ESTUDOS EM AQUÍFEROS FRATURADOS: AVANÇOS E DESAFIOS

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1 ESTUDOS EM AQUÍFEROS FRATURADOS: AVANÇOS E DESAFIOS Amélia João Fernandes 8/11/2018

2 LOCALIZAÇÃO DOS ESTUDOS DE CASO Mapa dos Aquíferos ESP Kb Ksg Ribeirão Preto Basaltos Formações Botucatu e Piramboia Lindóia Gnaisses e granitos Ppd Df Ksg P C- c T Rg CPt PC- Ql Ksgd Tsp Tt Jurubatuba Gnaisses, xistos e granitos Campinas Sedimentos Neógenos Diabásios Grupo Itararé Gnaisses e granitos Jundiaí Grupo Itararé Gnaisses e granitos Região Metropolitana SP Gnaisses, xistos, metassedimentos e granitos

3 Campinas Fernandes et al. 1997, 2001, 2002 Métodos Análise da Tectônica cenozoica Análise de lineamentos em imagens (escala 1: ) e fotos aéreas (1: e 1: ) Capacidade específica de poços (~450 poços) vs Direção dos lineamentos mais próximos Análise de domínios tectônicos AVANÇOS COM RELAÇÃO AOS ESTUDOS ANTERIORES Análise de detalhe das estruturas rúpteis, com ênfase na cronologia dos eventos tectônicos cenozóicos PREMISSA: a atitude (direção e mergulho) das fraturas mais permeáveis é controlada pela neotectônica

4 Neotectônica afetando coberturas neógenas/quaternárias com linha de seixos na base 20 cm Falhas N Regime Transcorrente Ls Falhas transcorrentes N30W e N70W com componente vertical

5 Eventos tectônicos rúpteis mais importantes na região de Campinas Paleógeno Quaternário N 1

6 LOCALIZAÇÃO DOS POÇOS Áreas com maior densidade de poços O padrão de lineamentos tem clara relação com as direções das fraturas dos eventos tectônicos cenozóicos Fernandes (1997) e Fernandes & Rudolph (2001)

7 AREA A Q/s > 0,5 m 3 /h/m s 3 s 1 Fotos 1: Fotos 1: m Fernandes (1997) e Fernandes & Rudolph (2001)

8 Fernandes (1997) e Fernandes & Rudolph (2001) Lineament Length N s 1 E3-NW AREA B s 3 W E 8.3% 4.1% % 8.3% Q/s Angular > 0,5 Interval m 3 /h/m= 5 Whole Length = 42,739 m s 3 Well with specific capacity equal to or greater than 0.5 m³/h/m Well with specific capacity less than 0.5 m³/h/m 1000 m s 1

9 AREA C 1000 m Q/s > 0,5 m 3 /h/m Fernandes (1997) e Fernandes & Rudolph (2001)

10 AREA E Q/s > 0,5 m 3 /h/m Fernandes (1997) e Fernandes & Rudolph (2001)

11 CONCLUSÕES Poços em lineamentos NW e NE (paralelos a fraturas extensionais de dois eventos neotectônicos) são mais produtivos A direção dos lineamentos mais produtivos varia pois a deformação neotectônica distribui-se heterogeneamente

12 Capacidade específica (m3/h/m) Quantidade de fontes LINDOIA Kb Ksg T Rg Ksgd MÉTODOS Análise de lineamentos (1: ) Produção de poços vs proximidade e direção de lineamentos Mapa morfoestrutural OBJECTIVE e densidade de lineamentos Caminhamentos elétricos Análise de favorabilidade Tt Ppd Ksg CPt PC- Df P C- c Ql Tsp Distância de lineamentos (m) Madrucci 2004 Frequência acumulada (%)

13 Jundiaí Neves 2005, Neves e Morales 2006,Neves e Morales 2007 Métodos Análise da Tectônica cenozoica Análise de lineamentos (radar, escala 1: ) e fotos aéreas (1:60.000) Mapas residuais de capacidade específica (limitação: distribuição heterogênea de poços) Poços vs Estruturas, seções 1:50.000

14 Análise de semi-detalhe, mapa 1: Estrutura de direção ~N50E Intersecção de estruturas EW e ~N50W

15 RIBEIRÃO PRETO Ksg OBJETIVOS Estudar a recarga do SAG através dos basaltos e identificar os caminhos preferenciais de fluxo Kb Ksgd T Rg Tt Ksg CPt PC- MÉTODOS Ppd Df P C- c Ql Tsp Mapeamento geológico(1:25.000) Análise detalhada das fraturas e da tectônica Fernandes et al. 2010, 2011, 2016 Wahnfried 2010, Wahnfried et al Perfilagens geofísicas em poços perfurados no projeto Testes hidráulicos Análises químicas e isotópicas

16 Conclusão As fraturas sub-horizontais, controladas pelo resfriamento, são os principais caminhos de fluxo Perfilagem acústica e ensaios com obturadores They constitute the preferential flow pathways Up to the depth of m They occur mainly at contacts entablamento colunada B3-colunnade

17 Fraturas com alteração N50E e N40W Conclusão Fraturas subverticais tectônicas de direção NE podem ser transmissivas e contínuas Mas o efeito das estruturas subverticais (lineamentos) é mascarado pelas fraturas subhorizontais R1 e R2 Fraturas T Arenitos intertrappe NS - N40E

18 Região Metropolitana de São Paulo Estudo regional de potencialidade para locação de poços na área do sistema Cantareira (cristalino) Contexto da crise hídrica de

19 Frequências acumuladas e litologias das porções cristalinas da RMSP Granitos maciços Quartzitos Qa Granitos foliados Calcários Mapa geológico da RMSP 1: Xistos Filitos Qa = planícies aluviais no domínio das rochas cristalinas

20 Polígonos estruturais (delimitados por lineamentos) e localização de poços no cristalino Lineamentos principais, traçados em Modelo Digital do Terreno, delimitando polígonos (domínios) estruturais Polígonos com menor potencial de produção Polígonos com maior potencial de produção

21 Q/s (m³/h/m) Q/s (m³/h/m) POTENCIAL DE PRODUÇÃO DOS AQUÍFEROS FRATURADOS -Poços próximos a lineamentos (e vales) tem a clara tendência de serem mais produtivos -A direção dos lineamentos mais favoráveis é variável e essa variação pode ser evidenciada pelo padrão de lineamentos Locais de cruzamento de lineamentos com direções mais variáveis aumentam a chance de boas produções em lineamento fora de lineamento - Vales com planícies aluviais também aumentam as chances - Rochas com grande número de descontinuidades prévias, tais contatos entre litologias distintas, bandamento e foliação, são mais favoráveis. - Dentro de uma dada região, granitos maciços tendem a ser os menos produtivos. - Densidade de lineamentos e mapas morfo-estruturais não mostraram relação clara com a produção de poços - Os aquíferos cristalinos, no geral, apresentam melhor potencial do que se imagina (ex. poços da Sabesp) Frequência acumulada de casos (%) 1 lineamento 2 lineamentos 3 lineamentos Frequência acumulada de casos (%)

22 ESTUDOS VOLTADOS À CONTAMINAÇÃO DE AQUÍFEROS FRATURADOS É NECESSÁRIO caracterizar a rede de fraturas (atitudes, comprimento, espaçamento, abertura, rugosidade) A rede geométrica de fraturas resultante deve ser realista para o local da contaminação, incluindo a identificação dos caminhos preferenciais, Portanto A complexidade do problema é muito maior, quando comparada ao estudo de potencial do aquífero

23 ESTUDO DE CASO ÁREA DO JURUBATUBA NA ZONA SUL DA CIDADE DE SÃO PAULO GS1 a GS4: pedreiras estudadas em Fernandes et al. (2016) Área industrial Contaminação por organo-clorados Materiais: coberturas aluviais, saprolito, gnaisses e xistos frescos Estudo estrutural de detalhe com realização de perfilagens em poços na área Fiume 2013 Fiume et al Fiume et al. No prelo

24 Materiais e Métodos - Traçado e análise de lineamentos - Levantamento sistemático de fraturas em afloramentos - Perfilagens geofísicas em poços tubulares profundos AVANÇOS Análise de detalhe das estruturas rúpteis em pedreiras (afloramentos representativos) Construção da rede de fraturas a partir da integração dos dados dos afloramentos e dos poços

25 ESCALA ~1: Lineamentos podem fornecer quais os trends existentes em uma da região (?) Podem ser utilizados para extrapolações (?) Direções Direções Trend Lineamentos Regionais Afloramentos Lineamentos Locais Poços NW N30-50W >>N20-50W N30-50W ausente EW-WNW N80-90W >>N80-90W N80-90W >>N70-90W ENE >>N60-90E N80-90E N80-90E >>N70-90E NE N20-40E N20-40E N50-60E N40E NS N10W-N10E ausente >>N10W-N10E N0-20W ESCALA ~1:10.000

26 LEVANTAMENTO ESTRUTURAL EM PEDREIRAS GRANITO MACIÇO GNAISSE Descrição das estruturas em pontos scanlines de várias direções Cada grupo de fratura é representado por uma cor no estereograma de projeção polar Espaçamentos corrigidos com relação ao viés de amostragem A foliação está dobrada (antiforme ): variação da atitude das fraturas paralelas à foliação Observar as semelhanças e diferenças entre os grupos de fraturas

27 GRUPO DE FRATURAS N30-40W GNAISSE GRANITO MACIÇO Zona de fraturas NW verticais N30W, muito contínuas (pelo menos 60m) Vegetação (indício de fluxo) Dique (alcalino?) alterado Termina em parte nas fraturas 2b Oxidação (indício de fluxo) Zona de fraturas com comprimento mínimo de cerca de 70m.

28 (A) Espaçamento (m) obtidos para todos os grupos de fraturas (valores de 25%, 50% e 75% de 4,7, 8,8 e 15,3 m) (B) Distribuição linear (média de 2 m) para as fraturas subhorizontais paralelas à foliação. (C) Oxidação nas fraturas subhorizontais e descoloração da rocha. Fraturas EW terminam nas subhorizontais. (A) Fraturas subverticais N40E e EW (358/87), fraturas subhorizontais paralelas à foliação. A fratura N40E encurvase ao aproximar-se da subhorizontal (esta é mais antiga). Oxidação em todas as fraturas! (C), (D) e (E) Fraturas subverticais N30-50E com vegetação e rocha alterada (indício de fluxo)

29 ÍNDICE DE FLUXO GNAISSE GRANITO MACIÇO - Oxidação - Alteração da rocha - Vegetação - Água N HidroxFe Rocha Alt/Veg/Água N HidroxFe Rocha Alt/Veg/Água N30-40W 11 70% 0% % 10% 0 EW vert 11 40% 20% 36 16% 2% EW med % 0% EW med % 10% N30-50E vert NE subhor 13 40% 0% 20 60% 50% 7 70% 10% - - -

30 MODELO GEOMÉTRICO DA REDE DE FRATURAS Baseado no levantamento estrutural das pedreiras Os grupos subhorizontais paralelos à foliação e o grupo N30-40W subvertical tendem a dominar o fluxo As fraturas mais antigas tendem a ser mais longas, controlando a propagação das mais novas, o que deve influir nos formatos de plumas contaminantes

31 PERFILAGENS EM 4 POÇOS NO SITE DO JURUBATUBA Fiume et al. (em preparação)

32 ESTEREOGRAMAS DAS FRATURAS MEDIDAS NAS PERFILAGENS DOS POÇOS Fiume et al. (em preparação) Notar semelhanças e diferenças entre os estereogramas Comparar com a pedreira Pedreira de gnaisse

33 INTEGRAÇÃO DAS PERFILAGENS Perfilagem óptica Variação de fluxo (dq) significativa em 3 intervalos de profundidade Fraturas com maior indício de fluxo estão nos intervalos com maior dq INDÍCIO DE FLUXO (IF) DAS FRATURAS Número de fraturas IF-alto Número de fraturas IFmédio Número de fraturas IF-baixo VARIAÇÃO DE VAZÃO (dq) NOS TRECHOS dq alta dq dq baixa dq insig TOTAL média 17 (38%) 10 (23%) 4 (9%) 13 (30%) 44 (5%) 12 (15%) 7 (8%) 3 (4%) 60 (73%) 82 (9%) 40 (10%) 18 (4%) 44 (11%) 309 (75%) 411 (46%) Número de fraturas IFinsignif. 46 (13%) 34 (9%) 23 (6%) 262 (72%) 365 (40%) Total

34 LIÇÕES APRENDIDAS Em geral há mais de um grupo de fraturas com maior transmissividade Esses grupos variam (ou podem variar) de um local (pedreira) para a outro As fraturas subhorizontais tendem a ser transmissivas, mas não aparecem como lineamentos Na região estudada as zonas de fraturas subverticais N30-40W são muito contínuas, e podem ser oxidadas, portanto tem o potencial de contaminantes chegarem a grandes profundidades e atravessando fraturas paralelas à foliação Estudar a evolução da deformação rúptil (ordem cronológica dos eventos) é relevante, pois as fraturas mais antigas tendem a ser mais contínuas e a controlar a propagação das mais jovens O viés de amostragem nos poços e a exposição muito pequena é um fator muito limitante para a obtenção de rede de fraturas realista e para a análise dos caminhos de fluxo. Portanto bons afloramentos (pedreiras de preferência) são indispensáveis!

35 PRINCIPAIS DESAFIOS A ENFRENTAR O maior fluxo pode estar concentrado em locais bem específicos. Será possível prevê-los?

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37 PRINCIPAIS DESAFIOS A ENFRENTAR É possível extrapolar (mapear) áreas onde o fluxo é dominado por algum grupo de fratura específico? É possível mapear áreas onde o fluxo de água subterrânea é mais abundante? Quais elementos de mapeamento podem ser utilizados? Lineamentos, grandes estruturas mais antigas?