Hidrogeologia dos aqüíferos cársticos cobertos de Lagoa Santa, MG

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-10T07:43:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 84d.pdf: 11704686 bytes, checksum: c1d0983cda4d0c05699bb4f49fd9829a (MD5) tese_final_pfpp__vfinal_.pdf: 16554515 bytes, checksum: 22d58ff72e39fa8cc076d83d1ce68216 (MD5) Previous issue date: 4Estudos hidrogeológicos foram conduzidos numa porção específica da clássica região cárstica de Lagoa Santa, Minas Gerais. Parte da área de estudo, compreendida em uma faixa significativa do município homónimo, apresenta-se coincidente aos domínios de exploração mineral de calcário da mina Lapa Vermelha, tendo sido aproveitados os recursos implantados no local e em toda a sua área de abrangência, para a tomada das informações básicas necessárias ao desenvolvimento da pesquisa. O cenário da área de estudo difere do contexto cárstico regional pelo fato de se caracterizar por um sistema aquífero cárstico coberto por espesso capeamento de solos, estando o mesmo, situado em uma faixa representativa da borda da plataforma sedimentar Bambuí, limite SE da bacia cratônica do São Francisco. O sistema local é constituído por calcários de alto teor, interestratificados em meio a camadas de carbonatos impuros do Grupo Bambuí, num sistema de empilhamento, cujo mergulho suave do acamamento, entre 5 e 10 graus de mergulho, se mostra intersectado pelas foliações e juntas dos sistemas de empurrão de baixo ângulo, que remontam à ação de uma tectônica brasiliana, sin- a pós-deposicional. Esses eventos de deformação atuaram na forma de um descolamento basal, tendo sido registrados, localmente, os efeitos de seus mecanismos, os quais favoreceram a ocorrência de um relevo estruturalmente controlado na forma de estratos homoclinais, vergentes em mergulhos baixos a médios para oeste, e, assim, ditando as regras dos processos de carstificação em subsuperfície. Foram aplicadas distintas ferramentas de análise para o entendimento dos mecanismos de controle hidrogeoquímico e hidrodinâmico desses sistemas aquíferos cársticos. Cerca de 57 furos de sondagem executados até atingir o embasamento, ajudaram a caracterizar a conformação topográfica do assoalho cristalino, cuja disposição indicou a presença de rampas frontais e laterais que moldaram o estilo tectônico no referido domínio. Utilizando-se de técnicas quantitativas de traçadores corantes, foi possibilitado o reconhecimento das rotas de fluxos entre sumidouro e surgência, além das análises do comportamento hidráulico do sistema cárstico, onde foram estimadas, por processos distintos, velocidades de fluxo subterrâneo de até 80 m/h. em regime de fluxo turbulento em condutos. Sazonalmente, os registros das operações de lavra na mina Lapa Vermelha, propiciaram, através do sistema de desaguamento da cava, a observação de uma extensa rede de fissuras e condutos em profundidade, comprovada pelas conexões hidráulicas detectadas pêlos dispositivos de medição implantados nos poços de monitoramento. As direções das rotas de fluxos subterrâneos, conforme interpolação dos níveis d'água distribuídos em 30 poços de monitoramento, foram identificadas através da execução dos mapas potenciométricos, demarcando-se para a área estudada, os divisores das águas subterrâneas dos aquíferos cársticos em períodos distintos de observação e auxiliando na definição da área de captação da surgência do Tadinho. Ao longo de dezoito meses de medições, vinte poços de câmaras duplas instalados em distintos alinhamentos da área de estudo, proporcionaram, através das observações de variação do nível d'água, tanto no meio poroso, como nos aquíferos cársticos, a presença de uma zona epicárstica desenvolvida, a qual controla sobremaneira todo o aporte das recargas meteóricas, ditando as regras de expansão dos processos de dissolução, lateralmente, sob as espessas coberturas de solos, e, condicionando, ao longo do tempo, a distribuição das recargas e o regime de fluxos para as surgências. O modelo de funcionamento do sistema aquífero cárstico foi proposto a partir do acoplamento entre o pacote de rochas carbonáticas e a estruturação do complexo basal cristalino, notando-se a presença de um aquífero cárstico subjacente e extremamente ativo, ocorrendo sob o espesso manto de intemperismo. Seu controle é exercido, majoritariamente, pelas condições de distribuição das faixas de ocorrência dos carbonatos puros (calcários calcíticos), cuja evolução nas zonas epicársticas se mostra mais acentuada. Estruturalmente, o condicionamento dos processos de carstificação está atrelados à presença, principalmente, dos planos de interseção entre os contatos interestratais, geralmente na direção N-S, com os planos das juntas e foliações tectônicas impressas nos carbonatos, paralelamente. Através de sensores automáticos, as condições hidrodinâmicas dos aquíferos cársticos foram caracterizadas a partir dos registros das oscilações de nível d'água nos poços de monitoramento, onde foram diferenciados os comportamentos de fluxos subterrâneos sob regime de condutos e fissuras, tendo sido possível, ainda, a verificação de uma intensa rede de interconexão de fluxos no sistema cárstico. Tais registros foram comparados com os eventos pluviométricos, tendo sido possível se estabelecer uma correlação entre pontos com mesmas características hidráulicas dos aquíferos cársticos. Nesse sentido, utilizando-se os resultados de tais dispositivos de medição, pôde-se discretizar, nos momentos de estiagem, que, o sistema aquífero restringe seu domínio de fluxos na forma de corredores de circulação hídrica subterrânea, alinhados com as faixas de contatos tectônicos interestratais, preferencialmente. Para as surgências do Tadinho e do Cafundó, puderam ser calculadas, com base no balanço hídrico, suas áreas de captação, em torno de 5,6 km2 e 0,95 km2, respectivamente, tendo sido esboçada uma condição de contorno plausível para seus limites, com o auxílio do mapa potenciométrico. Os coeficientes de recessão calculados de acordo com os preceitos de Worthington (1991) permitiram classificar o sistema da surgência do Tadinho segundo o padrão de fluxos de base, tipo underflow, e a do Cafundó e do Carrapato, como surgências de iransbordamento, do tipo overflow, situadas a montante do domínio principal de descarga. Os estudos hidroquímicos realizados em quatorze pontos de amostragem, distribuídos ao longo da bacia aquífera do Tadinho, possibilitaram a identificação de um sistema aquífero integrado, hidraulicamente, que evolui quimicamente entre as zonas de recarga e as zonas de íiuxo intermediário, aumentando gradativamente suas concentrações em alcalinidade de bicarbonatos e cálcio, e diminuindo seu potencial de corrosão, culminando em seguida, para um equilíbrio químico antes das zonas de descargas na surgência do Tadinho. O calculo das taxas de denudação cárstica (D) medida na surgência do Tadinho indicou uma dinâmica erosiva estimada para o referido sistema aquífero, de cerca de 22,5 ± 4 mm/ka.Hydrogeological studies have been conducted at a specific portion of the classical karstic area of Lagoa Santa, in the state of Minas Gerais, Brasil. Part of the studied area is comprised within a significant strip of the county with the same name, and coincides with the limestoneexploration area of the Lapa Vermelha mine. Resources implemented in the site and in the whole of its surrounding area were employed to gather the basic information necessary for the development of the research.The scenery of the study area differs from the traditional regional karst. It is characterized by a karstic aquifer system, covered by a thick soil mantle, and is situated on a representative strip on the edge of the depositional carbonate platform of the Bambuí sedimentary basin, atthe SE limit of the São Francisco craton. The system is made of high concentration limestone, interstratified among layers of impurecarbonates of the Bambuí Group in a piling system. It has a smooth bedding dip ranging from 5 to 10 degrees and is intersected by foliations and joints of the low-angle push systems dating back to the action of sin-to-post-depositional Brasiliana tectonics. The local aquifer system has a high concentration of calcite, which is interbeded by impurelimestone layers in the likes of an interestratal karst system. Carbonate dips low to the east and is transected by foliations and joints created by the overthrusting events in the Brasilian Cycle from the east as a part of the whole Folded overthrusting belt that comes from Espinhaço Ridge. These deformation processes was developed in a thin-skinned decollement faulting carbonate strata resting on crystalline rocks of an entirely different structural character. These kinds of events have been associated the relief with these structural controls, which ones have controlled karst processes to subsurface, creating disperse and localized expressions of dissolution perceived on the geographic scenerySpecific analytic tools for understanding the hydrogeochemical and hydrodynamical control mechanisms of these karstic aquifer systems were employed. About 57 probe holes, drilled up to the base level, helped characterize the topographic formation of the crystalline floor. Itsdisposition indicated the presence of front and side ramps which molded the tectonic style reflected in this domain.Field-based hydrogeologic, hydrochemic and hydrodinamic data were collected in the LagoaSanta mantled karst aquifer, and indicates that most of groundwater flows are dependent of the epicarstic zone. By using quantitative dye tracing techniques, it was possible to recognize flux routes betweenswallow holes and springs, as well as analyses of the hydraulic behavior of the karstic system. Estimated underground flow speeds of up to 80 m/h in turbulent flows conditions inside conduit systems were recognized. Seasonally, the exploration operation reports at the Lapa Vermelha mine have helped observe, via the open pit outlet system, an extensive network of deep fissures and conduits confirmed by the hydraulic connections detected by the measuring devices installed in the monitoring wells. The directions of the underground flow routes, according to the interpolation of the water levels distributed in 30 monitoring wells, have been identified by the execution of potentiometric maps. For the studied area the groundwater divides of the karstic aquifers were surveyed at different observation periods, which helped define the collection area of the Tadinho spring. Along eighteen months of measurements, twenty double-chamber wells installed at different alignments in the study area allowed for the presence of a developed epikarstic zone by observing the water level variation both in the porous environment and in karstic aquifers. This zone specially controls the whole management of the meteoric recharges, thus dictating the expansion rules of the dissolution processes, laterally, under the thick soil covers, and conditioning, along time, the distribution of recharges and the flow regime for the springs.A model of the functioning of the karstic aquifer system was proposed, departing from the coupling between the carbonate rock packet and the structuring of the crystalline basal complex. One can notice the presence of an underlying and extremely active karstic aquifer under the thick weathering mantle. Its control is mostly dictated by the distribution conditions of the pure calcitic limestone occurrence strips, whose evolution in the epikarstic zones ismore noticeable. Structurally, the conditioning of the karstification processes are linked to the presence, mostly, of the intersection planes between the interstratal contacts, generally N-Sdirection, with the planes of the joints and tectonic fabric etched on the carbonates in a parallel way. By using automatic sensors, the hydrodynamical conditions of the karstic aquifers were characterized from the records of water level variations in the monitoring wells. The behaviors of underground flows in conduits and fissures were differentiated. It was also possible to verify an intense interconnection network of flows in the karstic system. Theserecords were compared with pluviometric events and it was possible to establish a correlation between points with the same hydraulic characteristics of the karstic aquifers. In this sense, by using the results of such measuring devices, it was possible to observe, during dry periods, that the aquifer system restricts its flow domain in the form of underground hydric circulation corridors aligned with the interstratal tectonic ccontact strips, preferentially. The collection areas of the Tadinho and Cafundó surgencias were calculated based on the hydric balance, and are around 5,6 km2 and 0,95 km2, respectively. A plausible contourcondition for its limits was sketched with the aid of the potentiometric map. The recession coefficients calculated according to the Worthington norms (1991) allowed to classify the surgencia system of Tadinho under the base flow pattern, underflow type, and the Cafundó and Carrapato as overflow surgencias situated at the beginning of the main discharge domain. The hydrochemical studies carried out in fourteen sampling posts, distributed along the Tadinho aquifer basin, allowed for the identification of an integrated aquifer system, hydraulically, which chemically evolves between its concentrations in alkalinity ofbicarbonates and calcium, and diminishing its corrosion potential, finally culminating in a chemical balance before the discharge zones at the Tadinho spring. The calculation of the mean karstic denudation rates measured at the Tadinho spring indicated an erosive dynamics for the same aquifer system of around 22,5 ± 4 mm/ka