lineamento bons

Revista Brasileira de Geocincias

Lilian Chavez-Kus & Eduardo Salamuni

38(3): 455-466, setembro de 2008

Determinao do parmetro de interseco de fraturas para o Aqfero AtubaLilian Chavez-Kus1 & Eduardo Salamuni2Resumo Com base no modelo estrutural proposto por Chavez-Kus (2003) e Chavez-Kus & Salamuni (2008), 1 est ou esteve orientado na direo N-S na regio de Curitiba. Neste contexto, foram realizados os clculos de interseco de fraturas, conforme os procedimentos computacionais desenvolvidos por Kim (2004) e Kim et al. (2004) com os planos considerados mais favorveis para explotao de gua subterrnea, ou seja N45W a N45E. O resultado indica que o parmetro de interseco nos cruzamentos dos planos conjugados e fraturas hbridas coincidem com valores altos de capacidade especfica e vazo dos poos tubulares profundos. As falhas de grande porte que controlam os principais limites entre os blocos estruturais do Complexo Atuba, no embasamento da Bacia de Curitiba, esto sempre presentes onde ocorrem valores de interseco tambm altos. A coincidncia maior pode ser vista no cruzamento da falha do Belm com as demais estruturas. As propriedades hidrulicas do meio geolgico e a produtividade dos poos tubulares no devem ser diretamente inferidas usando como critrio somente as reas prximas ou ao redor dos lineamentos. Mapas de densidade de fraturas apresentaram baixa correspondncia com a produtividade dos poos. Em termos de favorabilidade para gua subterrnea, o parmetro de interseco das fraturas, calculado por meio da extenso Lineament Analysis, o que melhor evidencia correlao com as variveis hidrogeolgicas. Os resultados obtidos mostram que h grandes chances de se obter sucesso ao apontar as reas favorveis circulao de gua subterrnea na regio quando o clculo feito de acordo com a trama estrutural mais recente.Palavras-chave: Complexo Atuba, interseco de fraturas, campo de tenso, morfotectnica, anlise de lineamentos, tectnica recente, hidrogeologia.

Fracture cross-point determination to the Atuba Aquifer. Based on the structural model proposed by Chavez-Kus (2003) and Chavez-Kus & Salamuni (2008), 1 was oriented in the N-S direction in the region of Curitiba. In this context, the calculations of lineament crosspoint were accomplished through the scripts developed by Kim (2004) and Kim et al. (2004). Only fractures that are most favourable for groundwater exploitation (N45W N45E) were considered. The obtained result indicates that intersection parameters in the crossings of conjugate and hybrid fractures coincide with high specific capacities and water flow rates of deep wells. The master faults, which control the geometry of the top of the basement of the Atuba Complex, are always present where high values of lineament crosspoint occur. The Belm fault shows the highest coincidence at crossing points with other structures. The hydraulic properties of the geological media in this area, and through this, the productivity of pumping wells, cannot only be estimated due to the proximity to local lineaments. In fact, fracture density does not correlate well with the productivity of the wells. The crosspoint fracture parameter, calculated through the extension Lineament Analysis, shows the best correlation to groundwater favourability.The obtained results illustrate that the identification of areas favourable for the circulation of groundwater is possible, when the calculation is made based on the most recent tectonic events.Keywords: Atuba Complex, fracture cross-point, stress field, morphotectonic, lineament analysis, recent tectonic, hydrogeology.

Abstract

IntRoduo O Aqfero Atuba, representado pelas rochas do Complexo Atuba, um sistema hidrogelgico de meio fissural heterogneo e anisotrpico cuja circulao de gua subterrnea se faz por meio de descontinuidades estruturais preferenciais decorrentes da atuao de sistemas transcorrentes associados ao campo de tenso atual ou pr-atual, caracterizado por uma compresso mxima horizontal (1) na direo N-S (Salamuni 1998, Chavez-Kus 2003 e 2008, Chavez-Kus & Salamuni 2008). Com esta premissa, procurou-se demonstrar

que a maior favorabilidade hidrogeolgica do aqfero fraturado condicionada, principalmente, pelo parmetro interseco, com peso ainda maior nos cruzamentos das estruturas rpteis abertas de grande porte que fazem parte do sistema transcorrente antes mencionado. O reconhecimento do parmetro das interseces das fraturas, correlacionando-as com lineaes que controlam a circulao de gua, so considerados como informaes importantes no que diz respeito ao zoneamento hidrogeolgico na regio. Para mostrar a correspondncia entre o parmetro interseco e a maior ocorrncia

1 - Bayerisches Landesamt fr Umwelt, Abteilung 10 Geologischer Dienst, Referat 104 Hydrogeologie, Hans-Hgn-Str. 12, Germany. E-mail: [email protected] 2 - Universidade Federal do Paran, Departamento de Geologia, Curitiba (PR), Brasil. E-mail: [email protected]

Arquivo digital disponvel on-line no site www.sbgeo.org.br

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Determinao do parmetro de interseco de fraturas para o Aqfero Atuba

de gua subterrnea aquele foi comparado, em mapas temticos, aos valores reais medidos das variveis vazo e capacidade especfica dos poos tubulares profundos, havendo interessante correlao. Situao contrria ocorre ao ser gerado mapa apenas com o parmetro densidade de fraturas, cujo resultado no apresenta boa correlao com os poos produtivos. O clculo das interseces das fraturas foi realizado a partir da construo de mapas de densidade de interseco de lineamentos, conforme os procedimentos computacionais desenvolvidos por Kim (2004) e Kim et al. (2004). A determinao deste parmetro extremamente dependente da escala de observao (Tripp & Vearn, 2004). Neste contexto o traado dos lineamentos partiu de uma anlise regional com as imagens digitais em escala ampla e resoluo de 90 m, passando para a anlise de detalhe com o MDR de resoluo de 10 m. A partir destas diferentes escalas de observao, fez-se o reconhecimento das grandes estruturas tectnicas, ou seja, das falhas mestras e que correspondem a provveis fraturas profundas, assim como das diferentes famlias de fraturas menores que cruzam a rea, tendo como base as fotointerpretaes iniciais de Salamuni (1998) e as interpretaes em ambiente de SIG de Chavez-Kus (2003). Os lineamentos em SIG foram traados a partir de imagens digitais sombreadas, com aplicao de iluminao artificial no modelo digital de relevo (MDR), nos azimutes de 0 , 30 , 45, 270, 315 e 345 e elevao de 45. Ao utilizar-se a iluminao artificia, as pequenas variaes superficiais foram realadas, permitindo identificar lineamentos estruturais antes mascarados, como geralmente ocorre nos locais onde esto depositados os sedimentos da bacia sobre o embasamento. Aliado ao traado de lineamentos estruturais em tela de computador, tendo como base o MDR, foi realizada a extrao das feies lineares, tendo como referncia os padres e anomalias das drenagens reconhecidos de acordo com o conceito de Hobbs (1912) e Cristofoletti (1980). Os lineamentos presentes coincidem com drenagens, indicando que as mesmas esto fortemente controladas tectonicamente, formando grandes vales alinhados segundo direes preferenciais. Um mapa de lineaes de drenagem elaborado por Salamuni (op. cit.) tambm foi consultado. Localizao da rea O municpio de Curitiba e municpios circunvizinhos correspondem rea alvo da pesquisa e os principais acessos so as rodovias federais e as vias principais, conforme mostra a figura 1. Esta regio est inserida no contexto geolgico da Bacia Sedimentar de Curitiba, localizada na poro centro-sul do Primeiro Planalto Paranaense, cujo embasamento o Complexo Atuba (Siga Jr. et al. 1995). Anlise dos lineamentos Como considerao geral, a abordagem sobre lineamentos parte do conceito de Oleary (1976) no qual estas estruturas so consideradas como feies lineares ou curvilineares mapeveis, cujo padro difere daqueles apresentados por feies adjacentes, refletindo um fenmeno de subsuperfcie. 456

Figura 1 - Localizao das principais vias de acesso cidade de Curitiba e municpios circunvizinhos rea de estudo. Originalmente o termo foi definido por Hobbs (1912) e utilizado por Allen (1975) para caracterizar as relaes espaciais de feies e relevo retilneas ou alinhadas. Entretanto, nem todos os lineamentos de relevo de um MDR condizem com alinhamentos estruturais, por exemplo, como os lineamentos que constituem a quebra positiva de grandes escarpas de eroso. Na rea alvo, no entanto, como a tectnica tem papel decisivo na modelagem da paisagem, h grande similaridade da morfologia superficial com o topo do embasamento, cuja geometria delimitada por grandes superfcies tectnicas. Tal hiptese corroborada pelas principais concluses, em termos estruturais, do trabalho de Salamuni (op. cit.) e Chavez-Kus (2008) neste volume e cujo o resultado serviu como referencial para gerar o mapa de lineamentos. A ferramenta utilizada para a anlise dos lineamentos (Lineament Analysis) e clculo do parmetro de interseco foi criada por Kim (op. cit.) e desenvolvida especialmente para o programa ARCVIEW 3.2 com base na linguagem Avenue TM (os scripts contidos na extenso foram programados com cdigo aberto, permitindo que o usurio realize modificaes e/ou adaptaes de interesse). A extenso Lineament analysis for geology and groundwater field pode ser atualmente obtida de forma livre a partir da pgina da WEB da ESRI (Environmental Systems Research Institute, Support Center) no endereo eletrnico: http://arcscripts.esri.com/. Antes de iniciar os clculos de densidade e pontos de interseco dos planos, foi realizado o tratamento dos segmentos, buscando-se otimizar os parmetros geomtricos dos mesmos, conforme a seguinte seqncia: a) Eliminao dos segmentos duplicados: a remoo dos traos duplicados o primeiro passo em toda a anlise de lineamentos e deve ser cuidadosamente realizada, evitando posteriormente erros de sobrestimao b) Remoo de ns e generalizao dos traos:Revista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008


no traado dos lineamentos, os segmentos levemente curvos freqentemente apresentam, ao longo do mesmo plano, diversos ns e os mesmo podem gerar erros estatsticos no clculo. Nos planos pouco retilneos, possvel determinar um ngulo mximo de curvatura, a partir do qual o trao dividido em dois segmentos independentes. Na anlise, adotou-se a variao mxima de 10o para o parmetro de retilinearidade dos lineamentos (Fig. 2). c) Estatstica dos lineamentos: nesta etapa calculada automaticamente a estatstica dos lineamentos, conforme o ngulo de busca desejado. Utilizou-se o valor de 10o, sendo gerado nestes intervalos o clculo de frequncia dos lineamentos. A partir destes, foi criado um grfico de freqncias em barras e um diagrama de rosetas (Fig. 3) que permitem a visualizao das direes de lineamentos de maior destaque. Dentre todas as direes obtidas, a famlia de lineamentos N-S dominante, constituindo 17% de todos os valores. d) Seleo dos segmentos de acordo com as direes desejadas: com base na anlise estrutural dos dados de campo e na anlise morfoestrutural, foi proposto em Chavez-Kus e Salamuni (op. cit.), para os planos de fraturas novos ou reativados em tempos recentes, um ajuste para o campo de tenso atual, segundo o modelo de Riedel (1929). O resultado desse ajuste indica o tensor principal posicionado a N-S, relacionando-o s falhas transcorrentes. Para o clculo de densidade e interseco dos lineamentos, foram realizados diversos testes e, finalmente, escolhidas apenas as direes dos planos, cujos valores ocorrem sistematicamente no intervalo de N45W/SE a N45E/SW, e aquelas das falhas de grande porte (Fig. 4). O critrio empregado para fazer a seleo pode ser explicado de acordo com o conceito de estruturas em splay ou em step. Em Chavez-Kus (2008), nos lineamentos observados em nvel de detalhe, nas direes N45 a 60E e N60W, a origem da forma sigmoidal observada pode estar associada s estruturas do tipo step, denominadas desta forma por terem sido criadas

e desenvolvidas ao longo de planos de fraturas prexistentes. A movimentao sucessiva ao longo de uma falha resulta no somente no prolongamento do trao da estrutura, mas tambm na propagao e crescimento lateral da mesma, havendo unio entre os planos de fraturas adjacentes por meio dos planos em splay. Isso d origem a zonas de falhas com geometria anastomosada, por exemplo, ou em echelon, sendo esse processo denominado de linkage (Cartwright et al. 1996, Martel & Pollard 1989, Khang et al. 2004). Comparando-se o modelo conceitual dos autores com o modelo de Riedel (1929), verifica-se que as estruturas em splay ou em step corresponderiam s direes de R ou R (Fig. 5). Segundo Smellie et al. (1995), Watanabe et al. (1997) e Yoshida et al. (2000), o fluxo da gua subterrnea, em aquferos fraturados, controlado por falhas mestras de grande porte, enquanto que as fraturas em forma de step so as responsveis pela conectividade do conjunto. As mudanas na geometria de uma falha originam zonas localizadas de dilatao, direcionando o fluxo de fludos e a ruptura das paredes das rochas durante

Figura 2 - Remoo de ns desnecessrios e generalizao dos segmentos.

Figura 3 - Frequncia dos lineamentos de acordo com um diagrama em barras e diagrama de rosetas.Revista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008

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Figura 4 - Esquema mostrando a rea investigada e os lineamentos selecionados na anlise de interseco das fraturas.

Figura 5 - Modelo conceitual do padro das falhas mestras e estruturas em step (mod. Khang et al., 2004).

o movimento dos planos (Sibson 1987, Mccaig 1989, Connolly & Cosgrove 1999). Os autores caracterizam estas reas como right-hand bends ou left-hand-bends, sendo este conceito tambm semelhante ao utilizado para as estruturas anteriormente citadas e mostradas na figura 5. O padro amendoado nas paredes de uma rocha onde ocorrem falhas do tipo step ou em splay vai produzir, de forma localizada, um intenso fraturamento, assim como a mltipla interseco de falhas sincrnicas (da mesma poca) em diferentes orientaes, responsveis pela alta densidade de fraturas na interseco dos planos relacionados (Tripp & Vearn 2004). CLCuLo dA dEnSIdAdE dE FRAtuRAS E PontoS dE IntERSECo O procedimento computacional empregado a partir do script PL-DENS da extenso Lineament Analysis para o clculo de densidade tem como base o mtodo de Hardcastle (1995). Segundo esta tcnica, criada uma malha de pontos regular e, a cada n, construdo um crculo, cujo raio de busca estipulado pelo usurio (Fig. 6). Ao final da operao, gerado um mapa de pontos (com coordena458

das x e y) correspondentes aos centros de cada crculo, os quais contm as informaes gravadas em uma tabela no fornato dbf. O exemplo de estrutura bsica pode ser visualizado na tabela 1. Para visualizar a malha circular mostrada na figura 6, foi utilizado um outro script, de nome MILA GRID UTILITIES 1.3, obtido de forma livre no stio eletrnico da ESRI. Com as informaes contidas em cada n, foi possvel, utilizando-se o programa ARCVIEW 3.2 ou SURFER, reproduzir os valores de densidade ou interseco de fraturas por meio de mapas de contornos. Na pesquisa, foram testados diferentes raios para os crculos de busca, com a preocupao de se evitar erros de sobrestimao ou subestimao. Quando se faz a contagem dos segmentos dentro de uma malha (circular, quadrada, entre outras) o que se mede , na realidade, a densidade aparente, sendo este parmetro dependente da escala em que feita a amostragem, a exemplo do grfico da figura 7. Verifica-se que quanto menor o raio do crculo, maior a sobrestimao na anlise. Outro detalhe importante na amostragem circular que os crculos sempre passam pelo centro do polgono vizinho, garantindo que as reas sejam igualmente consideradas (Mauldon et al. 2001). Essa a grande diferena da amostragem em malha circular em relao s reas amostradas em malha retangular, na qual a subestimao ou sobrestimao dos lineamentos maior e o recobrimento menos eficiente (Fig. 8). O parmetro de densidade aparente calculado somando-se o nmero de traos visveis dentro do crculo e dividindo o resultado pela rea desta malha de amostragem. Essa a operao efetuada, por exemplo, na coluna CNTDENS gerada pela extenso Lineament Analysis. Mesmo que um lineamento apenas tangencieRevista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008


Figura 6 - Esquema que mostra o mapa de pontos gerado e grade circular correspondente, na qual cada n contm as informaes anteriormente descritas na tabela 1.

Tabela 1 - Exemplo da estrutura da tabela gerada no clculo de densidade e interseco de fraturas por meio do script PL-DENS, empregando raio de 250 m. Onde LENSU corresponde soma total do comprimento dos lineamentos; LENDENS a densidade do comprimento do lineamento dentro crculo, dividido pela rea do crculo (unidade: km/km2); CNTSU soma total do comprimento dos lineamentos; CNTDENS corresponde ao nmero total de lineamentos dividido pela rea do crculo; INTERSECT corresponde ao nmero total de pontos de interseco dos lineamentos; INTERDENS corresponde ao nmero de pontos de interseco dos lineamentos divido pela rea do crculo; 90~80 at 80~90 (azimute) correspondem aos valores angulares em cada intervalo.Ponto1 2 3 ..... 11535

X (coord.)663358 663358 663358 ..... 688858

Y (coord.)7169305 7169555 7169805 ..... 7196805

Lensum Lendens Cntsum Cntdens Intersect Interdens N90-80W N80-70W ... N70-80E N80-90E0 250 548 ..... 827 0,00 1,27 2,79 ..... 4,21 0 1 2 ..... 2 0,00 5,09 10,19 ..... 10,19 1 3 0 ..... 2 5,09 0,00 0,00 ..... 10,19 0 0 0 ..... 0 0 0 0 ..... 0 ... ... ... ... ... 0 0 0 ..... 0 0 0 0 ..... 0

a borda da malha de amostragem, o mesmo considerado na contagem dos lineamentos, ocasionando, conseqentemente, desvios na anlise. Segundo Mauldon et al. (2000) e Rohrbaugh et al. (2002), para se obter a densidade real, deve-se medir o nmero de ns e dividir este valor pela rea do crculo. Os ns, neste caso, so os pontos mdios de cada segmento. Aqueles que carem dentro da mesma rea, sero utilizados no clculo, desde que o segmento esteja, no mnimo, 50% incluso na malha. Nesta situao, o comprimento de cada lineamento tem influncia direta no clculo de densidade. Aqueles traos que apenas tocam as bordas ou esto parcialmente inseridos na regio sero ignorados. Uma forma de testar o efeito do raio na sobrestimao ou subestimao comparar a densidade real com a densidade aparente, conforme mostrado na figura 9. Na figura 9, de acordo com os clculos realizados para a mesma regio (exemplo terico), utilizandose trs diferentes raios para a amostragem circular, Revista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008

possvel verificar qual o raio de amostragem onde h a melhor aproximao dos valores de densidade real e densidade aparente. No exemplo apresentado, a densidade real calculada para as trs reas de amostragem sempre a mesma, confirmando o conceito empregado. Quanto densidade aparente, o crculo mdio est onde os valores de Dr e Dap mais se aproximam. Na presente anlise, foram feitos testes com diferentes raios de amostragem, buscando identificar o tamanho mais adequado para interpolar a densidade aparente das fraturas. Com base na relao de densidade real e densidade aparente, verificou-se que, na rea considerada no Complexo Atuba, o raio de amostragem mais apropriado para gerar o mapa de densidade de fraturas aquele de valor igual a 4000 m, conforme pode ser observado no detalhe da figura 10 (A) e na tabela 2. O resultado da interpolao mostrado na figura 10 (B). Apesar de terem sido interpolados mapas de densidade aparente de fraturas, constatou-se baixa cor459


Figura 7 - Relao que mostra a dependncia entre o raio e a densidade real e aparente (mod.de Rohrbaugh et al,. 2002).

de hidrogeolgica da rea de estudo. Na literatura vrios autores criticam o uso apenas deste parmetro como forma de avaliao de circulao de gua subterrnea, pois, com freqncia, o que se observa que redes densas de fraturas no esto necessariamente hidraulicamente conectadas. Por esta razo, vital a compreenso da tectnica rptil, sendo a interseco dos planos nas famlias de fraturas conjugadas, por exemplo aquelas relacionadas ao campo de tenso mais recente, o fator de maior importncia (Berkowitz 2002, Odling et al. 1999). Para os autores, a conectividade em um sistema de fraturas depende da orientao dos planos (segundo o campo de tenso atual) e da distribuio do tamanho dos mesmos (Balberg & Binenbaum 1983). Portanto, a incluso das falhas de grande porte fundamental na anlise. RESuLtAdoS Em termos de favorabilidade para gua subterrnea, o parmetro interseco das fraturas, calculado por meio da extenso Lineament Analysis, o que melhor apresentou correlao com as variveis hidrogeolgicas. Aps terem sido realizados testes com diferentes raios de busca e diferentes famlias de fraturas, o clculo do parmetro de interseco com um raio de 250 m, ou at 500 m, onde so considerados somente os planos conjugados e as falhas mestras, apresenta boa coincidncia com os valores reais de vazo e capacidade especfica medidas nos poos tubulares profundos. Ao contrrio do parmetro da densidade de fraturas, ao escolher o raio de busca para os planos de interseco, quanto menor o crculo, maior a representatividade da malha. Para representar este parmetro, os valores obtidos com o clculo realizado pela extenso de anlises de lineamentos foram interpolados utilizando-se a krigagem pelo programa SURFER, resultando em diferentes mapas de contornos reamostrados no programa ARCGIS. Para testar a variabilidade e anisotropia dos dados, foram elaborados variogramas com os resultados do parmetro da interseco. A primeira imagem (Fig. 11) mostra as estruturas principais da rea sobrepostas ao mapa de contornos, representando a interseco de fraturas no intervalo entre N45W a N45E por meio de uma escala de cores (vermelho: valores altos de conectividade; cinza: valores baixos de conectividade). Na figura 12 (A) pode ser visto apenas o resultado do clculo do parmetro de interseco. Nesta imagem, na parte central da cidade, onde h o maior nmero de informaes, foi traado um polgono que delimita uma rea menor para ser apresentada posteriormente na figura 14 (A e B). Tambm foram realizados testes com todos os lineamentos mapeados ou com os planos no intervalo entre N65W a N65E (Fig. 12 B). O padro encontrado em ambas as situaes foi bem diverso daquele observado s com as fraturas conjugadas, no tendo havido boa correspondncia com os valores reais de vazo ou com a capacidade especfica. Com a incluso de todos os lineamentos da rea ou mesmo daqueles no intervalo de N65W a N65E h uma grande sobrestimao do parmetro de interseco na poro norte do municpio de Curitiba. Nos variogramas confeccionados para ambos os intervalos de fraturas (Fig. 13 A e B), a direo deRevista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008

Figura 8 - Exemplos de dois tipos de amostragens de lineamentos. (a) Malha circular; (b) Malha retangular.

Clculo das densidadesDensidade real: Dr: no ns/rea (.raio2) Densidade aparente Dap: no segmentos/rea (.raio2)

Crculo grande (r 75m) Densidade real Dr = 36/17662,5 = 0,00203 por m2 Densidade aparente Dap = 41/17662,5 = 0,00232 por m2 Crculo mdio (r 25m) Densidade real Dr = 18/17662,5 = 0,00203 por m2 Densidade aparente Dap = 17/17662,5 = 0,00216 por m2 Cculo menor ( 25m) Densidade real Dr = 4/17662,5 = 0,00203 por m2 Densidade aparente Dap = 6/17662,5 = 0,00305 por m2

Figura 9 - Esquema que mostra o clculo da densidade real e aparente (mod. de Rohrbaugh et al., 2002).

relao dos mesmos com os valores reais de vazo e capacidade especfica dos poos tubulares no municpio, demonstrando que o parmetro densidade no deve ser considerado de forma isolada para avaliar a favorabilida460


Figura 10 - Testes com diferentes raios de amostragem, buscando identificar o tamanho mais adequado para interpolar a densidade aparente das fraturas, na regio de Curitiba. (A) Detalhe mostrando os diferentes raios testados para realizar o clculo de densidade de fraturas; (B) Mapa de contornos que mostra os valores obtidos para o parmetro de densidade de fraturas utilizando o intervalo dos planos entre N45W a N45E. Tabela 2 - Valores calculados para a densidade real e aparente nas reas de amostragem do detalhe da figura 10.Crculo (raio)circulo r1000 (m) circulo r1500 (m) circulo r2000 (m) circulo r2500 (m) circulo r3000 (m) circulo r4000 (m)

rea (m2)3140000 7065000 12560000 19625000 28260000 38465000

no segmentos9 15 26 39 49 90

Pontos mdios5 8 16 25 35 68

Densidade Real0,000002 0,000001 0,000001 0,000001 0,000001 0,000002

Densidade Aparente0,000003 0,000002 0,000002 0,000002 0,000002 0,000002

Figura 11 - Planos tectnicos de maior destaque na escala regional, sobrepostos ao mapa de contornos mostrando os valores obtidos para o parmetro de interseco de fraturas no intervalo N40W a N40E. maior continuidade e menor varincia dos dados foi aRevista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008

N-S (90o). O grfico onde o ajuste empregando o mode461


Figura 12 - Dois diferentes resultados do parmetro de interseco das fraturas, calculados por meio da extenso Lineament Analysi. (A) e (B) Comparao entre os mapas com os valores obtidos para o clculo da interseco para as fraturas nos intervalos N40W a N40E e N65W a N65E.

Figura 13 - Variogramas confeccionado para as fraturas nos intervalos (A) N45W a N45E e (B) N65W a N65E.

lo esfrico mostrou os menores erros e maior continuidade das variveis, foi o confeccionado com os valores de interseco das fraturas somente no intervalo N45W a N45E (com o tensor 1 na direo N-S, o que corresponde a fase D2 de Salamuni 1998). Isso mais um indicativo de que, embora a regio apresente fraturas em quase todas as direes, em termos hidrogeolgicos destacam-se os planos conjugados e as falhas mestras associadas ao campo de tenso mais recente ou pr-atual. Ao serem comparadas as estruturas com o resultado obtido, verifica-se que os grandes planos tectnicos esto posicionados, na maioria, sobre valores altos do parmetro de interseco. Dentre todas as descontinuidades, destaca-se a falha inferida sobre o alinhamento de relevo onde esto encaixados o rio Belm, a falha do Passana e os planos N-S (ver Fig. 11). Segundo 462

Odling et al. (1999), a maior conectividade de fraturas pode ser definida quantitativamente como proporcional ao comprimento total do trao que pertence ao agrupamento (cluster) mais largo e, como se observa na rea em anlise, as falhas mestras, assim como os planos conjugados, tm grande influncia sobre a circulao da gua subterrnea no aqfero fraturado. Os planos conjugados so responsveis pela conexo da rede, o que justifica a utilizao das fraturas no modelo estrutural proposto por Chavez-Kus (2008). Quanto densidade de fraturas, embora tenham sido feitos testes buscando o raio apropriado para a representao deste parmetro, observando a figura 12 (B), torna-se claro que a varivel serve apenas como referencial das reas de maior densidade de lineamentos e, como esperado, o mesmo ocorre na poro noroesteRevista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008


de Curitiba, nas reas aflorantes das rochas do Complexo Atuba. No entanto, em termos hidrogeolgicos, a varivel no apresenta resultados decisivos, ao contrrio do parmetro de interseco das fraturas (Fig. 11), cujas concentraes coincidem na maior parte com os valores altos de vazo e capacidade especfica. Para mostrar esta relao no item seguinte, os valores de capacidade especfica e vazo dos poos tubulares profundos foram inseridos no mapa de contornos com a varivel interseco de fraturas no intervalo entre N45W a N45E. Na figura 14 (A) foi escolhido um detalhe mais aproximado na poro central do municpio que mostra, em segundo plano, os limites dos bairros e as falhas

mestras. Neste detalhe, sobreposto ao mapa de interseco, comparou-se os valores baixos (tringulos pretos) e os mais elevados de vazo (crculos em tons de azul). Ainda que alguns poos mais favorveis sejam observados sobre pores com valores baixos de interseco (manchas cinzas) e vice-versa (manchas avermelhadas), a correlao entre as variveis grande. Ver a localizao do poo mais produtivo no municpio nos cruzamentos de dois grandes planos de falhas e outro agrupamento de poos produtivos delimitados com um crculo em vermelho tambm em uma rea com grande nmero de interseco de fraturas. Na figura 14 (B) foram plotadas as sondagens com vazes baixas a mdias e os valores improdutivos. Os desvios so maiores,

Figura 14 - Detalhe que mostra, com maior aproximao, a varivel vazo (Q) e as estruturas principais sobrepostas ao mapa de contornos com os valores de interseco de fraturas. (A) Valores baixos (tringulos) e os mais elevados de vazo (crculos em tons de azul). Em (B) foram plotadas as sondagens com vazes baixas a mdias e os valores improdutivos.Revista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008

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Figura 15 - Viso integrada com o resultado obtido no clculo do parmetro de interseco versus os planos estruturais de grande porte (escala regional) na regio de Curitiba. (a) Estruturas principais sobrepostas ao mapa de contornos com os valores de interseco para as fraturas no intervalo N45W a N45E. O polgono verde delimita uma rea onde constatou-se grande nmero de poos improdutivos; (b) Detalhe da crista que mostra varivel vazo (crculos e quadrados) e estruturas principais sobrepostas ao MDR. O crculo em vermelho demarca agrupamento de poos com altas vazes. no entanto, indiscutvel que a maior favorabilidade corresponde aos cruzamentos das falhas mestras indiscutvel a maior favorabilidade. Nestes locais, h ausncia de poos improdutivos e predominam os crculos verdes (vazes mdias) em relao aos crculos amarelos (vazes mais baixas). Situao contrria s reas favorveis foi constatada ao longo de uma crista na poro central da cidade de Curitiba (Fig. 15 A). Os poos perfurados sobre esta feio geomorfolgica positiva (demarcada com um polgono em verde) possuem vazo inferior a 1 m3/h. A morfologia superior controlada pelas cristas , portanto, de menor interesse hidrogeolgico. J as sondagens realizadas junto s estruturas tectnicas que seccionam este alto topogrfico demarcado na figura 15 (B), principalmente no cruzamento dos planos maiores de fraturamento, so produtivas. ConCLuSo Com base no modelo estrutural proposto por Chavez-Kus (2003) e Chavez-Kus & Salamuni (2008), 1 est ou esteve orientado na direo N-S. Neste contexto, foram realizados os clculos de interseco de fraturas somente com os planos considerados mais favorveis para explotao de gua subterrnea (Fig. 4). O resultado obtido mostra que o parmetro de interseco nos cruzamentos dos planos conjugados e fraturas hbridas coincidem com valores altos de capacidade especfica e vazo dos poos tubulares profundos. As falhas de grande porte que controlam os principais limites entre os blocos estruturais do Complexo Atuba, no embasamento da Bacia de Curitiba, por exemplo, esto sempre presentes onde ocorrem valores 464 de interseco tambm altos (Fig. 11 e 14). A coincidncia maior pode ser vista no cruzamento da falha do Belm com as demais estruturas. O poo apontado na figura 14 (A), com 150 m de profundidade o melhor exemplo em Curitiba de produtividade excepcional com uma vazo de 30 m3/h, capacidade especfica 4,61 m3/h.m e rebaixamento menor que 1 m, utilizando-se uma bomba de 8 polegadas. A sondagem (orientada e acompanhada por Eduardo Salamuni) foi locada exatamente no ponto de interseco entre as falhas do Passana e a falha do Belm, regio considerada como altamente favorvel segundo o resultado do clculo do parmetro de interseco. Pela observao de E. Salamuni a perfurao interceptou uma grande rea fraturada (falha empinada) onde foram, inclusive, identificadas estrias de atrito na rocha amostrada. Por outro lado, no Colgio Estadual, vizinho ao local acima citado, no poo tubular com 100 m de profundidade (Fig. 14, B) a vazo encontrada foi de apenas 2,5 m3/h. Isso ilustra a grande heterogeneidade e anisotropia do Aqfero Atuba, materializada pelas variaes de produtividade dos poos tubulares profundos, com vazes e capacidades especficas variando lado a lado de improdutivos at os valores mximos de 44 m3/h (Q) e 19 m3/h.m (Q/s). Verifica-se tambm aqui que os poos locados em regio com baixa interseco de fraturas apresentam produtividade baixa ou nula em comparao a poos produtivos locados onde h maior quantidade de interseco de planos tectnicos. Outro exemplo notvel de poo com alta vazo que ocorre em interseco de grandes estruturas como a j mencionada falha do Belm foi delimitado com crculo vermelho na figura 14 (A). Situao opostaRevista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008


constatada em reas topograficamente mais elevadas, como em uma crista alongada no centro da cidade, na qual a favorabilidade hidrogeolgica baixa (ver Fig. 15 A), exceto junto ou nos cruzamentos das estruturas transcorrentes que cortam esta feio geomorfolgica, onde h poos produtivos (Fig. 15 B). As relaes anteriores demonstram que as propriedades hidrulicas do meio geolgico e a produtividade em termos hidrogeolgicos de uma regio no devem ser diretamente inferidas usando como critrio somente as reas prximas ou ao redor dos lineamentos. Na regio, os testes realizados para gerar mapas de densidade de fraturas mostram que as variveisl Q e Q/s no apresenta boa correspondncia com a produtividade dos poos. Em termos de favorabilidade para gua subterrnea, o parmetro de interseco das fraturas, calculado por meio da extenso Lineament analysis for geology and groundwater field, o que melhor apresenta correlao com as variveis hidrogeolgicas, desde que a escolha das feies lineares para o clculo do parmetro de interseco seja feita com base nas investigaes estruturais de campo e anlises morfotectnicas. Com a incluso, por exemplo, de todos os lineamentos traados com auxlio de fotointerpretao ou do MDR, o mapa com a varivel do parmetro de interseco mostra-se pouco correlacionvel com os valores reais de vazo e/ou capacidade especfica dos poos tubulares profundos. Esse teste confirma, portanto, a importncia de se efetuar a seleo dos lineamentos de acordo com a trama estru-

tural mais recente, j que planos no reativados tendem a ser mais fechados. Para o aqfero em questo a maior favorabilidade hidrogeolgica fortemente condicionada pelo parmetro de interseco, com peso ainda maior nos cruzamentos das estruturas de grande porte. O clculo do parmetro de interseco mostrou-se vlido quando aliado seleo criteriosa dos planos de fraturas com base no modelo estrutural apresentado por Chavez-Kus (2003) e Chavez-Kus et al. (2008). Neste modelo, que teve como referncia os planos de Riedel como sugerido por Kim (2004), considera-se como os planos mais favorveis para explotao de gua subterrnea os que fazem parte do sistema transcorrente N-S (onde o 1 est ou esteve orientado na direo N-S), ou seja, os planos associados e conjugados no intervalo N45W a N45E, especialmente os de grande magnitude. Em vista do exposto, demonstra-se que o uso das ferramentas automticas de sistema de informao, com base apenas em fraturas abertas associadas tenso atual ou pr-atual ajustadas ao modelo de Riedel, efetivo no apontamento de reas favorveis circulao de gua subterrnea na regio. Agradecimentos Este trabalho recebeu o apoio financeiro da Fundao Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior - CAPES (bolsa de doutorado no Brasil e Bolsa de Estgio de Doutorando no Exterior / Processo 1897047, primeiro autor). Aos revisores da RBG pelas sugestes ao manuscrito.

RefernciasAllen C.R. 1975. Geological criteria for evaluating seismicity, Geol. Soc. Am. Bull., 86:1041-1056. Balberg I. & Binenbaum N. 1983. Computer study of the percolation threshold in a two-dimensional anisotropic system of conducting sticks. Phys. Rev., B28:3799-3812. Cartwright J.A., Mansfield C.S., Trudgill B.D. 1996. The growth of normal faults by segment linkage. In: Buchanan P.G., Nieuwland D.A. (eds.) Modern Developments in Structural Interpretation, Validation and Modelling. Geol. Soc. of London Special Publication, 99:163-177. Chavez-Kus L. 2003. Anlise da tectnica rptil em rochas do embasamento da Bacia de Curitiba com vistas determinao de reas favorveis explorao de gua subterrnea. Dissertao de Mestrado, Departamento de Geologia, UFPR, 216p. Chavez-Kus L. 2008. Modelo de funcionamento do Aqfero Atuba com base em parmetros estruturais e hidrogeolgicos, municpio de Curitiba. Tese de Doutoramento, Departamento de Geologia, UFPR, 239p. Chavez-Kus L. & Salamuni E. 2008. Evidncia de tenso N-S intraplaca no Negeno, Complexo Atuba - regio de Curitiba. Rev. Bras. Geoc., 38(3):439-454. Connolly P. & Cosgrove J. 1999. Prediction of static and dynamic fluid pathways within and around dilational jogs. In: McCaffrey K., Lonergan L., Wilkinson J. (eds.) Fractures, Fluid Flow and Mineralisation. Geol. Soc. of LonRevista Brasileira de Geocincias, volume 38 (3), 2008 don, Special Publications, 155:105-121. Cristofoletti A. 1980. Geomorfologia. 2a ed. So Paulo, Edgard Blucher, 188p. Hardcastle K.C. 1995. Photolineament factor: A new computer-aided method for remotelys fractured. Photogrammetric. Engineering and Remote Sensing, 61(6):739747. Hobbs W.H. 1912. Earth features and their meaning. New York Macmillan Co., 506p. IPPUC. 2005. Mapa de Arruamentos de Curitiba. Mapa e Lei de Zoneamento. Curitiba, IPPUC, CD-Rom. Khang N.D., Watanabea K., Saegusab H. 2004. Fracture step structure: geometrical characterization and effects on fluid flow and breakthrough curve. Engineering Geology, 75(1):107-127. Kim G-B., Lee J-Y., Lee K-K. 2004. Construction of lineament maps related to groundwater occurrence with Arcview and Avenue scripts. Computers and Geosciences, 30(9/10):1117-1126. Kim G. 2004. Lineament analysis for geology and groundwater field. Disponvel em: http://arcscripts.esri.com/, Acessado em 01/112004. (Lineament-analysis-english20040623.zip) pode ser obtida gratuitamente a partir da pgina da WEB da ESRI (Support Center, Last modified 4 July 2004). Martel S.J. & Pollard D.D. 1989. Mechanics of slip and frac-

465

Determinao do parmetro de interseco de fraturas para o Aqfero Atuba ture along small faults and simple strike-slip fault zones in granitic rock. J. Geophys. Res., 94:9417-9428. Mauldon M., Dunne W.M., Rohrbaugh M.B.Jr. 2001. Circular scanlines and circular windows: new tools for characterizing the geometry of fracture traces. J. Struct. Geol., 23:247-258. Mccaig A.M. 1989. Fluid flow through fault zones. Nature, v. 340, Issue 6235, 600p. Odling N.E., Gillespie P.A., Bourgine B., Castaing C, Chiles J.P., Christiansen N.P., Eeles M., Fillion E., Genter A., Madsen L., Olsen C., Trice R., Walsh J.J., Watterson J. 1999. Variations in fracture system geometry and their implications for fluid flow in fractured hydrocarbon reservoirs. Petroleum Geoscience, 5:373-384. Oleary D.W., Friedman J.D., Pohn H.A. 1976. Lineament, linear lineation some proposed new standards for old terms. Geological Society America Bulletin, 87:14631469. Riedel W. 1929. Zur mechanik geologischer brucherscheinungen. Ein beitrag zum problem der fiederspalten. Zentralblat fur Mineralogie. Verlagsbuchhandlung, 1919b:354-368. Rohrbaugh M.B., Dunne Jr. W.M., Mauldon M. 2002. Estimating fracture trace intensity, density, and mean length using circular scan lines and windows. American Association of Petroleum Geologists (AAPG) Bulletin, 86(12):2089-2104. Salamuni E. 1998. Tectnica da Bacia Sedimentar de Curitiba (PR). Tese de Doutoramento, Inst. Geoc. e Cincias Exatas, UNESP, Rio Claro (SP), 214p. Sibson R.H. 1987. Earthquake rupturing as a mineralizing agent in hydrothermal systems. Geology, 15:701-704. Siga Jr O., Basei M. A.S., Reis Neto J.M., Machiavelli A., Harara O.M. 1995. O Complexo Atuba: um cinturo Paleoproterozico intensamente retrabalhado no Neoproterozico. Boletim IG-USP Srie Cientfica, 26:69-98. Smellie J.A.T., Laaksoharju M., Wikberg P. 1995. Aspo, SE Sweden: a natural groundwater flow model derived from hydrogeochemical observations. J. Hydrol., 172:145169. Tripp G.I. & Vearn J.R. 2004. Fault/fracture density and mineralization: a contouring method for targeting in gold exploration. J. Struct. Geol., 26:1087-1108. Watanabe K., Sugimura Y., Morita Y., Tanaka T. 1997. Channel network modeling of the fractured granite in the Himachi area, Japan. In: Kanaori Y. (ed.) Earthquake proof design and active faults. Elsevier Sci., p.247-262. Yoshida H., Aoki K., Semba T., Ota K., Aman O.K., Hama K., Kawamura M., Tsubota K. 2000. Overview of the stability and barrier functions of the granitic geosphere at the Kamaishi Mine: relevance to radioactive waste disposal in Japan. Engineering Geology, 56:151-162. Manuscrito Id 11106 Submetido em 14 de abril de 2008 Aceito em 20 de setembro de 2008 Sistema eletrnico de submisso

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