Tectônica rúptil aplicada ao estudo de aqüífero em rochas cristalinas fraturadas na região de... por Fernando Machado Alves - Versão HTML

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TECTÔNICA RÚPTIL APLICADA AO ESTUDO DE

AQÜÍFERO EM ROCHAS CRISTALINAS FRATURADAS NA

REGIÃO DE COTIA, SP

Fernando Machado Alves

Orientador: Prof. Dr. Claudio Riccomini

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Programa de Pós-Graduação em Geoquímica e Geotectônica

São Paulo

2008

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TECTÔNICA RÚPTIL APLICADA AO ESTUDO DE

AQÜÍFERO EM ROCHAS CRISTALINAS FRATURADAS NA

REGIÃO DE COTIA, SP

Fernando Machado Alves

Orientador: Prof. Dr. Claudio Riccomini

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Programa de Pós-Graduação em Geoquímica e Geotectônica

SÃO PAULO

2008

II

Dedico este trabalho a Silene Machado Alves (in

memorian), minha querida e saudosa mãe, que acredito

ser a grande responsável por minha vontade de aprender

sempre mais, com pensamento aberto para o saber e a

educação, e ao grande apetite por leitura, quesito

essencial a um cidadão e para a formação intelectual.

III

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus, por toda a sua obra, que com certeza levou mais de 7

dias, e provavelmente menos de 5 bilhões de anos para ser realizada, obra de tamanha complexidade geológica que nos proporciona tão incríveis desafios de reconstituição e interpretação.

Ao professor Claudio Riccomini, pela orientação, amizade e confiança neste

“colunista semanal”.

Ao Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo e a ERM Brasil

pela viabilização deste projeto e pela formação acadêmica e profissional,

respectivamente.

A meu pai Antônio Carlos, minha irmã Francine e minha família, pelo apoio,

compreensão, estímulo ou exemplo.

Agradeço aos amigos geólogos, que muita ajuda e as vezes co-orientação

me ofereceram; dentre outros não posso deixar de citar Samar, Guano, Feith,

Vermelho, Birelli, Bisteca, Genérico, Transformer, Passivo, Polegar, Meladoh, Urtiga, Xubaca, Lalas e Prof. Dr. Reginaldo Bertolo...

Aos amigos e colegas de ERM, Alaine, Berguedof, Boliva, Cris Spilborghs,

Donizete, Enrico, Fabiana Cagnon, Fernandinho, Flávio, Guma, Juliana, Laura, Maurício, Ricardo Camargo, Simone, Samuel, Sasha, Sander e Susanne que me

ajudaram ou de alguma forma contribuíram para o presente trabalho. Agradeço

também os que não atrapalharam.

Enfim cheguei a ser mestre, seguindo alguns outros que me inspiraram.

Neste sentido, agradeço ao Mestre Yoda, Mestre Obiwan Kenobi, Mestre dos

Magos, Mestre Li Mon Pae, Mestre Hatory Hanzo e ao Chuck Norris, exemplo de

força e determinação.

IV

SUMÁRIO

RESUMO .......................................................................................................................................................... 1

ABSTRACT ...................................................................................................................................................... 3

1

INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................ 5

1.1

Localização da área e acessos .............................................................................................................. 6

1.2

Objetivos .............................................................................................................................................. 7

1.3

Aspectos físicos da área de estudos...................................................................................................... 7

2

MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................................. 10

2.1

Modelo digital de terreno ................................................................................................................... 10

2.2

Morfometria ....................................................................................................................................... 11

2.3

Levantamentos de campo ................................................................................................................... 18

2.4

Perfuração e instalação dos poços de monitoramento do aqüífero fraturado ..................................... 25

2.5

Perfilagem acústica das perfurações (técnica BHTV) ........................................................................ 29

2.6

Cálculo de freqüência de fraturas no maciço ..................................................................................... 32

2.7

Ensaios hidráulicos ............................................................................................................................ 34

3

HIDROGEOLOGIA DE AQÜÍFEROS EM MEIO FRATURADO ................................................. 39

3.1

Importância e aplicação dos estudos em aqüíferos fraturados ........................................................... 40

3.2

Características gerais dos aqüíferos cristalinos fraturados ................................................................. 42

4

GEOLOGIA DA ÁREA ESTUDADA .................................................................................................. 48

4.1

Contexto geológico do Bloco Cotia ................................................................................................... 49

4.2

Contexto tectônico e estrutural rúptil ................................................................................................. 52

5

ANÁLISE DA TECTÔNICA RÚPTIL ................................................................................................ 59

5.1

Análise morfométrica......................................................................................................................... 59

5.2

Análise estrutural ............................................................................................................................... 65

5.3

Cronologia da deformação rúptil........................................................................................................ 71

6

ESTUDO DAS ÁREAS DE DETALHE ............................................................................................... 74

6.1

Seções de resistividade elétrica .......................................................................................................... 74

6.2

Análise de estruturas oriundas de técnicas BHTV ............................................................................. 75

6.3

Densidade de fraturamento ................................................................................................................ 80

6.4

Ensaios de bombeamento ................................................................................................................... 84

6.5

Testes de recuperação ........................................................................................................................ 85

6.6

Resultados de monitoramento de cargas hidráulicas.......................................................................... 87

7

TECTÔNICA RÚPTIL APLICADA À HIDROGEOLOGIA EM AQÜÍFERO CRISTALINO

FRATURADO ................................................................................................................................................ 92

7.1

Análise da tectônica rúptil da área de semi-detalhe ........................................................................... 92

7.2

Hidrogeologia no meio cristalino fraturado ....................................................................................... 97

8

CONCLUSÕES .....................................................................................................................................108

9

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................................111

ANEXO I – FIGURAS

ANEXO II – TABELAS

ANEXO III – ENSAIOS HIDRÁULICOS

V

RESUMO

O estudo da hidrogeologia em aqüífero cristalino fraturado apresenta como

maior desafio a imprevisibilidade do meio, uma vez que o fluxo ocorre

exclusivamente pelas fraturas. Neste sentido informações de atitude, abertura e conectividade de fraturas tornam-se essenciais no entendimento do fluxo da água subterrânea. O presente trabalho busca aplicar o conhecimento da tectônica rúptil para caracterizar o meio fraturado, com intuito de auxiliar o estudo hidrogeológico do aqüífero.

A área de estudo está localizada na porção leste do Município de Cotia, SP,

no contexto do Complexo Embu, de idade proterozóica, na porção central da Faixa Ribeira. Ocorrem predominantemente rochas granitóides, com permeabilidade

primária desprezível, rochas cataclásticas relacionadas às grandes zonas de

cisalhamento de Taxaquara e Caucaia do Alto, metassedimentos e coberturas

aluviais cenozóicas, estas ao longo das principais drenagens. Os principais

eventos tectônicos de caráter rúptil da região estiveram relacionados à reativação mesozóico-cenozóica, inicialmente com a ruptura continental e abertura do

Oceano Atlântico Sul e, posteriormente, a formação do Rift Continental do Sudeste do Brasil (RCSB), e seus principais eventos de deformação.

Os estudos foram desenvolvidos em duas escalas de trabalho. A primeira

de semi-detalhe, em 1:50.000, e a segunda de detalhe, em 1:5.000, esta última em duas porções distintas dentro da área de semi-detalhe. Os resultados obtidos em escala de semi-detalhe, a partir da análise da tectônica rúptil (morfometria, fotogeologia e levantamentos de campo), serviram para direcionar as

investigações em escala de detalhe, onde foram usados dados provenientes de

sondagens, métodos BHTV (Bore Hole Television), levantamento de perfis de

eletrorresistividade e dados hidrogeológicos de poços de monitoramento

instalados no aqüífero em meio fraturado.

Os estudos de escala de semi-detalhe permitiram delinear lineamentos de

direções N-S, E-W, NE-SW e NW-SE, originados pelas diversas fases de

1

deformação rúptil. Esses dados de lineamentos foram correlacionados com dados de atitude de falhas e juntas medidas em afloramento, e, posteriormente,

associados às diferentes fases de deformação descritas para o RCSB. Foram

definidas seis famílias de juntas: a) família NNW-SSE, com mergulho alto para NE); b) família NE-SW com mergulho sub-vertical; c) família E-W com mergulho alto para NW); d) família WNW-ESE com mergulho alto para NE); e) família NE-SW com mergulho médio para NW; e f) família NE-SW com mergulho médio para

SE.

Os resultados dos estudos desenvolvidos em escala de semi-detalhe,

somados aos condicionantes geológicos e geomorfológicos das áreas

selecionadas para estudos de detalhe, orientaram a instalação de poços de

monitoramento verticais e inclinados nessas últimas. Foram instalados 11 poços na área de detalhe A e quatro poços na área de detalhe B. Os poços foram

perfilados por televisionamento acústico e as fraturas identificadas nesses poços foram separadas por famílias e subfamílias: Família 1 (sub-horizontal), Família 2A (N-S com mergulho médio para W) e 2B (N-S com mergulho alto para E), Família 3A (NE-SW com mergulho médio para NW) e 3B (NE-SW com mergulho médio

para SE) e Família 4 (WNW–ESE sub-vertical).

Na maioria dos poços foram realizados ensaios hidráulicos para

determinação da condutividade hidráulica (K), que variou de 1,55x10-8 a 2x10-5

cm/s, com média de 2,98x10-6 e desvio padrão de 5,60 x10-6 cm/s. Ensaios de

bombeamento indicaram fluxo de água subterrânea através das estruturas N-S,

com boa conexão com as estruturas NE-SW. A abertura média das fraturas foi de 1,13x10-3 cm, calculada com base nos valores de condutividade hidráulica

correlacionados aos dados estruturais.

A partir dos dados hidrogeológicos e estruturais foi proposto um método

para se estimar a transmissividade e condutividade hidráulica de um poço

instalado no aqüífero fraturado.

2

ABSTRACT

The main challenge in a hydrogeological study of a fractured-bedrock

aquifer is the unpredictability of media, because the ground-water flows only through the fractures. Informations about strike, dip, opening and connectivity among fractures become essential in order to understand the ground-water flow.

This work is an application of the concepts of the brittle tectonics to characterize a fractured media in order to help the hydrogeological study of a fractured-bedrock aquifer.

The study area is located at the eastern part of the City of Cotia, State of São Paulo, Southeastern Brazil, in the context of the Proterozoic Embu Complex, in the central part of Ribeira Belt. This area encompass predominantly granitoid rocks (with negligible primary permeability), cataclastic rocks related to the Taxaquara and Caucaia do Alto shear zones, and metasedimentary rocks.

Quaternary alluvial deposits occur along the main drainages. The main brittle tectonic events in the region are related to the Mesozoic-Cenozoic reactivation, associated with the continental break-up, the opening of the South Atlantic Ocean, and the formation and deformation of the basins of the Continental Rift of the Southeastern Brazil (CRSB).

The study was carried out in two working scales. First in a semi-detail scale, at 1:50,000, of a large area, were brittle tectonic analysis (morphometry,

photogeology and field survey in outcrops) was performed. The achieved results were used to select two small areas, within the semi-detail area, for a detailed investigation, on scale of 1:5,000, in which data from rock-boring, BHTV ( Bore Hole Television), eletroresistivity and hydrogeology from bedrock monitoring wells were obtained.

At a semi-detail scale it was possible to delineate lineaments of N-S, E-W,

NE-SW and NW-SE-trending directions, probably originated during several brittle deformational events. Data from lineaments were first correlated with data of fault and joint measured in outcrops and latterly associated with different deformation phases described in CRSB. Six joint families were defined: a) steeply

northeastward dipping NNW-SSE-trending family; b) sub-vertically dipping NE-SW-3

trending family; c) steeply northwestward dipping E-W-trending family; d) steeply northeastward dipping WNW-ESE-trending family); e) NE-SW-trending family with moderate dipping towards the NW; and f) NE-SW-trending family with moderate

dipping towards the SE.

Results of studies in the semi-detail investigation area allowed the selection of sites for drilling of 11 wells in detail area A and 4 wells in the detail area B. All the wells were surveyed by acoustic teleview and the identified fractures were classified in four families and two subfamilies: family 1 (sub-horizontal to gently dipping); family 2A (N-S-trending with moderate dipping towards the W) and 2B (N-S-trending with steep dipping towards the E); family 3A (NE-SW-trending with moderate dipping towards the NW) and 3B (NE-SW-trending with moderate

dipping towards the SE); and family 4 (WNW–ESE-trending with sub-vertical

dipping).

Hydraulic conductivity (K) measured in the wells ranged from 1.55x10-8 to

2x10-5 cm/s, with a mean of 2.98x10-6 and standard deviation of 5.60 x10-6 cm/s.

Pumping tests showed the groundwater flow through N-S-trending structures and good connection with NE-SW-trending structures. The average opening of

fractures attained 1.13x10-3 cm and was calculated on the basis of the amount of hydraulic conductivity correlated with structural data.

Based on structural and hydrogeological data it was proposed a method for

estimating the transmissivity and hydraulic conductivity of a wel installed in the fractured-bedrock aquifer.

4

1 INTRODUÇÃO

O estudo de aqüíferos fraturados apresenta grande importância devido a

dois aspectos principais, a prospecção de água subterrânea em meios de baixa porosidade primária ( e.g. embasamento cristalino) e a contaminação por atividades antrópicas. A maior parte dos estudos em meios cristalinos fraturados usualmente empregam uma abordagem descritiva das estruturas observadas em

uma dada localidade, tendendo a tratar o maciço como um meio poroso, ao invés de se preocupar com a elucidação dos mecanismos geradores das fraturas, que

permitem a elaboração de modelos de distribuição das fraturas e anisotropias.

Investigações hidrogeológicas podem se deparar com situações que

abrangem características estruturais do meio, como fraturas que atuam como

caminhos da água subterrânea em aqüífero de meio fraturado, ou como

anisotropias em aqüíferos em meio poroso inconsolidado. Com intuito de

desenvolver um método que permita estes estudos, o presente trabalho se propõe a utilizar os conhecimentos da tectônica rúptil para detalhar o padrão de

fraturamento de uma área, definir os mecanismos geradores das deformações

rúpteis, e elaborar um modelo conceitual da distribuição das estruturas rúpteis com potencial para serem caminhos preferenciais da água subterrânea.

Estudos recentes sobre a tectônica rúptil na região sudeste do Brasil vêm

demonstrando a importância da análise integrada de dados estruturais e

morfométricos como ferramentas em estudos de tectônica rúptil e neotectônica ( e.g. Ferrari 2001, Chiessi 2004, Alves 2005, Hartwig 2006). O presente estudo é uma aplicação da tectônica rúptil ao estudo de aqüífero fraturado em rochas do embasamento cristalino na região de Cotia, SP.

Trabalhos relacionados ao estudo da influência da tectônica na

produtividade de poços de abastecimento foram elaborados nos últimos anos.

Para as regiões de Campinas (Fernandes 1997), Jundiaí (Neves 2005, Neves & Morales 2006 e Neves & Morales 2007) e Bacia Hidrográfica do Médio Tietê (Jesus 2005) foram comparados os dados hidrogeológicos com estruturas

5

tectônicas rúpteis e compartimentação geológica. Na região de Lindóia, a

hidrogeologia de aqüífero em meio fraturado foi abordada com base em dados

geofísicos, de sensoriamento remoto e geoprocessamento (Madrucci 2004).

No presente trabalho os resultados obtidos em escala de semi-detalhe na

análise da tectônica rúptil serviram para direcionar as investigações em escala de detalhe, onde foram usados dados provenientes de perfurações, sondagens,

métodos BHTV ( Bore Hole Television), levantamento de perfis de

eletrorresistividade e dados hidrogeológicos de poços de monitoramento

instalados no aqüífero em meio fraturado.

Por fim, os dados obtidos nas duas escalas de investigação foram

confrontados para verificar a existência de correlações e a validade da

extrapolação de dados regionais para os sítios de investigação de maior detalhe.

1.1

Localização da área e acessos

A área de estudo de semi-detalhe está localizada na porção leste do

Município de Cotia, Estado de São Paulo, entre as latitudes 7.393.350 e 7.385.400

sul e longitudes 303.990 e 311.280 oeste, zona 23K.

A partir de São Paulo o principal acesso é feito pela Rodovia Raposo

Tavares, que atravessa a área de oeste a leste, entre os quilômetros 25,5 e 32,5.

A área de estudos abrange aproximadamente 58 km2 e se insere no

contexto das rochas proterozóicas do Complexo Embú. A localização foi definida com base na presença de dois sítios para o estudo em detalhe, e suas dimensões ajustadas para compatibilizá-las com a resolução dos dados de interferometria de radar do Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Os sítios de estudo em detalhe localizam-se aproximadamente no centro da área, próximos à rodovia

Raposo Tavares. As sondagens e poços foram localizados e georreferenciados

por levantamento topográfico.

O mapa de localização da área, estradas e sítios de detalhe é apresentado

no Anexo I, figura 1.

6

1.2 Objetivos

O objetivo principal deste trabalho é a caracterização estrutural do maciço

rochoso da área definida e o papel das estruturas geológicas no controle das anisotropias do aqüífero em meio fraturado. Toda a área está sobre o

embasamento cristalino, onde a ocorrência de água subterrânea é condicionada principalmente pelo material de alteração inconsolidado, e pelas descontinuidades da rocha. Sendo assim, tornaram-se necessárias:

• a caracterização geológico-estrutural, morfoestrutural e tectônica da área, com ênfase nas estruturas rúpteis;

• a caracterização hidrogeológica dos sistemas aqüíferos com base nos

dados de poços profundos;

• a correlação de dados estruturais obtidos em escala de semi-detalhe e

escala de detalhe;

• a integração entre dados geológico-estruturais e hidrogeológicos.

1.3

Aspectos físicos da área de estudos

1.3.1 Geomorfologia

Regional

Segundo a divisão geomorfológica para o Estado de São Paulo (Almeida

1964), a região de estudos está inserida no Planalto Atlântico, caracterizado como uma região de terras altas, constituído predominantemente por rochas cristalinas pré-cambrianas, cortadas por intrusivas básicas e alcalinas mesozóico-cenozóicas e recobertas por depósitos das bacias sedimentares de São Paulo e Taubaté.

Para o detalhamento destas unidades, Almeida (1964) propôs uma

subdivisão em zonas. Destas, três zonas geomorfológicas do Planalto Atlântico estão contidas nas imediações da área de estudo: a Serrania de São Roque, o

Planalto de Ibiúna e o Planalto Paulistano, mais especificamente a região da Morraria do Embu.

A Serrania de São Roque é uma extensa área montanhosa, onde as

maiores altitudes são encontradas na Serra do Japi, com cerca de 1200-1250

7

metros. Possui composição litológica diversificada, que vai dos metamorfitos de baixo grau do Grupo São Roque até rochas gnáissicas e migmatíticas com

intrusões graníticas.

O Planalto de Ibiúna é uma unidade de pequenas dimensões, na qual o

relevo é sustentado por rochas graníticas, gnáissicas e metassedimentares. O

planalto é formado predominantemente por granitos relacionados com as

elevações mais altas. A unidade faz limite com a zona serrana de São Roque, ao norte, através da Serra de Taxaquara.

O Planalto Paulistano apresenta relevo suave na parte central, com colinas

e áreas de morros cristalinos com altitude entre 715 e 900 metros, onde

predominam micaxistos. O compartimento referente à Morraria do Embu

compreende terrenos cristalinos que circundam a Bacia de São Paulo a oeste, sul e leste, com nível topográfico mais elevado e processos de evolução de vertentes mais dinâmicos. Apresenta relevo de morros e uma rede de drenagem muito

densa.

1.3.2 Clima

O Planalto Paulistano representa uma região de transição climática e

diferentes classificações foram propostas conforme o período selecionado para a avaliação climática e a delimitação do período de seca (Aragaki & Mantovani 1998). A partir dos dados meteorológicos fornecidos pelo Centro Integrado de Informações Agrometereológicas (CIIAGRO) para Ibiúna (figura 5.1) pode-se

caracterizar o clima da área de estudo como temperado quente e úmido, do tipo Cfa (Köppen 1948), com temperatura média mensal do mês mais quente acima de

22oC e precipitação média do mês mais seco entre 30-60 mm. A precipitação

média anual fica em torno de 1280 mm. Os dados climáticos padronizados

indicam a existência de uma sazonalidade na região, com uma diminuição na

pluviosidade e temperaturas médias entre os meses de abril e agosto, mas sem apresentar déficit hídrico (figura 5.1). Segundo dados da SABESP (1997), a área da bacia do rio Cotia é fortemente afetada por frentes frias e linhas de

instabilidade.

8

A direção predominante do vento durante todo o ano é SE/SSE, e

secundariamente predomina a direção WNW/NW durante o período de maior

aquecimento do dia (15 horas local), sendo que as maiores velocidades médias anuais atingem 2,6 m/s (SABESP 1997).

1992-2006

1274 mm

250

25

) 200

20

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m

C

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15

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jun

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set

out

nov dez

Precipitação

Temperatura

Figura 1.1 - Precipitação média mensal (mm) e temperatura média mensal (oC) no período de 1992-2006 para a região de estudo. Dados meteorológicos coletados no Posto Meteorológico de Ibiúna, SP (47°13’W e 23°40’S, 850 m de altitude) distante cerca de 25 km da região de estudo (Fonte de dados: CIIAGRO - Instituto Agronômico de Campinas, SP, www.iac.sp.gov.br).

9

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Modelo

digital

de

terreno

O modelo digital de terreno (MDT) pode ser construído a partir da

interpolação de pontos cotados ou de curvas de nível, estejam elas em formato raster ou vetor. Desta forma, para a geração do MDT pode-se optar por um método que utiliza curvas de nível vetorizadas a partir de folhas topográficas ou, alternativamente, pelo método de pontos cotados com espaçamento de grade,

também conhecido como DEM ( Digital Elevation Model) (Grohmann, 2004).

O MDT foi produzido com o uso do programa Arcview (ESRI), empregado

para processamento dos dados no formato DEM provenientes de interferometria

de radar (SRTM) da National Aeronautics and Space Administration (NASA), com resolução espacial de 90m, que estão disponíveis no endereço da NASA na rede mundial de computadores (ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/version2/). O MDT

gerado compreende a área limitada pelas coordenadas UTM 7.377.420–

7.401.300 N e UTM 296.700–318.600, zona 23K, que extrapola a região de

estudos com o intuito de caracterizar anomalias situadas nas extremidades da área de trabalho.

A área de trabalho não apresenta uma dimensão adequada para a

resolução de 90 m. Por esta razão decidiu-se empregar técnicas de reamostragem da imagem de resolução 90 m para promover um aumento de resolução espacial

para 30 m, na qual, cada pixel na imagem do MDT equivale a 30m no terreno.

Para o aumento da resolução foi utilizada a técnica apresentada por Grohmann & Steiner (2006), com uso da linguagem estatística R (Ihaka & Gentken 1996, Grunski 2002) e o Global Mapper de uso em GIS. A técnica consiste na atribuição de valores de altitude em uma malha de pontos de resolução 30 metros, e as

altitudes dessa malha são provenientes dos vizinhos imediatos ao ponto mediante a aplicação da técnica SDLN (Short Distance-Low Nugget Kriging).

10

index-16_1.jpg

2.2 Morfometria

A atividade tectônica em uma dada região pode alterar seus padrões

geomorfológicos e gerar anomalias que serão detectáveis por meio da observação de seus principais atributos, a topografia e a sua rede de drenagens. A

caracterização dessas anomalias geomorfológicas em regiões afetadas por

atividade tectônica torna-se importante em função da abrangência do intervalo de tempo dos registros dessa natureza, quando comparados a outras fontes de

informação (figura 2.1).

Figura 2.1 - Abrangência temporal das diversas fontes de informações tectônicas. Modificado de Vita-Finzi (1986).

Em estudos recentes, a análise morfométrica mostrou-se como uma

importante ferramenta para a identificação de anomalias nos padrões

geomorfológicos e, conseqüentemente, dos indicadores de movimentações

tectônicas recentes (Rodriguez 1993, Salvador & Riccomini 1995, Hiruma & Riccomini 1999, Chiessi 2004, Alves 2005, Hartwig 2006).

No presente trabalho foi empregada a análise morfométrica para avaliar

descontinuidades geomorfológicas, com o intuito de inferir feições tectônicas e auxiliar na escolha de áreas para o foco das atividades de campo. A partir do MDT

foram criados mapas em escala 1:50.000, correspondentes aos parâmetros

morfológicos mais comumente utilizados na análise morfotectônica, ou o estudo 11

dos efeitos tectônicos em um determinado relevo, como mapas hipsométrico, de orientação de vertentes, de declividade, de superfícies de base, de rugosidade de relevo, de densidade de drenagens e de densidade de lineamentos, e ainda mapa de lineamentos estruturais a partir de sombreamento de relevo (Liu 1987,

Riccomini & Crósta 1988, Grohmann 2004).

2.2.1 Mapa

hipsométrico

Após a elaboração do modelo digital de terreno (MDT), as altitudes do MDT

foram classificadas com uso do programa Arcview (ESRI), e as diferentes classes cartografadas com uso de cores distintas. No mapa hipsométrico foram definidos 8

classes de altitude.

O uso criterioso deste mapa é de grande valia na classificação

geomorfológica de uma determinada área. Esta ferramenta permite, com grande

eficiência, a separação de áreas de planícies e acidentadas, assim como observar a posição dos vales e terrenos mais elevados da área. Em termos gerais, esta é a forma mais usual de apresentação do MDT.

2.2.2 Extração de lineamentos morfoestruturais

Os lineamentos morfoestruturais da área (entendidos como feições lineares

de uma superfície, mapeáveis, alinhadas de forma retilínea ou levemente

curvadas) foram extraídos a partir de duas técnicas: i) fotogeologia com uso de estereoscópio de mesa; e ii) extração de lineamentos de mapas de sombreamento de relevo obtidos de diferentes rumos de iluminação do MDT.

Para a fotogeologia foram usados fotos pareadas e sobrepostas em um

terço, datadas de 1972, em escala 1:60.000 , com uso de estereoscópio de mesa.

A metodologia proposta por Liu (1987) foi aplicada à análise e à separação dos vários sistemas de lineamentos. Com isso foi possível o traçado dos lineamentos em escala de maior detalhe. Os limites da foto aérea utilizada não correspondem aos da área delimitada para o estudo de detalhe. Neste sentido, as estruturas extraídas da fotogeologia não foram usadas para a confecção de mapas

12

morfométricos (densidade de lineamentos), e os resultados da técnica não foram quantificados em rosetas ou outros meios, sendo utilizados principalmente como comparação com os lineamentos extraídos do sombreamento do relevo composto.

Para a identificação e extração dos lineamentos de sombreamento do MDT

foram empregadas quatro diferentes rumos de iluminação: i) W para E; ii) NW para SE; ii ) N para S; e iv) NE para SW, todos com elevações de iluminação de 45º. Os lineamentos extraídos foram confrontados e os duplicados foram apagados,

evitando-se o falseamento estatístico. Estes lineamentos foram “vetorizados” com uso do programa Arcview (ESRI) e em seguida estes vetores foram utilizados na confecção do mapa de densidade de lineamentos. Os dados vetorizados também

foram tratados no programa Arcview (ESRI), com uso de scripts, para se obter as direções dos lineamentos e, em seguida, com o uso do programa Stereonett,

foram gerados diagramas de roseta com 18 classes (de 10 em 10°), um

classificado pela quantidade de lineamentos e outro pelo comprimento relativo de lineamentos.

2.2.3 Declividade e orientação de vertentes

Os mapas de declividade e de orientação de vertentes são gerados

diretamente a partir do MDT. O mapa de declividades ilustra a variação da

inclinação da topografia (superfície da área) enquanto que o de orientação de vertentes fornece a variação do sentido de maior declive da área, indicando

normalmente o rumo do escoamento da água em diversos pontos da área.

O mapa de declividades foi obtido a partir da diferença da variação da

altitude em função da distância horizontal, ou seja, a 1º derivada vertical: Declividade = ∫( X, Y)∂ Z

(2.1)

Onde:

X= direção x (norte-sul)

Y= direção y (leste-oeste)

Z= direção z (vertical)

O mapa de orientação de vertentes foi obtido a partir da primeira derivada

horizontal do MDT, onde:

13

Orientação das vertentes = ( X , Z ) Y

∂ , Y

( , Z X

)

(2.2)

Onde:

X= direção x (norte-sul)

Y= direção y (leste-oeste)

Z= direção z (vertical)

Para confeccionar os mapas foi empregado o programa Arcview (ESRI),

que aplica o cálculo de derivada diretamente sobre o MDT:

i)

o uso da equação 2.1 sobre o MDT forneceu valores da inclinação do

terreno para cada pixel da imagem, variando de 0º até a inclinação

máxima de 20º, podendo assim ser feito um mapa de declividades;

ii)

a aplicação da equação 2.2 sobre o MDT forneceu valores de

azimute para cada pixel da imagem, os quais em seguida foram

organizados em classes de 45º para gerar o mapa de orientação de

vertentes.

2.2.4 Superfícies de base

O mapa de superfícies de base permite indicar contrastes no

comportamento do relevo, que podem representar blocos distintos relacionados a processos tectono-erosivos diferentes, apontando movimentações recentes da

crosta (Filosofov 1960, apud Golts & Rosenthal 1993).

A elaboração do mapa de superfícies de base requer primeiramente a

hierarquização da rede de drenagem. Em seguida necessita-se de uma

interpolação da intersecção das drenagens de segunda ordem e ordens maiores

com as curvas de nível do terreno, a partir da qual pode ser obtido um mapa de isovalores. No presente trabalho, o mapa de superfícies de base foi gerado com o auxílio do programa Arcview (ESRI), desde a aquisição e hierarquização da rede de drenagens (Grohmann 2004), até a interpolação da intersecção das drenagens de segunda ordem com as altitudes.

14

2.2.5 Densidades de lineamentos e de drenagens

Os mapas de densidades de lineamentos e densidades de drenagens são

obtidos pela razão entre o comprimento linear destes atributos e a área de uma célula definida para o local. Para a elaboração desses mapas foi empregado o programa Arcview (ESRI). Para a extração das feições lineares foram utilizados o mapa de lineamentos estruturais georreferenciado, para a elaboração do mapa de densidade de lineamentos, e o mapa de drenagens, para gerar o mapa de

densidade de drenagens. No processamento dos dados obtem-se a somatória do

comprimento total das feições lineares (lineamentos e/ou drenagens) de uma

célula e atribui-se estes valores a células com área pré-definida, no caso de 500x500 m. A interpolação dos dados foi realizada dentro da área da fronteira convexa dos dados (Eddy 1977), pelo método de splines regularizadas com tensão (Mitasova & Mitas, 1993, Mitasova & Rofierka, 1993).

2.2.6 Rugosidade de relevo

O mapa de rugosidade de relevo (Hobson 1972, Day 1979) tem como base

a razão da área da superfície real pela superfície planar. Hobson (1972) definiu genericamente rugosidade de terreno como o índice de irregularidade ou a

variabilidade não sistemática da elevação do terreno.

O mapa de rugosidade de relevo foi obtido dividindo-se o mapa em células

de 30x30 m e calculando-se a razão entre a superfície real e a superfície planar de cada célula. A área real da célula foi calculada usando o programa Arcview

(ESRI), usando a equação:

2

2

×

A ×

+

Área real da célula = 30

(tan( )

)

30

30

(2.3)

Onde: A=declividade da célula

* Equação válida para resolução espacial de 30 m.

Os valores da razão são atribuídos ao centro da célula com resolução

espacial de 30 m, sendo em seguida gerado um mapa de isovalores.

15

Day (1979) sugeriu a utilização desta variável como critério para

comparação e classificação de terrenos cársticos.

2.1 Perfis de eletrorresistividade

O método de eletrorresistividade consiste na indução e captação de

corrente elétrica no solo por eletrodos. Os valores de intensidade da corrente aplicada (amperagem), a diferença de potencial medido (voltagem) e o coeficiente K do arranjo geométrico dos eletrodos permitem o cálculo da resistividade

aparente do solo, que é atribuído a um determinado ponto em sub-superfície de acordo com os arranjos geométricos pré-definidos (Telford 1990).

O método de eletrorresistividade pode ser aplicado em sondagens elétricas

verticais (SEV), que indicam contrastes horizontais de propriedades elétricas em sub-superfície. O método também pode ser aplicado em caminhamentos elétricos, que indicam contrastes verticais. Novamente o arranjo geométrico dos eletrodos implicará na obtenção dos resultados.

Os caminhamentos elétricos mostram contrastes verticais de propriedades

elétricas. Portanto são indicados para caracterização de estruturas verticais, como fraturas sub-verticais saturadas, diques etc.

Devido à necessidade da detecção de contrastes elétricos verticais, o

método escolhido para o levantamento foi o caminhamento elétrico.

Em 2004 a empresa Alta Resolução Geologia e Geofísica conduziu um

estudo geofísico na área de detalhe A. O objetivo foi identificar estruturas geológicas associadas a anomalias mediante o emprego de seções 2D de

resistividade elétrica. Ao todo 7 perfis (perfis de A até G) foram levantados, com direções e intersecções pré-definidas, com intuito de se efetuar uma interpretação em 3 dimensões.

Os equipamentos utilizados na aquisição dos dados de eletrorresistividade

foram uma fonte de energia (conversor DC/DC da marca Tectrol modelo TCD

1000/12), bateria 12 V (com capacidade de geração de até 1000 V com corrente 16

index-22_1.jpg

de 1 A), eletrodos de aço inoxidável com fios de cobre (1,5 mm2), miliamperímetro (marca Metex, modelo 3800) e milivoltímetro (marca Fluke, modelo 70-III).

O arranjo de eletrodos utilizado neste trabalho foi o dipolo-dipolo, no qual os eletrodos A e B de envio de corrente e os eletrodos M e N de potencial ou de recepção são alinhados sobre um mesmo perfil. O arranjo é definido pelos

espaçamentos X=AB=MN. A profundidade de investigação teoricamente

corresponde a metade de R (figura 2.2); desta maneira, a profundidade deve

aumentar com o aumento de R.

Figura 2.2 - Arranjo dipolo-dipolo utilizado no caminhamento elétrico.

A cada estação de medida os dois dipolos são deslocados a uma distância

igual a X, e os dados obtidos são plotados nas posições n=1, 2, 3,... e

interpolados, gerando uma pseudo-seção de resistividade aparente.

O caminhamento elétrico dipolo-dipolo foi realizado com espaçamento entre

eletrodos igual a 20 m, com exceção da seção E, onde o espaçamento de 30 m foi adotado com intuito de investigar substratos mais profundos. Em todas as seções foram executados cinco níveis de investigação.

17

Após a aquisição e tratamento dos dados, os valores de resistividade

aparente foram dispostos em pseudo-seções de resistividade aparente, que

apresentam distorções devido à geometria do arranjo dos eletrodos. Desta forma, uma pseudo-seção de resistividade aparente é modelada pelo processo de

inversão, o qual corrige as distorções inerentes ao método e tende a aproximar a imagem 2D à situação real, de maneira a facilitar a interpretação (Telford 1990).

As pseudo-seções foram invertidas com uso do software RES2DMOD

(Loke 1999). Os dados tratados foram aplicados a seções 2D e interpolados com uso do programa computacional Surfer 7.0 (Golden software).

2.3

Levantamentos de campo

Os levantamentos de estruturas no campo foram realizados com o intuito

de caracterizar as estruturas tectônicas rúpteis (falhas e juntas), quanto às suas atitudes e superposições relativas. Com estas informações foi organizado um

banco de dados estruturais, que serviu de base para descrição, qualificação e quantificação dos eventos deformacionais rúpteis da área de estudo. Em paralelo, foi efetuada a verificação da validade dos resultados obtidos na análise

morfométrica e de extração de lineamentos do MDT.

Aos dados provenientes dos levantamentos de campo, foram aplicados

métodos gráficos para a determinação de paleotensões a partir de populações de falhas, conforme propostos por Angelier & Mechler (1977) e Angelier (1994). Para as juntas, a determinação de paleotensões seguiu os pressupostos de Hancock

(1985), Hancock & Engelder (1989) e Dunne & Hancock (1994).

Apesar do estado de alteração das rochas e dificuldade de acesso às

regiões pré-definidas, foram obtidos 187 dados estruturais planares (juntas, falhas e foliações), distribuídos aproximadamente por toda a região, e que podem ser considerados representativos para estabelecer uma boa aproximação do padrão

de deformação rúptil da área. As estruturas obtidas nos trabalhos de campo são apresentadas no Anexo II – Tabela 1.

18

2.3.1 Análise de famílias de juntas

No presente trabalho o termo “junta” refere-se a uma fratura que em escala

de observação de campo não apresenta preenchimento ou indicações de

movimentação dos blocos adjacentes (Hancock 1985). Para o uso das juntas para análise tectônica é preciso que estas apresentem caráter sistemático (Hodgson 961), ou seja, juntas aproximadamente planas que compõem famílias. Segundo

Dunne & Hancock (1994) uma família de juntas não implica num paralelismo absoluto das estruturas, mas implica numa constante relação angular entre as juntas da mesma família e uma outra tendência regional das estruturas. Neste contexto, juntas sistemáticas são formadas por famílias de juntas que se

apresentam dispostas simetricamente ao redor de eixos imaginários de esforços ou “trends” estruturais regionais. Angelier (1984) propôs que duas famílias de juntas podem ser consideradas conjugadas quando: i) são formadas sob o mesmo campo de esforços; ii) são contemporâneas; iii) foram formadas em ambiente rúptil em um corpo de rocha mecanicamente intacto; e iv) propagam-se ao longo de

planos cujas orientações são compatíveis com os critérios de ruptura de Mohr-Coulomb.

Juntas geradas sob mesmo regime tectônico indicam a direção de esforço

horizontal máximo responsável pela sua geração. Conforme a classificação de

Dunne & Hancock (1994), a direção de esforço horizontal máximo (SHmáx) está localizada na bissetriz aguda das atitudes dos planos das juntas, e o esforço horizontal mínimo (Shmín) na bissetriz obtusa, restando o eixo ortogonal aos dois anteriores para o esforço intermediário (figura 2.3). O ângulo agudo (2θ) é usado para classificar a família em juntas, em: i) de distensão (2θ < 10º); ii) conjugadas híbridas (10 ≤ 2θ ≤ 50º); e iii) conjugadas de cisalhamento (2θ > 50º).

19

index-25_1.png

index-25_2.png

index-25_3.png

index-25_4.png

index-25_5.png

A)

B)

C)

D)

E)

Figura 2.3 - Localização do esforço horizontal máximo, mínimo e ângulo 2θ, segundo esquema de Dunne & Hancock (1994), para análise estrutural de juntas. A) Juntas de distensão; B) Juntas conjugadas (posição dos eixos σ1, σ2 e σ3); C) Juntas de distensão ; D) Juntas conjugadas híbridas; E) Juntas conjugadas de cisalhamento. Figura modificada de Dunne & Hancock (1994).

A utilização de famílias de juntas como indicadores tectônicos já foi

aplicada com sucesso no Brasil em estudos de maciços de rochas alcalinas

(Riccomini 1995, Ferrari 2001, Chiessi 2004) e de rochas sedimentares de bacias cenozóicas do sudeste do Brasil (Hiruma 1999, Salvador & Riccomini 1995).

2.3.2 Falhas como indicadores tectônicos

Neste trabalho, o termo falha é utilizado para classificar fraturas para as

quais em escala de campo pode ser constatado um deslocamento relativo entre os blocos por ela separados. Este movimento ocorreu com vetor principal paralelo à fratura (representado na falha pela estria). Neste sentido, apenas foram

cadastradas como falhas aquelas estruturas cujas estrias puderam ser observadas e medidas. Em paralelo, procurou-se também observar feições que indicassem os sentidos de movimento relativo entre os blocos. Com os dados de planos, estrias e sentido de movimento das falhas foi possível a aplicação de métodos gráficos para determinação das paleotensões.

20

index-26_1.png

Os dados de falhas e estrias foram analisados empregando-se o método

gráfico dos diedros retos (Angelier & Mechler 1977, Angelier 1994). Este método parte do pressuposto de que falhas geradas em um mesmo episódio tectônico,

observadas em um maciço com fraturamento preexistente, apresentam

movimentação resultante de um estado de tensões médio. Sendo assim, pode-se

determinar os três eixos desse estado de tensões. Para o método, as estrias de atrito representam a componente cisalhante do esforço sobre o plano de falha.

Para cada plano de falha e respectiva estria é construído um plano auxiliar, ortogonal à estria e ao plano de falha. Esse plano auxiliar e o plano de falha delimitam no espaço quatro diedros, que são dois diedros opostos para a

compressão e os outros dois opostos para a distensão (figura 2.4), e que são definidos pelo sentido de movimento da falha. Esses planos são plotados em

diagramas de Schmidt-Lambert e cada par plano/estria com respectivo plano

auxiliar são somados nos diagramas. Dessa maneira, são definidas áreas de

maior coincidência de campos compressivos, onde tem-se a maior probabilidade de conter o eixo σ1. Conseqüentemente, na área de coincidência de campos

distensivos ter-se-á maior probabilidade de ocorrência do eixo σ3.

Figura 2.4 - Princípio do método gráfico dos diedros retos (Angelier & Mechler 1977, Angelier 1994). A) intersecção do plano de falha com seu plano auxiliar, dividindo o espaço em quatro diedros, sendo dois opostos compressivos e dois distensivos. B) Projeções estereográficas dos planos de "A", mostrando os diedros compressivos (P) e distensivos (T) (modificado de Angelier 1994).

21

O programa StereoNett (versão livre 2.46) foi empregado na obtenção dos

campos de esforços responsáveis pela geração de estruturas tectônicas rúpteis, mediante o método gráfico dos diedros retos.

Como premissa para a aplicação do método gráfico com programas de

computadores é preciso que as estrias estejam contidas nos planos de falha,

quesito que freqüentemente não é atendido com as medidas de campo, tendo em

vista os erros inerentes à medição. Portanto, torna-se necessário o tratamento dos dados pareados de falha e estria, corrigindo-se as atitudes das estrias segundo a melhor precisão das medidas com bússola tipo Clar. Desse modo, os dados

estruturais pareados (falha e estria) foram corrigidos no programa StereoNett (versão livre 2.46), segundo critérios abaixo relacionados:

• para planos de falha com mergulhos maiores do que 70º, prioriza-se o valor do mergulho da estria;

• para planos com mergulhos menores do que 45º, dá-se a preferência à direção da estria;

• para planos com mergulhos intermediários, opta-se por um ajuste médio nos dois valores (direção e mergulho).

O método gráfico pressupõe que as falhas analisadas tenham sido geradas

no mesmo evento. Portanto, tornou-se necessária a classificação dos dados em famílias, que representam diferentes episódios tectônicos. Esta classificação se deu pelas relações de superposição das estruturas e teste de compatibilidade pelo exame das atitudes dos planos das falhas, atitudes das estrias e sentidos de movimentos das falhas. Outra maneira, menos recomendada (e não empregada

neste estudo), é aplicar o método gráfico de forma aproximada para falhas com atitudes parecidas, e agrupá-las de acordo com seus campos de esforços.

2.3.3 Indicadores

cinemáticos

rúpteis

A aplicação do método gráfico de Angelier & Mechler (1977) exige a

determinação do sentido de movimento da falha, se normal, reversa, sinistral, dextral ou combinações direcionais, por meio da identificação dos indicadores 22

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cinemáticos rúpteis. Normalmente são usados marcadores estratigráficos, dobras de arrasto, feições de assimetria entre a capa e a lapa, e deslocamento relativo entre marcadores (como exemplo um seixo). Para o caso dos maciços estudados, tendo em vista a natureza relativamente homogênea de suas rochas, tornou-se

necessária a aplicação de indicadores cinemáticos nas superfícies de falhas, baseados em Angelier (1994) (figura 2.5):

Figura 2.5 - Critérios para determinação do sentido do movimento em superfícies de falhas, válidos para qualquer tipo de movimento ocorrido. 1) Degraus de minerais neoformados; 2) marcas de objetos; 3) fraturas de cisalhamento sintéticas (R); 4) fraturas de cisalhamento antitéticas (R'); 5) facetas polidas e rugosas alternadas; 6) tension gashes; 7) picos estilolíticos; 8) marcas parabólicas e 9) vesículas deformadas em lavas. Figura modificada de Angelier (1994).