Reavaliação de critérios estruturais na hidrogeologia de terrenos cristalinos, com ênfase na neotectônica e sensoriamento remoto

Hydrogeological prospecting in Northeast Brazil and in other crystalline terrains has been developed on the basis of structural and regional geology concepts that date back to the 50-60 decades and, as such, demand a natural re-evaluation and update. In this kind of terrain, the percolation and accumulation of ground water are controlled by fractures and other types of discontinuities, such as foliations and geological contacts that, through weathering, impart porosity and permeability to the rocks, allowing water flow and storage. Several factors should be considered in the process of locating water wells, as discussed in the literature. Among these, the kind of structures, fracture geometry (including aperture and connectivity) and their geological and chronological context. It is important to correlate fracture systems with the regional neotectonic framework. Fractures at low angle (sub parallel) with the principal stress axis (s1) are those which tend to open (actually they work as tension joints) and, in principle, would present major hydric potential; in the opposite side, fractures at high angle to s1 would behave as closed by a compressional component. Fractures diagonal to the compression and tension axes correspond to shear fractures and, due to their connectivity with second fractures, are also important in terms of hydric potential. Uplift followed by terrain denudation leads to decompression and a general tendency to open (aided by weathering processes) fractures and other rock discontinuities, at different orientations. Low angle fractures, formed in this context, are equally important to increase connectivity, collection of water and recharge of the aquifer systems. In a general way, an opening component (neotectonic or by terrain decompression) and several models to increase fracture connectivity correlate with a greater hydric potential of these structures. Together with parallel research, this thesis addresses models of ground water occurrence in crystalline terrains, either improving well established concepts like the (Riacho-Fenda model), but also stressing other possibilities, like the role of alluvium and paleo-regoliths (the Calha Elúvio-Aluvionar model) and of strongly altered, permo-porous zones placed at variable depths below the present surface, flanking several types of discontinuities, especially interconnected fracture arrays (the Bolsões de Intemperismo model). Different methodological approaches are also discussed in order to improve success rates in the location of water wells in crystalline terrains. In this methodological review, a number of case studies were selected in the eastern domain of the State of Rio Grande do Norte, involving the localities of Santa Cruz, Santo Antônio, Serrinha, Nova Cruz, Montanhas, Lagoa de Pedras and Lagoa Salgada. Besides the neotectonic analysis of brittle structures, this Thesis addresses the validation of remote sensing as a tool for ground water prospecting. Several techniques were tested in order to detect and select areas with higher potential for ground water accumulation, using Landsat 5-TM and RADARSAT images, besides conventional aerial photos. A number of filters were tested to emphasize lineaments in the images, improving their discrimination, to identify areas with higher overburden humidity, which could reflect subsurface water accumulation, as well as alluvium and other sedimentary covers that might act as recharge zones. The work started with a regional analysis with the orbital images, followed by analysis of aerial photos, up to a detailed structural study of rock exposures in the terrain. This last step involved the analysis of outcrops surrounding wells (in a ray of approximately 10 to 100 m) with distinct productivities, including dry examples. At the level required for detail, it was not possible to accomplish a statistical approach using the available well data catalogs, which lack the desired specific information. The methodology worked out in this Thesis must undergo a testing phase through location of new water wells. An increase in the success rates as desired will led to a further consolidation step with wider divulgation of the methodology to private companies and governmental agencies involved in ground water prospecting in crystalline terrainsCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorA prospecção hidrogeológica no Nordeste do Brasil e em outros terrenos cristalinos tem sido baseada em conhecimentos de Geologia Estrutural e Regional que, pelo tempo decorrido, demandam uma natural reavaliação. Neste tipo de terreno, a percolação e acúmulo de água subterrânea são controlados por fraturas e outros tipos de descontinuidades, tais como foliações e contatos geológicos, que intemperizados adquirem certa porosidade e permeabilidade, permitindo o fluxo e/ou retenção de água. Diversos fatores devem ser considerados no processo de locação de um poço para água, conforme amplamente discutido na literatura. Dentre estes, o tipo de estrutura observada, a geometria do fraturamento (incluindo abertura e conectividade) e seu contexto geológico e cronológico. Neste último sentido, é importante correlacionar o fraturamento com o arcabouço neotectônico conhecido na região. Fraturas orientadas em baixo ângulo (subparalelas) com o eixo de tensão principal (s1) são aquelas que tendem a abrir (funcionam atualmente como juntas de distensão) e apresentam, em princípio, maior potencial hídrico; em situação oposta situam-se as fraturas em forte ângulo com s1 (corresponderiam a fraturas fechadas , com um componente de compressão). As fraturas diagonais às direções de compressão e distensão são equivalentes às fraturas de cisalhamento e, pela conectividade com planos de segunda ordem, são também importantes em termos de produtividade hídrica. A denudação do terreno também enseja descompressão e uma tendência geral de abertura (inclusive pelo efeito do intemperismo) de fraturas e outras descontinuidades, em orientações quaisquer. Fraturas de baixo ângulo, formadas nesse contexto, são igualmente importantes para definir a conectividade, coleta de água e a recarga dos sistemas aqüíferos. De um modo geral, um componente de abertura (neotectônico ou pela descompressão) e os vários modelos de interconexão de fraturas resultam no aumento de sua potencialidade hídrica. Em conjunto com pesquisas em paralelo, a presente Tese aborda modelos de ocorrência de água subterrânea no cristalino, procurando aperfeiçoar conceitos já estabelecidos (como o modelo Riacho-Fenda) e enfatizando outras possibilidades, a exemplo do papel de aluviões e paleo-regolitos (o modelo Calha Elúvio-Aluvionar) e de zonas fortemente alteradas (permo-porosas) em subsuperfície, ladeando vários tipos de descontinuidades, em especial fraturas interconectadas (o modelo Bolsões de Intemperismo). São também discutidos diferentes aspectos metodológicos atualmente utilizados na locação de poços, fazendo uma reavaliação destes procedimentos com vistas a aumentar o índice de acerto nas locações de poços em terrenos cristalinos. Nessa metodologia, foram estudadas áreas selecionadas, no interior do Rio Grande do Norte, envolvendo os municípios de Santa Cruz, Santo Antônio, Serrinha, Nova Cruz, Montanhas, Lagoa de Pedras e Lagoa Salgada, todos na região oriental do Estado. Além de fazer uma análise neotectônica do fraturamento, esta Tese aborda a validade da utilização de sensoriamento remoto como ferramenta na prospecção de água subterrânea. Foram testadas várias técnicas que pudessem facilitar a detecção e seleção de áreas com maior potencial para o acúmulo de água subterrânea, utilizando imagens Landsat 5-TM, RADARSAT e fotografias aéreas. Assim, foram utilizados filtros que melhor realçassem os lineamentos observados nas imagens, facilitando a sua discriminação, e destacassem áreas com maior umidade no terreno, que pudessem refletir o acúmulo de água em subsuperfície, bem como coberturas sedimentares e aluviões que servem como zonas de recarga. O trabalho partiu de uma análise regional com as imagens orbitais, passando pela análise de fotografias aéreas, até um estudo de detalhe, com estudo estrutural de afloramentos em campo. Esta última envolveu a análise de afloramentos próximos a poços pré-existentes (em um raio de aproximadamente 10 a 100m), com produtividade distinta, inclusive secos. Ao nível de detalhamento requerido, não foi possível realizar um trabalho estatístico utilizando os dados (fichas) de poços, pela falta das informações específicas requeridas. Todo este acervo de conhecimentos gerados deve agora passar por uma fase de testes através de locações específicas. O aumento no índice de acertos, assim pretendido, pode então conduzir a uma etapa posterior de consolidação e divulgação da metodologia, para empresas e órgãos envolvidos na prospecção de água subterrânea em terrenos cristalino