UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS – IG MONOGRAFIA DE CONCLUSÃO DE CURSO

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS – IG

MONOGRAFIA DE CONCLUSÃO DE CURSO

Brasília – DF Julho/2015

JÚLIA CARVALHO LANNES GALVÃO FONSECA

DETERMINAÇÃO DE PADRÕES DE RADARFÁCIES EM UMA BARRA EM PONTAL DO RIO ARAGUAIA Monografia apresentada para conclusão da Graduação em Geofísica do Instituto de Geociências-IG da Universidade de BrasíliaUnB Área de Concentração: Geofísica Aplicada Orientadores: Prof. Dr. Welitom Rodrigues Borges Prof. Dr. Marco Ianniruberto

Brasília 2015

FOLHA DE APROVAÇÃO

Júlia Carvalho Lannes Galvão Fonseca

DETERMINAÇÃO DE PADRÕES DE RADARFÁCIES EM UMA BARRA EM PONTAL DO RIO ARAGUAIA Monografia apresentada ao Instituto de Geociências Área de Concentração: Geofísica Aplicada Aprovado em: julho de 2015. Banca examinadora ______________________________________________ Prof. Dr. Welitom Rodrigues Borges Instituto de Geociências Universidade de Brasília/UnB _______________________________________________ Prof. Dr. Augusto Cesar Bittencourt Pires Instituto de Geociências Universidade de Brasília/UnB _______________________________________________ Prof. Dr. Carlos Jorge de Abreu Instituto de Geociências Universidade de Brasília/UnB

AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por me guiar por todos os caminhos que me trouxeram até aqui. Agradeço meus pais Marcio e Olívia por não medirem esforços em investir na minha educação e me darem todo apoio e força necessária durante este jornada e também a toda minha família por todo o ensinamento. Aos meus orientadores Welitom Rodrigues Borges e Marco Ianniruberto por todo o aprendizado, paciência e disposição para esclarecer minhas dúvidas e me tranquilizarem nos momentos que mais precisei e por serem verdadeiros mestres. Ao técnico do laboratório Péricles de Brito Macedo, ao Sr. Tarzan Augusto Rodrigues e ao colega Paulo Henrique Praça de França pelo apoio na aquisição dos dados. A todos os meus amigos que caminharam comigo ao longo desta jornada compartilhando momentos inesquecíveis em especial: Aline, Mylla, Dani, Mahiaara, Nani, Samuel, Henrique, Paulete, Vitor Rasi, Otávio, Paulo, João Marcos, João Alberto, Chico, Paola, Guilherme, Eduardo, Jean, Darby, Jonas, Arthur, Bruna. Ao meu querido Tairone Paiva Leão por todo carinho, preocupação e força sempre. A todos os professores e funcionários do Instituto de Geociências. Ao CNPq pelo financiamento do projeto “Desenvolvimento  de  metodologia  de   geofísica aquática para localização, caracterização e quantificação volumétrica de cascalhos diamantíferos em rios", (Processo CNPq nº: 550310/2010-0/09), pelo financiamento das etapas de campo e ao professor Dr. Augusto Cesar Bittencourt Pires que é coordenador do projeto.

RESUMO FONSECA, JCLG. Determinação de padrões de radarfácies em uma barra em pontal do Rio Araguaia. Monografia de conclusão de curso, Instituto de Geociências, Universidade de Brasília, UnB. Brasília, DF. 2015. O presente trabalho objetiva verificar a aplicabilidade do método do radar de penetração no solo (GPR) na identificação de padrões de radarfácies em uma barra em pontal no rio Araguaia, próximo à cidade de Barra do Garças, estado de Mato Grosso. Na praia pesquisada usou-se um sistema de GPR acoplado a uma antena blindada de 400MHz na aquisição de seções 2D paralelas e perpendiculares à barra em pontal. Além disto, realizou-se uma investigação de GPR 3D em uma área de 400m2, com o objetivo de detalhar a geometria das estruturas sedimentares, bem como determinar a topografia do embasamento rochoso. Os resultados de GPR 2D possibilitaram a identificação de 8 padrões de reflexão relacionados a radarfácies correlatas: PR1/PR5 – refletores retilíneos e curvilíneos, irregulares e descontínuos, assimétricos de baixa a média amplitude; PR2/PR6 – refletores inclinados de alto ângulo e curvilíneos, com baixa a alta amplitude; PR3/PR7 – refletores retilíneos e sigmoidais, com média a alta amplitude; e PR4/PR8 – refletores paralelos e descontínuos de baixa amplitude. Os resultados em 3D possibilitaram a estimativa dos tamanhos e da geometria dos refletores em cada radarfácie. O padrão PR1/PR5 correlaciona-se a radarfácies referente a microndulações; o PR2/PR6 relaciona-se a radarfácies de dunas com estratificações cruzadas tabulares; o terceiro padrão de reflexão PR3/PR7 associa-se a radarfácies de estratificações cruzadas acanaladas; e o PR4/PR8 correlaciona-se ao embasamento rochoso presente na área. O GPR mostrou-se eficiente no imageamento das principais estruturas sedimentares de uma barra em pontal ao longo do rio Araguaia. ABSTRACT FONSECA, JCLG. Determination of radarfacies patterns in a point bar in Araguaia river. Undergraduate degree monograph, Instituto de Geociências, Universidade de Brasília, UnB. Brasília, DF. 2015. The objective of this work was to verify the applicability of the ground penetration radar (GPR) method for identifying radarfacies patterns in a point bar in Araguaia river, near the city of Barra do Garças, Mato Grosso state, Brazil. A GPR system coupled with a 400 MHz shielded antenna was used for the acquisition of 2D sections parallel and perpendicular to the pointbar at the beach under evaluation. In addition, a 3D GPR survey was performed in a 400m2 area with the objective of detailing the geometry of sedimentary structures and the topography of the basement rock. The results from the GPR 2D showed 8 reflection patterns related to correlated radarfacies: PR1/PR5 – planar and curvilinear, irregular and discontinuous, low to medium amplitude asymmetric reflectors; PR2/PR6 – high angle, curvilinear, low to high amplitude reflectors; PR3/PR7 – planar and sigmoidal, medium to high amplitude reflectors; and PR4/PR8 – parallel and discontinuous, low amplitude reflectors. With the 3D results it was possible to estimate the size and geometry of the reflectors in each radarfacie. The PR1/PR5 patterns is correlated to ripples radarfacies; the PR2/PR6 is related to tabular, crossbedded dunes radarfacies; the third pattern of reflection PR3/PR7 is associated with channeled crossbeds; and the PR4/PR8 is correlated with local basement rock. The GPR was efficient in imaging the main sedimentary structures of a point bar in Araguaia river.

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 ................................................................................................................ 1 1-INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1 1.1 Objetivos e Justificativas ...................................................................................... 2 1.2 Utilização GPR em ambientes sedimentares ........................................................ 2 1.3 Levantamentos geofísicos realizados no Araguaia ............................................... 5 1.4 Caracterização da área de estudo .......................................................................... 6

CAPÍTULO 2 ................................................................................................................ 9 2. GEOLOGIA ............................................................................................................... 9 2.1 Bacia do Paraná .................................................................................................... 9 2.2 Geologia Local ..................................................................................................... 11

CAPÍTULO 3 ................................................................................................................ 13 3. AMBIENTE FLUVIAL MEANDRANTE ................................................................ 13 3.1 Barras em pontal ................................................................................................... 14 3.2 Microndulações .................................................................................................... 15 3. 3 Dunas ................................................................................................................... 16

CAPÍTULO 4 ................................................................................................................ 17 4. RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO .................................................................. 17

4.1 Equações de Maxwell ........................................................................................... 19 4.2 Relações constitutivas............................................................................................ 20 4.3 Equações utilizadas no método GPR ..................................................................... 20 4.4 Propriedades elétricas dos materiais ..................................................................... 21 CAPÍTULO 5 ................................................................................................................ 23 5. METODOLOGIA....................................................................................................... 23 5.1. Aquisições GPR 2D ............................................................................................. 25 5.2 Aquisição GPR 3D ............................................................................................... 26 5.3 Processamento dos dados 2D ............................................................................... 27 5.4 Visualização 3D.................................................................................................... 29

CAPÍTULO 6 ................................................................................................................ 30 6. RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES ................................................................... 30 6.1 Resultados de GPR 2D ......................................................................................... 30 6.2 Resultados de GPR 3D ........................................................................................ 44 6.3 Interpretações 2D ................................................................................................. 48 6.4 Interpretações 3D ................................................................................................. 49

CAPÍTULO 7 ................................................................................................................ 51 7. CONCLUSÕES .......................................................................................................... 51

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................53

LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Seção de GPR que registra um depósito de barra em pontal. Adaptado de Robillard (1995). ........................................................................................................................ 4 Figura 1.2 – Mapa com a localização da praia investigada com o GPR na margem esquerda do Rio Araguaia. .............................................................................................................................. 7 Figura 1.3 – Mapa da bacia hidrográfica do Rio Araguaia. Extraído de Morais (2002) ............ 8 Figura 2.1 – Mapa do contexto geológico da bacia do Paraná. Extraído de Milani (1997) .... 10 Figura 2.2 – Fotografias a) afloramento de arenito com estratificação plano-paralela da Formação Aquidauana ;b) microndulações em barra de pontal na praia pesquisada .............. 11 Figura 2.3 – Mapa geológico da área de pesquisa. Modificado de CPRM (2004) .................. 10 Figura 3.1- Deposição de acordo com o regime de fluxo de uma barra em pontal. (SUGUIO e BIGARELLA, 1990). .............................................................................................................. 13 Figura 3.2- Bloco diagrama um típico canal meandrante (NICHOLS, 2009)......................... 14 Figura 3.3- Estratificação do tipo cruzada-acanalada (SUGUIO e BIGARELLA, 1990) ...... 15 Figura 3.4- Estratificação do tipo cruzada-tabular (SUGUIO e BIGARELLA, 1990) ........... 15 Figura 3.5- Estratificação do tipo tangencial (SUGUIO e BIGARELLA, 1990).................... 15 Figura 4.1 – Diagrama esquemático do sistema GPR. Adaptado de Daniels (2004) .............. 19 Figuras 5.1 – Fotografias evidenciam a) a unidade de controle GPR; b)a antena de 400 MHz e a roda odométrica, usada na aquisição dos dados em campo .................................................. 21 Figura 5.2 – Fotografias evidenciam a) sedimentos arenosos da barra em pontal na margem esquerda do Rio Araguaia; b) a aquisição de dados de GPR 3D; c) a aquisição de dados de GPR 2D que compõem o volume de GPR 3D ........................................................................ 24 Figura 5.3 – Croqui com a disposição das seções de GPR 2D ao longo da barra de pontal no rio Araguaia, MT ..................................................................................................................... 25 Figura 5.4 – Croqui com a disposição das seções de GPR 2D utilizadas para compor o volume de dados de GPR em 3D .......................................................................................................... 26 Figura 5.5 – Fluxograma de processamento básico aplicado aos dados de GPR .................... 28 Figura 5.6 – Partes de seções de GPR com destaque em hipérboles de difração e respectivos ajustes das velocidades hiperbólicas das ondas eletromagnéticas ........................................... 28 Figura 5.7 – Polígono de dados de GPR3D obtido no processamento de dados de GPR da área de pesquisa............................................................................................................................... 29 Figura 6.1 – Padrões de radarfácies identificadas na seção de GPR realizada paralela a barra de pontal .................................................................................................................................. 31 Figura 6.2 – Padrões de radarfácies identificadas nas seções de GPR realizadas perpendiculares a barra de pontal ............................................................................................ 31 Figura 6.3 – a) Seção de GPR L1 realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ...................................................... ........ 33

Figura 6.4 – a) Seção de GPR L1 (segmento 0 a 50 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies .................... ........ 34 Figura 6.5 – a) Seção de GPR L1 (segmento 50 a 100 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ......................... 35 Figura 6.6 – a) Seção de GPR L1 (segmento 100 a 150 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ......................... 36 Figura 6.7 – a) Seção de GPR L1 (segmento 150 a 200 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ......................... 37 Figura 6.8 – a) Seção de GPR L1 (segmento 200 a 250 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ......................... 38 Figura 6.9 – a) Seção de GPR L1 (segmento 250 a 300 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ......................... 39 Figura 6.10 – a) Seção de GPR L1 (segmento 300 a 350 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies ............. 40 Figura 6.11 – a) Seção de GPR L2 realizada transversalmente a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies .......................................... 41 Figura 6.12 – a) Seção de GPR L3 realizada transversalmente a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies .......................................... 42 Figura 6.13 – a) Seção de GPR L4 realizada transversalmente a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies .......................................... 43 Figura 6.14 – Volume de dados de GPR em 3D apresentado de sudoeste para nordeste (a), e visualizado de noroeste para sudeste (b) ................................................................................. 45 Figura 6.15 – Slice realizado na profundidade de 0,20 metros com a presença de refletores com dimensões menores que 0,5 metros ................................................................................. 46 Figura 6.16 – Slice realizado na profundidade de 0,76 metros com a presença de refletores com dimensões entre 0,6 e 1,2 metros ..................................................................................... 46 Figura 6.17 – Slice realizado na profundidade de 1,2 metros com a presença de refletores com dimensões entre 3 e 12 metros ................................................................................................. 47 Figura 6.18 – Slice realizado na profundidade de 2,63 metros com a presença de 2 refletores principais ................................................................................................................................. 47 Figura 7.1- Modelo estratigráfico de um fragmento da seção L2 que evidencia os quatro padrões identificados com os dados de GPR ........................................................................... 52 Figura 7.2- Esquema que evidencia padrões de fluxo em um canal meandrante e mostra áreas de erosão e deposição .............................................................................................................. 52

Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

CAPÍTULO 1

1. INTRODUÇÃO O desenvolvimento de pesquisas em ambientes fluviais auxilia no entendimento da dinâmica da água superficial e da evolução geomorfológica do terreno, visto que os rios são os principais agentes erosivos e deposicionais atuantes na superfície do planeta. As características dos sistemas fluviais, como: relevo, taxa de carga e descarga de sedimentos e a competência dos rios, controlam o tipo de sedimento transportado e a morfologia do canal. Desta forma, as configurações gerais dos sistemas fluviais resultam de complexas interações entre processos erosivos e deposicionais que definem a morfologia aluvial (SCHERER, 2008). Os estudos dos sistemas fluviais ocorrem a partir de investigações diretas como amostragem de sedimentos e mapeamento de superfície. Estas investigações são de extrema eficácia e indispensáveis em determinadas pesquisas, todavia, são muito trabalhosas, caras e muitas vezes representam apenas pequenas porções da área de interesse e podem ser utilizadas em conjunto com investigações indiretas. As indiretas abrangem imagens de satélite e radar, análises geoquímicas e métodos geofísicos. Os principais métodos geofísicos utilizados para caracterização dos ambientes fluviais são a eletrorresistividade, a sísmica acústica e o radar de penetração do solo GPR. A eletrorresistividade apesar de alcançar níveis de investigações mais profundos e permitir a diferenciação das principais classes de materiais (CORREA, 2013), não fornece imagens de alta resolução como a sísmica acústica e o GPR. O método sísmico aquático possibilita a identificação das principais feições sedimentares e é capaz de fornecer imagens acústicas de alta resolução do leito de um rio o que possibilita uma análise geomorfológica de sua calha, no entanto, apresenta limitação em investigações mais profundas devido à absorção e espalhamento das ondas acústicas no meio (ARAÚJO, 2014).

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Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

1.1 Objetivos e Justificativas Este trabalho tem como objetivo principal, a verificação da aplicabilidade do método do radar de penetração no solo (GPR) na determinação da morfologia de estruturas sedimentares fluviais originadas no processo deposicional de uma barra de pontal no rio Araguaia, próxima à cidade de Barra do Garças, MT. Como objetivos específicos pretendem-se: 1. Identificar e correlacionar as radarfácies com as estruturas sedimentares; 2. Determinar as direções de sedimentação através da análise de resultados de GPR em 3D; 3. Elaborar um modelo estratigráfico da barra de pontal a partir da análise das estruturas características de um ambiente fluvial. O desenvolvimento do trabalho em uma barra de pontal contribuirá no entendimento do comportamento deposicional dos sedimentos fluviais no rio Araguaia. O melhor entendimento da dinâmica fluvial do Araguaia auxiliará na melhor compreensão da deposição dos cascalhos diamantíferos depositados na região.

1.2 Utilização GPR em ambientes sedimentares Gawthorpe et al. (1993) realizaram um levantamento para investigar a geometria de depósitos sedimentares usando o GPR em uma barra em pontal no Rio Madson, em Montana EUA para interpretação estratigráfica a partir dos dados obtidos. Os resultados mostram que a técnica é mais eficaz em depósitos com baixa quantidade de argila. Onde a condutividade é alta devido à água salina dos poros ou presença de alto teor de argila, a profundidade de penetração alcançada pelo radar é diminuída e a resolução é prejudicada. Em geologia sedimentar o GPR é usado primariamente para estudos estratigráficos, onde perfis de alta resolução ajudam na determinação da arquitetura estratigráfica e na correlação e quantificação de estruturas sedimentares. Os ambientes de depósitos fluviais são um exemplo de local no qual os levantamentos com GPR são muito comuns, pois fatores como a larga distribuição dos depósitos sedimentares e a variabilidade de estilos de sistemas fluviais, fazem destes depósitos locais particularmente favoráveis este tipo de levantamento geofísico. Desta forma, a 2

Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

aplicabilidade do método para estudos sedimento-estratigráficos está em rápida expansão uma vez que o GPR é capaz de fornecer imagens de alta resolução e caracteriza o meio por padrões de reflexão. O GPR é uma ferramenta de exploração geofísica não destrutiva e rápida e se mostra ideal para o mapeamento de estruturas sedimentares como dunas de areia (HARARI, 1996; JOL e BRISTOW, 2003). Um trabalho realizado por Overmeeren (1997) com o GPR, possibilitou a identificação de vários padrões de reflexões em diferentes ambientes deposicionais. A interpretação do dado GPR baseou-se no imageamento, por isto é necessário conhecer a natureza e origem das reflexões dos depósitos para uma interpretação coerente. O termo “radarfácie”  é  utilizado  para  se  referir  as  diferenças  visíveis  entre  padrões  de  reflexões,   as características estruturais e texturas influenciam na resposta do radar. Durante o outono de 1995 foi realizado um levantamento o GPR no estado de Minas Gerais com objetivo de localizar e mapear paleocanais, identificar a interface areia-cascalho quando presente e identificar potenciais armadilhas diamantíferas em diferentes tipos de cascalhos. Os resultados obtidos mostraram a eficácia do GPR em fornecer informações detalhadas sobre as estruturas sedimentares investigadas. Em uma das seções adquiridas (Figura 1.1), identificou-se um canal preenchido por cascalho, material argiloso e areia além de um depósito típico de barras em pontal (ROBILLARD, 1997). Segundo Van Dam (2001) a água desempenha um papel importante no comportamento das ondas eletromagnéticas do GPR. A diversidade de texturas controla a variação de saturação de água nos sedimentos e, portanto, aumenta os contrastes de impedância entre os diferentes tipos de sedimentos. O levantamento foi realizado em dois locais na Holanda, as áreas apresentavam sedimentos eólicos com pouca ou nenhuma presença de argila e cascalho. Os resultados apontaram que; a variação textural controla a variação de retenção de água e consequentemente no contraste de impedância o que leva a faixa de variação dos coeficientes de reflexão a ser mais larga, reflexões de baixa amplitude em laminações delgadas podem mascaram-se por reflexões menos abundantes, porém de maior contraste. O autor verificou que as mudanças na permissividade dielétrica (𝜀 ) em relação ao conteúdo de água eram mais importantes em causar reflexões do que as mudanças na condutividade elétrica (𝜎) e na permeabilidade magnética (𝜇). E que as mudanças no conteúdo de material orgânico,

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Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

óxido de ferro precipitado e presença de sedimentos de grãos finos apresentam uma capacidade maior de reter água e, portanto, fazem a (𝜀   )  aumentar.

Figura 1.1- Seção de GPR que registra um depósito de barra em pontal (Adaptado de Robillard, 1995).

Woodward et. al. (2003) realizaram um trabalho para discutir a aplicação do uso do GPR em ambientes fluviais. O levantamento dividiu-se em duas partes: na primeira os autores aplicaram o GPR em um afloramento onde era possível visualizar a geologia e correlaciona-las aos refletores; na segunda etapa utilizaram as conclusões obtidas após a realização desta linha controle para ajuda na interpretação de dados adquiridos em uma barra de canal no rio South Saskatchewan, no Canadá. Os resultados apontaram que: a velocidade de propagação da onda eletromagnética foi três vezes mais rápida na areia seca (v=0,15 m/ns) do que na areia saturada (v=0,05 m/ns); a presença de um solo orgânico de alguns centímetros gera diversas múltiplas no topo do perfil o que complicou na identificação dos refletores e esconderam os refletores de baixa amplitude mais profundos; o GPR não necessariamente gera uma imagem inteiramente correspondente às estruturas uma vez que estas são estruturas tridimensionais. Almeida et al. (2011) mostra resultados de uma modelagem utilizando o método GPR 2D para simular respostas de possíveis depósitos de cascalhos aluvionares submersos no Rio Araguaia. Os autores usaram um modelo geológico-sedimentar, para canais fluviais, proposto por Walker (1984) e apoiados a uma metodologia de perfilagem acústica (side scan) realizada em um seguimento do Rio Araguaia a fim de desenvolver de uma metodologia geofísica que pudesse identificar e quantificar em 4

Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

termos de volume corpos diamantíferos. A técnica side scan gerou uma seção transversal de um canal meandrante onde a rocha é escavada pelo rio e ao longo de seu leito há depósito de sedimentos clásticos de acordo com a energia de fluxo do canal. Os autores usaram uma tabela de propriedades elétricas proposta por Annan (1992) e Daniels (2004) dos seguintes materiais: água, silte saturado, areia saturada, cascalho saturado e arenito saturado para a modelagem. Os perfis sintéticos evidenciaram a identificação de todas as interfaces geológicas nos registros de GPR. Os intervalos entre as camadas: areia e cascalho, e entre cascalho e arenito, mostram refletores de alta amplitude, no entanto, a interface entre o silte e a areia não se mostrou tão clara, possivelmente pelo baixo contraste elétrico entre as duas camadas. Ozaki et al. (2013) utilizaram a técnica de GPR 3D com uma antena de alta frequência (1,6 GHz) para obtenção de imagens de estruturas rasas em modelos de sistemas de calhas fluviais de areia. A escala de um levantamento determina a frequência de antena mais adequada uma vez que esta frequência determina a profundidade de penetração e a resolução. Para um dado sedimento em subsuperfície com o aumento da frequência da antena a resolução aumenta e a profundidade de penetração diminui. Estudos de campo utilizam normalmente antenas entre 50 a 400 MHz para diversas profundidades e resoluções. A técnica do GPR 3D mostrou-se eficaz para verificar as características de reflexão dos sedimentos.

1.3 Levantamentos geofísicos realizados no Araguaia Correa (2013) realizou um trabalho em trecho do Rio Araguaia na cidade de Barra do Garças com o método da eletrorresistividade a fim de: identificar e quantificar volumetricamente pláceres diamantíferos e otimização da atividade de extração para minimização de impactos ambientais relacionados ao rio. Os resultados apontaram a presença de três unidades geoelétricas; sendo a primeira o embasamento rochoso (composto por arenitos porosos ou siltitos), a segunda composta por sedimentos de granulometria fina à média e a terceira classe correspondia ao cascalho. As resistividades encontradas e as geometrias dos depósitos possibilitaram a geração de um mapa qualitativo do potencial diamantífero da região definido de acordo com a espessura e resistividade de cada camada. O método se mostrou adequado para distinção dos principais materiais submersos, no entanto, não diferenciou-se areia e silte devido 5

Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

ao baixo contraste entre estes materiais e limitações do método que não mensura com precisão a espessura da camada de cascalho que saturaram os sinais. O autor recomenda a utilização de outros métodos geofísicos como: sísmico e eletromagnéticos para ajudar na identificação do contato entre os sedimentos recentes e os antigos paleocanais. Araújo (2014) utilizou diversos métodos geofísicos dentre eles: sísmica, sonográfico e elétrico entre as cidades de Barra do Garças e Baliza para caracterização superficial, geomorfológica e de potenciais locais para ocorrência de depósitos diamantíferos. O método sísmico possibilitou a caracterização de estratos rasos e possíveis locais favoráveis ao depósito de sedimentos grossos. O método sonográfico forneceu imagens acústicas de alta resolução do leito do rio e contribuiu para a identificação do preenchimento do canal, com cascalho superficial, a partir do contraste de impedância acústica. Já a tomografia elétrica, ajudou na identificação de níveis rasos de prováveis depósitos de cascalhos não identificados com o método sísmico. Este último método é mais adequado à identificação dos sedimentos de fundo pelo contraste de resistividade entre os materiais o embasamento e materiais como areia, silte e cascalho.

1.4 Caracterização da área de estudo 1.4.1 Localização O levantamento foi realizado em uma barra em pontal do Rio Araguaia próximo a cidade de Barra do Garças, MT (Figura 1.2). 1.4.2 Aspectos Fisiográficos O Araguaia é de modo geral um rio de baixa sinuosidade e baixo índice de entrelaçamento, entretanto, alguns setores mostram uma tendência para canal único meandrante. O canal apresenta de forma comum barras centrais ilhas e ocasionais barras em pontal (LATRUBESSE e STEVAUX, 2006). A bacia hidrográfica do Rio Araguaia possui um clima de savana tropical composto por duas estações bem definidas: chuvosa que ocorre entre novembro e abril e a estação seca que ocorre entre maio e outubro. Estas estações controlam as variações de descarga no rio Araguaia (LATUBRESSE e STEVAUX, 2006).

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Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

Figura 1.2 - Mapa com a localização da praia investigada com o GPR na margem esquerda do Rio Araguaia.

De acordo com Morais (2002) a região do Alto Araguaia estende-se por 450 km da nascente a cidade de Registro do Araguaia (MT) e área de drenagem de 36.400 km . A Bacia Hidrográfica do Araguaia contempla uma área de 918.822 km o que

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Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

corresponde a 11% do território brasileiro e abrange os estados de Goiás (21%), Tocantins (30%), Pará (30%), Maranhão (4%), Mato Grosso (15%) (ANA, 2009).

Figura 1.3 - Mapa da bacia hidrográfica do rio Araguaia (MORAIS, 2002).

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Capítulo 2 - GEOLOGIA

CAPÍTULO 2

2. GEOLOGIA No local de estudo ocorrem rochas sedimentares da Bacia do Paraná e sedimentos inconsolidados provenientes de depósitos fluviais do Rio Araguaia.

2.1 Bacia do Paraná A Bacia do Paraná (Figura 2.1) localiza-se na porção sudoeste brasileira além de estender-se para o Uruguai, Argentina e Paraguai e sua área total se aproxima de 1,5 milhões de quilômetros quadrados. Possui uma forma ovalada e seu eixo maior está orientado N-S e é uma bacia intracratônica. O contorno atual desta bacia sedimentar é definido por limites erosivos relacionados à geotectônica meso-cenozóica do continente Sul Americano (MILANI et al, 2007). Esta bacia é caracterizada pelas baixas taxas de subsidência de sedimentos continentais. Do Jurássico Superior ao Cretáceo Inferior a Bacia do Paraná acumulou depósitos eólicos não muito espessos (ALMEIDA et al, 1999 ). De acordo com Milani (1997) a Bacia do Paraná é uma grande área de sedimentação paleozoica-mesozoica e contém um registro estratigráfico com idades entre o Neo-Ordoviciano e o Neo-Cretácio, e contém seis supersequências: Rio Ivaí, Paraná, Gondwana I, Gondwana II, Gondwana III e Bauru. Sendo que as três primeiras supersequências correspondem a ciclos transgressivos paleozoicos e as restantes são compostas por pacotes de sedimentos continentais e rochas ígneas. Estas supersequências constituem o registro da intercalação entre sucessivas fases de acumulação de sedimentos e períodos de erosão de grande escala (MILANI, 1998). A supersequência Paraná abrange as formações: Furnas, Ponta Grossa e Aquidauana.

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Capítulo 2 - GEOLOGIA

Figura 2.1- Mapa geológico da Bacia do Paraná (MILANI, 1997).

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Capítulo 2 - GEOLOGIA

2.2 Geologia Local Araújo (2014) realizou um estudo próximo a região de Barra do Garças e identificou, em campo a ocorrência de rochas da Formação Aquidauana e identificou-se três unidades estratigráficas desta formação:  Unidade inferior: representada por arenitos de coloração avermelhada arroxeada, médios a grossos, estratificação cruzada com desenvolvimento subordinado

de

diamictitos

finos,

arenito

esbranquiçado

grosso

conglomerático;  Unidade intermediária: Amplo desenvolvimento de siltitos, arenitos e folhelhos finos, com acamamento plano-paralelo e ainda podem ocorrer localmente, de forma intercalada, diamictitos, folhelhos cinzas e cinzaesverdeados; e,  Unidade superior: Ocorrência de arenitos vermelhos médios, regularmente selecionados com estratificação cruzada planar. Próximo a área da pesquisa registram-se arenitos finos a grossos, com estratificação plano-paralela da Formação Aquidauana (Figura 2.2a). Já na área da pesquisa inexistem afloramentos na margem do rio, todavia notam-se as microndulações nas camadas superficiais de areia fina (Figura 2.2b).

Figura 2.2 – Fotografias evidenciam: a) afloramento de arenito com estratificação plano-paralela da Formação Aquidauana. b) microndulações na barra em pontal da praia pesquisada.

Integrando-se o mapa geológico do estado do Mato Grosso, com o mapa geológico do sudoeste de Goiás, elaborou-se um mapa geológico para a área de pesquisa (Figura 2.3). Nele notam-se os depósitos aluvionares ao longo do rio Araguaia (Q2a). Esta unidade corresponde a depósitos de areias, cascalhos e argilas.

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Capítulo 2 - GEOLOGIA

Figura 2.3- Mapa geológico da área de pesquisa (CPRM, 2004).

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CAPÍTULO 3 – AMBIENTE FLUVIAL MEANDRANTE

CAPÍTULO 3

3 AMBIENTE FLUVIAL MEANDRANTE Os rios ocorrem sobre amplas áreas continentais e em qualquer contexto climático. Os depósitos fluviais podem estar representados por espessos pacotes estratigráficos e podem ser importantes reservatórios de hidrocarbonetos e aquíferos além de frequente ocorrência de ouro, diamante e carvão (SCHERER, 2008). Os rios desenvolvem canais retilíneos, entrelaçados ou meandrantes, e diferentes padrões de canais fluviais ocorrem simultaneamente em um mesmo rio (SUGUIO, 2003). Na área do Projeto, o rio Araguaia desenvolve um canal do tipo meandrante. As principais feições características de um canal meandrante são: barras em pontal, depósito do canal e planície de inundação. A sequência de deposição típica de uma barra de meandro é da base para o topo: cascalho, areias grossas com estruturas planas, areias médias com estratificações cruzadas acanaladas, areias finas com cruzadas tabulares e/ou tangenciais, e areias finas a muito finas com microndulações (Figura 3.1).

Figura 3.1- Deposição de acordo com o regime de fluxo de uma barra em pontal. (SUGUIO e BIGARELLA, 1990). 13

CAPÍTULO 3 – AMBIENTE FLUVIAL MEANDRANTE

3.1 Barras em pontal A estrutura que ocorre a partir da formação de um banco convexo no interior da curva de um rio é chamada de barra em pontal (point bar) cuja geometria é controlada pelo fluxo e condições de transporte sedimentar (Figura 3.2). Estes depósitos se acumulam em resposta a migração lateral ou à jusante do canal do rio e, a habilidade do rio de mover e depositar sedimentos depende da competencia e força do fluxo e descarga (SRIDHAR e PATIDAR, 2005). Um depósito de barra em pontal constitui a parte principal de uma sequência fluvial meandrante e se forma nas margens convexas dos meandros, as barras apresentam normalmente areias com estratificação cruzadas em granodecrescencia ascendente (fining upward), sobre as fácies de depósito residual de canais. A sequência vertical de barras em meandro, tipicamente, inicia-se com estratificações cruzadas acanaladas (Figura 3.3), para o topo sequência com estratificações cruzadas tabulares (Figura 3.4) e/ou tangenciais (Figura 3.5). O crescimento destas barras acontece pela contínua deposição de sedimentos e o sentido geral de acresção apresenta alto ângulo em relação ao eixo do canal. A sinuosidade aumenta com a distância a partir da nascente juntamente com a diminuição da declividade e com o incremento de sedimentos pelíticos em sua carga (SUGUIO, 2003; SCHERER, 2008).

Figura 3.2- Bloco diagrama um típico canal meandrante (NICHOLS, 2009).

A formação de barras ocorre dentro dos canais e têm dimensões de largura e altura da mesma ordem de grandeza que o canal dentro do qual são formados (BRIGDE, 2003). Em um canal arenoso a superfície da barra é coberta por formações de dunas

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CAPÍTULO 3 – AMBIENTE FLUVIAL MEANDRANTE

subaquosas que migram ao longo da superfície e resultam na formação de unidades de estratificação cruzada. (LEEDER, 1999; BRIGDE, 2003; NICHOLS, 2009).

Figura 3.3- Estratificação do tipo cruzada-acanalada (SUGUIO e BIGARELLA, 1990).

Figura 3.4- Estratificação do tipo cruzada-tabular (SUGUIO e BIGARELLA, 1990).

Figura 3.5- Estratificação do tipo tangencial (SUGUIO e BIGARELLA, 1990).

3.2 Microndulações As pequenas marcas onduladas são formas de leito determinadas por ondulações assimétricas ou simétricas de declive mais suave a montante e mais abrupto a jusante e o comprimento de ondas destas estruturas é de no máximo 60 cm. Para o desenvolvimento de laminações cruzadas nestas estruturas é preciso que haja um suprimento constante de sedimento. Nestas estratificações cruzadas existem a superimposição de uma série de ondulações que avançam sempre a jusante sobre a face 15

CAPÍTULO 3 – AMBIENTE FLUVIAL MEANDRANTE

montante inferior. Estas feições são produzidas pela água corrente sobre a superfície de materiais incoerentes. Sobre estas feições infere-se que há uma instabilidade bidimensional que modifica a forma da crista retilínea, já para as dunas superimpõe-se uma instabilidade tridimensional que faz com que elas tenham variações em altura e desenvolvam protuberâncias a jusante, o que forma cristas fortemente curvas. Após a deposição das camadas paralelas, com aumento da energia da corrente e nos sedimentos de granulação grossa (diâmetro queda > 0,7 mm) começa-se o desenvolvimento das mega-ondulações, quando isto ocorre em locais de sedimentos mais finos, as dunas são formadas logo após o a deposição de micro-ondulações (SUGUIO e BIGARELLA, 1990).

3.3 Dunas A formação de dunas ou mega-ondulações relaciona-se com a turbulência de larga  escala  do  fluxo  de  água  constante.  A  profundidade  da  lâmina  d’  água  controla  os redemoinhos turbulentos no fluxo e este, por sua vez controla a altura e comprimento de onda das dunas. A morfologia de dunas subaquáticas é parecida com as de marcas de onda (ripples), a migração de uma duna resulta na construção de uma sucessão de camadas inclinadas e avalanche de grãos das dunas o que gera o acamamento cruzado. A variação no tamanho de uma duna se dá em comprimentos de onda da ordem de 60 cm e amplitude de centímetros, a comprimentos de onda na casa de metros, e amplitudes de dezenas de metros. Estas megaondulações formam-se em uma ampla gama de tamanhos de grãos, desde cascalhos mais finos a areias finas, porém, não são formadas em locais onde ocorrem areias muito finas ou siltes, uma vez que o aumento da carga suspensa no fluxo de material de grãos finos é dominante e a carga suspensa suprime a turbulência no fluxo e a separação lógica deste fluxo não ocorre (LEEDER, 1999). A ocorrência de estratificação cruzada correlacionada a dunas, não é gerada por acontecimentos de fluxo de curta duração. As dunas possuem microndulações, e estas, por sua vez, apresentam lineações menores paralelas à direção da corrente (ALLEN, 1968).

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Capítulo 4 – RADAR DE PENETRAÇAO NO SOLO

CAPÍTULO 4

4. RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO O radar de penetração no solo (Ground Penetrating Radar – GPR) é um método eletromagnético de alta resolução para investigações rasas da subsuperfície utilizado para diversos fins em áreas como: engenharia, arqueologia, geologia, estudos ambientais e mineração. O GPR é um método geofísico relativamente novo, usado para investigações geofísicas rasas. A existência de muitos ambientes com características dielétricas favoráveis e o amplo espectro de radio frequência permite alta gama de aplicações ao radar. Compara-se este método à sísmica de reflexão em muitos aspectos e tratado como um equivalente eletromagnético (OLHOEFT, 1996; ANNAN, 1997; PORSANI 1999; DANIELS, 2000). Para o uso do radar, é necessário que o meio em que as ondas eletromagnéticas se propaguem, e consigam atingir as profundidades necessárias para realização de uma investigação. As frequências utilizadas variam de 25 a 3000 MHz, e a profundidade alcançada relaciona-se com a condutividade elétrica do meio. As ondas emitidas pelo GPR caracterizam-se pela sua velocidade de propagação e pela atenuação. O primeiro passo para o desenvolvimento do método ocorreu entre 1950 a 1955 quando registraram-se, a partir de sinais de onda de rádio, medidas de estruturas em subsuperfície. Depois dos anos 1960 observaram-se a grande capacidade de penetração das ondas eletromagnéticas no gelo. Na década de 1970 começou-se a explorar a possibilidade de uso da emissão de ondas de rádio eletromagnéticas para diferentes materiais geológicos, como minas de carvão e depósitos de sal; neste período os equipamentos de GPR eram manufaturados e vendidos por Morey e outros membros da Geophysical Survey Systems Inc. (GSSI). Durante a década de 1990 muitos grupos de pesquisadores começaram a se interessar pelo método, e a partir do final desta década até o início dos anos 2000, o avanço dos computadores contribuiu em muito para a evolução do método, pois estas máquinas se tornaram capazes de armazenar grandes 17

Capítulo 4 – RADAR DE PENETRAÇAO NO SOLO

volumes de dados digitais bem como o manuseio destes que se tornou mais simples e rotineiro (ANNAN, 2002). O início da utilização do método no Brasil se deu na década de 1990 pelo Prof. William Sauck na Universidade Federal do Pará (BORGES, 2007). Em meados da década de 1990 foram realizados levantamentos sistemáticos pelo Centro de Pesquisa da Petrobrás (PORSANI et. al., 1994a, 1994b, 1995; apud BORGES; 2007). O funcionamento do GPR consiste na emissão de uma onda eletromagnética por uma antena emissora: a onda ao percorrer o meio e encontrar um refletor, parte da sua energia é refletida e parte continua a percorrer pelo meio. A parte da onda que é refletida é captada pela antena receptora convertida em sinal digital em um dispositivo de armazenamento de dados para posterior interpretação (Figura 4.1). As antenas são consideradas transdutoras uma vez que convertem correntes elétricas em ondas eletromagnéticas a partir da aceleração (DANIELS, 2000). A dispersão das ondas de rádio eletromagnéticas causa mudanças na permissividade dielétrica e na condutividade elétrica, desta forma detectando a energia dispersada é possível encontrar a posição da fonte desta energia. A geometria e os contrastes entre as propriedades do material que compõem do objeto controlam a magnitude e a característica do sinal que está retornando. O GPR mede o tempo de atraso entre a onda emitida e a onda refletida que retorna ao equipamento, este tempo é divido entre a distância ao alvo e entre o tempo em que a onda percorre pelo alvo. (ANNAN, 2001). A profundidade de penetração é afetada por fatores relacionados à perda de energia enquanto a onda magnética se propaga como; partição da energia nas interfaces, espalhamento geométrico e atenuação pelo terreno. A frequência da antena é o que determina a profundidade da investigação alcançada e a resolução, sabe-se que quanto maior a frequência maior a resolução vertical enquanto tem-se menor profundidade de investigação, o inverso também é verdadeiro (BORGES, 2007).

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Capítulo 4 – RADAR DE PENETRAÇAO NO SOLO

Figura 4.1- Diagrama esquemático do sistema GPR e seu funcionamento (DANIELS, 2004).

4.1 Equações de Maxwell As quatro equações de Maxwell em Siemens (SI) descrevem matematicamente todos os fenômenos clássicos eletromagnéticos (ANNAN, 2009). Neste trabalho serão apresentadas duas equações Lei de Faraday (Eq. 4.1) e lei de Ampère (Eq. 4.2). Considera-se 𝐸 a componente elétrica em unidades volts por metro ( ) e 𝐻 a componente magnética em unidades ampère por metro (Ampère/m) do campo magnético tem-se (ORFANIDS, 2008): 𝛻𝑥𝐸 = −

(Eq.4.1)

𝛻𝑥𝐻 = 𝐽 +

(Eq.4.2)

Onde: 𝐷 é componente elétrica do fluxo de densidade e está em unidade coulomb por metro ao quadrado ( 𝑐𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑚 ) ;  𝐵 é componente magnética do fluxo de densidade e está em unidade weber por metro ao quadrado (𝑤𝑒𝑏𝑒𝑟/𝑚²); 𝐽  é densidade de corrente elétrica ou fluxo de carga em unidade ampère por metro ao quadrado (𝐴𝑚𝑝è𝑟𝑒/𝑚²).

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Capítulo 4 – RADAR DE PENETRAÇAO NO SOLO

4.2 Relações Constitutivas As densidades de fluxo 𝐷 e 𝐵 são relacionadas respectivamente com as intensidades do campo eletromagnético 𝐸 e 𝐻 por relações denominadas constitutivas. A forma como estas relações ocorrem depende do material formador do meio o qual este campo está fluindo. Estas relações expressam-se na sua forma mais simples no vácuo (ORFANIDS, 2008): 𝐷=𝜀 𝐸

(Eq.4.3)

𝐵 = 𝜇 𝐻  

(Eq.4.4)

Onde: 𝜀 é permissividade elétrica no vácuo, cujo valor numérico é: 𝜀 = 8,854  𝑥  10

𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑/𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

(Eq.4.5)

e 𝜇 é a permeabilidade magnética no vácuo; cujo valor numérico é 𝜇 = 4𝜋  𝑥  10 ℎ𝑒𝑛𝑟𝑦/𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

(Eq.4.6)

A partir de e 𝜀 e 𝜇 definem-se duas constantes; a velocidade da luz 𝑐 e a impedância característica no vácuo ƞ ; 𝑐 =

= 3  𝑥  10  𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜

ƞ =

= 377  𝑜ℎ𝑚

(Eq.4.7)

(Eq.4.8)

4.3 Equações utilizadas no método GPR A permissividade dielétrica é de extrema importância no método GPR e definiuse uma constante dielétrica ou permissividade dielétrica relativa (𝜀 ) dada por (ANNAN, 2009): 𝐾=𝜀 =

(Eq.4.9)

Onde 𝜀 é dada em 𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑/𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 e 𝜀 definida na Eq 4.5. Para os materiais dielétricos de baixa perda tem-se que a velocidade 𝑣 é dada pela equação:

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Capítulo 4 – RADAR DE PENETRAÇAO NO SOLO

𝑣=

(Eq.4.10)

√

O GPR é um método efetivo em materiais que apresentem baixa perda, nos quais haverá pouca energia dissipada em comparativo com a energia armazenada. Pode definir ainda uma constante de atenuação (𝛼; ANNAN, 2002): (Eq.4.11)

𝛼 =  𝜎 Onde, 𝜎 é a 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒  𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 em 𝑠𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠/𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜.

Em muitas formulações as discussões ocorrem em termos da excitação sinusoidal com a frequência angular (𝜔). Todas as propriedades de ondas apresentaram comportamento similar. Nas baixas frequências (√𝜔) será um indicador do comportamento difusivo do campo EM e as propriedades descritas acima dependerão de (√𝜔). Nas altas frequências estas mesmas propriedades tornam-se independentes da frequência, por esta razão, o comportamento das altas frequências é de extrema importância para método GPR (ANNAN, 2002). Segundo Annan (1992) supõe-se que em levantamentos com o GPR, as ondas eletromagnéticas se propagam com uma incidência normal as interfaces da camada. As diferenças de propriedades elétricas entre as camadas faz com que haja uma impedância nas interfaces e pode ser definido então um coeficiente de reflexão (PORSANI, 1999). A impedância 𝑍 na superfície é expressa então por: (Eq.4.12)

𝑍= A amplitude do coeficiente de reflexão do GPR (𝑟 𝑟

=√ √

√ √

) pode será definida como:

(Eq.4.13)

4.4 Propriedades elétricas dos materiais Para interpretar as estruturas internas do meio é importante verificar as características de reflexão entre as superfícies de diferentes materiais, a reflexão de uma onda eletromagnética acontece entre materiais com diferentes permissividades elétricas relativas (OZAKI et al, 2013). 21

Capítulo 4 – RADAR DE PENETRAÇAO NO SOLO

Os materiais terrestres são normalmente formados por um conjunto de outros materiais. Para uma interpretação correta da resposta do GPR é preciso entender as propriedades físicas destes materiais (ANNAN, 2009) o Quadro 4.1 mostra a permissividade dielétrica relativa (𝜀 ) e a velocidade para alguns sedimentos e tipos de água. Meio

Permissividade dielétrica Permissividade dielétrica Velocidade (𝒎/𝒏𝒔) (BAKER, et al, relativa do meio (𝜺𝒓 ) relativa do meio (𝜺𝒓 ) (DAVIS e ANNAN, 1989) (DANIELS et al, 1996) 2007) Ar 1 1 0,3 Água doce 80 81 0,03 Água do mar 80 -----------0,03 Areia insaturada 3-5 4-6 0,12-0,17 Areia saturada 20 - 30 10 - 30 0,05-0,09 Argilas 5 - 40 -----------0,05 – 0,13 Argilas insaturadas -----------2-6 0,12-0,21 Argilas saturadas -----------15 - 40 0,05 - 0,08 Arenito insaturado -----------2-3 0,17 – 0,21 Arenito saturado -----------5 - 10 0,09 -0,13 Quadro 4.1 – Valores de constante dielétrica relativa (𝜀 ) e a velocidade (𝑚/𝑛𝑠) de alguns sedimentos e tipos de água, obtidos por diversos autores.

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Capítulo 5 –MATERIAL E MÉTODOS

CAPÍTULO 5

5. AQUISIÇÃO DE DADOS Na aquisição de dados de GPR, realizada na barra em pontal de um trecho do Rio Araguaia, usou-se o sistema SIR 3000 (GSSI) acoplado a uma antena blindada de 400MHz, e uma roda odométrica para acionamento do trigger (Figura 5.1). Na coleta de dados utilizou-se a técnica do afastamento constante, ou seja, a distância entre a antena emissora e a antena receptora permanece constante ao longo de toda a aquisição de dados. A equipe deslocou-se até as praias com uma embarcação motorizada. Na área da pesquisa desenvolveram-se aquisições 2D e 3D (Figura 5.2) com o objetivo de definir as macroestruturas em 2D e detalha-las em 3D. A profundidade de investigação obtida com o GPR 2D foi de 3 metros, e com o GPR 3D de 3,8 metros. Esta diferença se deve às distintas configurações aplicáveis a cada tipo de aquisição.

Figura 5.1- Fotografias evidenciam: a) a unidade de controle do GPR; b) a antena de 400 MHz e a roda odométrica, usadas na aquisição dos dados em campo. 23

Capítulo 5 – MATERIAL E MÉTODOS

Figura 5.2 – Fotografias evidenciam: a) sedimentos arenosos da barra em pontal na margem esquerda do rio Araguaia; b) a aquisição de dados de GPR 2D; c) a aquisição de dados de GPR 2D que compõem o volume de GPR 3D.

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Capítulo 5 – MATERIAL E MÉTODOS

5.1. Aquisições GPR 2D No campo, desenvolveram-se as aquisições de GPR 2D ao longo de 4 perfis: um paralelo do rio, e outros três perpendiculares ao fluxo do rio Araguaia (Figura 5.3). Com o objetivo de adquirir os dados de GPR sem erros de amostragem utilizaram-se os seguintes parâmetros: frequência de amostragem de 5100 MHz; janela temporal de 100 ns; 1024 amostras por traço; intervalo de amostragem espacial de 0,02 m; e intervalo de amostragem temporal de 0,098 ns.

Figura 5.3- Croqui com a disposição das seções de GPR 2D ao longo da barra de pontal no rio Araguaia, MT.

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Capítulo 5 – MATERIAL E MÉTODOS

5.2 Aquisição GPR 3D A aquisição de dados de GPR 3D ocorreu na parte mais plana da praia, com o objetivo de minimizar qualquer efeito da topografia nos resultados. Na obtenção dos dados utilizou-se a antena blindada de 400 MHz, na investigação de uma área de 400 m (20 m por 20 m). O deslocamento da antena ao longo dos perfis de GPR ocorreu perpendicular ao fluxo do rio, adquirindo-se perfis paralelos igualmente espaçados em 0,5 m (Figura 5.4). Os parâmetros de aquisição utilizados para esta aquisição foram: espaçamento entre as linhas de 0,5 m; frequência de amostragem de 5100 MHz; janela temporal de 100 ns; 1024 amostras por traço; intervalo de amostragem espacial de 0,02m; e intervalo de amostragem temporal de 0,127 ns. A técnica do GPR 3D é eficaz para verificar as características de reflexão dos sedimentos e possibilita a distinção entre camadas compostas por diferentes materiais (OZAKI et al, 2013). Este método possibilita a visualização tridimensional de estruturas sedimentares presentes no local. A aquisição 3D consiste na coleta de diversas seções 2D em uma área e posteriormente georreferenciamento dos perfis com consequente interpolação entre as linhas o que gera um modelo em três dimensões.

Figura 5.4 – Croqui com a disposição das seções de GPR 2D utilizadas para compor o volume de dados de GPR em 3D.

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Capítulo 5 – MATERIAL E MÉTODOS

5.3 Processamento dos dados 2D No processamento dos dados de GPR utilizou-se o Módulo 2D do software ReflexW (SANDMEIER, 2014). No processamento usou-se uma sequência simples de rotinas (Figura 5.5.) uma vez que os dados obtidos em campo são de boa qualidade (com pouquíssimo ruído aleatório ou constante). O objetivo do processamento dos dados consistiu em eliminar os ruídos espúrios e realçar as estruturas sedimentares. Nas imagens obtidas com o GPR os ruídos aparecem como eventos horizontais e periódicos, quando o dado GPR está contaminado por uma grande quantidade de ruídos, a profundidade de investigação torna-se mais rasa do que a esperado uma vez que estes ruídos mascaram as reflexões mais profundas (KIM et al, 2007). As etapas de processamento aplicadas aos dados de GPR são:  Ajuste do tempo zero: esta correção é feita para marcar o tempo de chegada da primeira onda no radargrama, para isto é aberta a janela de traços (wigglewindow);  Remoção do ganho de aquisição: para uma melhor visualização dos dados no display durante a aquisição são aplicados ganhos. Estes ganhos ficam armazenados no sistema e podem ser removidos dos dados durante o processamento;  Ganho de energia de decaimento: uma curva de ganho é aplicada no perfil baseado na amplitude média de uma curva de decaimento para realçar o sinal;  Filtro passa-banda: para aplicação deste filtro, utiliza-se o histograma de frequências a fim de escolher as os quatros valores de frequência para aplicação do filtro passa-banda;  Balanceamento Espectral: este filtro permite compensar a atenuação de frequência com o tempo agindo em cada traço independentemente. Para realizar esta compensação, aplicam-se uma série de filtros passa-banda sobrepostos em cada traço. A mesma série de curvas de queda de amplitude é então calculada para descrever as taxas de atenuação para cada banda de frequência.  Migração : utilizou-se uma migração do tipo diffraction stack que representa uma migração de tempo simples de um perfil bidimensional a partir de uma velocidade constante. Este tipo de migração é realizado no intervalo de tempo 27

Capítulo 5 – MATERIAL E MÉTODOS

e da distância. Para a escolha da velocidade a ser aplicada na realização da migração ajusta-se uma hipérbole variando sua velocidade a uma hipérbole de difração representativa do perfil. Nas seções de GPR realizaram-se buscas de hipérboles e cálculo de suas velocidades (Figura 5.6). A partir da média simples obtida dos valores de velocidade encontrados, utilizou-se a velocidade de migração de 𝑣 = 0,062  𝑚/𝑛𝑠. A finalidade da migração é mover os refletores para posição mais próxima da realidade possível.

Figura 5.5 - Fluxograma de processamento básico aplicado aos dados de GPR.

Figura 5.6 – Partes de seções de GPR com destaque em hipérboles de difração e respectivos ajustes das velocidades hiperbólicas das ondas eletromagnéticas. 28

Capítulo 5 – MATERIAL E MÉTODOS

5.4 Visualização 3D A visualização dos dados em módulo 3D do software ReflexW (SANDMEIER 2014) requer que as linhas sejam antes processadas no módulo 2D. O processamento no módulo 3D seguiu os mesmos passos citados no item 5.4. Com os dados processados em lote gerou-se um arquivo 3-D a partir das linhas 2-D. Assim obteve-se o volume de dados de GPR em 3D e posteriormente visualizaram-se os resultados em polígonos 3D, e em cortes (slices) ao longo dos eixos X, Y e Z do volume de GPR 3D (Figura 5.7).

Figura 5.7 – Polígono de dados de GPR3D obtido no processamento de dados de GPR da área de pesquisa.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

CAPÍTULO 6

6. RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES Neste capítulo mostram-se os resultados de GPR, obtidos após a etapa de processamento, bem como se realizam as interpretações das seções em função das características de cada radarfácies. Neste trabalho optou-se pelo uso de radarfácies em função das características dos   refletores.   Inúmeros   autores   usam   o   termo   “radarfácies”   para   individualizar   refletores relacionados a sedimentos, rochas sedimentares e estruturas associadas (HETEREN, et al, 1998). O objetivo da interpretação dos dados foi, a partir da análise dos diferentes padrões de radarfácies encontrados nas seções, identificar as principais estruturas relacionadas a uma barra em pontal em um canal meandrante. A interpretação consistiu na identificação dos principais refletores presentes em cada seção (L1, L2, L3 e L4), e a segunda em distinguir as diferentes camadas e/ou estruturas a partir das diferenças entre o comportamento da onda eletromagnética em uma barra em pontal cuja o meio era composto por areia saturada.

6.1 Resultados de GPR 2D Na análise dos resultados de GPR identificaram-se 8 (oito) padrões distintos de reflexão, sendo 4 na seção realizada ao longo do eixo maior da barra de pontal (Figura 6.1), e 4 nas seções desenvolvidas perpendicular a barra de pontal (Figura 6.2). As características de cada padrão de reflexão são:  PR1: caracteriza-se pela presença de refletores curvilíneos e retilíneos, irregulares e descontínuos, assimétricos e de baixa a média amplitude (Figura 6.1); 30

Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

 PR2: distingue-se pela ocorrência de refletores planos e paralelos com altas inclinações e altas amplitudes (Figura 6.1);  PR3: apresenta refletores contínuos, com formatos sigmoidais, ondulados e de alta amplitude (Figura 6.1);  PR4: caracteriza-se pela ocorrência de refletores paralelos, descontínuos e de baixa amplitude (Figura 6.1);  PR5: notam-se refletores curvilíneos e retilíneos, irregulares e descontínuas, assimétricas e de baixa amplitude (Figura 6.2);  PR6: presença de refletores curvilíneos, descontínuos que variam de baixa a altas amplitudes (Figura 6.2);  PR7: caracteriza-se pela presença de refletores retilíneos, contínuos a descontínuos, sigmoidais e curvilíneos de média a alta amplitude (Figura 6.2); e,  PR8: distingue-se pela ocorrência de refletores paralelos e descontínuos, de baixa amplitude (Figura 6.2).

Figura 6.1 – Padrões de radarfácies identificadas na seção de GPR realizada paralela a barra de pontal.

Figura 6.2 – Padrões de radarfácies identificadas nas seções de GPR realizadas perpendiculares a barra de pontal.

Na delimitação de camadas usaram-se os padrões de radarfácies identificados nas seções de GPR realizadas na área.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Na seção de GPR realizada paralela a barra de pontal (L1), identificaram-se 4 limites de radarfácies (Figura 6.3). Para melhorar a visualização dos refletores internos de cada radarfácies, fragmentou-se a seção L1 em 7 segmentos (figuras 6.4 a 6.10). O PR1 ocorre desde a superfície até a profundidade máxima de 0,4 m; o PR2 começa em alguns pontos a partir de 0,2 m e se estende até profundidade de 1,5 m; identificou-se o PR3 desde a profundidade de 0,24 m até a profundidade de 2,6 m; e o PR4 começa vai da profundidade de 1,5 m até a profundidade máxima investigada. Nas seções de GPR realizadas transversalmente a barra de pontal (figuras 6.11 a 6.13) também se identificaram 4 limites de radarfácies. O PR5 ocorre desde a superfície até as profundidades de 0,4 m (L2) , 0,6 m (L3) e 0,4 m (L4). Identificou-se o PR6: na L2 entre as profundidades de 0,22 m a 1,22 m; na L3 entre 0,2 e 0,6 e; na L4 inicia-se de 0,2 m a 0,65 m. O PR7 varia: na entre L2 0,7 m e 2,5 m; L3 0,95 m e 2,9 m; L4 1,0 m e 2,85 m. O PR8 é ocorre desde as profundidades 2,2 m (L2), 2,1 m (L3) e 2,3 m (L4) até a profundidade máxima investigada.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.3 – a) Seção de GPR L1 realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.4 – a) Seção de GPR L1 (segmento 0 a 50 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.5 – a) Seção de GPR L1 (segmento 50 a 100 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.6 – a) Seção de GPR L1 (segmento 100 a 150 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.7 – a) Seção de GPR L1 (segmento 150 a 200 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.8 – a) Seção de GPR L1 (segmento 200 a 250 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.9 – a) Seção de GPR L1 (segmento 250 a 300 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.10 – a) Seção de GPR L1 (segmento 300 a 350 m) realizada paralela a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.11 – a) Seção de GPR L2 realizada transversalmente a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.12 – a) Seção de GPR L3 realizada transversalmente a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.13 – a) Seção de GPR L4 realizada transversalmente a barra de pontal. b) Mesma seção com a identificação dos limites dos padrões de radarfácies e as respectivas camadas.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

6.2 Resultados de GPR 3D Na análise dos resultados de GPR 3D objetivou-se correlacionar as radarfácies identificadas com os resultados 3D, com estruturas visualizadas em 3D. Inicialmente realizou-se uma análise tridimensional das estruturas da barra de pontal por meio do bloco 3D gerado a partir da interpolação linear das seções 2D (Figura 16.4). Posteriormente realizaram-se cortes em profundidade (eixo Z) ao longo de cada radarfácie, com o objetivo de identificar a morfologia das estruturas sedimentares vistas em planta (figuras 6.15, 6.16, 6.17 e 6.18). No corte em Z, realizado na profundidade de 0,20 metros notam-se pequenos refletores (menor que 0,5 m) alinhados na direção NE, ou seja, paralelo ao fluxo do rio (Figura 6.15). No corte em Z, realizado na profundidade de 0,76 metros notam-se refletores também alinhados na direção NE, com comprimento, ao longo do eixo maior, entre 0,6 a 1,2 metros (Figura 6.16). Na profundidade de 1,2 metro, notam-se refletores com comprimento ao longo do eixo maior de 3 a 12 metros (Figura 6.17). E no corte realizado na profundidade de 2,63 metros registram-se dois refletores, um de baixa amplitude e outro de alta amplitude (Figura 6.18).

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.14 – Volume de dados de GPR em 3D apresentado de sudoeste para nordeste (a), e visualizado de noroeste para sudeste (b). 45

Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.15 – Slice realizado na profundidade de 0,20 metros com a presença de refletores menores que 0,5 metros ao longo de seu maior eixo.

Figura 6.16 – Slice realizado na profundidade de 0,76 metros com a presença de refletores com comprimento ao longo do eixo maior entre 0,6 e 1,2 metros.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

Figura 6.17 – Slice realizado na profundidade de 1,2 metros com a presença de refletores com comprimento ao longo do eixo maior entre 3 e 12 metros.

Figura 6.18 – Slice realizado na profundidade de 2,63 metros com a presença de 2 refletores principais.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

6.3 Interpretações 2D Os padrões de radarfácies encontrados na seção paralela a barra de pontal e os padrões encontrados nas seções transversais são análogos, pois se trata do mesmo ambiente, desta forma: PR1=PR5; PR2=PR6; PR3=PR7; PR4=PR8. A interpretação dos padrões de radarfácies:  PR1/PR5: camada mais superficial, onde notam-se ondulações de pequeno porte, caóticas;  PR2/PR6: nota-se a presença de estratificações cruzadas tabulares associadas a dunas. Apesar de esta ser a radarfácies mais representativa, em algumas regiões da seção este tipo de radarfácies associa-se a outro padrão de refletores contínuos e curvilíneos, isto ocorre porque estas estratificações tabulares são associadas à formação de dunas. Estes dois tipos de padrões aparecem em um único sentido de aquisição porque a barra em pontal é uma estrutura curvilínea e muitas vezes a linha de aquisição não acompanha a curvatura de forma perfeita e entrecortam algumas estruturas mostrando estes dois padrões; 

PR3/PR7: neste padrão encontram-se dunas subaquosas bidimensionais om comprimento de onda na ordem de metros. As dunas subaquosas são estruturas bidimensionais cujo comprimento de onda varia de 60 cm a vários metros. De acordo com Suguio e Bigarella (1990) a transição de ondulações de menores tamanhos para dunas é abrupta e apresentam no início pequenas ondulações superimpostas pelas faces posteriores que desaparecem com o aumento da velocidade. A este tipo de sedimentação está associada estratificação cruzada acanalada; e,

 PR4/PR8: este padrão de refletores está associado ao embasamento rochoso. A partir de uma correlação com a geologia local, pode-se inferir que se trata de um arenito com acamamento plano-paralelo. A seção segmentada de GPR (Figuras 6.4 a 6.10), realizada paralela à barra em pontal, auxilia na visualização dos diferentes padrões encontrados. A primeira camada observada tanto na seção paralela (L1) quanto nas seções transversais (L2, L3, L4) (Figuras 6.11 a 6.13) apresentam um padrão de ondulações

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

heterogêneas ao longo do perfil com variações de tamanho que superpõem outras estruturas de maior tamanho. A segunda camada apresenta reflexões que denotam estratificações cruzadas com deposição a jusante bem marcadas entre 0 e 190 m, estas estratificações aparecem de forma mais fraca a partir de 190 m até 300 metros onde as estruturas de maior porte são predominantes e entre 300 m e 350, tornam a surgir de forma mais evidente. Nas seções L2, L3 e L4 as estratificações cruzadas não são visualizadas, devido a direção da linha ser perpendicular ao sentido de estratificação, porém, nestas seções observa-se ondulações de alta amplitude que evidenciam o comprimento longitudinal das dunas. A terceira camada presente na seção L1 corresponde à deposição de material sedimentar em dunas de maiores comprimentos de ondas superimpostas umas as outras. Estas dunas de maior tamanho são formadas quando o fluxo do rio é mais intenso. A duna tende a migrar para a jusante a partir da sucessão alternada entre empilhamentos e avalanches destas dunas (SUGUIO e BIGARELLA, 1990). Não é possível medir o comprimento de onda original destas estruturas uma vez que elas já foram erodidas, todavia os registros evidenciam comprimentos de 3 a 12 metros. A quarta camada que representa o embasamento é bem marcada tanto na seção L1 quanto nas seções L2, L3 e L4. O embasamento apresenta continuidade ao longo de toda a seção o que o diferencia esta camada das demais, compostas por sedimentos inconsolidados. O topo desta camada ocorre como uma superfície erosiva, visto que possui a forma contínua e ondulada. A rocha é possivelmente um arenito da Formação Aquidauana, visto que ainda notam-se refletores no interior da mesma, o que não ocorreria se fossem rochas argilosas. A análise de velocidade realizada a partir das hipérboles presentes no meio apontou que 𝑣 = 0,062  𝑚/𝑛𝑠. Este valor está dentro do intervalo de velocidade da onda eletromagnética em areias saturadas (0,05 - 0,08 𝑚/𝑛𝑠; BAKER, et al. 2007). A propagação da onda eletromagnética em um meio composto por área saturada fornece imagens de alta resolução e atinge profundidades coerentes com a frequência da antena utilizada.

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Capítulo 6 – RESULTADOS E INTERPRETAÇÕES

6.4 Interpretações 3D A visualização tridimensional em forma de cubo (Figura 6.14) contribui para melhor entendimento da disposição das estruturas na barra em pontal mostrando a variação do tamanho das estruturas de acordo com o aumento da profundidade. Assim como nas seções 2D foram identificados quatro padrões de refletores, para uma boa visualização utilizou-se os cortes em slices, a Figuras 6.15 evidencia ondulações de pequenos comprimentos de onda a 6.17 evidenciam que as estruturas formadas pela deposição de sedimentos aumentam de acordo com a profundidade, indicando uma diminuição da energia do fluxo do rio. A Figura 6.18 mostra um padrão muito distinto dos anteriores, neste corte a presença de dunas não é mais visualizada, mostrando então o embasamento rochoso.

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Capítulo 7 – CONCLUSÕES

CAPÍTULO 7

7. CONCLUSÕES O radar de penetração do solo mostrou-se adequado para estudos em um ambiente fluvial como uma barra de pontal. As seções obtidas fornecem imagens de alta resolução possibilitam a identificação oito padrões de refletores relacionados a radarfácies correlatas que evidenciam a presença das seguintes estruturas sedimentares: PR1/PR5 – microndulações; PR2/PR6 – dunas com estratificações cruzadas tabulares; PR3/PR7 – estratificações cruzadas acanaladas; e PR4/PR8 – embasamento rochoso. Os slices gerados a partir do volume de dados 3D também mostram quatro diferentes padrões que correlacionáveis às radarfácies encontradas nas seções 2D e possibilitam uma visualização planar de estruturas como ondulações e dunas, além da identificação do embasamento rochoso. Com estes dados, mediram-se os tamanhos de estruturas, e determinou-se a direção de sedimentação das mesmas. Identificou-se: a 0,20 metros de profundidade refletores alinhados na direção NE de dimensões menores que 0,5 m; a 0,76 metros de profundidade refletores com comprimento do eixo maior entre 0,6 a 12 m alinhados NE; a 1,2 metros de profundidade evidenciam-se refletores com dimensões entre 3 a 12 metros; e a 2,63 metros de profundidade notam-se dois refletores de baixa e alta amplitude. Todos os dados apresentados mostram-se coerentes com um padrão normal de sedimentação de ambientes de barra em pontal uma vez que a dimensão das ondulações identificadas aumenta com a profundidade, para melhor ilustrar isto, escolheu-se um fragmento da seção L1 (Figura 6.6) e evidenciaram-se as estruturas sedimentares formando um modelo estratigráfico (Figura 7.1). O tipo de sedimentação nesta barra explica-se a partir de um modelo de energia de fluxo de um canal meandrante (Figura 7.2). Em locais onde o rio forma meandros, o canal é assimétrico, sendo assim, o eixo de máxima velocidade ocorre junto ao banco côncavo e em direção ao banco convexo onde há deposição de sedimentos, a velocidade de fluxo decresce (SUGUIO e 51

Capítulo 7 – CONCLUSÕES

BIGARELLA, 1990). Desta forma, pode-se explicar a diminuição do tamanho das estruturas em direção ao topo a partir do acréscimo de sedimentos e, consequente avanço da barra que diminui a energia de fluxo no banco convexo do canal. As microndulações menores e mais superficiais visualizadas em campo, não se imagearam com o GPR, uma vez que a capacidade de resolução espacial da antena de 400 MHz calculada é de 16,25 cm. Recomenda-se, para fins de comparação entre resolução e profundidade, em estudos futuros, a utilização de uma antena extra de maior frequência (900 MHz a 1000 MHz) que apesar se possuir um alcance menor em profundidade, tem maior resolução lateral em profundidades rasas.

Figura 7.1- Modelo estratigráfico de um fragmento da seção L1 que evidencia os quatro padrões identificados com os dados de GPR.

Figura 7.2- Esquema que evidencia padrões de fluxo em um canal meandrante e mostra áreas de erosão e deposição (Extraído de SUGUIO e BIGARELLA, 1990).

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