UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
GLEICE CUNHA DE AQUINO
USO DA GEOFÍSICA NA DETECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM
AQUÍFERO FRATURADO – CAÇAPAVA DO SUL/RS
CAÇAPAVA DO SUL
2016
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Exploração de Águas Subterrâneas em Caçapava do Sul: Aplicação da Geofísica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Geofísica
Um estudo sobre a exploração de águas subterrâneas no município de caçapava do sul, rio grande do sul, utilizando a geofísica aplicada, especificamente a eletrorresistividade e a técnica de caminhamento elétrico (ce). O objetivo é realizar um diagnóstico preliminar das características de um aquífero fraturado na região. O texto aborda as propriedades físicas do sistema água/rocha, os tipos de fraturas e a importância da geofísica na prospecção de águas subterrâneas.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2022
1 / 45
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
GLEICE CUNHA DE AQUINO
USO DA GEOFÍSICA NA DETECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM
AQUÍFERO FRATURADO – CAÇAPAVA DO SUL/RS
CAÇAPAVA DO SUL
Ficha catalográfica elaborada automaticamente com os dados fornecidos pelo (a) autor (a) através do Módulo de Biblioteca do Sistema GURI (Gestão Unificada de Recursos Institucionais).
A657u Aquino, Gleice Cunha de USO DA GEOFÍSICA NA DETECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM AQUIFERO FRATURADO – CAÇAPAVA DO SUL/RS / Gleice Cunha de Aquino. 45 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)-- Universidade Federal do Pampa, GEOLOGIA, 2016. "Orientação: Maximilian Fries".
- Eletrorresistividade. 2. Fraturas. 3. Aquífero.
- Modelo geoelétrico. I. Título.
GLEICE CUNHA DE AQUINO
USO DA GEOFÍSICA NA DETECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM
AQUIFERO FRATURADO – CAÇAPAVA DO SUL/RS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Geologia da Universidade Federal do Pampa, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Geologia.
Trabalho de Conclusão de Curso defendido e aprovado em: 05/12/2016. Banca examinadora:
Prof. Dr. Maximilian Fries Orientador UNIPAMPA
Prof. Ms. Luiz Delfino Albarnaz UNIPAMPA
Prof. Ms. Rafael Lima Dessart
Dedico este trabalho a minha família e ao gatinho que me auxiliou e apoiou nos período do curso, sempre acreditando nos meus sonhos.
“Ipse se nihil scire id unum sciat”. Autor desconhecido.
RESUMO
Atualmente a exploração de águas subterrâneas constitui uma área cada vez mais importante devido ao aumento da demanda de água por parte do crescimento populacional e industrial; e a inviabilidade de consumo de fontes como rios, lagos e aquíferos contaminados em consequência da atividade humana. Dificuldades para abastecer a população e perdas de produção na agricultura são registradas periodicamente. A geofísica aplicada à exploração de águas subterrâneas constitui um reconhecido método indireto de investigação amplamente utilizado na detecção, análise e caracterização de áreas potencialmente favoráveis à prospecção de águas subterrâneas e superficiais. Este trabalho tem como objetivo realizar um diagnóstico preliminar das características de um aquífero fraturado no município de Caçapava do Sul, RS por meio do método geofísico da eletrorresistividade, técnica de Caminhamento Elétrico (CE). Os resultados foram apresentados em 3 seções de caminhamento elétrico e possibilitaram a detecção do topo rochoso (granito) recoberto por espessa camada de solo na área. Fratura, zonas de alteração (saprólito) da rocha são apresentadas em seções interpretadas (modelos geoelétrico) a partir dos contrastes resistivos/condutivos observados. O estudo representa uma importante ferramenta na investigação indireta não invasiva em um local recoberto por camada de solo. Oferece, também, uma importante caracterização geotécnica do local como subsídios para estudos futuros.
Palavras chave: Eletrorresistividade, Fraturas, Aquífero, Modelo geoelétrico.
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores de resistividade no qual foram baseadas as interpretações geológicas. 34 Tabela 2 - Limites dos valores de resistividade encontrados na área correspondente aos domínios. ............................................................................................................................. 37
1 INTRODUÇÃO
A água é um recurso de base indispensável à vida, e as crescentes ações antropogênicas colocam este bem mineral em uma situação de vulnerabilidade, causada pela procura intensa, para atender a progressiva demanda decorrente de aumento na matriz industrial a nível nacional, bem como maior demanda por parte da população para usos diversos. Além das consequências da exploração e uso indiscriminado, ocorre também a poluição generalizada causada por elementos nocivos a saúde pública e ambiental, decorrentes da má gestão e fiscalização deste recurso. A utilização das águas subterrâneas é frequentemente omitida nos planos de gerenciamento de recursos hídricos de uma área por não apresentar obras fotogênicas como barragens e estações de tratamento construídas para utilização da água superficial, contudo, o manancial subterrâneo constitui o maior volume de água doce que ocorre na Terra na forma líquida, da ordem de 10,3 milhões km³, enquanto os rios e lagos acumulam cerca de 104 mil km³ (FEITOSA et al. , 2008). Com todo este volume, a escassez ainda apresenta uma sombra sobre a população, uma vez que, por não utilizar o potencial subterrâneo, ou por vezes esta não ocorrer de forma correta, sofrem frequentemente com secas. O município de Caçapava do Sul, porção central do estado do Rio Grande do Sul, local proposto para realização deste estudo, situa-se sobre rochas cristalinas fraturadas graníticas onde, as respectivas acumulações e vazões são determinadas pelas direções preferenciais dos fraturamentos e juntas. Segundo Madrucci (2005) este contexto litológico apresenta potencial para acumulação de água, porém, para que se obtenha sucesso em perfurações de poços, é necessário que se avalie de modo mais preciso os recursos e as ocorrências dos aquíferos fraturados em relação aos condicionantes geológicos. Para tal contexto, além do mapeamento geológico e estrutural clássico no reconhecimento do arcabouço estrutural, uma ferramenta de grande valor na prospecção de águas subterrâneas é a geofísica aplicada, particularmente os métodos geoelétricos que são utilizados com muita eficácia na caracterização de aquíferos fraturados, identificação da espessura do manto de intemperismo, profundidade do topo rochoso (interface solo/rocha), fraturas preenchidas por água e consequentemente na determinação de locais para a perfuração de poços (GALLAS, 2003).
2 OBJETIVOS
2.1 Geral
Este Trabalho de Conclusão de Curso tem como objetivo principal a delineação e reconhecimento de topo rochoso e fraturas através do método da eletrorresistividade para identificação e caracterização de zonas favoráveis à ocorrência de água em uma área no município de Caçapava do Sul, Estado do Rio Grande do Sul.
2.2 Específicos
Especificamente, pretende-se: Gerar seções aparentes de profundidade versus resistividade dos materiais (rochas e fluidos presentes); Interpretar lineamentos e estruturas locais correlacionáveis à ocorrência/vazão do aquífero, por meio de dados de sensoriamento remoto; Elaborar um modelo geoelétrico integrado (feições geológicas, estruturais e anomalias condutivas correlacionáveis a água); Determinar interface freático-rocha permitindo a locação de poço artesiano.
3 JUSTIFICATIVA
No Estado do Rio Grande do Sul de acordo com o IBGE (2014) a metade norte do Estado é dominada por aquíferos fissurais. O Aquífero Serra Geral é o aquífero fissural mais explorado no Estado. Esta formação aquífera apresenta características hidrogeológicas que permitem a explotação de grandes volumes de águas subterrâneas a profundidades economicamente viáveis. Já a metade sul do Estado apresenta aquíferos porosos e fissurais, e de acordo com pesquisas realizadas os dois apresentam de média a baixa vazão. No município de Caçapava do Sul a captação é feita por intermédio da Companhia Riograndense de Saneamento (CORSAN) e que, consequentemente, acarreta um alto custo para o setor público, em razão da logística envolvida e, dificultando a
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Fundamentos teóricos e técnicas
4.1.1 Conceitos hidrogeológicos e estruturais – Breve Revisão
As águas subterrâneas ocorrem preenchendo os vazios presentes nas rochas, como os poros, fraturas e fissuras, desta forma conseguem armazenar a maior porcentagem de água existente na Terra (97%). Segundo Giampá e Gonçales (2006) as propriedades físicas que regem o sistema água/rocha como, porosidade específica (propriedade de estocagem) e permeabilidade (propriedade de transporte) são capazes de determinar as classes hidrogeológicas dos sedimentos ou rochas, que podem ser: (a) Aquífero – Camada ou corpo rochoso que apresenta os maiores valores de porosidade específica e permeabilidade, como sedimentos arenosos, rochas compactas muito fraturadas ou intemperizadas e sistemas cársticos bem desenvolvidos; (b) Aquitarde – Camada ou corpo rochoso que apresentam os valores de permeabilidade e porosidade específica baixos, assim como sedimentos argilosos, rochas compactadas pouco fraturadas ou intemperizados e sistemas cársticos pouco desenvolvidos; (c) Aquiclude – Camada ou corpo rochoso que apresentam os valores de permeabilidade e porosidade específica praticamente nula, como camadas de sedimentos essencialmente argilosos, rochas compactas muito pouco fraturadas ou carstificada; (d) Aquifuge – Camada ou corpo rochoso muito compacto que apresentam os valores de permeabilidade e porosidade específica também nula, tais como rochas cristalinas do embasamento (magmáticas e metamórficas) não fraturadas ou intemperizadas. Os aquíferos podem ser classificados ainda de acordo com a pressão das águas nas suas superfícies limítrofes (topo e base) (FEITOSA et al. , 2008), com os principais sendo: (a) Aquífero livre – que é designada a primeira camada porosa e permeável, onde as águas da zona saturada (zona abaixo da superfície freática, onde todos os vazios estão preenchidos) estão sob as condições de pressão atmosférica normal;
(b) Aquífero confinado – no qual a camada aquífera se encontra entre duas camadas impermeáveis, resultando em uma pressão superior à atmosférica, pois o peso das camadas superiores é suportado pela estrutura sólida do aquífero; (c) Aquífero suspenso – nesta situação, o aquífero ocorre acima do nível regional do freático, sobre uma camada impermeável ou semipermeável que não armazena ou transmite água. No que concerne aos tipos de rochas onde a água se encontra armazenada, que irão influenciar diretamente no padrão de vazios presentes no aquífero, pode-se classificar segundo os domínios hidrogeológicos, que são os sedimentares, cristalinos e cársticos. Nos domínios sedimentares se a ocorrência de água subterrânea é nos sedimentos inconsolidados ou pouco consolidados esta apresentará uma grande produtividade, e o padrão de vazios se apresentará do tipo poroso (Figura 1), com alta porosidade (primária) e conectividade entre os poros, permitindo assim que a água flua mais facilmente, já nos corpos rochosos dependerá do grau de compactação e tamanho de grãos existente (FEITOSA et al., 2008). Já no domínio cárstico a água preenche espaços gerados pela dissolução química de rochas carbonáticas, estas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando assim, verdadeiros rios subterrâneos (FEITOSA et al., 2008). No domínio cristalino, caso abordado neste estudo, a capacidade de acumular água está relacionada à quantidade de fraturas e fissuras conectadas presentes nas rochas, este padrão é denominado de porosidade secundária, e apresenta um grande potencial para a acumulação de água, contudo, para que ocorra sucesso na localização destes tipos de aquíferos é necessário um estudo integrado dos condicionantes geológicos/estruturais (método direto) juntamente com aplicação de métodos geofísicos (método indireto) (FERNANDES, 2008). Neste último, para melhor entender o comportamento do aquífero é importante compreender as estruturas presentes no corpo, como se desenvolveram assim como sua propagação. As fraturas, que são as principais estruturas em corpos graníticos, de modo geral, podem ser desenvolvidas por movimentos tectônicos, de alívio de pressão, carga e descarga de glaciação, encolhimento durante o resfriamento da massa rochosa, e as forças de compressão e de tensão causados por tensões tectônicas regionais, todos estes eventos serão reflexo do limite de resistência intrínseca do material, referindo-se ao campo de deformação rúptil.
E através de experimentos em mecânica das rochas, que foram desenvolvidos sob esforços diferenciais e pressões confinantes variadas, é comum a classificação em 4 diferentes modos (FOSSEN, 2012) (Figura 3). O modo I é o de abertura (extensional) com deslocamento perpendicular, o II representa o modo de deslizamento (cisalhamento) perpendicular à borda, o modo III refere-se ao deslizamento paralelo à borda da fratura (rasgamento ou tearing mode) e o modo IV pode ser usado nos casos de feições contracionais (fechamento).
Fonte: Extraído de Fossen, 2012.
Figura 3 - Modos de abertura das fraturas.
4.1.2 Geofísica aplicada à prospecção de água subterrânea
A geofísica aplicada é amplamente utilizada como uma ferramenta de auxílio na prospecção de águas subterrâneas, e a escolha do método deve ser baseada na capacidade e objetivo das investigações. Dentre os métodos elétricos, o da eletrorresistividade é o usualmente adotado, pois satisfaz a condição básica para identificação de um aquífero, que é a presença de contraste entre as grandezas, por exemplo, consegue delimitar as zonas de fraturas saturadas em água, vertical e horizontalmente (GIAMPÁ & GONÇALES, 2006). Hazell (1992), Gallas (2003), Madrucci et al. (2005), entre outros, vem utilizando o método da eletrorresistividade em terrenos com rochas cristalinas fraturadas com o objetivo de identificação de estruturas com potencial produtor aquífero, uma vez que este tipo de estrutura é favorável à locação de poços tubulares profundos para o fornecimento de água, pois normalmente, fraturamentos assumem o comportamento de zonas de baixa resistividade encaixadas em um “background” mais resistivo, isto se deve ao fato de que a presença de fraturas/fissuras em uma matriz rochosa torna-se uma região que facilita a infiltração de águas e alteração da rocha. Estes processos têm como consequência proporcionar uma redução nos valores de resistividade originais da rocha sã. Segundo Telford et al. (1990) e Kearey et al. (2009) este método baseia-se na medida da intensidade de uma grandeza física presente no material, a resistividade elétrica (ρ), que varia de acordo com a composição mineralógica ou química, granulometria, saturação, compactação, cimentação entre outros, e pode ser explicada pela equação 4.1:
Eq. 4.
Esta explica a resistividade do material como a resistência em ohms entre as faces opostas de um cubo unitário do material, ou seja, pode ser considerada como sendo uma medida de dificuldade que a corrente elétrica encontra na sua passagem em um determinado material. Onde δR representa a resistência do cilindro condutor com área de seção transversal δA e comprimento δL, e δV é a diferença de potencial entre as extremidades. Porém, como visto em Braga (2006), deve-se considerar que a Terra ou qualquer corpo tridimensional, a corrente elétrica não flui por um único caminho, como no caso do condutor (Figura 4).