Casos de contaminação de aquíferos fraturados são bastante complexos, tendo em vista a heterogeneidade das redes de fraturas, e no geral, sua investigação demanda a utilização de técnicas pouco usuais, como por exemplo o imageamento acústico e a perfilagem de velocidade de fluxo de água. Na área de estudo, localizada em Valinhos/SP, o uso inadequado de solventes organoclorados no passado ocasionou a contaminação do aquífero raso em duas áreas, e o aparecimento de concentrações no aquifero profundo levaram a condução do atual trabalho, que teve como principal objetivo a elaboração de um modelo conceitual de fluxo de água e transporte de contaminantes no aquífero cristalino. Previamente à investigação do aquífero fraturado, foi realizada uma análise de trabalhos existentes, incluindo a interpretação de lineamentos, levantamentos geológicos além de perfilagens geofísicas de superfície. Em cada área investigada, foi realizada a perfuração de um poço profundo e aplicadas as técnicas de perfilagens de raios gama, cáliper, flowmeter, imageamento acústico, além da filmagem do poço e realização de ensaios hidráulicos nos dois pontos perfurados. Para caracterização química do aquífero fraturado, foram realizadas coletas de água subterrânea em intervalos selecionados com a utilização de obturadores pneumáticos. As cargas hidráulicas medidas durante a amostragem também auxiliaram no entendimento da direção do fluxo de água. O aquífero cristalino é formado por rochas gnáissicas e se encontra bastante fraturado e intemperizado, principalmente na porção superficial da rocha (até aproximadamente 65,0 m) onde as maiores velocidades de fluxo de água também foram observadas. A rocha sã possui uma menor densidade de fraturas e predominância de minerais mais claros. As fraturas de baixo a médio angulo de mergulho (Grupo 1) são as mais frequentes em ambas as perfurações e possuem direção principal N-S a NE-SW. São observadas, no geral, exercendo grande influência sobre o fluxo de água, principalmente na porção alterada do gnaisse. Fraturas com ângulo elevado de mergulho, classificadas como Grupo 2 (paralelas à foliação) e Grupo 3 (direção NW à W), são também observadas ao longo de toda a perfuração estabelecendo a conexão hidráulica entre as fraturas do Grupo 1. Em menor proporção, são ainda verificadas fraturas com ângulos de mergulho >40 ° pertencente aos Grupos 4 (NE-SW), 5 (E-W), 6 (NW-SE) e 7 (E-W). O fluxo de água subterrânea se mostrou descendente na porção superior da rocha alterada e ascendente na porção mais profunda, possivelmente direcionando a água subterrânea para a região de transição da rocha mais alterada para a rocha sã (entre 61 a 65 m de profundidade). Apesar do fluxo ascendente em profundidade, o bombeamento de poços tubulares existentes no entorno ao longo dos anos, favoreceu a migração dos contaminantes para porções mais profundas. Os contaminantes observados no poço tubular P6 possuem maior semelhança com os contaminantes observados na Área 2, e ambos estão localizados entre lineamentos NW-SE, indicando uma possível influência dos lineamentos no controle sobre o fluxo de água. No entanto, para entendimento do transporte dos contaminantes em área, é necessário um adensamento da rede de monitoramento, levando em consideração a heterogeneidade do meio e as incertezas relacionadas à extrapolação dos dados para áreas não investigadas. / Cases of contamination in fracture aquifers are complex, given the heterogeneity of the fractures network and the common requirement of unusual techniques for investigation, such as the acoustic imaging and water flow velocity profile. In the study area, located in Valinhos / SP, the inappropriate use of organochlorine solvents in the past caused the contamination of the shallow aquifer in two areas, and the appearance of concentrations in the deep aquifer, lead to the current work, whose main goal was the development of a conceptual model of groundwater flow and contaminants transport in the crystalline aquifer. An analysis of pre-existing works, including the interpretation of lineaments, geological surveys as well as surface geophysical profiling, was conducted previously the investigation of fractured aquifer. A deep well was drilled in each area and applied the profiling methods gamma ray, caliper, flowmeter and acoustic imaging, as well as filming the wells and conducting hydraulic tests in two drillings. For chemical characterization of the fractured aquifer, groundwater sampling were collected at selected intervals with the use of pneumatic packers. Hydraulic heads measured during sampling also helped in understanding the direction of water flow. The crystalline aquifer is consisted by a fractured and weathered gneissic rock, especially in the upper portion of the rock (up to approximately 65.0 m) where higher water flow rates were observed. The fresh rock has a lower fracture density and predominantly lighter minerals. Fractures of low to medium dip angle (Group 1) are the most frequent in both boreholes. Their main direction is N-S to NE-SW, and they are in general, exerting great influence on the water flow, especially in the weathered portion of the gneiss. Fractures with high dip angle classified as Group 2 (parallel to foliation) and Group 3 (direction NW to W) are also observed throughout the drillings, establishing the hydraulic connection between the fractures from Group 1. At a lower frequency, fractures with dip angles >40 °, classified as groups 4 (direction NE-SW), 5 (E-W), 6 (NW-SE) and 7 (E-W), are verified. The water flow was downgradient in the surficial weathered portion of the rock, and upgradient in the deepest portion, probably directing the water flow to the transition portion of altered rock for the fresh rock (between 61 to 65 m in depth). Despite the upward flow in higher depth, pumping existing wells in the vicinity over the years favored the migration of contaminants into deeper portions of que aquifer. The compounds observed in the tubular well P6 have a greater resemblance to the contaminants observed in Area 2, and both are located between NW-SE lineaments, indicating a possible influence on control over the water flow and contaminant transport. However, a dense of monitoring network is necessary to understand the transport of contaminants in the study area, for which should be considered the proposed objectives, and taken into account the heterogeneity of the environment and the uncertainties related to extrapolation of data to non-investigated areas.

A arte de dimensionar pilares em minas subterrâneas de carvão tem sido objeto de pesquisa há mais de 100 anos no mundo inteiro. A maioria dos métodos de dimensionamento de pilares para a lavra segundo o método \"câmara e pilares\" se vale de parâmetros de resistência e geométricos das camadas de carvão. A resistência in situ da camada de carvão (S1) é um desses parâmetros. No Brasil, na Bacia Carbonífera Sul-Catarinense, uma nova camada de carvão, a Bonito, passou a ser minerada em volume considerável a partir da década de 1990. A sua resistência in situ ainda hoje é uma incógnita. Tendo como campo experimental a camada de carvão Bonito presente na mina Fontanella, no município de Treviso - SC, foram desenvolvidos diferentes estudos de laboratório e em subsolo, visando à caracterização mecânica, estrutural e geofísica dessa camada. Adicionalmente, foram realizadas investigações sobre uma segunda camada de carvão, a Irapuá, já relativamente conhecida, presente em outras duas minas na mesma bacia carbonífera. Os estudos realizados serviram de base para a proposição de uma nova metodologia para a estimativa da resistência à compressão uniaxial in situ de camadas de carvão (S1), levando em consideração a resistência de laboratório e informações geofísicas de laboratório e in situ. Com o uso da nova metodologia, são propostos valores de resistência à compressão uniaxial in situ da camada de carvão Bonito, para diferentes condições geológico-estruturais observadas na mina Fontanella, e para a camada Irapuá, nas minas Morozini Norte e Santa Augusta Norte. / Researchers in all over the world have spent a lot of time in developing techniques for pillar design in coal underground mines that use room and pillar method. Almost all the available methods are based on strength and geometric parameters of the coal seam. One of the most important is the coal seam in situ strength (S1). In Brazil, at Sul-Catarinense Carboniferous basin, a new coal seam (Bonito seam) is being mined since the last decade. Many instability problems have occured during mining. The coal seam strength is not very well known so far. Using the Bonito seam present at Fontanella mine in Treviso - SC, different studies were performed in laboratory and in situ. In adition, another coal seam, Irapuá, was also studied. The compilation of data at different sites was used to propose a new approach to estimates of the in situ uniaxial compressive strength of coal seams (S1) using three parameters. The uniaxial compressive strength and compressional wave ultra sonic velocity are determined in laboratory using small samples, while seismic velocity is measured in large scale conditions directly at the coal seam in situ. Using the new approach, values for in situ strength at Fontanella mine are proposed and also for two mines at Irapuá coal seam, Morozini Norte and Santa Augusta Norte.

Ao redor do canal de Jurubatuba, no município de São Paulo, a água subterrânea do Aquífero Cristalino apresentou elevadas concentrações de Compostos Orgânicos Voláteis (VOC), levando à proibição do seu uso nessa região. No Brasil, são raros os estudos sobre áreas intensamente contaminadas, principalmente, em meios heterogêneos como os aquíferos fraturados. Nesse contexto, o presente trabalho foi realizado com o objetivo de elaborar um modelo conceitual da rede de fraturas, indicando os caminhos preferênciaisda água subterrânea.Uma detalhada investigação da geologia estrutural foi realizada, a partir dos seguintes métodos: 1) análise de lineamentos traçados em escala local e regional; 2) levantamento de fraturas, segundo scanlinese pontos, em afloramentos; 3) aplicação conjunta de diferentes perfilagens geofísicas (cáliper, radiação gama, temperatura, condutividade elétrica, imageamento óptico e acústico - OTV e ATV - e flowmeter) em quatro poços profundos;. Os resultados estruturais obtidos, levaram à caracterização dos principais grupos de fraturas, quanto às suas direções, mergulhos, comprimentos e espaçamentos. Foi verificado que os principais grupos de fraturas identificados nos poços, podem ser correlacionados com os grupos identificados nos afloramentos. Foram eles: (1) NW a NNW, subvertical;(2) E-W a ENE, subvertical; (3) NE, subvertical; (4) E-W a WNW, com mergulho entre 30° e 60°; (5) NNE e NE, com mergulho entre 10° e 40°. As fraturas NW, bastante frequentes nos afloramentos, foram subamostradas nos poços, onde, por sua vez, predominam as fraturas NNW. Outra diferença foi observada com relação ao grupo NNE e NE de baixo ângulo de mergulho, que enquanto nos poços as fraturas estão muitas vezes associado à foliação, nos afloramentos esta associação não ocorre. Os espaçamentos obtidos nos afloramentos para os grupos subverticais e de médio ângulo são mais representativos do que aqueles obtidos através das perfilagens. No entanto, o oposto ocorre para o grupo de baixo ângulo.Os grupos foram ordenados em ordem decrescente de espaçamento daseguinte forma: NNE a NE/ baixo ângulo, E-W a ENE/vertical, NW a NNW/vertical, E-W a WNW/médio e NE/vertical. Os grupos também foram classificados de acordo com a sua importância para o fluxo, sendo que: o grupo E-W a WNW e mergulho médio, apresentou menor importância; os três grupos subverticais (E-W a ENE, NE e NW a NNW) apresentaram importância intermediária, não sendo possível identificar a hierarquia entre eles; e o grupo de direção NNE a NE e baixo ou médio ângulo, com a maior importância. As de baixo ângulo são compatíveis com um dos camposde esforços atuais proposto pela literatura, tendo \'sigma\'1 de direção NE em regime compressivo, ou seja, com \'sigma\'3 vertical. / In the surroundings of the Jurubatuba channel, São Paulo, the ground water of the Crystalline Aquifer has elevated concentrations of VolatileOrganic Compounds (VOC), which led to its prohibition to usage. In Brazil, the studies about highly contaminated areas are scarce, and especially in heterogeneous environments like the fractured aquifers. Therefore, in this context, this work\'s main purpose is to elaborate a conceptual model of the fracture net in the Crystalline Aquifer, indicating the preferential ways of ground water flow and, consequently, of its contaminants. A detailed investigation of the structural geologyof the area was conducted, using the following methods: 1)analysis of lineaments in local and regional scale; 2) measurements of fractures in outcrops utilizing scanlinesand observation points; 3) integrated geophysical logging (calipers, gamma radiation, temperature, electrical conductivity, optical and acoustic imaging - OTV and ATV - and flowmeter) in four deep wells. The results obtained led to the characterization of strike, dip, length and spacing of all fractures and its subsequent division in groups. The main fracture groups identified in the wells can be correlated to the ones observed in the outcrops. The groups are: (1) NW to NNW, subvertical; (2) E-W to ENE, subvertical; (3) NE, subvertical; (4) E-W to WNW, with dips between 30º and 60º; (5) NNE and NE, with dips between 10ºand 40º. The fractures with direction NW, which are very common in outcrops, were subsampled in the wells - dominated by fractures NNW. Another difference observed was related to the low dip NNE and NE fractures; in the wells it is clear thatthey are associated with the rock foliation, but they don\'t occur in outcrops. The spacing obtained for the subvertical and medium angle groups in outcrops are more representative than the ones obtained through logging. However, the opposite is observed for the low angle group. The groups were then ordered following the spacing criteria. They are, in a decrescent order: NNE to NE/low angle, E-W to ENE/vertical, NW to NNW/vertical,E-W to WNW/medium angle and NE/vertical. The groups were also classified according to its importance of flow path, being: group E-W to WNW/medium dip was the least importance; the three subvertical groups had intermediate importance - not being possible to hierarchize between them; the most important group is NNE to NE and low to medium dip angle. This result is in agreement with one of the stress fields proposedin the literature, \'sigma\'1 with NE direction and in a compressive regimen, where the fractures that favor the flow are of low angle.

A água subterrânea abastece grande parte da população e sua contaminação é assunto de interesse público. Os postos de combustíveis são fontes potenciais de contaminação, devido à sua extensa malha de distribuição e pelo armazenamento de produto ser predominantemente subterrâneo. Dentre os métodos para detecção de hidrocarbonetos, os geofísicos proporcionam investigação em maiores extensões, com mais rapidez e menor custo. Este estudo apresenta os resultados de quatro métodos geofísicos (eletrorresistividade, polarização induzida, georradar e eletromagnético EM-34) na investigação de dois perfis a jusante de um posto de combustível com histórico de vazamento. Os objetivos foram de detectar a pluma de contaminação e identificar qual dos métodos apresenta os melhores resultados nesta situação. A eletrorresistividade apresentou a melhor correlação com a zona contaminada e com as análises químicas. Os dados da polarização induzida também se relacionaram com a pluma. Os valores do sistema EM-34 ficaram aquém das expectativas. Os do georradar não possibilitaram nenhuma correlação com o substrato contaminado, certamente devido a pouca profundidade de penetração. Foi constatado que a contaminação por hidrocarbonetos não oferece assinatura geoelétrica previsível, devido às condições dinâmicas do campo e suas inter-relações. Enquanto muitos trabalhos associam baixas resistividades aos vazamentos antigos, outros trabalhos mostram o inverso. Neste estudo, a anomalia encontrada apresentou alta resistividade associada às cargabilidades mais altas. / A large portion of the population is supplied with groundwater, and this is a matter of public interest. Gas stations are potential sources of contamination for its extensive distribution network and for the underground storage. Among the existing methods for hydrocarbon detection, the geophysical ones provide a larger range, faster results at smaller costs. This work presents the results of four geophysical methods (electrical resistivity, induced polarization, ground penetrating radar and electromagnetic EM-34) applied to the study of two profiles downwards of a leaking gas station. The objectives were detecting the contamination plume and identify which of the methods employed presents the best results on this site. The electrical resistivity method presented the best correlation with the contaminated zone and chemical analysis. The results of the induced polarization were also associated with the contamination plume. Values obtained with the EM-34 didn?t fulfill the expectations. GPR data didn?t correlate with the contaminated substrate, certainly due to the shallow penetration depth. It was observed that the hydrocarbon contamination does not offer a predictable geoelectrical signature, due to the dynamic conditions of the field and its inter relations. Whilst several paper associate low resistivities to older leakages, in other papers it was found the opposite. In this case study, the anomaly has shown characteristics of high resistivity associated to higher chargeabilities.

Araguainha é a maior e mais bem exposta cratera complexa da América do Sul, formada em sedimentos horizontais da Bacia do Paraná. Sua portentosa estrutura com aproximados 40 km de diâmetro e 25 km de cavidade transiente revela um contraste negativo de densidade e susceptibilidade magnética na região do soerguimento central. Esta feição permite inferir um limite de propriedade física entre o Núcleo Central Soerguido (NCS) e o Embasamento Granítico Soerguido (EGS), que por sua vez apresenta baixa razão de Koenigsberger. A caracterização geofísica de Araguainha é sustentada por modelamento 2,5D com base em informações gravimétricas, aeromagnéticas e magnéticas terrestres, o que permite classificá-la como uma estrutura concêntrica e simétrica, com profundidade média do embasamento a 1,0 km, exceto para a borda sul, que apresenta soerguimento mais acentuado. A interface embasamento/sedimento é seccionada por pares espelhados de falhas radiais que surgem no estágio de modificação da cratera. Estas estruturas rúpteis conferem as maiores profundidades à região da bacia anelar e promovem constricção dos sedimentos com tensão horizontal radial. A observação e interpretação destas deformações permitem caracterizar Araguainha como uma estrutura de impacto de domínio rúptil-dúctil. / Araguainha is the largest and the best-exposed complex crater of South America, formed in horizontal sediments of the Paraná Basin. Its portentous structure with 40 km in diameter and 25 km of transient cavity reveals a negative contrast of density and magnetic susceptibility in the central uplift. That feature allows to infer a limit of physical property between the uplifted central core and the uplifted granite basement, which shows a low Konigsberger?s ratio. The geophysical characterization of Araguainha is sustained by 2,5D modeling with gravity, aeromagnetic, and ground magnetic information and It allows to classify it as a concentric, symmetrical structure, with average basement depth of 1.0 km, except in the southern rim, that shows a bigger uplift. The basement/sediment interface is cut by specular pairs of radial faults that appears in the modification stage of the crater. These brittle structures are responsible for the biggest depths in the annular basin region, and they promote a sediment constriction with horizontal radial tension. The observation and interpretation of these deformations allow to characterize Araguainha as an impact brittle-ductile domain structure.

Um método para a detecção automática de tipos litológicos e contato entre camadas foi desenvolvido através de uma combinação de análise estatística de um conjunto de perfis geofísicos de poços convencionais, calibrado por descrições sistemáticas de testemunhos. O objetivo deste projeto é permitir a integração de dados de rocha em modelos de reservatório. Os testemunhos são descritos com o suporte de um sistema de nomenclatura baseado em ontologias que formaliza extensamente uma grande gama de atributos de rocha. As descrições são armazenadas em um banco de dados relacional junto com dados de perfis de poço convencionais de cada poço analisado. Esta estrutura permite definir protótipos de valores de perfil combinados para cada litologia reconhecida através do cálculo de média e dos valores de variância e covariância dos valores medidos por cada ferramenta de perfilagem para cada litologia descrita nos testemunhos. O algoritmo estatístico é capaz de aprender com cada novo testemunho e valor de log adicionado ao banco de dados, refinando progressivamente a identificação litológica. A detecção de contatos litológicos é realizada através da suavização de cada um dos perfis através da aplicação de duas médias móveis de diferentes tamanhos em cada um dos perfis. Os resultados de cada par de perfis suavizados são comparados, e as posições onde as linhas se cruzam definem profundidades onde ocorrem mudanças bruscas no valor do perfil, indicando uma potencial mudança de litologia. Os resultados da aplicação desse método em cada um dos perfis são então unificados em uma única avaliação de limites litológicos Os valores de média e variância-covariância derivados da correlação entre testemunhos e perfis são então utilizados na construção de uma distribuição gaussiana n-dimensional para cada uma das litologias reconhecidas. Neste ponto, probabilidades a priori também são calculadas para cada litologia. Estas distribuições são comparadas contra cada um dos intervalos litológicos previamente detectados por meio de uma função densidade de probabilidade, avaliando o quão perto o intervalo está de cada litologia e permitindo a atribuição de um tipo litológico para cada intervalo. O método desenvolvido foi testado em um grupo de poços da bacia de Sergipe- Alagoas, e a precisão da predição atingida durante os testes mostra-se superior a algoritmos clássicos de reconhecimento de padrões como redes neurais e classificadores KNN. O método desenvolvido foi então combinado com estes métodos clássicos em um sistema multi-agentes. Os resultados mostram um potencial significante para aplicação operacional efetiva na construção de modelos geológicos para a exploração e desenvolvimento de áreas com grande volume de dados de perfil e intervalos testemunhados. / A method for the automatic detection of lithological types and layer contacts was developed through the combined statistical analysis of a suite of conventional wireline logs, calibrated by the systematic description of cores. The intent of this project is to allow the integration of rock data into reservoir models. The cores are described with support of an ontology-based nomenclature system that extensively formalizes a large set of attributes of the rocks, including lithology, texture, primary and diagenetic composition and depositional, diagenetic and deformational structures. The descriptions are stored in a relational database along with the records of conventional wireline logs (gamma ray, resistivity, density, neutrons, sonic) of each analyzed well. This structure allows defining prototypes of combined log values for each lithology recognized, by calculating the mean and the variance-covariance values measured by each log tool for each of the lithologies described in the cores. The statistical algorithm is able to learn with each addition of described and logged core interval, in order to progressively refine the automatic lithological identification. The detection of lithological contacts is performed through the smoothing of each of the logs by the application of two moving means with different window sizes. The results of each pair of smoothed logs are compared, and the places where the lines cross define the locations where there are abrupt shifts in the values of each log, therefore potentially indicating a change of lithology. The results from applying this method to each log are then unified in a single assessment of lithological boundaries The mean and variance-covariance data derived from the core samples is then used to build an n-dimensional gaussian distribution for each of the lithologies recognized. At this point, Bayesian priors are also calculated for each lithology. These distributions are checked against each of the previously detected lithological intervals by means of a probability density function, evaluating how close the interval is to each lithology prototype and allowing the assignment of a lithological type to each interval. The developed method was tested in a set of wells in the Sergipe-Alagoas basin and the prediction accuracy achieved during testing is superior to classic pattern recognition methods such as neural networks and KNN classifiers. The method was then combined with neural networks and KNN classifiers into a multi-agent system. The results show significant potential for effective operational application to the construction of geological models for the exploration and development of areas with large volume of conventional wireline log data and representative cored intervals.

The first part of this thesis investigates the mixing of ambient fluid into axisymmetric high Reynolds number gravity currents. A series of laboratory experiments were conducted in which small scale gravity currents travelled along a wedge shaped channel with an increasing width in the downstream direction. The channel was filled with fresh water and the current was generated using saline solution introduced either by a rapid release of a known finite volume from behind a lock gate or by pumping at a constant rate into the apex of the channel. The distribution and evolution of the density of the flow with distance downstream was measured using a light attenuation technique. Additional experiments were performed by injecting parcels of dye in different regions of the flow in order to visualise the motion of fluid in and surrounding the gravity current. Unlike currents introduced by the release of a finite volume of fluid, where most mixing occurs in the head of the flow, currents produced from a steady source develop a steady tail region behind the front which is also found to entrain a significant amount of ambient fluid. In both types of current, we estimate the fraction of displaced ambient fluid that is entrained into the flow. We then derive a new class of self-similar solutions for gravity currents produced from a finite volume release of fluid. The second part of this thesis develops the experimental method of measuring mixing using light attenuation to investigate the mixing of liquid in a vertical conduit which results from a continuous stream of high Reynolds number gas bubbles. The experiments identify that the mixing in the wake of the bubbles leads to a net dispersive transport along the conduit. The process provides an explanation for the heat transfer within a volcanic conduit in the case of a gas-slug flow regime as occurs in the near surface region of volcanic conduits connected to surface lava lakes. We derive a theoretical model to estimate the heat flux associated with such a system using the empirical law for the dispersive mixing. The predicted heat flux associated with the bubbles is found to be comparable to the heat loss at the surface of lava lakes associated with radiative and convective heat loss. Given values for the gas flux, the lake area and the temperature at the surface of the lake, the model enables new predictions for the size of the volcanic conduit.

Resumo: A interpretação de perfis geofísicos e dados de poços constituiu importante ferramenta para o entendimento do arcabouço hidrogeológico da área do assentamento Margarida Alves, região oeste do Estado de São Paulo. Foram reconhecidas as formações Santo Anastácio e Caiuá, separadas por superfície de discordância regional evidenciada nos perfis geofísicos. As referidas formações constituem unidades aquíferas homônimas que representam o Sistema Aquífero Bauru, caracterizado na área como livre e multi-camadas. Essas unidades litoestratigráficas são constituídas por intercalações de camadas arenosas interdigitadas a camadas areno-siltosas e silto-arenosas, compondo corpos lenticulares de espessuras métrica a decamétrica de pequenas extensões laterais. Esses corpos estão arranjados em padrão de fining upward, sugerindo um ambiente deposicional fluvial. O fluxo regional é em direção SW e tem o ribeirão Nhancá como área de descarga. Na porção ocidental da área, foi identificado um aquífero freático suspenso com águas pouco mineralizadas e baixos teores de sólidos totais dissolvidos. As águas do Sistema Aquífero Bauru apresentam constituição química distintas. No Aquífero Santo Anastácio foram classificadas como bicarbonatadas magnesianas e no Aquífero Caiuá classificadas como bicarbonatadas cálcicas / Abstract: Geophysical logs and water well data constitute important tool for understanding the hydrogeologic framework of the Margarida Alves settlement, located in western Sao Paulo State. Two lithostratigraphic formations - Santo Anastácio and Caiuá - were recognized and they are separed by an unconformity surface. These formations are water-bearing units of the multi-layered Bauru Aquifer System (SAB). These lithostratigraphic units are composed of sandy layers intercalated with sandy-silty and silty-sand layers, forming lenticular bodies of metric to decametric thickeness with small lateral continuity. These bodies, as evidenced in well logs, are arranged in fining upward pattern, typical of fluvial depositional environment. The regional flow is directed SW and it discharge in the ribeirão Nhancá. In the western portion of the area a perched aquifer has been identified, bearing waters with low levels of total dissolved solids. Two distinct type of groundwater have been identified in the SAB, the Santo Anastácio aquifer is classified as bicarbonated-magnesian water and that of Caiuá Aquifer as bicarbonated-calcium rich waters / Orientador: Chang Hung Kiang / Coorientador: Flávio de Paula e Silva / Banca: Maria Antonieta Alcântara Mourão / Banca: Didier Gastmans / Mestre

Durante a fase de avaliação de jazidas de ferro, é importante determinar a densidade das formações geológicas em suas respectivas profundidades. Como uma alternativa prática para obter esta informação, testou-se a aplicação de perfilagem geofísica gamagama em furos de sondagem nos depósitos de Dois Irmãos e Maquiné, Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais – Brasil. O objetivo deste estudo foi investigar obtenção da densidade in situ do minério de ferro e encaixantes usando a técnica de perfilagem geofísica gama-gama. A utilidade desta técnica cresce quando a recuperação de testemunhos é deficiente ou inexistente, como ocorre em determinadas situações envolvendo minérios de ferro friáveis O equipamento de medida é constituído de uma fonte emissora de radiação gama e sensores de radiação, que são introduzidos em furos de sondagem. A radiação detectada pelos sensores permite estimar a densidade das rochas próximas ao sistema de medida. Comparações feitas entre densidades determinadas por análises de laboratório e densidades estimadas por perfilagem geofísica mostraram diferenças inferiores a 15%, em situações nas quais o diâmetro dos furos de sondagem manteve-se constante. / During the evaluation of iron deposits, it is important to determine the bulk density of geological formations at various depths. To put this issue in a practical way, we present the results of the application of wireline logging in Dois Irmãos and Maquiné deposits, Iron Quadrangle, Minas Gerais-Brazil. The aim of this study is to investigate the possibility of recording the in-situ densities of subsurface iron ore bodies and waste rock. The usefulness of this technique grows as the borehole core recovery is deficient or inexistent, as happens in certain situations involving friable iron ore. The measurement system is constituted of a gamma-ray source and three detectors mounted in a sonde which is lowered into a borehole and the gamma-rays are counted. In the following, this gamma-ray counting rate is transformed into density, supposing the calibration curve is a true exponential function and the densities come from core data. By comparing densities determined in laboratory and through the logs we have found differences below 15% supposing the borehole diameters are nearly constant.

The subject of this dissertation is use of computer models as data analysis tools in several different geoscience settings, including integrated surface water/groundwater modeling, tephra fallout modeling, geophysical inversion, and hydrothermal groundwater modeling. The dissertation is organized into three chapters, which correspond to three individual publication manuscripts. In the first chapter, a linear framework is developed to identify and estimate the potential predictive consequences of using a simple computer model as a data analysis tool. The framework is applied to a complex integrated surface-water/groundwater numerical model with thousands of parameters. Several types of predictions are evaluated, including particle travel time and surface-water/groundwater exchange volume. The analysis suggests that model simplifications have the potential to corrupt many types of predictions. The implementation of the inversion, including how the objective function is formulated, what minimum of the objective function value is acceptable, and how expert knowledge is enforced on parameters, can greatly influence the manifestation of model simplification. Depending on the prediction, failure to specifically address each of these important issues during inversion is shown to degrade the reliability of some predictions. In some instances, inversion is shown to increase, rather than decrease, the uncertainty of a prediction, which defeats the purpose of using a model as a data analysis tool. In the second chapter, an efficient inversion and uncertainty quantification approach is applied to a computer model of volcanic tephra transport and deposition. The computer model simulates many physical processes related to tephra transport and fallout. The utility of the approach is demonstrated for two eruption events. In both cases, the importance of uncertainty quantification is highlighted by exposing the variability in the conditioning provided by the observations used for inversion. The worth of different types of tephra data to reduce parameter uncertainty is evaluated, as is the importance of different observation error models. The analyses reveal the importance using tephra granulometry data for inversion, which results in reduced uncertainty for most eruption parameters. In the third chapter, geophysical inversion is combined with hydrothermal modeling to evaluate the enthalpy of an undeveloped geothermal resource in a pull-apart basin located in southeastern Armenia. A high-dimensional gravity inversion is used to define the depth to the contact between the lower-density valley fill sediments and the higher-density surrounding host rock. The inverted basin depth distribution was used to define the hydrostratigraphy for the coupled groundwater-flow and heat-transport model that simulates the circulation of hydrothermal fluids in the system. Evaluation of several different geothermal system configurations indicates that the most likely system configuration is a low-enthalpy, liquid-dominated geothermal system.