Modelo de funcionamento do aqüífero Atuba com base em parâmetros estruturais e hidrogeológicos, município de Curitiba
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| Data de Publicação: | 2008 |
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Fiori, Alberto Pio, 1950-Lammerer, BerndUniversidade Federal do Paraná. Setor de Ciências da Terra. Programa de Pós-Graduação em GeologiaSalamuni, Eduardo, 1962-Chavez-Kus, Lilian2024-10-10T19:36:40Z2024-10-10T19:36:40Z2008https://hdl.handle.net/1884/19088Orientador: Eduardo SalamuniCoorientadores: Alberto Pio Fiori e Bernd LammererTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geologia. Defesa: Curitiba, 23/04/2008Inclui bibliografia e anexosÁrea de concentração: Geologia exploratóriaResumo: O Complexo Atuba é um aqüífero fraturado e constitui-se o principal sistema hidrogeológico da região de Curitiba. O objetivo principal da Tese é apresentar no todo ou nas partes um modelo hidrogeológico/estrutural de funcionamento para tal sistema. Como a circulação de água subterrânea se faz por meio de planos estruturais preferenciais que fazem parte de uma complexa rede de fraturas, as áreas mais favoráveis à ocorrência de água subterrânea foram definidas por meio de uma análise multicritério. O trabalho realizado em escala regional e de detalhe, baseou-se em ajustes e relações em ambiente de SIG, que permitiram uma análise integrada envolvendo estudos que englobam a determinação do parâmetro de intersecção das fraturas, interpretação e avaliação dos dados hidráulicos dos poços tubulares profundos e a caracterização das fácies hidrogeoquímicas das águas. Uma das interrelações foi a de mostrar fisica e quimicamente a interdependência entre as diferentes variáveis. As tensões principais foram reavaliadas com base na análise da tectônica rúptil de dados cinemáticos e dinâmicos de falhas transcorrentes em afloramentos ¨chaves¨, empregando-se os métodos de Arthaud (1969), Angelier e Mechler (1977) e Turner (1953). As descontinuidades de maior importância para o modelo hidrogeológico são estruturas transcorrentes que formam freqüentemente planos conjugados no intervalo entre N30W e N30E e estão associadas às fraturas híbridas de direção próxima a N-S. Os diques de lamprófiros deslocados pelas famílias de fraturas anteriormente mencionadas servem como marcadores cinemáticos indicando que houve a reativação de um evento tectônico após a fase de magmatismo alcalino no Cretácio Superior. Zonas de cisalhamento rúptil de baixo ângulo também causam intensa cominuição e cataclasamento de rocha basáltica. As falhas inversas, por sua vez, são seccionadas pelas estruturas transcorrentes associadas ao sistema N-S. Também como conseqüência desta tectônica há fraturas e planos conjugados formando o padrão em ¨X¨ nos sedimentos da Formação Guabirotuba. A relação entre as diferentes estruturas permite estabelecer uma cronologia nos eventos onde a reativação de falhas transcorrentes e geração de fraturas de partição e/ou híbridas associadas à tensão máxima N-S ocorre, no mínimo, a partir do Neógeno estando ativa até o tempo atual ou pré-atual. Segundo o modelo estrutural proposto, o ajuste que melhor se adapta aos planos de Riedel (1929) indica um binário com movimentação sinistrógira onde a tensão principal máxima (s1) na horizontal está orientado para N-S, a tensão principal mínima (s3) para E-W e a direção vertical é concordante com a tensão principal média (s2). Pelo exposto, conclui-se que há um importante evento tectônico, provavelmente no Neógeno, ligado a uma compressão da crosta na direção N-S de âmbito regional ou pelo menos no que tange o planalto de Curitiba. A deformação envolvida confirma e aprofunda a conclusão de Salamuni (1998) e Salamuni et al. (2004), da existência de um evento de deformação, no qual os 1 está direcionado a N-S, cíclico em relação ao padrão tectônico esperado para as tensões principais da Placa Sul-americana, posicionadas na direção aproximada E-W (evento D2 -transpressional - de Salamuni, 1998). Paralelamente, as estruturas tectônicas de grande porte, assim como os demais lineamentos na área, foram identificadas ou reinterpretadas com base nas análises morfotectônicas, no modelo digital de relevo melhorado na escala de detalhe pela interpolação da rede de drenagens, inclusive e na imagem digital na escala regional (malha de 90 m). As falhas mestras, como a do Barigui, do Belém, do Passaúna e do Alto Iguaçu, são quilométricas, se estendem muito além do município de Curitiba e controlam a geometria do topo do embasamento. Depois de tratados os parâmetros geométricos das fraturas, realizou-se os cálculos de intersecção somente com as famílias associadas ao modelo estrutural proposto, cujos planos são os mais favoráveis para explotação de água subterrânea. Valores altos do parâmetro coincidem com valores altos de capacidade específica e vazão dos poços tubulares profundos, principalmente, nos cruzamentos das falhas mestras, como a do Belém e a do Passaúna. Oito fácies hidroquímicas foram caracterizadas e as mesmas estão fortemente correlacionadas às fraturas e aos litotipos presentes. Dentre estas, a mais representativa é a cálcio-magnesiana. Nas porções fraturadas onde a circulação da água é mais lenta, há trocas iônicas e o aumento gradativo na concentração do íon Na+, seguido de SO42-. O elemento fluoreto está relacionado às fácies de maior tempo de residência entre as fraturas. Os poços com alto teor de F- localizam-se onde não há o cruzamento das falhas mestras e quando há alta vazão ou média vazão a capacidade específica é baixa. Os resultados obtidos permitem caracterizar o Aqüífero Atuba como um corpo heterogêneo com comportamento distinto segundo pelo menos três níveis de profundidade e que apresenta a circulação de suas águas subterrâneas essencialmente controlada pela existência de falhas abertas profundas, nos domínios da respectiva bacia hidrográfica.Abstract: The Atuba Complex is a fractured aquifer and is the main hydrogeological system in the region of Curitiba (PR). The goal of this thesis is to present a hydrogeological/structural model for the system. As groundwater circulates through preferential structures that are part of acomplex fracture network, the most favorable areas for groundwater existence have beendefined through a multicriterion analysis. The work done at the regional and detail scale, based on adjustments and relations in a GIS (Geographic Information System) environment, allowedan integrated analysis that included determining lineament cross-point parameters, interpreting and evaluating hydraulic data from deep wells and characterizing hydrochemical groundwater types. One of the goals was to show the physical and chemical interdependence between different variables. The stress fields were reassessed based on the analysis of kinematic and dynamic tectonic data on strike-slip faults in ¨key¨ outcrops, using the methods of Arthaud (1969), Angelier and Mechler (1977), and Turner (1953). Strike-slip faults that frequently form conjugate sets between N30W and N30E are of particular importance for the hydrogeological model, and are associated with hybrid fractures of orientation near N-S. The lamproite dikes, displaced by these fracture sets, serve as kinematic markers, indicating that there was a tectonic reactivation after the alkaline magmatism phase in the Late Cretaceous. Low angle shear faultsalso cause intense fracturing and cataclasis of basaltic rock. The reverse faults, in turn, aresectioned by the strike-slip structures associated with the N-S system. These tectonics also produces fractures and ¨X¨ shaped conjugate patterns in the sediments of the Guabirotuba Formation. The relationships among the different structures allow us to establish a chronologyin the events where the reactivation of strike-slip faults and generation of extensional and/orhybrid fractures are associated with the N-S maximum tension, starting at least in the Neogeneand remaining active up to the current time or recently. According to the proposed structural model, the adjustment that better adapts to the classical Riedel fracture pattern (1929) is binary, with the main sense of displacement being a left strike-slip fault with maximum compressive stress s1 in the horizontal oriented N-S, the minimum stress axes s3 E-W, and the vertical direction being concordant with the vector of medium compressive stress, s2. Such an interpretation coincides with an event described as the ¨D2'¨ phase by Salamuni (1998). This phase has a regional character, or at least refers to the Curitiba Plateau. In addition, the masterfaults, as well as the other lineaments in the area, were identified or re-interpreted based on morphotectonic and further surface (Digital Elevation Model, in regional and detail scale) analysis, such as network drainage calculations. The master faults, Barigui, Belém, Passaúna, and Alto Iguaçu, control the surface geometry of the basement. They are kilometric and extend out far beyond Curitiba. In general, the master faults are the longest and widest structures and have the largest displacements After the geometric fractures parameters were considered, wec alculated lineament cross–points, using the proposed structural model. Only the associated families of structures that are most favourable for groundwater exploitation were used. High crosspoint values coincide with high specific capacities and flow rates of water in deep wells, mainly at the intersections of master faults, such as Belem and Passauna. Eight groundwater hydrochemical types were grouped and characterized; they correlate strongly with the fracture pattern and rock types. Among these, the most representative groundwater composition is the hydrogencarbonated calcic and magnesium type. In fractured places where the water moves more slowly, ionic exchange occurs together with a gradual increase in the concentrations ofNa+ and SO42-. Fluoride is related to the water type with longer residence time within fractures. The wells with high concentrations of F- have medium or high flow rates, but lower specific capacities. They are mostly located where there is no master fault crosspoint. These results allowed us to characterize the Atuba Aquifer as a heterogeneous body with distinct behavior. At least three piezometric levels of groundwater were identified; they indicate deep open fault systems in the domains of the respective hydrological basins.Zusammenfassung: In der Stadtregion Curitiba spielt der als Kluftgrundwasserleiter fungierende AtubaKomplex die wesentliche Rolle im Bereich der Grundwassernutzung. Zur Darstellung derprinzipiellen Funktionsweise dieses Grundwassersystems im Gesamten oder in Teilen soll einkombiniertes hydrogeologisch-tektonisches Modell als Grundlage dienen.Die Zirkulation des Grundwassers erfolgt entlang bevorzugter tektonischer Flächen, dieBestandteil eines komplexen Kluft-und Störungsnetzes sind. Die grundwasserhöffigsten Gebietewurden dabei über Multi-Kriterien-Analysen ermittelt. Die Analysen wurden unterentsprechenden Anpassungen in einer GIS-Umgebung sowohl im Regional- als auchDetailmaßstab durchgeführt. Somit konnte eine integrative raumbezogene Analyse der Datenerfolgen. Dazu gehören insbesondere die Verschneidung und Parametrisierung von Klüften undStörungen sowie die Interpretation und Bewertung hydraulischer Daten aus Tiefbrunnen und diehydrochemische Charakterisierung der Grundwässer.Zur Definition tektonischer Spannungsmuster wurden bruchtektonische sowiekinematische und dynamische Daten von Störungen (Blattverschiebungen) in repräsentativenAufschlüssen nach den Methoden von Arthaud (1969), Angelier und Mechler (1977) und Turner(1953) analysiert. Aus hydrogeologischer Sicht sind die bedeutendsten tektonischenDiskontinuitäten Blattverschiebungen. Zusammen mit hybriden etwa N-S-streichendenBruchstrukturen bilden sie häufig Flächenpaare im Intervall zwischen N30W und N30E. Diedabei lokal vorkommenden Lamprophyr-Gänge sind älter als die Blattverschiebungen. Siewerden deshalb als kinematische Marker eingesetzt und belegen eine Reaktivierung dertektonischen Ereignisse nach der alkalinen magmatischen Phase. Flache Scherzonenverursachten zusätzlich eine intensive Zerlegung dieser basaltischen Gänge, wobei die darausresultierenden inversen Störungen durch die mit dem N-S-gerichteten Systemzusammenhängenden Blattverschiebungen gekappt werden. Infolge dieser Tektonik bildenKlüfte und Flächenpaare häufig ein „X" in den Abfolgen der Guabirotuba-Formation. Über dieBeziehung zwischen den Strukturen lässt sich eine Chronologie der Ereignisse ableiten in derwenigstens seit Beginn des Neogen bis zum Einstellen des derzeitigen Spannungsfeldes dieReaktivierung der Blattverschiebungen und das Auftreten der Dehnungsklüfte bzw. hybridenBruchtektonik, verbunden mit der maximalen N-S-Spannung, stattfinden.Das vorgeschlagene Strukturmodell weist mit der Einpassung in das Modell nach Riedel(1929) auf ein Paar mit sinistralem Bewegungssinn hin, in dem in horizontaler Richtung der Vektor der maximalen Spannung (1) N-S, der Vektor der minimalen Spannung (3) E-Worientiert ist. Die vertikale Richtung ist konkordant mit dem Vektor der mittleren Spannung (2).Diese Interpretation fällt mit einem Ereignis zusammen, das nach Salamuni (1998) undSalamuni et al. (2004) als Phase D2 beschrieben wurde und ist für den regionalen Maßstab oderzumindest für die Hochebene Curitiba gültig. Daneben wurden insbesondere tektonischeGroßstrukturen sowie weitere Lineamente im Gebiet auf Grundlage morphotektonischerAnalysen identifiziert oder neu bewertet. Hierfür wurde das Drainage-Netzwerk mit demDigitalen Höhenmodell im Detail und im regionalen Maßstab modelliert. Die Hauptstörungenerreichen die größte Ausdehnung und bilden die längsten und breitesten morphotektonischenElemente (Barigui, Belem, Passauna, Alto do Iguacu). Sie gehen weit über die StadtgrenzeCuritibas hinaus und kontrollieren die Geometrie der Grundgebirgsoberfläche. NachBetrachtung der geometrischen Parameter des Störungsnetzwerkes wurden insbesondere dieSchnittmengen der mit dem vorgeschlagenen strukturgelogischen Modell assoziierendenLineamenten berechnet, um Flächen zu lokalisieren, die für Grundwasserexploration günstigerscheinen. Höhere Werte dieser Parameter fallen mit einer höheren spezifischen Leistung undeiner höheren durchschnittlichen Entnahmemenge der Brunnen zusammen. Dies gilt prinzipiellfür Gebiete, in denen sich die Hauptstörungen kreuzen, wie z.B. in Belem oder Passauna.Aus hydrochemischer Sicht konnten insgesamt 8 Typen von Grundwässerncharakterisiert werden, deren Eigenschaften u. a. stark mit den Störungsmustern und derLithologie des Grundwasserleiters korrelieren. Zwischen ihnen erscheint der Typ CalciumMagnesium-Hydrogencarbonat-Grundwasser am repräsentativsten. In geklüfteten Abschnitten,in denen geringere hydraulische Gradienten wirken und generell geringere Durchlässigkeiten zuvermuten sind zirkulieren die Wässer langsamer, was einen graduellen Anstieg an Natrium(Na+) und Sulfationen (SO42-) zur Folge hat. Fluorid korrespondiert ebenso mit höherenVerweilzeiten der Grundwässer in den Klüften. Die Brunnen mit durchschnittlich höherenFluoridgehalten können zwar überdurchschnittliche Entnahmeraten aufweisen, haben aber in derRegel niedrige spezifische Leistungsquotienten und befinden sich meistens jenseits derBereiche, in denen sich die Hauptstörungen kreuzen.Mit den Ergebnissen lässt sich der Atuba-Aquifer als heterogener Körper mit einem sehrunterschiedlichen hydraulischen Verhalten charakterisieren. Es wurden wenigstens 3Grundwasserpotentiale beobachtet (höher oder nahe der Vorfluterbasis = NB, nahe bis etwa 40m unter NB und mehr als 40 m unter NB). Diese deuten u. a. auf weit in die Tiefe hinabreichende offene Störungssysteme in den jeweiligen hydrographischen Becken hin.xxiv, 239f. : il. algumas color., mapas, grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalHidrogeologiaAquíferosSistemas de informação geográficaGeologiaModelo de funcionamento do aqüífero Atuba com base em parâmetros estruturais e hidrogeológicos, município de Curitibainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALKUS-CHAVEZ, LILIAN.pdfapplication/pdf21477434https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/19088/1/KUS-CHAVEZ%2c%20LILIAN.pdf37d7992c46aa60f3ddf4576bdec5fa08MD51open accessTEXTKUS-CHAVEZ, LILIAN.pdf.txtExtracted Texttext/plain601029https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/19088/2/KUS-CHAVEZ%2c%20LILIAN.pdf.txt7c9e18e48c0b37bf1270aa7de7b1ab75MD52open accessTHUMBNAILKUS-CHAVEZ, LILIAN.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1227https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/19088/3/KUS-CHAVEZ%2c%20LILIAN.pdf.jpgac5e87c1f034a3885775843336853c8dMD53open access1884/190882024-10-10 16:36:40.707open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/19088Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-10-10T19:36:40Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false |
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