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Previous issue date: 2004-06-09 / Northeastern Brazil is mainly formed by crystalline terrains (around 60% in area). Moreover, this region presents a semi-arid climate so that it is periodically subject to drought seasons. Furthermore, ground water quality extracted fromwells usually presents poor quality because of their high salinity contents. Nevertheless, ground water is still a very important source of water for human and animal consumption in this region. Well sitting in hard rocks terrains in Northeastern Brazil offers a mean success index of aboul 60%, given that a successful siting is defined by a well producing at least 0.5 m?/h. This low index reveals lack of knowledga about the true conditions of storage and percolation of ground water in crystalline rocks. Two models for structures storing and producing ground water in crystalline rocks in Northeastem Brazil have been proposed in the literature. The first model,tradnionally used for well sitting since the sixties are controlled by faults or fractures zones. This model is commonly referred, in Brazilian hydrogeological literature, as the "creek-crack" model (riacho-fenda in Portuguese). Sites appearing to present dense drainage network are preferred for water well siting - particularly at points where the drainages cross-cul each other. Field follow up work is usually based only on geological criteria. The second model is the "eluvio-alluvial through" (calha eluvio-aluvionar in Portuguese); it is also described in the literature but it is not yet incorporated in well sitting practice. This model is based on the hypothesis that reclilinear drainages can also be controlled by the folietion of the rock. Eventually, depending upon the degree of weathering, a through-shaped structure filled with sediments (alluvium and regolith) can be developed which can store and water can be produced from. Using severalfield case studies, this Thesis presents a thorough analysis ofthe two above cited models and proposes a new model. The analysis is based on an integrated methodological approach using geophysics and structural geology. Both land (Resitiviy and Ground Penetrating Radar- GPR) and aerogeophysical (magnetics and frequency domain eletromagnetics) surveys were used. Slructural analysis emphasized neolectonic aspects; in general, itwas found that fractures in the E-W direction are relatively open, as compared to fracturas inthe N-S direction, probably because E-W fractures were opened by the neotectonic stress regime in Northeastern Brazil, which is controlled by E-W compression and N-S extension. The riacho-fenda model is valid where drainages are controlled by fractures. The degree of fracturing and associated weathering dictale the hydrogeological potential of the structure. Field work in structural analogues reveals that subvertical fractures show consistent directions both in outcrop and aerophotograph scales. Geophysical surveys reveal subvertical conductive anomalies associated to the fracture network controlling the drainage; one of the borders of the conductive anomaly usually coincide wih the drainage. An aspect of particular importance to the validation of fracture control are the possible presence of relalively deep conductive anomalies wihoul continuation or propagalion to the surface. The conductive nature of lhe anomaly is due to the presence of wealhered rock and sedirnenls (alluvium and/or regolilh) storing ground waler which occur associated to the fracture network. Magnetic surveys are not very sensisnive to these structures.lf soil or covering sedirnents are resislive (> 100 Ohm.m), GPR can ba used to image precisely lhe fracture network. A major limialion of riacho-fenda model, revealed by GPR images, is associated to the fact thal subhorizontal fractures do play a very important role in connecting the fracture network, besides connect shallow recharge zones to relalively deep subvertical frecture zones. Iffractures play just a secondary control on the drainage, however, r/acho-fenda model may have a very limiled validny; in these cases, large portions oflhe drainage do nol coincide wilh frectures and mosl oflhewells localed in lhe drainage surrounding would resull dry. Usually, a secondary conlrol on lhe drainage by Ihefraclure networkcan be revealed only wilh detailed geophysical survey. The calha elClv1o-aluvlonarmodel is valid where drainages are conlrolled by folialion. The degree 01 wealhering 01 lhe lolialion planes dictales lhe hydrogeological polenlial 01 lhe slruclure. Outcrop analysis reveals Ihal lolialion and drainage direclions are parallel and Ihal no Iraclures, orfraclures wilh diflerent directions 01 lhe drainage direclion occur. Geophysical surveys reveal conduclive anomalies in a slab lorm associaled 10 lhe Ihrough 01 lhe wealhered rock and sedimenls (alluvium and/or regolith). Magnelic surveys can ofler a very good conlrol on lolialion direclion. An importanl aspect 10 validale lolialion conlrol are lhe presence 01 conductive anomalies showing shallow and deep portions area which are linked. Illhere is an exlensive soil cover, r/acho-fenda and calha eIClv1o-aluv/onar conlrols can be easily misinlerpreled in lhe absence 01 geophysical conlrol. Certainly, Ihis lacl could explain at leasl a part of lhe failure index in well sitting. The model wealhering sack (bolsllo de Intempertsmo in Portuguese) is proposed to explain cases where a very inlensive wealhering occur over lhe crystalline rock so Ihal a secondary inlerslilial porosity is crealed. The waler is Ihen stored in lhe porous of lhe regolilh in a similar mannerlo sedimentary rocks. A possible example ofthis model was delecled by using land geophysical survey where a relalivelyvery deep isolaled conduclive anomaly, in a slab form, was delected. Iflhis structure does store ground waler, certainly Ihere must be a link 01 lhe deep slructure wilh lhe surface in orderlo provide walerfeeding. This model mighl explain anomalous waler yields as greal as 50 m?/h Ihalsomelimescan occur in crystalline rocks in Northeaslern Brazil / A Regi?o Nordeste do Brasil apresenta substrato composto principalmente por rochas cristalinas (em tomo de 60% de sua ?rea).Al?m disso, esta regi?o apresenta um clima semi-?rido ocasionando secas peri?dicas. Estas caracteristicas envolvem a m? qualidade da ?gua explotada dos po?os existentes na regi?o, associadas a elevados ?ndices de sais dissolvidos. N?o obstante, os recursos hidricos subterr?neos nesta regi?o ainda s?o uma fonte muito importante de ?gua para os consumos humano e animal. Os po?os perfurados em rochas cristalinas no Nordeste do Brasil envolvem um indice m?dio de sucesso quanto aos po?os produtivos da ordem de 60%, sendo considerado po?o produtivo aquele com vaz?o superior a 0,5 m?/h. Este baixo ?ndice revela a falta de conhecimento sobre as verdadeiras condi??es de fluxo e armazenamento da ?gua subterr?nea em rochas cristalinas. Dois modelos de estruturas de fluxo e armazenamento de ?gua subterr?nea em terrenos cristalinos para o Nordeste do Brasil tem sido propostos na literatura. O primeiro modelo, tradicionalmente utilizado para locar po?os desde a d?cada de sessenta, est? baseado no controle de drenagens retilineas por zonas de falhas ou fraturas. Este modelo ? referido comumente na literatura hidrogeol?gica brasileira como o "modelo riacho-fenda". Com base neste modelo, s?o enfatizados os locais mais densamente fraturados - particularmente os pontos de interse??o de drenagens. Com base no modelo riacho-fenda, o trabalho subseq?ente de campo envolve normalmente a an?lise geol?gico-estrutural do terreno. J? o segundo modelo ? denominado de "calha el?vio-aluvionar"; este modelo tamb?m ? descrito na literatura mas ainda n?o ? incorporado ? pr?tica de loca??o de po?os. A estrutura tipo calha baseia-se na hip?tese de que drenagens retil?neas tamb?m podem ser controladas pela folia??o da rocha. Eventualmente, dependendo do grau de intemperismo, uma estrutura pr?-existente preenchida por sedimentos (aluvi?o e regolito) pode ser desenvolvida de modo a armazenar e produzir ?gua. Com base na an?lise de diversos estudos de casos, esta Tese apresenta uma an?lise detalhada dos modelos citados, al?m de propor um novo.Aan?lise est? baseada em uma t?cnica metodol?gica integrada que envolveu levantamentos geofisicos e an?lise geol?gica enfatizando a neotect?nica. Foram utilizados levantamentos geof?sicos terrestres (eletro-resistividade e Ground Penetrating Radar - GPR) e aeroportados (magn?ticos e eletromagm?ticos no dominio da freq?encia). A an?lise estrutural enfatizou aspectos da neotect?nica. Em geral, foram identificadas fraturas na dire??o E-W relativamente abertas, quando comparadas com as fraturas na dire??o N-S. Este comportamento ? regido pelo campo de tens?es neotect?nico do Nordeste do Brasil, o qual ? controlado por compress?o E-We distens?o N-S. O modelo riacho-fenda ? v?lido onde drenagens s?o controladas por fraturas. O grau de fraturamento e o intemperismo associado ditam o potencial hidrogeol?gico da estrutura. Levantamentos de campo enfocando a geologia estrutural revelam que as fraturas subverticais apresentam dire??es consistentes com as fei??es fr?geis obsarvadas em afloramentos e fotografias a?reas. Levantamentos geof?sicos identificam anomalias de condutividade associadas ? rede de fraturas que controla a drenagem; nestas anomalias, uma de suas bordas coincide com a drenagem. Um aspecto importante e particular para validar o controle estrutural por fratura ? a presen?a de anomalias de condutividade relativamente profundas que n?o apresentam continuidade ou propaga??o para a superf?cie. A origem da elevada condutividade da anomalia decorre do grau de intemperismo da rocha ou sedimentos (aluvi?o ou regolito) armazenando a ?gua subterr?nea ao longo da rede de fraturas. Levantamentos magn?ticos s?o insensiveis a estas estruturas. Em casos especificos, nos quais a cobertura sedimentar ou o solo s?o resistivos (> 100 Ohm.m), o GPR pode ser utilizado para imagear precisamente a rede de fraturamento. Uma limita??o principal ao modelo riacho-fenda, revelado por imagens de GPR, est? associada ao fato de que fraturas subhori zontais t?m um importante papel interconectando as diversas fraturas em subsuperf?cie e por sua vez, conectando-as com as zonas de recarga em superficie. Por outro lado, caso as fraturas apresentem um controle secund?rio da drenagem, o modelo riacho-fenda ter? validade limitada. Neste caso, amplas por??es da drenagem n?o coincidem espacialmente com as fraturas e desta forma, os po?os locados ao longo da drenagem geralmente s?o secos. Normalmente, este controle secund?rio da drenagem somente pode ser identificado a partir de levantamentos geofisicos. O modelo calha el?vio-aluvionar ? v?lido onde drenagens s?o controladas pela folia??o. O grau de intemperismo da folia??o dita o potencial hidrogeol?gico da estrutura. An?lises de afloramentos revelam que as dire??es da folia??o e da drenagem s?o compat?veis entre si e que, caso existam fraturas, a sua dire??o ser? diferente da dire??o da drenagem. Levantamentos geofisicos indicam condutividade elevada que pode resuitar da resposta de uma calha de sedimentos e/ou regolito preenchendo os espa?os gerados pela forma do relevo e influenciado pelo intemperismo que atua sobre os planos da folia??o. Neste caso, levantamentos magn?ticos podem identificar a dire??o da folia??o. Um aspecto importante para validar o controle da folia??o ? a presen?a de anomalias mostrando por??es rasas e profundas que se interconectam. Na presen?a de coberturas sedimentares expressivas, os controles da drenagem segundo as estruturas tipo riacho-fenda ou calha el?vio-aluvionar podem ser facilmente confundidos na aus?ncia de dados geofisicos. Certamente, este fato pode ser ?til para explicar grande parte do ?ndice de insucesso na loca??o de po?os em terrenos cristalinos. J? o modelo bols?es de intemperismo ? proposto para explicar casos nos quais ocorre uma altera??o extremamente forte nas rochas cristalinas gerando ume porosidade intersticial secund?ria. A ?gua ? ent?o armazenada nos poros do regolito de forma semelhante ao que ocorre nas rochas sedimentares. Um possivel exemplo para este modelo foi detectado em levantamento geofisico terrestre, no qual uma anomalia de condutividade relativamente profunda foi detectada. A partir do momento em que esta estrutura tenha a capacidade de armazenar ?gua, ? necess?rio conect?-la ? superf?cie para garantir o seu suprimento sazonal. Este modelo pode ser utilizado para explicar as vaz?es an?malas, superiores a 50 m?/h, que algumas vezes s?o encontradas em po?os perfurados em rochas cristalinas no Nordeste do Brasil
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/18347 |
| Date | 09 June 2004 |
| Creators | Silva, Carlos Cesar Nascimento da |
| Contributors | CPF:19980701404, http://lattes.cnpq.br/2170299963939072, Sa, Emanuel Ferraz Jardim de, Medeiros, Walter Eug?nio de |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Geodin?mica e Geof?sica, UFRN, BR, Geodin?mica; Geof?sica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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