Estudos hidrogeológicos em maciços cristalinos buscam identificar zonas com fraturas e suas propriedades hidráulicas associadas que condicionam a transmissividade e armazenamento da água subterrânea no meio. Métodos de perfilagem geofísica que medem propriedades físicas que variam com a porosidade do meio (resistividade elétrica e densidade, por exemplo) têm sido utilizados na identificação de zonas fraturadas, normalmente complementadas com imageamento ótico ou acústico da parede do poço, para determinar a densidade de faturas (número de fraturas por metro) bem como a abertura e orientação de fraturas mais expressivas. A identificação de fraturas que contribuem com o fluxo de água pelo maciço (com maior transmissividade hidráulica) envolve testes de bombeamento em níveis isolados, monitorados por traçadores e sensores, normalmente através de procedimentos longos e com demanda de pessoal e equipamento. Esta Tese tem como objetivo apresentar um procedimento desenvolvido para análise e interpretação dos dados de perfilagem do potencial espontâneo ao longo de um poço, com resolução adequada para determinar variações do potencial elétrico de origem eletrocinética induzidas por bombeamento. O potencial espontâneo de origem eletrocinética, quando associado ao fluxo de água pelas fraturas produz um sinal elétrico com amplitude (em módulo) raramente superior a algumas dezenas de milivolts. As sondas normalmente utilizadas não possuem resolução suficiente para identificar um sinal dessa magnitude, exigindo a adaptação desses equipamentos para realizar medidas independentes do potencial espontâneo, já que as sondas existentes realizam medições simultâneas de resistividade elétrica, comprometendo a leitura do potencial natural. A partir da interpretação dos perfis de potencial espontâneo e considerando- se um modelo de gap para as fraturas foi possível determinar zonas fraturadas hidraulicamente ativas em um teste de campo, assim como o sentido do fluxo pela fratura em laboratório e, em alguns casos (dependendo de características do poço como diâmetro interno e condutividade da água), a carga hidráulica à qual está submetida. O procedimento foi testado inicialmente nos poços do SCGR (Sítio Controlado de Geofísica Rasa) do IAG/USP identificando um intervalo com fraturas que mais contribui com o fluxo em subsuperfície, nesse caso com inferências a respeito da carga hidráulica aplicada ao sistema de fraturas. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para compreender melhor o mecanismo gerador dos dados obtidos em campo. Para isso, foi desenvolvido em escala de bancada um experimento simulando a percolação de água por um sistema de duas fraturas conectadas a um poço comum que permite realizar medidas do potencial elétrico durante variações do nível de água no poço assim simulado. Finalmente, o procedimento foi aplicado em um poço numa bacia de captação do Ribeirão das Posses (Extrema-MG) onde levantamentos utilizando sonda de medida do fluxo (Heat Pulse Flowmeter) permitiram comparar os resultados com metodologias já estabelecidas no estudo de aquíferos em terrenos cristalinos. Neste cenário não foi possível identificar as fraturas observadas pela sonda de fluxo, sendo somente detectado um intervalo entre 25 e 35 metros com o potencial elétrico apresentando variações da ordem de 5 mV após o bombeamento. No geral os resultados dos três testes indicaram a linearidade entre o potencial espontâneo e a carga hidráulica aplicada às fraturas, porém é necessário ressaltar que para obter medidas com amplitudes tão baixas, menores que 10 mV em alguns casos, o aparato instrumental, construtivo dos poços e condutividade da água no poço devem ser considerados.

Hydrogeological studies in crystalline rocks aim to identify fractured zones and hydraulic properties associated which condition transmissivity and storage of groundwater. Geophysical well logging which measure physical properties that depend on porosity, such as electrical resistivity and density, have been used in identification of these fractured zones, usually in addition to image of the borehole well obtained by acoustic or optical logs which can provide information such as density of fractures as well as their aperture and orientation. The identification of fractures which participate in groundwater flow through the massif with higher hydraulic transmissivities include pumping tests in isolated depth intervals monitored by tracers and sensors, and are usually long procedures with demands of people to operate and equipment. This Thesis aims to present a procedure develop to analyze and interpret data from spontaneous potential well logging with enough resolution to detect variations of the electrokinetic component of the electrical potential induced by pumping water out of the borehole. These tests can be done using a single borehole which is logged before and after water withdraw. The spontaneous potential of electrokinetic origin when associated to water flow through fractures result in an electrical signal which rarely reaches over a few dozen millivolts. Available commercial probes used for spontaneous potential logs do not have enough resolution to image such small amplitude signals, demanding development of equipment to make such measures, such as dedicating a probe to only measure the spontaneous potential signals instead of measuring it along electrical resistivity readings as well (which is common in electrical probes). After the interpretation of spontaneous potential logs and considering a simple gap model to represent the fractures it was possible to identify the location of hydraulic active fractures, as well as their flow direction, and in some scenarios (mainly relying on characteristics of the borehole and connate water) is was possible to estimate the hydraulic head applied to the fractured zone. The procedure was initially tested in a borehole located at the SCGR (Controlled Shallow Geophysics) at IAG/USP identifying the main fractured zone contributing to recharge of the borehole after being pumped and infer the hydraulic head applied to it. Later, laboratory experiments were done to better understand the mechanism behind the data obtained from the field. This was achieved using a sandbox experiment simulating two distinct fractures connected to a common borehole, allowing the measurements of electrical potential while changing the hydraulic pressure field applied to the fractures. Finally the procedure was applied to a borehole in a water shed basin of the Ribeirão das Posses (Extrema-MG) where flow data obtained using a heat pulse probe allowed to compare data from spontaneous potential logs. In this case, variations of the electrical signal were not identified at the main fractures pointed from the flow logs, detecting only a variation between depths of 25 and 35 meters with amplitudes of 5 mV at most after pumping. In general the results from these three tests indicate the possibility of using the spontaneous potential logs with electrokinetic origin to identify fractures with flow, although it is necessary to keep in mind that to measure variations as low as 5 to 10 mV it is necessary to develop adequate equipment, and consider borehole construction characteristics and conductivity of water present in the borehole.