A UTILIZAÇÃO DO GEORADAR EM ROCHAS SEDIMENTARES MESOPROTEROZÓICAS NO ESTADO DE RORAIMA, BRASIL.

A UTILIZAÇÃO DO GEORADAR EM ROCHAS SEDIMENTARES MESOPROTEROZÓICAS NO ESTADO DE RORAIMA, BRASIL.

Fábio Luiz Wankler* Paulo Sérgio Gomes Paim *

RESUMO A utilização do Georadar ou GPR (Ground Penetration Radar) permite o estudo e a avaliação da arquitetura e geometria de corpos arenosos, pois fornece bons resultados na análise de superfícies limitantes, litofácies e reconstrução de elementos arquiteturais. O presente artigo discute a sua aplicação no detalhamento de corpos fluviais ocorrentes dentro da Formação Uiramutã, unidade litoestratigráfica de idade mesoproterozóica pertencente ao Supergrupo Roraima. Os radargramas apresentaram excelente definição das superfícies refletoras que ao serem comparadas com as seções aflorantes da unidade, possibilitaram o reconhecimento de macroformas depositadas em um sistema deltaico c/influência de maré.

INTRODUÇÃO O reconhecimento dos elementos arquiteturais nas rochas permite a identificação de feições deposicionais de grande escala, denominadas “macroformas”. Segundo Miall (1985), nas características das macroformas são reconhecidos os reflexos do processo acumulativo de muitos eventos dinâmicos, com períodos de dezenas a centenas de anos. No estudo de antigos sistemas fluviais, o reconhecimento das macroformas é fundamental para definir o estilo dos canais e no entendimento do padrão deposicional dos canais fluviais. As técnicas tradicionais de estudo sedimentológico - análise faciológica Departamento de Geologia da Universidade Federal de Roraima – Av. Ene Garcez 2413, Bairro Aeroporto - Campus do Paricarana, Boa Vista, RR–CEP 69304- 000 – [email protected] * Pós Graduação em Geologia da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – Av. UNISINOS,950, São Leopoldo, RS – CEP 93.022-000 – [email protected] *

VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

através de perfis verticais – apresentam problemas na interpretação em função de variações deposicionais causadas pelas oscilações do fluxo dentro de um canal. Tais variações só são claramente identificadas sem houver uma visão tridimensional das feições estudadas. Para Miall (1988) este é um dos problemas mais complexos nos estudos fluviais. O Georadar, ou GPR (Ground Penetrating Radar), é uma técnica geofísica que, através de um sistema de transmissão e recepção de pulsos curtos de energia eletromagnética de alta freqüência, da ordem de 10 a 1000 MHz, permite a confecção de um registro de subsuperfície utilizado em mapeamentos de alta resolução (Davis & Annan, 1989). Ele tem se mostrado muito eficiente para resolver vários problemas em áreas que requerem um imageamento de muito alta qualidade em profundidades que variam desde dezenas de centímetros até 50 metros, conforme a freqüência utilizada. A variedade de aplicações desta técnica é grande, indo desde a exploração mineral até a água subterrânea (Botelho e Araújo, 1996; Davis e Annan, 1989; Porsani e Rodrigues, 1995), arqueologia (Vaughn, 1986) e localização de minas antigas (Annan, 1988 in: Stephens, 1994). O uso desta ferramenta em rochas sedimentares expandiu-se mais recentemente (Beres e Haeli, 1991; Jol and Smith, 1991; Gawthorpe et al. 1993; Hunggenberger et al, 1994). A proposta deste trabalho é apresentar os resultados da aplicação da técnica Georadar em depósitos fluviais, a partir da correlação de dados de subsuperfície e superfície de três afloramentos da Formação Uiramutã, da região de mesmo nome no nordeste do estado de Roraima.

ÁREA DE ESTUDO E METODOLOGIA APLICADA A área de estudo localiza-se a NE do Estado de Roraima, Brasil, na Formação Uiramutã (Figura 1). Constitui-se num conjunto de pacotes sedimentares de idade mesoproterozóica, formado pela intercalação de siltitos e arenitos subarcoseanos que mostram um relevo tabular modificado pelo basculamento de blocos, gerando um conjunto de cuestas e hogbacks. (Reis, Pinheiro e Costi 1990). A Formação Uiramutã é interpretada como o resultado da deposição de sedimentos em um ambiente transicional (fácies de frente deltaica com influência de maré (Reis e Yanes, 2001). VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

Figura 1 – à esquerda: mapa de localização da área do estudo; à direita: vista geral da região estudada, mostrando o relevo cuestiforme característico da área. Wankler (2000) estudando toda a porção basal que pertence a Formação Uiramutã, interpretou que os pacotes tabulares formados por arenitos e, em menor proporção, pelitos, pertencem a um registro sedimentar cíclico de um sistema fluvial de carga mista, com o amplo desenvolvimento de fácies de canais e mais restrita preservação de fácies de planície de inundação (Figura 2a). A Formação Uiramutã pertence à sucessão vulcano-sedimetar Supergrupo Roraima. O fato de a porção arenosa ser constituída por diversas camadas de arenitos amalgamados (Formação Arai) sugere uma fase inicial de deposição em um contexto de baixa taxa de geração de espaço de acomodação, originando lençóis de areia lateralmente extensos e amalgamados. A preservação dos depósitos de planície de inundação apenas no topo dos pacotes tabulares limitados pelas superfícies de 6ª ordem da formação Uiramutã sugere um aumento na taxa de geração de espaço de acomodação na fase final de deposição de cada ciclo. Assim, a Formação Uiramutã poderia ser de um conjunto de pacotes retrogradacionais que caracterizaria a fase final de um trato de sistemas de mar baixo tardio, cuja seqüência deposicional se iniciou na base da Formação Arai e culmina no topo da Formação Pauré (Figura 2b).

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a

b

Figura 2. a) Formação Uiramutã mostrando o padrão de empilhamento tabuliforme; b) Arquitetura estratigráfica da porção basal do Supergrupo Roraima.

Foram selecionadas três áreas para detalhamento com o GPR, denominadas de A1, A2 e A3. Na escolha do local para a aquisição dos dados geofísicos, considerou-se os seguintes fatores: excelentes exposições laterais, necessárias para uma boa correlação superfície subsuperfície; a existência de elementos que causassem interferência do sinal, tais como árvores, cercas, torres de alta tensão, fios elétricos ou telefônicos e a presença ou passagem de veículos durante o trabalho; a quantidade de rocha condutiva (argilas e lateritas); ocorrência de água freática e as condições climáticas. O equipamento utilizado neste trabalho foi um RAMAC/MALÅ, operado a partir do software fornecido pelo fabricante (versão 2.28). Em cada afloramento foram levantados perfis georadar com antenas de 100 MHz (A1 e A2) e de 12,5 MHz (A3), utilizando-se os arranjos CMP na avaliação das velocidades de propagação do pulso eletromagnético, e Common Off-Set, para a delineação das superfícies que compartimentam a rocha. Os levantamentos de GPR foram executados no período de janeiro-fevereiro em razão da taxa pluviométrica baixa nesta época do ano, quando os rios estão secos e o lençol freático está com um nível baixo. O equipamento foi adaptado às condições encontradas, VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

com a confecção de um “trenó” de fibra de vidro (Figura 3). Nos perfis do tipo common offset, este “trenó” permitiu arrastar o equipamento no solo. No levantamento com a antena 12.5 MHZ, uma armação com barras de nylon mais longas foi utilizada para equilibrar o conjunto. Em cada perfil houve um trabalho de preparação, com a remoção de obstáculos, tais como blocos rolados e arbustos, de modo a facilitar o arrasto do equipamento. Os perfis foram orientados em relação à direção média das paleocorrentes, com seções paralelas e transversais a esta direção. No caso de A3, fez-se uma seção paralela à face do afloramento para uma melhor correlação entre o sinal e a rocha. A marcação dos perfis foi realizada através de um nivelamento topográfico, sendo os dados utilizados para correção topográfica dos perfis e para amarrar as cotas topográficas e os níveis presentes nos afloramentos com os perfis Georadar.

Figura 3 – alto, à esquerda: radargrama da seção P1 (paralelo ao afloramento) do ponto A2, já processado e com refletores correlacionados com as superfícies de 3ª ordem identificadas afloramento. Alto à direita – foto do Georadar pronto para o levantamento de seção P1 (ponto A2). Nos afloramentos, foram elaboradas fotomontagens, croquis e perfis sedimentológicos verticais. A técnica para identificação e classificação das litofácies, confecção dos VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

fotomosaicos e identificação das superfícies seguiu as orientações sugeridas em Miall & Tyller (1992) e Miall (1988, 1996). Durante a etapa de processamento dos perfis levantados, a escolha desta sequência e dos parâmetros de processamento adotados foi desenvolvida a partir de vários testes de processamento realizados com as imagens Georadar no laboratório de GEOARQ da UNISINOS (Figura 4). Com a análise dos diversos resultados e sua comparação com a interpretação dos dados da etapa de superfície, elaborou-se um fluxograma de processamento. A velocidade média utilizada na correção da topografia e na conversão da seção tempo em seção profundidade foi de 75 m/µs, calculado através da comparação das seções tempo levantadas próximo à exposição com a diferença de cotas topográficas de níveis identificáveis em afloramento. O valor resultante é coerente com aqueles apresentados na tabela de Davis & Annan (1989) para litologias no intervalo entre silte e areia seca, as quais predominam nos afloramentos em questão.

Figura 4 - Fluxograma mostrando as etapas do processamento aplicados aos perfis obtidos com o georadar utilizando-se as antenas de 100 MHz. VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

Para a interpretação dos dados sísmicos, Gawthorpe et al. (1993) consideram que a metodologia para os dados do GPR deve seguir os princípios da estratigrafia sísmica descrita em Brown e Fisher (1980), a qual preconizava a necessidade de identificação das terminações de refletores na imagem sísmica. Tais terminações indicariam superfícies de inconformidade, que por sua vez definiriam pacotes de estratos geneticamente relacionados. A partir desta proposta, a interpretação dos perfis Georadar incluiu a identificação de padrões de refletores distintos, por nós denominados de radarfacies, que foram correlacionados, para cada um dos padrões identificados, a feições equivalentes nos afloramentos detalhados.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Ponto A1 O afloramento 2 consiste de arenitos (94%), pelitos (4%) e conglomerados (2%). As camadas de arenito incluem as fácies St (50%) Stt (40%) e Sm (10%) e são compostas de grãos de tamanho médio (60%), grosso (30%) e muito grosso (10%), algumas vezes incluindo grânulos e seixos dispersos dentro dos corpos arenosos. As camadas arenosas tabulares (0,1 a 2 metros de espessura) são lateralmente extensas (80 a 100m de comprimento), ocorrendo também algumas camadas lenticulares (5 metros de comprimento por 2 metros de espessura). A St (Figura 5) é caracterizada por acamamento cruzado acanalado de médio porte e a Stt, por estratificação cruzada de grande a muito grande porte (ambas apresentaram sentido dominante para WSW). Wankler e Paim (2005) identificaram nesta litofácies a presença de tidal bundles, indicando que estes depósitos foram formados em um ambiente de influência de maré. A litofácies Fl ocorre interacamadada dentro do estrato arenoso e é caracterizada por lentes sílticas finamente laminadas (0,10 a 0,50 m de espessura). A litofácies Gt ocorre como pequenas lentes (2 metros de comprimento) compostas de quartzo e intraclastos na base de algumas camadas arenosas. Os limites de set de St e Stt representam superfícies limitantes de 1ª ordem, enquanto que as superfícies de 2ª ordem são definidas por mudanças faciológicas dos conglomerados para arenitos ou dos arenitos para pelitos. As superfícies de 3ª ordem são aquelas que

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truncam as superfícies anteriormente referidas, apresentando um suave mergulho para E com uma geometria plana de grande extensão (50 a 60 metros). As seis seções Georadar, foram perfilados no sentido transversal (T1, T2 e T3) e paralelo (P1, P2 e P3) ao afloramento. Os refletores principais dos radargramas dos perfis paralelos foram identificados no afloramento, mas suas geometrias mostraram variações sutis: observou-se que os refletores gradavam de um padrão plano a suavemente côncavo em P1, para plano a levemente sigmoidal em P2 e sigmoidal a levemente convexo em P3. Os refletores principais das seções transversais apresentam mergulho aparente mais acentuado no sentido S.

Figura 5 Litofácies Gt e St e Fl, e superfícies de 1ª e 2ª ordem;

Figura 6) Correlação dos radargramas P3, T3 e diagrama de rosetas das paleocorrentes. VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

A análise do afloramento possibilitou relacionar estes refletores secundários a superfícies de migração de dunas subaquáticas 2D e 3D (respectivamente, superfície de 1ª ordem de Miall, 1996). Já os refletores principais são correlacionados às superfícies no afloramento, identificadas como superfícies de acresção de barras fluviais (superfície de 3ª ordem, geradas durante as enchentes periódicas sazonais do sistema fluvial - Miall, 1996). A correlação dos radargramas P3 e T3 mostrou ainda que o mergulho médio real dos principais refletores é para NE. O domínio de paleocorrentes para SW e SE sugere ainda que a migração das barras fluviais foi lateral à direção média de transporte sedimentar (Elemento Arquitetural DA, Maill, 1996).

Ponto A2 O afloramento é composto por arenitos (95%), incluindo estratificação cruzada tangencial (St) e, secundariamente, arenitos c/ marcas de onda (Sr) que são atribuídos, respectivamente, à migração de dunas subaquosas e a ripples. O tamanho de grãos nestes arenitos varia de médio (80%), grosso (15%) a muito grosso (5%). Os corpos arenosos (0,1 a 1 m de espessura) mergulham para NE e ocorrem amalgamados ou separados por finas drapes de pelito (fácies Fl). A fácies Fl (5%) é composta por finas lentes de siltito (5 a 10 cm de espessura) que, ocasionalmente, delineiam o contato dos arenitos. Foram realizadas seções paralelas (P1, P2 e P3) e transversais (T1, T2 e T3) ao afloramento. Os principais refletores dos radargramas puderam ser correlacionados às superfícies erosivas do afloramento onde assentam os pelitos (ver Figura 4), cuja presença parece ser a responsável pela maior amplitude de sinal apresentada por esses refletores nos radargramas. Eles foram interpretados como superfícies de acresção (superfícies de 3a ordem de Miall 1996). Nos radargramas paralelos ao afloramento, observou-se que estas superfícies apresentam mergulhos para NE relativamente íngremes (em média 10o). Contidas entre as superfícies de 3ª ordem, observou-se radarfácies de menor hierarquia, as quais foram classificadas pelo padrão geométrico dos refletores. Nas seções paralelas ao afloramento, observou-se o tipo paralelo, que mostrou direção de mergulho coincidente às

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superfícies de 3a ordem e foi correlacionado às superfícies de migração de dunas subaquáticas (superfícies de 1a ordem de Miall, 1996). Nas seções transversais ao afloramento (T1 a T3), as superfícies de 3a ordem apresentam uma geometria convexa, mergulhos suaves para NW (5o - 7o) e delimitam conjuntos de refletores que apresentam um amplo predomínio do padrão festonado, os quais foram correlacionados às superfícies de 1a ordem que delimitam os sets das estratificações cruzadas acanaladas festonadas observáveis em uma saliência do afloramento cuja face é transversal à orientação geral do mesmo. A direção média das paleocorrentes, das superficies de 1ª e 3ª ordem mostram um trend NE. Esta direção é direção de migração da barra observável na montagem dos radargramas (ver figura 7). Assim, estes resultados sugerem que esta macroforma devem ter tido uma migração frontal (elemento arquitetural DA de Miall 1996; ver Figura 7). Direção de migração das barras no afloramento A2 é semelhante ao que foi observado no afloramento A1.

Figura 7: Ponto A2: à esquerda: radargramas mostrando o padrão de empilhamento das superfícies de 3ª ordem. Observar também as radarfácies paralelas (P4) e festonadas (T2). Centro: diagramas de roseta mostrando a direção preferencial NE das paleocorrentes e das superfícies de 1ª e 3ª ordem; à direita: perfil vertical do afloramento, mostrando que as superfícies de 3ª ordem (em destaque) sempre ocorrem truncando camada de pelito (mud drapes). Cabe observar a presença de níveis de pelito sob a superfícies de 3ª ordem. Wankler e Paim (2003) as identificaram como mud drapes, o que sugere que, da mesma forma que foi interpretado no afloramento A1, ocorreram intervalos de estagnação do fluxo caudados pela VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

influência de maré, possivelmente na região do prodelta. Contudo, o entendimento deste contexto requer uma análise faciológica e estratigráfica detalhada da unidade.

Ponto A3 O afloramento inclui pacotes arenosos de 2 a 6 metros de espessura (Figura 8), limitados por superfícies planas e lateralmente extensas. Estes pacotes arenosos são constituídos de várias lentes arenosas (2-10 metros de espessura e 20 a 60 metros de extensão) limitadas por superfícies de geometria ondulada a suavemente inclinadas. Tais lentes são compostas pelas fácies St e Stt. Dados de paleocorrentes mostram um padrão amplamente disperso e um trend bimodal para NW e SE.

Figura 8 - Ponto A3. Alto: vista do afloramento, mostrando as camada tabulares definidas pelas superfícies de 5ª ordem; meio: montagem dos radargramas, mostrando as superfícies de 5ª ordem truncando as de 3ª ordem; base: interpretação dos radargramas, delineando os canais e barra fluviais. Reparar na boa preservação do topo das barras fluviais. VAL, A. L; MELO Filho, A. A. & WANKLER, F. L.(0rg.) 2012. Universidade, Ciência e Pesquisa a Amazônia: Os desafios da produção intelectual.Boa Vista Ed. UFRR, p. 37-54. ISBN 856021579-4

A fácies Gt (