hidrodinamic).

Odata eliberati in mediul geologic, poluantii pot fi priviti ca surse continue de poluare datorita proceselor de transformare, transport, precum si de transfer la care acestea sunt supuse. Alte procese, precum acumularea si fixarea contaminantilor contribuie la modificarea calitatii mediului geologic, in principal prin efectul de modificare a indicatorilor chimici caracteristici.

Modificari ale proprietatilor fizico-chimice la interactiunea produselor poluante cu mediul geologic sunt datorate unor procese chimice (oxidare, reducere, substitutie, neutralizare) si biologice (descompunere bacteriana) la care sunt supuse dupa deversarea in mediul geologic.

Figura 5: – Formarea penei de contaminare in situatia deversarii a unei cantitati mici de produse petroliere

Cantitatea de produs contaminant deversata in mediu este un element important care ofera informatii privind posibilitatea de extindere maxima a penei de poluare. La scurgerea unor cantitati mici de NAPL in sol sau subsolul geologic (pentru surse ingropate) este posibila ca migrarea poluantului sa fie rapid inhibata datorita fenomenului de saturatie reziduala (Fig.6). Concentratia poluantului se va diminua in timp intrucat componentii volatili vor parasi treptat produsul contaminant retinut in matricea mediului poros, iar compusii solubili vor fi dizolvati de catre apa de infiltratie si transportati catre acvifer.

Atunci cand este eliberata in mediu geologic o cantitate mare de produs contaminant, frontul principal de poluant poate avansa sub efectul fortelor gravitationale pana la nivelul hidrostatic (Fig.7). Cea mai mare parte a materialului contaminant de tipul LNAPL ajuns la limita zona vadoasa/zona saturata va fi antrenat intr-o miscare pe orizontala de curgerea apei subterane si se va deplasa prin mediul geologic ajungand uneori la distante mari de sursa de poluare.

Poluarea se va propaga rapid datorita curentului de apa care intercepteaza produsul LNAPL contaminant care se va dizolva componentii solubili. Acestia vor parasi treptat produsul contaminant principal si vor constitui o faza de produs petrolier dizolvat ce se va deplasa inaintea frontului principal al poluantului, contribuind mai rapid la marirea suprafetei contaminate.

Figura 6: Formarea penelor de contaminare in situatia unor deversari importante de produse petroliere usoare

Light Non-Aqueous Phase Liquids (LNAPL) sunt hidrocarburi usoare si datorita densitatii mai mici decat a apei (1,0 g/cm3) calatoresc in mediul geologic si se acumuleaza sub forma de lentile deasupra nivelului hidrostatic.

Pentru poluarea solului, precum si a apelor subterane se vor lua in considerare caracterisiticile poluantilor (compozitie, densitate, vascozitate, etc.) cat si ai mediului (sol, subsol si ape subterane) reprezentati de compozitia solului, structura solului, umiditate, etc.

Toate produsele petroliere au densitati mai mici decat cea a apei cuprinse intre 0,7-1,0 g/cm3, iar produsele mai grele (combustibilii de focare, motorinele, uleiurile) au vascozitati mai mari decat cea a apei.

Cap 3. Metode indirecte de investigare a solului

Exista mai multe metode de investigare ale solului, precum si metoda imagisiticii rezistive (IR), care da informatii cu privire la imaginea continuua a subteranului.

Pentru a pune in valoare aceste metode indirecte au fost facute corelatii intre paramentrul numit rezisitivitate electrica si parametrii solului. Pe baza acestor metode indirecte s-a pus la baza investigarea solului si a subsolului care dau rezultate concludente.

Pentru analiza zonelor poluate a fost folosita metoda de investigare in curent continuu numita si metoda sondajelor electrice verticale (SEV).

Deasemnea pentru investigarea zonelor poluate a fost folosita metoda in curent alternativ care se numeste metoda electromagnetica (EM).

3.1. METODE DE INVESTIGARE IN CURENT CONTINUU

Numeroasele masuratori de teren si laborator au aratat ca rocile se individualizeaza foarte bine din punct de vedere al rezistivitatii electrice

Trecerea curentului electric prin roci si minerale se poate realiza prin:

-conductie electronica (specifica metalelor native): grafit, pirita, magnetit.

-conductie electrolitica (ionica): se intalneste la majoritatea rocilor sedimentare datorita continutului in fluide al spatiului poros

-conductie dielectrica: specifica materialelor slab conductoare; se manifesta in prezenta unui camp de curent alternativ

Mineralele cu rezisitivitate >107 Ωm sunt considerate izolatoare electric, iar cele cu rezistivitate <1Ωm sunt considerate conductoare.

Intervalul de variatie observat pentru acelasi tip de mineral este cauzat de impuritati, defecte structurale si structura cristalina specifica probelor de mineral analizate.(poate genera un efect de anizotropie electrica) (Georgescu, 1983; Telford,…. ).

Rezistivitatea reprezinta rezistenta pe care o opune trecerii curentului electric un cub de material cu latura unitara:

Rel. 3.1

unde, R- rezistenta (Ω) , ρ – rezistivitatea (Ωm), a-sectiunea transversala, l- lungimea

Rezisitivitatea este independenta de forma si dimensiunile probei de material. Dintre toate proprietatile rocilor, rezisitivitatea are cea mai mare gama de variatie. (Georgescu, 1983)

Factorii care influenteaza rezisitiviatea rocilor sunt:

-compozitia mineralogica – minerale conductoare

– minerale rezisitive

– minerale semiconductoare

-prozitatea (volumul si configuratia porilor)

-continutul in fluide (gradul de umplere a porilor)

-compozitia chimica a electrolitului

-alterarea mineralelor

-temperatura

-presiunea

-particularitati texturale

-fracturarea sau fisurarea

In cazul rocilor compacte compozitia mineralogica este factorul principal care determina rezisitivitatea electrica a rocilor.

Daca mineralele au conductictie electronica, se afla in contact direct, acestea vor forma o retea de canale conductoare, ducand la scaderea rezisitivitatii formatiunii geologice. Daca acestea apar dispersate, dar izolate in masa rocii, influenta lor in masa rezisitivitatii este nesemnificativa.

In lipsa fluidelor, fracturarea rocilor determina cresterea rezisitivitatii electrice intrucat spatiul poros este considerat rezisitiv din punct de vedere electric.

Pentru rocile poroase sau fisurate rezisitivitatea electrica depinde de rezisitivitatea scheletului mineral, dar este preponderent influentata de prezenta fluidelor.

In cadrul experimentelor efectuate in laborator, s-a remarcat scaderea rezistivitatii electrice pe masura ce creste presiunea la care sunt supuse rocile poroase complet uscate. Rezisitvitatea apelor subterane este extrem de variabila (Chitea et al., 2015), fiind influentata de natura sarurilor dizolvate, gradul de disociere si mobilitatea ionilor la temperatura si concentratia data.

Electrolitii puternici precum sodiu si potasiu au capacitatea de a reduce rezisitivatatea apelor subterane la valori mai mici de 10Ωm. Valori de rezisitivitate de sub 1Ωm au fost observate in cazul izvoarelor hidrotermale puternic mineralizate (Toplita) (Ioane et al., 2012) sau intruziuni de apa sarata observate in zonele costiere (Georgescu et al., 2010).

Variatia cu temperatura este semnificativa in cazul rocilor umede sau saturate cu apa mineralizata. Cresterea temperaturii determina o mobilitate mai mare a ionilor din solutie ceea ce duce la scaderea rezisitivitatii electrice.

, unde α = 0,0025. (Georgescu, 1982) Rel. 3.2

GRESITA!

Produsele poluante de tipul hidrocarburilor petroliere sunt rezistive din punct de vedere al proprietatilor electrice (Tab. 6)

Tabel 3.1: Rezistivitatea si conductivitatea electrica a lichidelor (Chitea, 2009)

Rezistivitatea electrica reprezinta una din proprietatile fundamentale ale rocilor si mineralelor, proprietate ce se modifica rapid in situatia contaminarii formatiunilor geologice cu diferite substante chimice (Tabel nr 1 ).

Tabel 3.2 Influenta contaminantilor asupra rezistivitatii electrice a rocilor (Schon, 2004)

La masuratorile geofizice in curent continuu pot aparea erori, care vor necesita corectii. Aparitia acestori erori este cauzata de :

-scurgeri de curent, care pot aparea din cauze tehnice si care dau valori gresite, insa se pot corecta, fie se poate repeta masuratoarea

-curentii telurici (pe durata desfasurarii masuratorilor se pot inregistra diferente de potential datorica curentilor telurici, care sunt variabili in timp)

-polarizatia nestabila a electrozilor M si N (se datoreaza tipurilor de contact diferit cu solul; produc diferente de potential)

3.1.1 Metoda sondajelor electrice verticale (SEV)

Exista mai multe categorii de dispozitive de electrozi, clasificate in functie de aranjamentul electrozilor de injectie si ai celor de potential si distantele dintre acestia:

-dispozitive cuadripolare (ABMN)

– dispozitive tripolare (BAMN, B→∞)

-dispozitive bipolare (BAMN, B→∞, N→∞)

-dispozitive dipolare (ABMN)

Cele mai frecvent utilizate dispozitive sunt dispozitivele quadripolare Sclumberger, Wenner, si dipolare (Dipol-Dipol). Diferentele intre dispozitivele mentionate consta in raportul AB/MN diferit si amplasarea electrozilor fata de un punct central. Cand liniile de injectie si potential au centrul comun, se numesc dispozitive simetrice. In cadrul acestei aplicatii s-a a fost folosit dispozitivul Schlumberger, cu AB maxim de 200m si MN variabil.

Masuratorile de teren consta in utilizarea unui camp electric care se induce in sol si masurarea raspunsului la incetarea acestuia

Parametru determinat poarta numele de rezisitivitate aparenta, care reprezinta diferenta de potential care apare intre doi electrozi de masura (M si N), ca urmare a injectarii curentului cu ajutorul a altor doi electrozi (A si B). Aceste marimi fizice sunt legate printr-o relatie de inversa proportionalitate, insa determinarea lor se face prin metode diferite si aparatura specifica.

ρ= 1/ σ Rel. 3.3

ρ – rezistivitatea electrica (Ωm)

σ – conductivitatea electrica (mS/m)

Pentru utilizarea metodei SEV pentru monitorizarea unei zone poluate, aparatura de teren este compusa din:

unitatea centrala care masoara rezisitiviatea aparenta a solului (produsul intre factorul de proportionalitate k si raportul ΔV/I) si eroarea la masuratoare.

2 tarusi metalici pentru masurarea diferentei de potential (MN)

2 tarusi metalici pentru injectarea curentului in sol (AB).

Figura 3.1: Realizarea masuratorilor pe teren (sursa: A.A.Philips, 2010)

Pentru distributia curentului intr-un mediu omogen si izotrop, se utilizeaza un dispozitiv de introducere a curentului electric in sol, alcatuit din doi electrozi metalici AB, conectati prin intermediul unor cabluri electrice la o sursa de curent continuu. Aliniamentul electrozilor se numeste linie de emisie sau dispozitivul AB.

Dispozitivul de receptie sau linia de masura este alcatuita din doi electrozi M, N, iar cu ajutorul intrumentului (rezisitivimetru) se masoara diferta de potential care apare intre punctele ale suprafetei de observatie ca urmare a injectarii curentului in sol.

Figura 3.2 : Imagine rezisitivimetru multielectrod

In jurul unei surse punctuale O curentul de intensitate I se distribuie in interiorul solului radial si uniform in toate directiile daca mediul este omogen (Fig. 3.3)

Figura 3.3. Distributia curentului intr-un spatiu omgen si izotrop (sursa: A.A. Philips, 2010)

Intr-un spatiu omogen si izotrop de rezisitivitate ρ, potentialele punctelor M si N, in urma injectarii curentului electric cu ajutorul electrozilor A si B se pot scrie:

Rel. 3.4

Rel. 3.5

Diferenta de potential masurata va fi data de relatia:

Rel. 3.6

Astfel, rezisitivitatea se poate exprima astfel:

Rel. 3.7

unde k= (constanta dispozitivului) Rel. 3.8

In tabelul 3.3 sunt prezentate distantele AB/2 si MN/2 utilizate pe teren pentru masuratorile geoelectrice cu dispozitivul Schlumberger.

Tabel nr. 3.3 Extinderea liniilor de injectie si de potential folosite la achizitia datelor pe teren

Valorea masurata cu ajutorul rezisitivimetrului este conventional amplasata la adacimi variabile, in functie de extinderea liniei AB, sub punctului central al dispozitivului

Adancimea de investigatie un mediu omogen si izotrop este proportionala cu lunginea liniei de emisie AB. Pentru o structura orizontal stratificata adancimea de investigare prin utilizarea metodelor SEV (sondaje electrice verticale) este cuprinsa intre AB/2 si AB/6.

Investigarea problemei de mediu a fost realizata prin efectuarea de masuratori indirecte, de rezistivitate electrica, la care procedeul de lucru in teren a constat in:

injectarea curentul electric in sol prin intermediul unor electrozi. Acestia sunt sub forma unor tarusi metalici de cca 40 cm lungime si 20 mm diametru.

Masuratorile au fost realizate pornind de la distante mici ale liniei de curent AB (1,5m), iar treptat, pentru a se obtine informatii de la adancimi din ce in ce mai mari, linia de curent a fost extinsa (figura 3.4). Lungimea maxima a fost de 100m (tabel nr. 3.3).

linia de masura a potentialului (MN) a fost mentinuta constanta pentru mai multe valori ale liniei AB. Cand a fost necesara schimbarea dimensiunilor lui MN s-au facut masuratori duble, in sensul ca s-au determinat doua valori de rezisitivitate aparenta corespunzatoare unui singur AB dar pentru doua lungimi MN diferite. Acest procedeu este necesar pentru raporturi AB/MN mari, existand riscul ca potentialul rezultat sa fie sub limita de detactie. Pentru prelucrarea datelor a fost aleasa insa valoarea cea mai mare.

pentru fiecare lungime a fost notata valoarea rezisistivitatii electrice corespunzatorea liniei de emisie AB, care a fost marita treptat (fig. 3.4)

Figura 3.4. Masuratori de rezistivitate electrica (SEV) utilizand dispozitivul Schlumberger

Dispozitivul Schlumberger (fig. 3.4) se caracterizeaza prin faptul ca distanta dintre electrozii MN este cu mult mai mica decat distanta dintre electrozii AB (MN<AB/5).

Datorita faptului ca dispozitivul este simetric in raport cu punctul central O, pentru calculul constantei dispozitivului (k) se folosesc relatiile simplificate de mai jos :

AM= BM = r – l Rel. 3.9

AN = BN = r + l Rel. 3.10

,unde r = AB/2 , iar l = MN/2

Constanta dispozitivului K are formula urmatoare:

k= Rel. 3.11

Conform notatiilor de mai sus, formula este redusa la relatia:

k= π . Rel. 3.12

Prin urmare, rezistivitatea aparenta determinata cu ajutorul unui dispozitiv Schlumberger are expresia:

ρAs= π· · Rel. 3.13

3.1.2

Prelevarea de probe si efectuarea masuratorilor in laborator

Determinarea valorilor de rezistivitate folosindu-se curent continuu se bazeaza pe masurarea diferentei de potential care apare intre doua puncte M si N (ΔV), ca urmare a injectarii curentului electric, in punctele A si B.

Intr-un mediu omogen si izotrop rezistivitatea electrica se poate calcula folosind relatia 3.7, unde k este constanta dispozitivului si depinde de modul de amplasare a electrozilor, respectiv de distantele dintre acestia si pozitia centrala a dispozitivului de lucru.

Cu ajutorul rezisitivimetrului (fig. 3.2) se pot determina in laborator variatiile de rezisitivitate/conductivitate electrica a probelor de apa si sol.

a) b)

Figura 3.5: a)Celula TetraCon 325-3 pentru probe de apa,

b) pentru probe de sol

Dimensiuni celula a): diametru= 7cm; h= 28cm

Dimensiuni b)L=23cm ; l= 14cm; h= 5 cm.

Masuratoarea de conductivitate electrica (conform SR EN 7888/1997) s-a realizat cu aparatul Multi 340i cu celula de masurare a conductivitatii electrice TetraCon (R) 325-3 (figura 3.5) cu precizia specificata in tabelul nr.3

Tabel nr.3.4 Specifiicatii tehnice aparat Multi 340i.

Principiul metodei este asemantor cu cel al metodei sondajului electric vertical: in punctele A si B se injecteaza curent electric, rezistivimetrul indicand valoarea ΔV/I intre puntele M si N.

Spre deosebire de masuratorile efectuate pe teren, la masuratorile din laborator se va lua in considerare valoarea raportului ΔV/I, deoarece constanta aparatului pentru masuratorile de laborator se calculeaza diferit.

Intrucat valoarea k (relatia ….) poate fi determinata doar pentru cazurile in care sursa de curent electric poate fi aproximata cu o sursa punctuala (Georgescu, 1982), s-a procedat la determinarea constantei K folosindu-se rezultatul masuratorilor de conductivitate electrica pentru o solutie standard (etalon).

3.2. Metode in curent alternativ

De-a lungul timpului au fost descoperite numeroase tehnici de prospectiune care au la baza masurarea campurilor electromagnetice variabile, asociate fie curentilor artificiali sau naturali ai Pamantului.

Propagarea undelor electromagnetice este functie de parametrii mediului (conductivitate electrica, permitivitate dielectrica, permeabilitatea magnetica, geometrie) si de frecventa oscilatiilor.

Undele electromagnetice reprezinta variatii periodice in timp si spatiu ale campului electromagnetic, si sunt generate in jurul antenelor de emisie, care reprezinta sisteme oscilante deschise si se propaga in spatiu.

Lungimea de unda () este distanta parcursa in spatiu intr-un interval de timp corespunzator unei perioade a oscilatiei.

Relatia dintre lungimea de unda si frecventa. (la propagarea undelor magnetice in vid cu viteza luminii) este redata de relatia :

Rel. 3.14

Undele electromagnetice sunt plane si caracterizate de doi vectori, care sunt perpendiculari intre ei, pe directia de propagare: , intensitatea campului electric si , intensitatea campului magnetic.

Pentru determinarea conductivitatii electrice a solului se folosesc dispozitive capabile sa genereze un camp magnetic – numit camp primar. Dispozitivele de masura utilizate pe teren sunt prevazute cu o sursa care are capacitatea de a genera un camp electromagnetic (numit emitator). Dispozitivul de emisie al campului electromagnetic utilizat pentru studiile de la suprafata solului pot fi de mai multe tipuri:

-tip cablu liniar intins pe sol si prizat la ambele capete,

– tip spira poligonala orizontala patratica

– tip cadru bobinat.

In cadrul studiilor privind determinarea gradului de poluare al solului, cea mai utila varianta de dispozitiv este de tipul bobinei tubulare. Dispozitivele de emisie tip cablu liniar si spira poligonala patratica pozitionate la suprafata solului sunt mai utile pentru studii care urmaresc determinarea caracteristicilor subsolului la adancimi mai mari.

Pentru dispozitivele de receptie se foloseste o bobina plana cu diametrul de circa 50-80 mm, avand un numar mare de spire din sarma de cupru sau aluminiu. In unele cazuri, bobina plana este inlocuita de o alta care are o forma tubulara, avand miezul de ferita. Bobina este conectata la un dispozitiv electronic, care masoara amplitudinea si diferenta de faza a fortei electromotoare de inductie care se datoreaza campului magnetic rezultant. (Georgescu, 1982).

Emitatoarele (bobinele) care sunt cuplate la curent electric alternativ si care produc campuiri electromagnetice variabile in timp si in spatiu poarta denumirea de camp primar (HP). In cazul in care in campul primar se gaseste un material conductor, vor aparea curenti turbionari (Focault) care la randul lor vor genera campuri magnetice proprii care poarta denumirea de campuri secundare HS (fig. 3.6). Campul magnetic total se va putea calcula folosind relatia :

H= HP + HS Rel. 3.15

Adancimea de investigatie (adancimea de patrundere in subsol a camplului electric) este invers porportionala cu frecventa campului primar si direct proportionala cu rezistivitatea mediului.

Din campul total masurat la suprafata, pe baza unor algortimi matematici, se pot extrage informatii privind parametrii fizici ai subsolului: conductivitatii, permitivitatii si permeabilitatii magnetice (Tabel 1)

Tabel nr. 3.5. Limitele de variatie ale conductivitatii, permitivitatii si permeabilitatii magnetice (Georgescu, 1982)

La o temperatura data, orientarea momentelor magnetice in directia campului este cu atat mai buna si magnetizarea cu atat mai mare, cu cat este mai intens campul magnetizator () si cu cat este mai joasa temperatura probei. (Cristea, 1985)

, unde este constanta de proportionalitate (dependenta de natura substantei si de temperatura in cazul substantei paramagnetice), numita susceptibilitate magnetica.

Aparatura de lucru utilizata in cadrul acestui studiu, bazata pe metoda electromagnetica, a constat intr-un dispozitiv compact (lungime un metru) si mobil numit conductivimetru. Acesta are incorporate doua bobine numite transmitator si receptor.

Bobina transmitoare, plasata una dintre marginile cadrului –suport, genereaza un curent electric alternativ care va determina formarea unui camp magnetic oscilator care se va propaga atat prin aer cat si prin sol (figura 3.7). Bobina poate fi poate fi orientata atat vertical cat si orizontal, acest lucru influentand adancimea de investigare si gradul de rezolutie pe adancime (figura 3.6).

Figura 3.6: Modul de propagare al curentului magnetic a) vertical si b) orizontal

Campul artificial generat se va propaga in tot mediul (aer si sol).

Figura 3.7: Reprezentarea schematica a undei electrice plane(periodica atat in timp cat si in spatiu)

In exteriorul zonei din jurul emitatorului, intensitatea campului electric () si excitatia magnetica se propaga cu faze egale. Ele sunt perpendiculare intre ele si pe directia de propagare.

La trecerea undelor electromagnetice prin sol, acestea pot suferi modificari de amplitudine sau absorbtii. In situatia in care solul este omogen, se va observa doar o mica modificare in amplitudinea undei care trece prin mediul solid. In conditile unui sol neomogen (ceea ce presupune existenta unor materiale conductive electric) componeta magnetica a undei electromagnetice incidente va induce in corpul conductiv curenti electrici turbionari sau curenti Eddy (Fig 3.8).

Curentii Foucault numiti si curenti turbionari circula in plan perpendicular pe directia vectorului inductie magnetica ( ). Intr-un corp conductor masiv acestia au trasee circulare, ca niste turbioane in jurul liniilor de camp magnetic.

Figura 3.8:Distributia liniilor de curent in mediu, ( cu completari)

Curentii de inductie apar atat in materialele conductoare masive cat si in conductorii filiformi. Curentii indusi in conductorii masivi, aflati in repaus in camp magnetic variabil in timp, sau in miscare in camp magnetic se numesc curenti Focault. La fel ca si campul electric indus, curentii Focault sunt turbionari: se inchid in cercuri concentrice in jurul liniilor campului magnetic, situate in plane normale. Datorita faptului ca rezistenta electrica a conductorilor masivi este de valoare mica, intensitatea curentilor Focault poate fi mare, fapt care poate duce la incalzirea puternica a conductorului. (Cristea, 1985).

Figura 3.9: Semnalul inregistrat utlizand metoda EM

Pentru a facilita realizarea masuratorilor, un semnal intern este generat si folosit de aparat pentru a anula semnalul provenit de la campul primar, astfel incat circuitul electric sa nu fie suprasolicitat (Geonics Ltd, 2005.)

Aparatul folosit in cadrul aplicatiei practice (EM-38, Geonics, Canada) lucreaza folosind constrangerea tehnica cunoscuta drept ”operare la valori mici de inductie“. Astfel valoarea campului secundar, inregistrat de catre bobina receptor, este considerata direct porportionala cu conductivitatea solului (McNeil J.D., 1980):

= Rel. 3.16

Unde: – reprezinta (bobina secundara), – campul magnetic generat de bobina transmitatoare (bobina primara), – permeabilitatea relativa a substantei, d- distanta dintre dipoli, w reprezinta unghiul de frecventa f- frecventa.

Bobina receptor cu care este prevazut aparatul de masura va capta atat campul primar (mai puternic) generat de transmitator, precum si campul magnetic secundar (mai slab) generat de curentii Focault. Campul inregistrat este separat in doua componete: componenta in faza (I/P) si defazata (Q/P) la 90o fata de campul primar.

Faza Q/P da informatii referitoare la conductivitatea electrica a solului si este exprimata in mS/cm. Valoarea conductivitatii electrice obtinute prin aceasta tehnica este o medie complexa al unui volum de sol care se poate numi si conductivitate volumetrica.

Faza I/P ofera informatii privind susceptibilitatea magnetica a solului si este exprima in ppt. Aceasta poate fi utilizata pentru a evalua prezenta in sol a elementelor cu proprietati magnetice (conducte, tevi cabluri, etc). Aceste tipuri de materiale pot genera valori de conductiviate electrica ridicata, prin urmare este estentiala localizarea acestora pentru a evita interpretarea gresita a datelor de conducitiviate electrica.

Obictele magnetice ingropate se recunosc relativ usor pe semnalul inregistrat, adesea generand anomalii dipolare (fig 3.9).

Adancimea pana la care se pot obtine informatii privind proprietatile solului depinde de distanta dintre bobine si orientarea acestora (dipol orizontal sau vertical).

Considerand frecventa de operare (14,6 kHz), s-a dedus pe cale teoretica ca orice corp conductiv aflat sub 1,5m nu va produce o anomalie electromagnetica detectabila utilizand acesta tehnica de investigare (Geonics Ltd, ).

Acest aspect arata ca sistemul poate fi folosit pentru investigatii de mare rezolutie ale solului poluat, putand fi utilizat insa doar pentru poluari ale solului, pana la adancimea de 1m (dipol orizontal) sau 1.5m (dipol vertical).

Pentru investiatiile pe teren s-a folosit aparatul EM-38 (fig. 3.10).

Figura 3.10: Imagine aparat EM-38 (Geonics Ltd., Canada)

Aparatul are pozitionat in partea superioara doua display-uri (fig. 3.11) in care sunt afisate in timp real valorile deduse ale conductivitatii electrice (Q/P) si a susceptibilitatii magnetice (IP).

Figura 3.11 : Detaliu dipozitiv EM-38

Datele receptionate din teren sunt receptionate/stocate intr-un calculator portabil, avand sistem de operare – Windows si baterie interna.

a) b) c)

Figura 3.12: Calculator portabil al aparatului EM-38

A – b- c-

Inainte de inceperea masuratorilor, aparatul se calibreaza pe teren, urmarindu-se o anulare a efectului dat de campului magnetic natural al Pamantului intr-o zona de calm din aproierea profilelor de lucru. Calibrarea se efectueaza la doua nivele: nivelul solului si la 1,5m in aer. Calibrarea se realizeaza intr-un loc caracterizat de ”calm“ magnetic, la departare de orice surse metalice.

Cap 4. Studii de caz

In primul studiu de caz punctul de reper principal a fost Rafinaria Petrobrazi, iar pentru siguranta au fost utilizate coordonate GPS (latitudine, longitudine) determinate cu un aparat adecvat pe teren. Apoi, aceste date au fost introduse in aplicatia Google Earth (figura1 utilizand instrumentele: marcator de locatie si ruleta pentru stabilirea cu o precizie ridicata a locului amplasarii fiecarei statii SEV.

Figura 4.1- Imagine locatie amplasare SEV-uri profil I (maps.google.ro)

Figura 4.2: Directia de inaintare a penei de poluant la (Ioane, 2010) sau 2014 BLG

4.1. Utilizarea metodei SEV pentru monitorizarea unei zone poluate.

In perioada 2013-2014 prezent au fost realizate patru campanii (etape de teren) constand in masuratori de tip SEV, folosind dispozitivul electric quadripolar – Schlumberger si rezistivimetrul SuperStingR1, AGI-USA (Fig. 3.2).

Masuratorile au fost efectuate in patru etape: vara 2013, toamna 2013 si primavara 2014 si toamna 2014 de-a lungul profilului marcat in fig. 3.1. In etapa din vara 2013 au fost executate un numar de masuratori de 9 SEV-uri, in toamna 2013 au fost masurate 12 SEV-uri, in primavara 2014, 13 SEV-uri si in ultima etapa din toamna 2014 au fost masurate 15 SEV-uri.

Pentru realizarea pseudosectiunilor de rezisitiviate datele masurate au fost introduse in Exell si efectuate harti cu ajutorul programului Surfer V.9 urmarind pasii din figurile …..

Figura 4.1: Introducerea datelor in exell.

La pozitia sev-ului a fost trecuta pozitia pe profil, distanta de la un sev la celalalt fiind de 50m.

Pentru a se ajunge la pseudosectiunea de rezisitivitate a intregului profil datele au fost introduse intr-un program de calcul si au fost urmati pasii din figurile (4.2, 4.3, 4.4 si 4.5 ), in programul Surfer v.9.

Figura 4.2: Pasul doi

Figura 4.3: Pasul 3

La pasul 3 s-a realizarea interpolarea datelor folosind optiunea : ”Triangulation with Linear Interpolation“. Aceasta a fost selectata, tinadu-se cont de modul de distributie al valorilor de rezistivitate.

Figura 4.4: Imagine grid (vara 2013)

Figura 4.5: Pasul 4 Construirea sectiunii de rezistivitate

La pasul 4 se va selecta optiunea “New Contur Map”, apoi se va alege fisierul tip .grd grid-ul salvat la pasul 3 .

In acest mod au fost obtinute pseudosectiunile de rezistivitate corespunzatoare fiecarei etape (Fig. ,,,,,) de masuratori.

In cadrul primului set de masuratori (etapa din vara 2013) au fost executate un numar de 9 SEV-uri pe distanta de 400m, toamna 2013 au fost executate un numar de 12 SEV-uri pe distanta de 550m.

In etapa din primavara 2014 au fost executate un numar de 13 SEV-uri, distanta profilului masurat fiind de 600m, iar in ultima etapa din toamna 2014 au fost executate un numar de … SEV-uri….

Figura 4.6: Sectiune geoelectrica de rezisitivitate aparenta,

rezultate din masuratori etapa vara 2013

.

Figura 4.7: Sectiune geoelectrica de rezisitivitate aparenta,

rezultate din masuratori etapa toamna 2013

Figura 4.8: Sectiune geoelectrica de rezisitivitate aparenta,

rezultate din masuratori etapa primavara 2014

Figura 4.9 : Sectiune geoelectrica de rezisitivitate aparenta,

rezultate din masuratori etapa primavara 2014

Profilul geoelectric a avut orientarea sud (SEV 1) –nord, fiind perpendicular pe pana de poluare (Chitea et al., 2014).

Valorile de rezistivitate aparenta masurate in prima etapa (vara 2013) au fost interpolate folosind programul Golden Surfer- V9 (fig 4.6). Avand in vedere dispozitia punctelor de masura precum si dispunerea plan-orizontala a structurii studiate, zonele neacoperite de masuratori au fost estimate folosind tehnica de triangulatie cu interpolare liniara.

Acelasi procedeu a fost ultilizat in realizarea sectiunilor aferente campaniilor de masuratori din toamna anului 2013 (fig.4.7), primavara anului 2014 (fig. 4.8) si toamna anului 2014 (fig. 4.9:)

Valorile minime de rezistivitate aparenta determinate in toamna anului 2013 sunt apropiate de cele inregistrate in vara anului 2013. Sub aspect al valorilor maxime, se remarca o crestere de aproximativ 50 Ωm, in special in partea de inceput a profilului (Sev nr.1 si Sev nr. 2).

In campania de masuratori din primavara anului 2014, au fost suplimentate numarul de SEV-uri, realizandu-se un profil cu lugimea totala de 700m. Profilul a fost extins spre partea de N, intrucat din observatiile de teren (analiza proba de apa) exista suspiciunea unei noi zone poluate cu hidrocarburi.

Masuratorile din cele 4 campanii au fost realizate pastrand pozitia statiilor SEV din vara anului 2013, precum si succesiunea de extindere a liniei de injectie a curentului electric. Asigurandu-se un mod de achizitie al datelor identic (dispozitiv electric quadirpolar dispus in modalitatea Schlumberger, aceleasi lungimi ale liniilor de injectie a curentului electric si de potential) rezultatele sunt potrivite pentru analiza variatiei spatio-temporale a zonei studiate.

Pentru cercetarea solului au fost create grafice de dependenta a rezisitivitatii aparente si adancimea de investigatie.

Datorita etapelor de achizitie ale datelor din teren, precum si ale conditiilor identice si la o perioada scurta de timp s-au facut comparatii intre rezultatele obtinute. Astfel, au fost facute reprezentari grafice ale sev-urilor 1-9 corespunzatoarea la toate cele patru etape de masuratori de teren.

Figura 4.10: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 1

Figura 4.11: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 2

Figura 4.12: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 3

Figura 4.13: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 4

Figura 4.14: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 5

Figura 4.15: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 6

Figura 4.16: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 7

Figura 4.17: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 8

Figura 4.18: Rezultatele masuratorilor de rezistivitate aparenta in toate cele 4 etape executate pentru SEV-ul 9

In urma analizelor datelor de rezisitivitate si reprezentate grafic cu ajutorul programului Origin v.9.5, s-a constatat ca valorile cele mai mari de rezisitiviate aparenta au fost masurate in perioada toamna 2013 corespunzatoare SEV-urilor nr: 1, 2, si 6 (fig. 4.10, 4.12 si 4.16).

Datele de rezisitivitate aparenta masurate in perioada vara 2013 au inregistrat valori maxime la SEV-urile corespunzatoare 4, 5, 7 si 9 (fig. 4.14, 4.15, 4.17 si 4.19).

In etapa de lucru din primavara 2014 s-a inregistat cea mai mare valoare corespunzatoarea SEV-ului nr. 8 de (fig 4.18).

Acest lucru nu duce insa la premisa ca sursa de poluare este inactiva, ci la faptul ca a fost inregistrata o diminuare a cantitatilor de poluant sau a apelor reziduale deversate in mediu.

Datele obtinute pe o lungime a profilului de 500m (SEV 1-9) au fost extrase si reinterpolate. Sectiunile rezultate au fost aduse la o scara a culorilor de reprezentare comuna, pentru a putea evalua corect diferentele de la o etapa la alta (fig.4.19).

Figura 4.19: Pseudosectiuni de rezisitivate in etapele vara 2013(a), toamna 2013(b), primavara 2014(c) si toamna 2014(d)

Spre deosebire de sectiunea de rezisitivitate din etapa vara 2013 se remara o ameliorare a valorilor fata de etapele urmatoare.

La masuratorile specifice SEV-ului numarul 8 la etapele din vara 2013, toamna 2013 si toamna 2014 (fig 69. a,b,d) se remarca valori mai mici de 90 Ωm, insa in schimb la masuratorile din primavara 2014 au fost masurate valori cuprinse intre 90-150 Ωm, acest lucru se poate datora si nivelului hidrostatic ridicat existent ca urmare a precipitatiilor abundente sau ca urmare a procesului de migrare a poluantului.

Sectiunea de rezistivitate aparenta rezultata a confirmat ca in capatul nordic al profilului s-a conturat o anomalie, cu valori mari de rezistivitate electrica.

In urma reprezentarilor grafice din fig 4.10 – 4.18 si a sectiunilor de rezistivitate reprezentate cu aceeasi scara de culori, rezulta ca sursa de poluarea a mediului geologic raportata la anul 2014 (etapele primavara 2014 si toamna 2014) in zona rafinariei Petrobrazi nu mai este la fel de activa ca in in anul 2013, conform etapelor de teren vara 2013 si toamna 2013.

Din sectiunile de rezistivitate aparenta rezultate se observa existenta a doua sectoare, distincte din punct de vedere al proprietatilor electrice. In sectorul sudic (0-250m) se remarca conturul unor anomalii de rezistivitate ridicata (valori mai mari de 140 Ωm), in timp ce in sectorul nordic, valorile maxime nu depasesc 145 Ωm.

4.2. Masurarea probelor de apa/sol cu ajutorul rezisitivimetrului

Pentru efectuarea masuratorilor au fost prelevate probe de apa din zona rafinariei Brazi (figura 4.20) pentru a fi analizate in laborator cu ajutorul rezisitivimetrului.

Figura 4.20: Locul de prelevare a probelor de apa cu poluant pentru analiza in laborator

Dupa ce au fost prelevate probe de apa cu poluant au fost lasate in laborator pentru o perioada de 48 ore pentru a se separa apa de pouant (figura 4.21).

Figura 4.21: Imagine cu separarea produsului poluant(petrol curd) si apa.

Dupa ce produsul poluant a fost extras cu ajutorul unei pipete cu volum fix s-au facut analize cu ajutorul rezisitivimetrului.

S-au facut determinari ale valorilor de rezistivitate folosindu-se curent continuu care se bazeaza pe masurarea diferentei de potential care apare intre doi electrozi de masura (ΔV), ca urmare a injectarii curentului electric (I) prin intermediul a doi electrozi de curent, folsindu-se relatia 3.7.

Valoarea k poate fi determinata doar pentru cazurile in care sursa de curent electric poate fi aproximata cu o sursa punctuala, astfel incat s-a procedat la determinarea constantei K folosindu-se rezultatul masuratorilor de conductivitate electrica determinate conform metodei de analiza SR EN 7888/1997.

Tabel nr.4.5 Intervalele de masurare pentru conductivitatea electrica si rezolutia

Valoarea determinata a conductivitatii electrice, pentru solutia etalon (σ = 6,5 μS/cm) determinata automat cu rezolutia de 0.01(tabel nr.3). Constanta celulei de masurare kc (care depinde de geometrie) este predefinita in softul conductivimetrului. In analizele de apa, conductivitatea electrica este o dimensiune pentru substantele ionizate.

Valoarea obtinuta a fost convertita in unitati de rezistivitate electrica (ρ = 153,846 Ωm) folosindu-se relatia urmatoare:

ρ = 1/σ Rel.

Prin utilizarea aparatului MiniSting (AGI,SUA) s-au efectuat determinari ale potentialului electric pentru aceeasi proba (solutie etalon), la diferite intensitati ale curentului electric (I). Fiind o solutie demineralizata, de conductivitate scazuta, la intensitati peste 10mA nu s-au putut face determinari (curentul electric nu ” a traversat” proba). Rezultatatele masuratorilor exprimate in raportul ΔV/ I obtinute la injectarea unui curent electric cuprinse in intervalul 10 – 2mA sunt prezentate in tabelul 4.5.

Folosindu-se valoarea de rezistivitate electrica determinata ca inversul conductivitatii electrice, s-au facut calcule pentru aflarea constantei dispozitivului electric (K). Valorile rezultate au avut erori de 0.1% pentru I=2mA respectiv de 0.04% pentru I=5mA. Intrucat eroarea cea mai mica de determinare (0.01%) a fost obtinuta la injectarea curentului electric I=10mA, valoarea mediata a constantei dispozitivului obtinuta lund in considerare cele 2 determinari a fost utilizata pentru determinarea constantei dispozitivului electric (K= 0,0135).

Tabel nr.4.6 Determinarea constantei dispozitivului de masura a rezistivitatii electrice

Folosindu-se valoarea constantei dispozitivului de masura determinata pe baza probei etalon au fost calculate rezistivitatile electrice corespunzatoarelor probelor de apa preluate din zona rafinariei Petrobrazi, din apropierea profilului investigat geofizic (Serban si Chitea, 2013).

Au fost preluate probe de apa subterana, din acviferul freatic aflat la aproximativ 5m adancime. Probele de apa poluata prelevate in august 2013 si noiembrie 2013 au fost masurate cu conductivimetrul Multi 340i cu celula de masurare a conductivitatii electrice TetraCon (R) 325-3.

Proba prelevata in ianuarie 2014 a fost analizata folosindu-se aparatul MiniSting (AGI,SUA). Au fost determinat raportul ΔV/ I, si s-a calculat rezistivitatea electrica a apei (12,82 Ωm)

Tabel nr.4.7 Determinari de rezistivitate electrica penru proba de apa – ianuarie 2014

Din rezultatele obtinute, se observa o variatie mica a parametrului urmarit pe perioada investigata, ceea ce arata ca nu au existat accidente de mediu cu ape uzate (folosite in procesul tehnologic) in acest interval.

Tabel 4.8: Determinari pentru proba de apa

Analiza acestui parametru a fost efectuata lunar, fiind deosebit de utila in analiza masuratorilor indirecte de rezistivitate electrica de la suprafata solului.

S-au facut determinari ale raportului ΔV/I si folosind constanta aparatului care a fost determinata (0,013501201) s-a calculat parametru rezistivitate electrica cu ajutorul aparatului rezisitivimetrului multimelectrod si al recipientului pentru probe de sol (fig 34 b).

Tabel nr. 4.9: Determinari de laborator pentru proba de nisip + 0,5 l apa

Tabel nr 4.10: Determinari de laborator pentru proba de nisip + 0,5 l apa + 100 g apa poluata

Tabel nr. 4.11: Determinari proba nisip + 0,5 l apa poluata

Tabel nr. 4.12: Determinari proba nisip + 0,6 l apa poluata

Tabel nr. 4.13: Determinari proba nisip + 0,7 l apa poluata

S-a observat faptul ca rezistivitatea electrica a unei roci scade pe masura ce creste gradul de ocupare a spatiului poros cu apa.

1.1.2 Achizitia, prelucrarea si interpretarea datelor EM– studiu de caz

Investigatiile electromagnetice s-au efectuat in modul de masurare cvasi-continuu, pe profile paralele si panouri (panoul I si II).

Pentru studiul de caz a fost aleasa o zona contaminata cu hidrocarburi, poluarea fiind vizibila la suprafata, situata in apropiere de orasul Ploiesti, Romania (Fig. 6). Arealul afectat de poluare se extinde pe o suprafata foarte mare (zeci de km2), insa accesul a fost posibil doar intr-un anumit perimetru (din motive de siguranta).

Figura 6 : Contaminarea solului cu hidrocarburi

Pentru investiatiile pe teren s-a folosit aparatul EM-38 (Fig. 7).

In cazul experimentului s-a folosit modul de orientare al bobinelor tip dipol vertical (figura 1), amplasate la o distanta de 1m. In acest mod de operare influenta materialului aflat la adancime foare mica (aproape de suprafata) este scazuta, crescand odata cu adancimea pana la aproximativ 0,4m, dupa aceasta urmand sa descresca usor pana la 1,5m.

Perimetru de lucru a fost impartit in mai multe panouri (Fig. 10), utilizandu-se profile paralele. In perimetrul panoului I s-a putut realiza o secventa mai mare de profile, numerotate A-K. In panoul II s-au realizat patru profile cu orientare perpendicular pe directia profilelor din Panoul I, numerotate T1-T4 (Fig. 10).

Au fost alese doua panouri in cadrul carora s-au efectuat masuratori (profile paralele) pentru comparatie.

Figura: 10. Locatia studiului de caz si profilele electromagnetice (EM):

Panoul I: A-K si Panoul II: T1-T4

Panoul I: cuprinde 11 profiluri, aflate la o distanta de 3m unul fata de celalalt. Au fost masurate cu o acoperide de date de un numar de 139 de puncte (profilul D) la 163 de puncte (profilul A).

Panoul II: masuratorile au fost executate pe profile amplasate la 2m distanta inregistrand un minim de date de 170 de puncte (profilul T1) si un maxim de 196 de puncte (profilul T4).

Rezultatele obtinute au fost repartizate pe lungimea totala a profilelor considerandu-se o viteza constanta de achizitie pe profil.

Fig. 11: Panoul I : Reprezentarea forajelor A,B,C si (delimitarea) sectoarelor

in urma datelor de conductivitate electrica.

Probele de apa extrase din foraje au aratat o variabilitate foare mare in ceea ce priveste parametru de conductivitate electrica, in ciuda distantelor mici din care au fost prelevate.

Cele mai mici valori s-au obtinut la punctul de prelevare A (500 μS/cm), in timp ce valorile cele mai mari s-au inregistrat la punctul C, depasind valoarea de 20000 μS/cm.

Analizele de total solide dizolvate au aratat o incarcare mare a probelor de apa obtinandu-se in 321 ppm la o valoarea a pH-ului de 6,24 pentru punctul de prelevare A, in timp ce in punctul de prelevare C s-au inregistat valori de 11000 ppm (valoare pH de 6,84).

Pentru analiza detaliata a rezultatelor obtinute prin masuratori indirecte, s-au executat foraje astfel incat au fost prelevate probe de sol, in vederea determinarii continutului de substante ?! (hidrocarburi). (masuratori directe). In punctele A,B,C marcate in figura 11 au fost prelevate probe de apa si sol de la diferite adancimi: 50, 100, 150 si respectiv 200 cm

Probele de apa au fost prelevate cu ajutorul unei pipete de 1,5m colectandu-se o cantitate de 1,2l de solutie, pentru efectuarea de determinari in laborator.

Forajele au oferit informatii detaliate despre litologie, adancimea si grosimea stratelor interceptate si deasemenea despre nivelul hidrostatic al apei.

Tabel h : Analize de laborator pe probe de sol

In urma prelucrarii datelor masuratorilor in-situ a parametrului conductivitate electrica care a prezentat variatii cuprinse intre 80-665 mS/m, zona a fost delimitata in 3 sectoare:

Sectorul (HSW) care a prezentat o poluare ridicata cu valori de conductivitate mai mari de 280 mS/m

Un sector (LSW) care a fost caracterizat prin valori de conductivitate mai mici de 180 mS/m

Un sector (TZ) de tranzitie pentru valori mici de conductivitate cuprinse intre 180-280 mS/m.

In urma rezultatelor datelor analizate cu ajutorul metodelor directe s-a observat ca exista o tendinta de crestere a continutului de hidorcarburi cu adancimea (locatia A si C), inregistrandu-se o valoare extrema de 9578,68 mS/m, la adancimea de 200 m.

In perimetrul delimitat “zona B” ,valoarea maxima a fost masurata la adancimea de 1,5m (6232,78 mS/m). S-a mai remarcat faptul ca in zona in care au fost inregistate cele mai mari valori de hidrocarburi s-au inregistrat deasemnea si valori ridicate de continut in cloruri (3948,75 mg/kg).

Acelasi procedeu de investigare indirecta a fost utilizat pentru a doua zona studiata (Panoul II) in care a fost observata poluarea cu hidrocarburi la suprafata pamantului. (figura 9 ).

Senzorii de EM au fost mentinuti la o distanta de 0,30 cm deasupra pamantului, pe intreaga durata a masuratorilor.

In zonele in care poluarea cu hidrocarburi a fost vizibila la suprafata au fost inregistrate variatii mici ale conductivitatii, cuprinse intre 80-95 mS/m.

S-a observat ca valorile cele mai mari de conductivitate electrica (360mS/m) au corespus zonei unde poluare nu era vizibila la suprafata.

Figura 12: Delimitarea panoului II in urma masuratorilor EM.

Rezultaltele masuratorilor in-situ ale caror date au fost folosite pentru obtinerea graficelor de variatie sau harti pentru zonele masurate, au aratat o tranzitie treptata a poluarii prin o variatie mai mica a parametrului de conductivitate electrica comparativ cu panoul I, cuprinsa intre 80 si 360 mS/m.

Figura 13: Reprezentarea variatiei TPH cu adancimea a probelor de sol,

localizate in HSW, TS, LSW

Concluzii:

Avantajul folosiri acestor metode (EM si SEV) este acela ca acestea nu produc efecte negative asupra mediului.

Desi in zona in care a fost efectuat studiul de caz au fost executate procese de captare a petrolului s-a dovedit ca nu a fost expoatat in totalitate datorita presiunii din sol a gazelor care face ca petrolul brut sa iesa practic la suprafata solului.

Masuratorile efectuate in laborator din sectorul HSW (fig 100) au indicat valorile cele mai mari ale continutului de hidrocarburi si saruri duc la concluzia ca ambii contaminanti (se revarsa avanseaza ) in sol provenind din aceeasi sursa.

Ca urmare a presiunii gazelor din interiorul pamantului, este facilitata avansarea pe verticala (pe zone cu porozitate ridicata) a apei mineralizate (sarate) precum si a petrolului brut (titei).

Datorita conductivitatii electrice ridicate a solului ca urmare a solutiilor sarate prezente in spatiile poroase masuratorile de investigatie indirecte au fost influentate de prezenta hidrocarburilor reziduale (Panoul I) si chiar la hidrocarburile in faza mobila (Panoul II).

Hartile realizate in urma masuratorilor de EM au fost in conformitate cu rezultatele obtinute din masuratorile directe (analize de laborator).

Valorile mici de conductivitate s-au inregistrat datorita faptul ca poluantul este caracterizat ca fiind un slab conducator electric.

In urma acestui studiu s-a constatat ca exista o scadere a conductivitatii electrice in zonele poluate cu produse petroliere?!!?!

Bibliografie:

Ahzegbobor Philips Aizbeokhai, 2D and 3D geoelectrical resistivity imaging: Theory and field design, Scientific Research and Essays, Vol. 5(23), pp. 3592-3605, 2010

Ioane D, Chitea F., ERT and VES studies for thermo-mineral water in Toplita area, Romania. Geo-Eco-Marina, vol 18, pp179 -185, 2012.

Georgescu P., Ioane D., Niculescu B.M, Chitea F, Geoelectrical investigation of marine intrusions on the Romanian Black Sea shore, Geo-Eco-Marina, vol 10, pp85-92, 2010

S. D. Carrière* (URM EMMAH), K. Chalikakis (UMR EMMAH), C. Danquigny

(URM EMMAH) & L. Torrès-Rondon (Facultad de Ciencias de Caracas)

Albu, 2002, London….

Serban A., Chitea F., Indirect electrical resistivity method to investigate undergroung oil contamination, Annual Scientific Conference, Faculty of Physics, University of Bucharest, 2013

J. D. McNeill, Electromagnetic terrain conductivity measurement at low induction numbers. Tech. Note TN-6. Geonics Ltd., Mississauga, ON, 1980.

Georgescu, Prospectiuni electrice, 1982, Universitatea din Bucuresti

Schon J. H., Physical Properties of rocks: fundamentals and principles of petrophysics, vol 18, Elsevier, 2004

Carcione J., Seriani G., Gei D.,Acoustic and electromagnetic properties of soils saturated with salt water and NAPL, J. Appl. Geophys. 52, 177– 191, 2003

Vogelsang D, 1995, Environmental Geophysics: A Practical Guide, Springer-Verlag.

Georgescru, Prospectiuni electrice

Reynolds, 1.M. and McCann, D.M. (1992) Geophysical methods for the assessment of landfill and waste disposal sites. In: Forde, M.e. (ed.),Proceedings of 2nd International Coriference on Construction on Pollutednand Marginal Land, 30 June-2 luly 1992, Brunel University, London, 63-71.

Reynolds, 1.M. and Taylor, D.I. (1992) The use of sub-surface imaging techniques in the investigation ofcontaminated sites. In: Forde, M.e. (ed.), Proceedings of 2nd International Conference on Construction on Polluted and Marginal Land, 30 June-2 July 1992, Brunei University, London.

Edinburgh: Engineering Technics Press, 121-131.

Marsh, G.R. (1991) Geophysics and environmentalism. Geophysics: The Leading Edge, 10(8): 32-33.

P. Georgescu, V. Niculescu, M. Mafteiu, I. Dinu, Electrometric research to identificate soil pollution in southern Oil Terminal storage areea, Constanta

D. Jipa, D. Lutac, M. Albu, I. Dinu, Criteria for monitoring shallow aquifer oil contamination in a large storing facility areea Oil Terminal South, Constanta.

I. Dinu, D. Jipa, R. Popescu, V. Gh. Ungureanu, Modeling groundwater flow in Oil Terminal storage areea, south of Constanta, Analele Universitatii Bucuresti, 2001

Neacsu V., Manescu M., Bica I., ,2011, La pollution du sol et de l’eau dans la zone petroliere Videle –Poieni, Analele Universitatii Bucuresti

D.V. Branda, I. Dinu, V. Grobnic, C. Serban, D. Slavoaca, Aspects concerning the groundwater pollution by Arpechim in its area of influence

GEOMON, Cercetări hidrogeofizice pentru monitorizarea spațio-temporală a zonelor de contaminare cu hidrocarburi și ape reziduale din arealul rafinăriilor Astra, Petrotel, Petrobrazi și Vega". Proiect CEEX – MENER

Barker, R.D. [1989] Depth of investigation of collinear symmetrical four-electrode arrays. Geoph.,

54(8), 1031-1037.

Carrière, S.D., Chalikakis, K., Sénéchal, G., Danquigny, C. and Emblanch, C. [2013] Combining

Electrical Resistivity Tomography and Ground Penetrating Radar to study geological structuring of

karst Unsaturated Zone, J. A. Geoph., 94(0), 31-41.

Roy, A. [1972] Depth of investigation in Wenner three-electrode and dipole-dipole dc resistivity

methods. Geoph. Prospect., 20, 329-340.

Roy, A. and Apparao, A. [1971] Depth of investigation in direct current methods. Geoph., 36, 943-

959.

Qi Luand Motiyuki Sato, Application of Electromagnetic Exploration Tehniques to Oil Contaminated Soil; Butusuri-Tansa, Vol. 58, Nr. 5, 2005, pp. 545-554

Manescu !!!

Notatii:

camp magnetic (intensitatea campului magnetic)

magnetizarea