Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas em Tibau do Sul/RN

99 Revista de Geologia, Vol. 19, nº 1, 99-108, 2006 www.revistadegeologia.ufc.br Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas em Tibau do Sul/RN Marcus Vinicius Medeiros de Moura a, Yoe Alain Reyes-Pérez, Daniel Siqueira de Gauw, Daniel Alexander dos Santos Silva, Anderson de Medeiros Souza, Ana Paula de Meireles Reis Pelosi, Francisco Pinheiro Lima-Filho Recebido em 15 de fevereiro de 2005 / Aceito em 1 de julho de 2005 Resumo São aqui apresentados os resultados de uma sondagem geofísica com GPR (Ground Penetrating Radar) realizado ao longo de um corredor de vento (blowout), em um campo de dunas situado na praia de Cacimbinhas, município de Tibau do Sul, litoral sul oriental do estado do Rio Grande do Norte. Neste levantamento, de 635 m, foram interpretadas radarfácies correspondentes às rochas da Formação Barreiras, de depósitos de lençóis de areia, de interdunas molhadas e de dunas de deflação. Foram identificadas também superfícies de natureza crono-estratigráfica, de alta resolução, aqui representadas por superfícies limitantes de 1ª a 3ª ordens. Estas superfícies separam diferentes estágios evolutivos (migratórios) das dunas de deflação estudadas. Palavras-Chaves: GPR, dunas de deflação, superfícies limitantes Abstract The results of a geophysical survey with GPR are presented here, carried out in a blowout, situated in a dune field at Cacimbinhas beach, Tibau do Sul, southern coast of the Rio Grande do Norte State. In this profiling, with extension of 635 m, was possible to identify radarfacies interpreted as lithotypes of the Barreiras formation, sand sheet deposits, wet interdunes and deflation dunes. Chrono-stratigraphic surfaces are identified, represented bounding surfaces of 1 st to 3 st orders. These surfaces separate different evolution periods (migratory) of studied dunes field. Keywords: GPR, deflation dunes, bounding surfaces a Grupo de Estudos de Análogos a Reservatórios petrolíferos, Laboratório de Análises Estratigráficas, UFRN. Campus Universitário da UFRN, Depto de Geologia, 59078-970, Natal, RN. Tel.: (84) 3211 9616. E-mail: pinheiro@geologia.ufrn.br

100 1. Introdução Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... As zonas litorâneas correspondem às faixas limítrofes entre o continente e o oceano, constituindo uma área de dissipação da energia do mar no continente, promovendo, assim, intercâmbio de matéria. Praias e dunas formam um sistema complexo designado de Zona Litorânea Ativa, sendo caracterizada, na maioria das vezes, pela ação conjunta dos ventos e das ondas, que promovem o transporte e troca de sedimentos entre os componentes do sistema (Viles & Spencer, 1995). As dunas são as mais expressivas feições de deposição eólica, podendo ocorrer isoladamente ou formando extensos campos com quilômetros de extensão e centenas de metros de altura. A maioria das dunas apresenta estratificações bem definidas, sendo separadas por superfícies limitantes. Stokes (1968) defende que as extensas superfícies limitantes estariam relacionadas a superfícies de deflação controladas pelo lençol freático. Outros autores, como McKee & Moiola (1975), apresentaram exemplos onde estas feições são geradas sobre pavimentos de migração dunar em áreas de interdunas, truncadas na porção superior por uma série de estratificações cruzadas. Brookfield (1977) reconheceu três ordens de superfícies limitantes em depósitos eólicos e sugere que as mesmas são produtos da migração de formas de leito de diferentes hierarquias. Este conceito apresentado por Brookfield (op. cit.) foram adaptados e aplicados neste trabalho. Apesar das feições erosionais serem encontradas em significativa proporção em muitos sistemas de dunas costeiras, poucos trabalhos enfocam esse tema, se comparada com a extensa literatura sobre as feições deposicionais (Carter et al., 1990b). As feições erosionais incluem aquelas causadas pelo ataque de ondas (originando escarpas), bacias ou pavimentos de deflação e os corredores de vento. As dunas costeiras que apresentam condições de equilíbrio dinâmico são de grande importância do ponto de vista geológico. Ocorrem de forma significativa nas linhas de costa onde há disponibilidade de sedimentos texturalmente adequados é abundante (Carter et al., 1990a). O litoral do nordeste do Brasil apresenta uma área considerável coberta por campos de dunas, destacando-se os Lençóis Maranhenses e o litoral dos Estados do Rio Grande do Norte, Ceará e Piauí. Vários trabalhos utilizando GPR para o estudo de geometrias internas de depósitos arenosos, incluindo-se dunas costeiras, têm sido reportados nos últimos anos (Harari, 1996; Bristow et al., 2000; Neal & Roberts, 2001; Gandolfo et al., 2001; Neal et al., 2002). No nordeste do Brasil esta técnica foi utilizada para imagear depósitos sedimentares recentes e antigos (e.g., Menezes & Lima-Filho, 2001; Lima-Filho et al., 2002; Polleto et al., 2002; Reyes-Péres et al., 2003 e 2004; Araújo, 2004; Menezes 2004, dentre outros). A alta resistividade de areias eólicas facilita a penetração das ondas eletromagnéticas, emitidas pelo GPR, favorecendo a observação das estruturas sedimentares e da geometria de dunas. Nas dunas de deflação a ausência de vegetação também favorece a aquisição dos dados. Este trabalho tem como objetivo principal a identificação das geometrias internas 2D de uma duna de deflação encontrada no campo de dunas na praia de Cacimbinhas, de forma que possa ser montada sua arquitetura deposicional, dando subsídio para criação de um modelo que melhor represente as dunas de deflação. Foram identificados refletores interpretados como superfícies limitantes que permitiram a identificação de diferentes gerações de dunas e de outros depósitos normalmente associados. Os dados aqui apresentados possibilitam interpretações quanto à geometria, aos tipos de depósitos que caracterizam a duna de deflação, das rochas sotopostas, além de contribuir para o um melhor entendimento do padrão de empilhamento (geometria deposicional) dos corpos dunares na região. 2. Localização da área A área onde foi realizado o trabalho localizase no município de Tibau do Sul, litoral suloriental do Estado do Rio Grande do Norte, e compreende um campo de dunas situado na praia

Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... de Cacimbinhas. O acesso ao local pode ser feito, partindo de Natal, pela rodovia federal BR-101 até o município de Goianinha. Nesta cidade, toma-se a rodovia estadual RN-003, até a sede do município de Tibau do Sul. A praia de Cacimbinhas está situada no limite sul da zona urbana do município (Fig. 1). 3. Geologia local O arcabouço estratigráfico da área pode ser sintetizado pelas unidades: Formação Barreiras, Formação Potengi e os campos de dunas. Os litótipos da Formação Barreiras são encontrados, freqüentemente, na forma de falésias vivas, dispostas pela linha de costa por quase toda a região (Fig. 2). Ocorrem como lamitos, arenitos e conglomerados, com boa continuidade lateral, apresentando coloração geral avermelhada, com geometria em forma de cunha. Foram interpretados por Moura (2004) como prováveis depósitos de leques aluviais. As denominadas Coberturas Supra Barreiras (Moreira, 1994) são localmente representadas pela Formação Potengi e por Campos de Dunas. Os litótipos da Formação Potengí (Fig. 3) são encontrados como pacotes maciços de arenitos avermelhados, com seixos e grânulos dispersos, não sendo observadas estruturas sedimentares primárias ou secundárias. Da mesma forma que as rochas da Formação Barreiras, são também cortadas por diáclases e falhas transcorrentes, com componente vertical. Apresentam coloração avermelhada ou cinza, com 101 Fig. 1. Localização da área de trabalho: a) localização da área estudada do estado do Rio Grande do Norte; b) vista aérea do município de Tibau do Sul e da praia de Cacimbinhas; c) Campo de dunas, a região de blowout e a linha onde foi realizada a perfilagem com GPR, destacada pela linha pontilhada.

102 Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... Fig. 2. Vista frontal da escarpa da Formação Barreiras, da Formação Potengi e de parte do campo de dunas, em frente à área de estudo. Fig. 3. Vista geral das rochas da Formação Potengi, capeando as falésias vivas da Formação Barreiras, na praia de Cacimbinhas. grânulos e seixos de quartzo dispersos aleatoriamente em uma matriz arenosa, incipientemente cimentada por óxido de ferro. As dunas encontradas na área (Fig. 4) pertencem a campos de dunas fixados pela vegetação e constituem-se em cordões finos e alongados, dispostos obliquamente à linha de costa. Os corredores de vento e as dunas de deflação são frequentemente encontradas nos campos de dunas desta região. Apresentam-se alongados na direção SE-NW, indicando o sentido predominante de atuação dos ventos. 4. O método GPR O método GPR consiste numa técnica que utiliza ondas eletromagnéticas (EM) repetidamen-

Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... 103 Fig. 4. Corredor de vento onde foi realizada a perfilagem com GPR. Percebe-se a presença de marcas onduladas (A), shadow dunes (B) e da vegetação (C), que protege os flancos das antigas dunas da ação erosiva do vento. te radiadas para o interior da Terra por meio de uma antena transmissora colocada na superfície (Annan, 2001). A propagação do sinal eletromagnético depende da freqüência do sinal transmitido e das propriedades elétricas das camadas a serem atravessadas (Neal et al., 2002). As mudanças de tais propriedades, em subsuperfície, fazem com que parte do sinal seja refletido ou refratado. As ondas de radar refletidas e difratadas em subsuperfície são recebidas por uma segunda antena que compõem o conjunto, denominada de antena receptora, também acoplada na superfície do terreno. A energia refletida é registrada em função do tempo de percurso (tempo duplo), amplificada e gravada para, posteriormente, ser processada (Fig. 5). Neste trabalho, foi utilizado o equipamento RAMAC/GPR da MALA GeoScience, que é composto por uma unidade de controle UC II, antenas de 25, 50, 100 e 200 MHz, seis baterias, um odômetro, um transmissor e um receptor eletrônico. Durante a aquisição dos dados, empregou-se o software GroundVision versão 1.3.5, e para o levantamento altimétrico (correção topográfica), uma Estação Total 3305DR da Trimble. 5. Levantamento geofísico com GPR A extensão total da seção GPR foi de 635 m e a antena utilizada foi de 200 MHz, que permitiu investigação de mais de 10 m de profundidade com boa resolução. Na aquisição as antenas foram presas a um trenó (Fig. 6), com o objetivo de facilitar o transporte do equipamento no campo. Os parâmetros de aquisição utilizados foram: aquisição no modo contínuo, com espaçamento de 20 cm e empilhamento de 64 vezes. A janela de tempo foi de 228 ns, com freqüência de amostragem de 2247 MHz. O número de amostragem foi de 512. Para o processamento dos dados, foram empregados os softwares GRADIX 1.1.1 e RADAN 4.0. Primeiramente, foi aplicado o drift removal que tem como função alinhar os traços do radargrama (com gaps ou falhas), no software GRADIX; posteriormente, no software RADAN, foram seguidos os seguintes comandos: (i) File Header com devido ajustamento da antena, extensão do perfil, constante dielétrica e número de scan/m (espaçamento de aquisição dos dados); (ii) Edit Markers para editar o valor da distância

104 Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... Fig. 6. Levantamento geofísico realizado na praia de Cacimbinhas. Nota-se em primeiro plano o equipamento de GPR em aquisição de dados. Ao fundo percebe-se a Estação Total, utilizada para o levantamento altimétrico. Fig. 5. Modelo esquemático da disposição dos equipamentos que compõem o sistema de GPR utilizado nesta pesquisa. referente à primeira e última amostragem (sample); (iii) Distance Normalization para normalizar a distância do radargrama segundo a edição realizada no comando anterior; (iv) Position Correction para a correção do tempo zero; (v) a função scope para a visualização de todo o espectro; (vi) FIR Filter como filtragem passa-banda (passa baixa e passa alta) e remoção do background (retirada da linha aérea, onde parte da mesma pode ser deixada para servir de linha-guia), este comando tende a ressaltar refletores inclinados com a atenuação de refletores horizontalizados, e (vii) Range Gain para adicionar ganho ao sinal. Por fim, foi efetuada a correção topográfica no software GRADIX, utilizando os comandos elevation, para importar arquivos de dados em formato XYZ, com os dados de posicionamento e topográficos, e elevation statics, para efetivar a correção a partir dos arquivos já importados. 6. Descrição das radarfácies e superfícies limitantes O radargrama obtido neste levantamento mostrou-se de boa qualidade, favorecendo a interpretação do significado geológico dos seus refletores. O maior desafio foi encontrar uma forma adequada para representar graficamente os 635 m perfilados, numa escala conveniente ao formato da revista, sem que houvesse perda acentuada da qualidade da linha de GPR adquirida. Nas Figuras 7 e 8 é apresentado o radargrama, em tons de cinza, com zoom nos principais refletores. Abaixo são expostas as interpretações do perfil GPR, onde foi possível observar conjuntos de refletores com geometria similar separados por superfícies limitantes. Estes conjuntos foram agrupados em 4 radarfácies. A radarfácies 1 corresponde a um conjunto de refletores planos, horizontais, com terminações em onlap sobre uma superfície interpretada como de 1º ordem. Esta radarfácies ocorre apenas no início do perfil levantado, onde seus refletores basais fazem

Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... 105 Fig. 7. Radargrama gerado a partir da Sondagem com GPR no campo de dunas da praia de Cacimbinhas. Em destaque, percebem-se as superfícies limitantes de 1 e 4 ordens, juntamente com as radarfácies visualizadas no perfil (identificadas pela numeração). Logo abaixo, verifica-se a interpretação do radargrama.

106 Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... Fig. 8. Radargrama obtido com a perfilagem com GPR na praia de Cacimbinhas, em destaque, as superfícies limitantes de 2ª e 4ª ordens, na interpretação do radargrama, logo abaixo. Percebe-se, ainda em destaque, as radarfácies 3 e 4, identificadas pela numeração.

Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... contato direto com os depósitos identificados como pertencentes a Formação Barreiras. Na Figura 7 é apresentado, no canto esquerdo do perfil, um detalhamento do local onde esta radarfácies foi identificada, destacando sua geometria e suas terminações com as superfícies limitantes. A radarfácies 2 ocorre lateralmente à radarfácies 1, separadas por uma superfície limitante de 1º ordem (Fig. 7). O padrão dos refletores é ondulado com abundantes hipérboles. Nesta porção do perfil, verifica-se uma atenuação do sinal, que pode estar associada à presença de argila orgânica. Em decorrência desta ausência de refletores, foi perfurado um poço raso, permitindo a coleta de material para análise. Em laboratório, observou-se que o material amostrado corresponde a depósitos areno-argilosos com abundancia de matéria orgânica. A radarfácies 3 caracteriza-se por refletores nítidos, inclinados, com grupos de mesmo mergulho, que representam estratificações cruzadas de grande porte (Figs. 7 e 8). Na porção central do perfil, são identificados refletores mais fortes, interpretados como superfícies de 3º ordem, possivelmente destacadas pelo maior acúmulo de minerais pesados. A radarfácies 4, identificada no extremo noroeste do perfil (Fig. 8), é marcada por refletores inclinados, com mergulhos suaves. Encontra-se separada da radarfácies 3 por uma superfície limitante de 2 ordem. Estes refletores representam estratificações cruzadas de baixo ângulo. 7. Interpretação dos dados Uma vez descritas as radarfácies e delimitadas as superfícies limitantes, pôde-se montar sua arquitetura deposicional e associar as fácies sedimentares às respectivas radarfácies e montar um arcabouço cronoestratigráfico para os depósitos estudados. A radarfácies 1 foi interpretada como depósitos de extra-dunas ou lençóis de areia (sand sheet), devido à geometria tabular dos seus estratos, a presença de laminação transladante subcrítica e por se situar numa zona de by pass de areia de praia em direção a duna de deflação. Em campo, é observado que estes depósitos estão posicionados imediatamente sobre as rochas das formações Barreiras e Potengi. A radarfácies 2 caracteriza-se por apresentar poucos refletores de significado geológico, possivelmente devido a atenuação do pulso de GPR pela presença de argila e matéria orgânica. Foi interpretada como um depósito de interduna molhada (Fig. 7). É notável a abundância de hipérboles nesta radarfácies, provavelmente causada pela presença de galhos e troncos de árvores soterradas. A radarfácies 3 foi interpretada como depósitos de dunas eólicas, cujas superfícies de 2º e 3º ordem separam diferentes gerações de dunas, evidenciando reativações durante a evolução deste sistema. As reativações podem estar associadas a mudanças do regime eólico na região ou no suprimento sedimentar. Estas dunas podem ser classificadas como dunas de deflação, por estarem associadas ao retrabalhamento dos muros erosionais das dunas mais antigas que margeiam o corredor de vento e apesentarem-se como um prolongamento do corredor de vento. A radarfácies 4 é composta basicamente por refletores planos e horizontalizados, com geometria ligeiramente tabular, que provavelmente representam conjuntos (sets) de estratificações cruzadas de baixo ângulo. Esta radarfácies pode ser considerada como resultante de processos de migração de corpos arenosos de grande comprimento de onda e baixa amplitude (megaondulações) que se desenvolvem na porção superior do dorso das dunas (barlavento), retrabalhando as porções mais inferiores da própria duna de deflação (radarfácies 3). 8. Considerações finais O GPR mostra-se um importante aliado para auxiliar os trabalhos estratigráficos de alta resolução em dunas eólicas por permitir a identificação de suas geometrias deposicionais, conforme já apontado por Harari (1996), Bristow et al. (2000), Neal & Roberts (2001), Gandolfo et al. (2001), Neal et al. (2002), Bristow e Jol (2003) e Botha et al. (2003). O GPR também pode ter 107

108 Moura et al., Levantamento geofísico com GPR em um campo de dunas eólicas... importância fundamental na definição de estratégias para realização de campanhas de datação absoluta, pois os dados adquiridos permitem a identificação de superfícies de reativações e de diferentes gerações destes depósitos eólicos. Permitindo, desta forma, a definição do local e profundidade onde as amostras devem ser coletadas. Desta forma, as idades obtidas poderão ter seu significado geológico mais facilmente compreendido e montado um modelo que represente mais fielmente a evolução dos depósitos eólicos estudados. Referências Bibliográficas Annan, A.P., 2001, Ground Penetrating Radar: Workshop Notes. Mississauga, Ontario - L4W 3R7 Canadá. Araújo V.D., 2004, Mapeamento geológico de uma área entre Natal e Nísia Floresta-RN, com ênfase na geometria de depósitos eólicos. Relatório de Graduação, UFRN, Natal, 90p. 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