Amostra de núcleo - Core sample
Uma amostra de núcleo é uma seção cilíndrica de (geralmente) uma substância de ocorrência natural. A maioria das amostras de testemunho é obtida por perfuração com brocas especiais na substância, como sedimento ou rocha, com um tubo de aço oco , chamado de broca de núcleo . O orifício feito para a amostra do testemunho é denominado "orifício do núcleo". Uma variedade de amostradores de núcleo existe para amostrar meios diferentes em condições diferentes. Mais continuam a ser inventados regularmente. No processo de descaroçamento, a amostra é empurrada mais ou menos intacta para dentro do tubo. Retirado do tubo em laboratório, é inspecionado e analisado por diferentes técnicas e equipamentos dependendo do tipo de dado desejado.
Amostras de núcleo podem ser retiradas para testar as propriedades de materiais feitos pelo homem , como concreto , cerâmica , alguns metais e ligas, especialmente os mais macios. Amostras centrais também podem ser coletadas de seres vivos, incluindo seres humanos, especialmente de ossos de uma pessoa, para exame microscópico para ajudar no diagnóstico de doenças.
Métodos
A composição dos materiais sujeitos pode variar de quase líquido aos materiais mais fortes encontrados na natureza ou tecnologia, e a localização dos materiais sujeitos pode variar na bancada do laboratório a mais de 10 km da superfície da Terra em um poço. A gama de equipamentos e técnicas aplicadas à tarefa é correspondentemente grande. As amostras de núcleo são mais frequentemente tomadas com seu eixo longo orientado aproximadamente paralelo ao eixo de um furo de poço ou paralelo ao campo gravitacional para as ferramentas acionadas por gravidade. No entanto, também é possível tirar amostras de testemunho da parede de um poço existente. Tirar amostras de uma exposição, embora uma rocha saliente ou em um planeta diferente, é quase trivial. (Os Mars Exploration Rovers carregam uma ferramenta de abrasão de rochas , que é logicamente equivalente à ferramenta "núcleo rotativo da parede lateral" descrita abaixo.)
Algumas técnicas comuns incluem:
- gravidade da testemunha , em que o amostrador de núcleo é jogado na amostra, geralmente o leito de um corpo d'água, mas essencialmente a mesma técnica também pode ser feita em materiais macios em terra. As forças de penetração, se registradas, fornecem informações sobre a resistência de diferentes profundidades no material, que pode ser a única informação necessária, com amostras como um benefício incidental. Esta técnica é comum em investigações de sites de engenharia civil (onde as técnicas tendem a cravar estacas ) e estudos geológicos de depósitos aquáticos recentes. A baixa resistência dos materiais penetrados significa que os núcleos devem ser relativamente pequenos.
- vibrando , em que o amostrador é vibrado para permitir a penetração no meio tixotrópico . Novamente, a resistência física do material em questão limita o tamanho do núcleo que pode ser recuperado.
- perfuração perfuração de exploração de diamante onde uma ferramenta anular rotativa apoiada por um dispositivo de armazenamento de amostra de núcleo cilíndrico é pressionada contra os materiais em questão para cortar um cilindro do material em questão. Normalmente é necessário um mecanismo para reter a amostra cilíndrica na ferramenta de testemunhagem. Dependendo das circunstâncias, particularmente a consistência e composição dos materiais em questão, diferentes arranjos podem ser necessários dentro das ferramentas principais para apoiar e proteger a amostra em seu caminho para a superfície; muitas vezes também é necessário controlar ou reduzir o contato entre o fluido de perfuração e a amostra de testemunho, para reduzir as mudanças do processo de testemunhagem. As forças mecânicas impostas na amostra de testemunho pela ferramenta freqüentemente levam à fratura do testemunho e perda de intervalos menos competentes, o que pode complicar muito a interpretação do testemunho. Os machos podem ser rotineiramente cortados de alguns milímetros de diâmetro (na madeira, para dendrocronologia ) até mais de 150 milímetros de diâmetro (rotina na exploração de petróleo ). Os comprimentos das amostras podem variar de menos de um metro (novamente, em madeira, para dendrocronologia) até cerca de 200 metros em uma corrida, embora 27 a 54 metros seja mais comum (na exploração de petróleo ), e muitas passagens podem ser feitas em sucessão se a análise de "análise rápida" no campo sugerir que a zona de interesse continua.
- a perfuração da parede lateral de percussão usa "balas" cilíndricas robustas impulsionadas explosivamente na parede de um poço para recuperar uma amostra de testemunho curta (relativamente) pequena. Estes tendem a ser fortemente quebrados, tornando as medições de porosidade / permeabilidade duvidosas, mas geralmente são suficientes para o estudo litológico e micropalaeontológico . Muitas amostras podem ser tentadas em uma única execução das ferramentas, que são normalmente configuradas com 20 a 30 "balas" e cargas propulsivas ao longo do comprimento de uma ferramenta. Muitas ferramentas podem ser agrupadas para uma única execução. As taxas de sucesso para disparar uma bala em particular, penetrar na parede do poço, o sistema de retenção recuperando a bala da parede do poço e a amostra é retida na bala são todas relativamente baixas, então não é incomum que apenas metade das amostras tentadas Ser bem sucedido. Esta é uma consideração importante no planejamento de programas de amostra.
- testemunhagem de parede lateral rotativa, onde uma ferramenta de perfuração rotativa automatizada miniaturizada é aplicada ao lado do poço para cortar uma amostra semelhante em tamanho a um núcleo de parede lateral de percussão (descrito acima). Estes tendem a sofrer menos deformação que os núcleos de percussão. No entanto, o processo de corte do núcleo leva mais tempo e os congestionamentos são comuns no equipamento auxiliar que recupera a amostra da broca e a armazena dentro do corpo da ferramenta.
Gestão de núcleos e dados
Embora frequentemente negligenciadas, as amostras do testemunho sempre se degradam em algum grau no processo de corte, manuseio e estudo do testemunho. Técnicas não destrutivas são cada vez mais comuns, por exemplo, o uso de varredura de ressonância magnética para caracterizar grãos, fluidos de poros, espaços de poros ( porosidade ) e suas interações (constituindo parte da permeabilidade ), mas essa sutileza cara é provavelmente desperdiçada em um núcleo que foi sacudido em um caminhão sem molas por 300 km de estrada de terra. O que acontece com os núcleos entre o equipamento de recuperação e o laboratório final (ou arquivo) é uma parte frequentemente negligenciada da manutenção de registros e do gerenciamento do núcleo.
O Coring passou a ser reconhecido como uma importante fonte de dados e mais atenção e cuidado estão sendo colocados na prevenção de danos ao núcleo durante os vários estágios de transporte e análise. A maneira usual de fazer isso é congelar o núcleo completamente usando nitrogênio líquido, que é de origem barata. Em alguns casos, polímeros especiais também são usados para preservar e assentar / amortecer o núcleo contra danos.
Da mesma forma, uma amostra central que não pode ser relacionada ao seu contexto (onde estava antes de se tornar uma amostra central) perdeu muito de seu benefício. A identificação do poço e a posição e orientação ("caminho para cima") do núcleo no poço são críticas, mesmo se o poço estiver em um tronco de árvore - os dendrocronologistas sempre tentam incluir uma superfície de casca em suas amostras para que o a data do crescimento mais recente da árvore pode ser determinada de forma inequívoca.
Se esses dados forem separados das amostras de núcleo, geralmente é impossível recuperar esses dados. O custo de uma operação de testemunhagem pode variar de algumas unidades monetárias (para um núcleo capturado manualmente de uma seção de solo mole) a dezenas de milhões de unidades monetárias (para núcleos de parede lateral de um poço offshore de área remota com muitos quilômetros de profundidade). O registro inadequado de tais dados básicos arruinou a utilidade de ambos os tipos de núcleo.
Diferentes disciplinas têm diferentes convenções locais para registrar esses dados, e o usuário deve se familiarizar com as convenções de sua área. Por exemplo, na indústria do petróleo, a orientação do núcleo é normalmente registrada marcando-se o núcleo com duas faixas coloridas longitudinais, com a vermelha à direita quando o núcleo está sendo recuperado e marcado na superfície. O corte de machos para mineração mineral pode ter suas próprias convenções diferentes. A engenharia civil ou os estudos de solo podem ter suas próprias convenções diferentes, pois seus materiais muitas vezes não são competentes o suficiente para fazer marcas permanentes.
Está se tornando cada vez mais comum reter amostras de núcleo em embalagens cilíndricas que fazem parte do equipamento de corte de núcleo, e fazer as marcas registradas nesses "barris internos" no campo antes de processamento e análise adicionais no laboratório. Às vezes, o núcleo é enviado do campo para o laboratório em um comprimento igual ao que sai do solo; outras vezes, é cortado em comprimentos padrão (5m ou 1m ou 3 pés) para envio e, a seguir, remontado no laboratório. Alguns dos sistemas de "barril interno" são capazes de ser revertidos na amostra do testemunho, de modo que no laboratório a amostra "sobe de maneira errada" quando o testemunho é remontado. Isso pode complicar a interpretação.
Se o poço tiver medições petrofísicas feitas das rochas da parede, e essas medições forem repetidas ao longo do comprimento do núcleo, então os dois conjuntos de dados correlacionados, será quase universalmente encontrado que a profundidade "de registro" para um determinado pedaço de núcleo difere entre os dois métodos de medição. Qual conjunto de medidas acreditar torna-se então uma questão de política para o cliente (em um ambiente industrial) ou de grande controvérsia (em um contexto sem autoridade superior. O registro de que há discrepâncias, por qualquer motivo, mantém a possibilidade de corrigir um decisão incorreta em uma data posterior; destruir os dados de profundidade "incorretos" torna impossível corrigir um erro posteriormente. Qualquer sistema para reter e arquivar dados e amostras de núcleo precisa ser projetado para que opiniões divergentes como essa possam ser retidas.
Se as amostras de núcleo de uma campanha forem competentes, é prática comum "dividi-las" - cortar a amostra em duas ou mais amostras longitudinalmente - bem no início do processamento de laboratório para que um conjunto de amostras possa ser arquivado no início da sequência de análise como um proteção contra erros de processamento. "Slabbing" o núcleo em um conjunto de 2/3 e 1/3 é comum. Também é comum que um conjunto seja retido pelo cliente principal enquanto o segundo conjunto vai para o governo (que muitas vezes impõe uma condição para essa doação como condição para o licenciamento de exploração / exploração). "Slabbing" também tem o benefício de preparar uma superfície plana e lisa para exame e teste de permeabilidade do perfil, que é muito mais fácil de trabalhar do que a superfície normalmente áspera e curva de amostras de testemunho quando elas são recém-retiradas do equipamento de testemunhagem. A fotografia de superfícies de núcleo cru e "em placas" é rotina, geralmente sob luz natural e ultravioleta.
Uma unidade de comprimento ocasionalmente usada na literatura sobre os núcleos do fundo do mar é cmbsf , uma abreviatura de centímetros abaixo do fundo do mar.
História de descaroçamento
A técnica de retirada do dielétrico é muito anterior tentativas de furar a Terra do manto pelo Programa de perfuração em águas profundas . O valor para a história oceânica e outra geológica da obtenção de núcleos em uma ampla área do fundo do mar logo se tornou aparente. A amostragem básica por muitas organizações científicas e exploratórias se expandiu rapidamente. Até o momento, centenas de milhares de amostras de núcleos foram coletadas do fundo dos oceanos do planeta e de muitas de suas águas interiores .
O acesso a muitas dessas amostras é facilitado pelo Index to Marine & Lacustrine Geological Samples , "uma colaboração entre vinte instituições e agências que operam repositórios geológicos."
O índice mantém um registro das amostras mantidas nos repositórios de suas organizações membros. Os dados incluem
Litografia , textura , idade, investigador principal, província , intemperismo / metamorfismo , observações de vidro e comentários descritivos
Valor informativo das amostras de núcleo
Coring começou como um método de amostragem de arredores de depósitos de minério e exploração de petróleo. Logo se expandiu para oceanos , lagos , gelo , lama , solo e madeira . Os núcleos de árvores muito velhas fornecem informações sobre seus anéis de crescimento sem destruir a árvore.
Os núcleos indicam variações de clima , espécies e composição sedimentar durante a história geológica. Os fenômenos dinâmicos da superfície da Terra são em sua maioria cíclicos de várias maneiras, especialmente temperatura e precipitação .
Existem muitas maneiras de datar um núcleo. Uma vez datado, ele fornece informações valiosas sobre as mudanças de clima e terreno . Por exemplo, núcleos no fundo do oceano, solo e gelo alteraram totalmente a visão da história geológica do Pleistoceno .