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Universidade Federal do Rio de Janeiro 2011 O SISTEMA AQUÍFERO CRETÁCEO MULTICAMADA TIKUNA: Subunidade do Sistema Aquífero Amazonas Fátima Ferreira do Rosário UFRJ Rio de Janeiro Dezembro de 2011 O SISTEMA AQUÍFERO CRETÁCEO MULTICAMADA TIKUNA: Subunidade do Sistema Aquífero Amazonas Fátima Ferreira do Rosário Tese de Doutorado submetida ao Programa de Pós-graduação em Geologia, Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, como requisito necessário à obtenção do grau de Doutor em Ciências (Geologia). Orientadores: Gerson Cardoso da Silva Jr. Emilio Custodio Gimena UFRJ Rio de Janeiro Dezembro de 2011 O SISTEMA AQUÍFERO CRETÁCEO MULTICAMADA TIKUNA: Subunidade do Sistema Aquífero Amazonas Fátima Ferreira do Rosário Orientadores: Gerson Cardoso da Silva Jr. Emilio Custodio Gimena Rio de Janeiro Dezembro de 2011 Tese de Doutorado submetida ao Programa de Pós-graduação em Geologia, Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Ciências (Geologia). Aprovada por: _____________________________________ Presidente: EURÍPEDES DO AMARAL VARGAS JR., UFRJ/PPGL _____________________________________ ANA BEATRIZ DA CUNHA BARRETO, CPRM/FGEL-UERJ _____________________________________ ANDREA FERREIRA BORGES, UFRJ/PPGL _____________________________________ RICARDO CÉSAR AOKI HIRATA, USP/CEPAS-IGc ________________________________ LUIS SEBASTIÁN VIVES, IHLLA Rosário, Fátima Ferreira O Sistema Aquífero Cretáceo Multicamada Tikuna: Subunidade de Sistema Aquífero Amazonas [Rio de Janeiro] 2011. xxiv, 185 p. (Instituto de Geociências – UFRJ, D.Sc., Programa de Pós-Graduação em Geologia, 2011). Tese – Universidade Federal do Rio de Janeiro, realizada no Instituto de Geociências. 1. Sistema aquífero Amazonas e subunidades I – IG/UFRJ II - Título (série) À minha mãe, Julia vii AGRADECIMENTOS Nestes quase quatro anos de desenvolvimento do Programa de Doutorado tive grande oportunidade de crescimento técnico-científico, cultural e espiritual. Isto não teria sido possível sem a ajuda de uma série de pessoas e instituições. Meus mais profundos agradecimentos à minha família, pela sólida formação pessoal e emocional que me permitiu avançar e atingir meus objetivos. Agradecimentos especiais à minha irmã, Francisca, por suportar meu grande período de ausência sem ter com quem dividir as atribuições de filha. Agradeço à PETROBRAS S.A., empresa na qual tenho a honra de trabalhar, pelo financiamento integral de meu Programa de Doutorado, à Gina Vazquez Sebastián, Gerente da CENPES/PDEDS/BIO, que encaminhou e defendeu minha proposta de Doutorado durante todas as fases de seleção na empresa. Agradeço também aos companheiros do Grupo de Resíduos e Áreas Impactadas (GRAI) por estimular a realização da capacitação na área de hidrogeologia e a todos da UO-AM, especialmente aos colegas da UO-AM/SMS pela disponibilização e auxílio na obtenção de dados. A Gerson Cardoso da Silva Jr., agradeço pelo incentivo, grande apoio e orientação. Meus especiais e profundos agradecimentos a Emilio Custodio Gimena pela constante atenção, paciência, compreensão, orientação, estímulo e pelo exemplo de conduta profissional e pessoal. Também agradeço à sua família, em especial à sua esposa, Olga, e ao seu filho, Javier, pela atenção, carinho e ajuda. Agradeço à grande amiga e minha professora de espanhol Mónica Baca que mesmo distante foi companhia constante e incansável via web durante toda a minha estadia em Barcelona. A Didier Gastmans e a Adjalma Jaques (IBGE/AM) agradeço pela disponibilização e envio de dados. Agradeço a todos os professores, alunos e funcionários do Departamento de Engenharia do Terreno, Cartográfica e Geofísica e do 43o CIHS, em especial aos amigos Jordi Sánchez, pelos momentos de descontração e pelas aulas de catalão e espanhol coloquial, e Joan Perez, pelo carinho e apoio em informática. Não poderia esquecer-me de agradecer neste momento aos amigos e amigas: Ivana Baño (minha amiga-irmã), Pedro Linares, Iciar, Ana, Carlos Vladimir, Monique, Núria, Juan, Emre e Bülent, por ajudar-me a tornar os dias mais alegres. Agradeço também a todos aqueles com os quais tive contato e que de forma direta ou indireta me ensinaram e me ajudaram. Espero ter contribuído com eles da mesma forma. viii RESUMO O SISTEMA AQUÍFERO CRETÁCEO MULTICAMADA TIKUNA: Subunidade do Sistema Aquífero Amazonas Fátima Ferreira do Rosário Orientadores: Gerson Cardoso da Silva Jr. Emilio Custodio Gimena Resumo da Tese de Doutorado submetida ao Programa de Pós-graduação em Geologia, Instituto de Geociências, da Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Ciências (Geologia). O mega-sistema aquífero Amazonas (SAA) é composto por duas grandes subunidades: os sistemas aquíferos Solimões e Tikuna. As camadas aquíferas cretáceas do SAA, de cerca de 350 m de espessura média, formam um sistema aquífero multicamada, confinado, que está sendo definido pela primeira vez nesta tese e que foi recebeu o nome de sistema aquífero Tikuna (SAT). Este sistema aquífero prolonga-se a Oeste desde o Arco de Purus até o cinturão de falhas subandinas. Através de extenso estudo de dados geológicos e hidrogeológicos regionais, da elaboração dos modelos conceitual e numérico de fluxo, observou-se que o SAT é recarregado através de áreas aflorantes localizadas no bordo do cinturão de falhas subandinas, a cerca de 1000 m de altitude média. Um divisor parcial interno de fluxo, de traçado semi-circular Noroeste-Sudoeste divide o SAT em duas sub- bacias. A sub-bacia SAT Oeste possui um sistema de fluxo convergente, cuja área de descarga está localizada a cerca de 300 m de altitude, na região da Serra do Divisor. A sub- bacia SAT Leste, com área aproximadamente o dobro da área da sub-bacia Oeste, possui fluxo de água de direção preferencial Oeste-Leste e área de descarga localizada nas proximidades do Arco de Purus, localizada cerca de 20 m de altitude, onde o SAT passa a aflorar e forma o Aquífero Alter do Chão. As águas do SAT variam entre doces, nas proximidades das áreas de recarga, a salobras–salgadas, nas regiões mais centrais de suas sub-bacias. Devido ao confinamento de suas camadas, o SAT mantém-se com níveis piezométricos mais elevados do que os do aquífero livre Solimões. Em função desta diferença piezométrica, gera-se neste sistema uma direção de fluxo adicional, vertical ascendente, controlada pelo aquitardo que separa ambos os sistemas aquíferos. Os tempos de residência da água subterrânea no SAT possivelmente são muito longos, de mais de 1 Ma em média, formado por ciclos sub-regionais a regionais. Palavras-chave: sistema aquífero Amazonas, sistema aquífero Tikuna, sistema aquífero Solimões, águas subterrâneas, modelo numérico regional de fluxo. ix ABSTRACT TIKUNA CRETACEOUS MULTILAYER AQUIFER SYSTEM: Subunit of Amazon aquifer system Fátima Ferreira do Rosário Orientadores: Gerson Cardoso da Silva Jr. Emilio Custodio Gimena Abstract da Tese de Doutorado submetida ao Programa de Pós-graduação em Geologia, Instituto de Geociências, da Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ,como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Ciências (Geologia). The Amazon mega-aquifer system (AAS) is formed by two subunits:the Solimões and the Tikuna aquifer systems. The 350 m thick Cretaceous aquifer layers of Amazon’s mega-aquifer system form a confined, essentially sandy, multilayer aquifer system: the Tikuna aquifer system (TAS).This system area spreads E-W from Purus Arc up to the subandean fault system zone. Through a steady-state numerical flow model it was possible to study this system’s dynamics and its relationship with other aquifer subunits. SAT is recharged by direct recharge through its unconfined intake beds located in the studied areas’ West border, at about 1000 m height. An almost N-S partial internal flow divide, generate two TAS sub- basins. The TAS’s West sub-basin system flow is converging and discharges in Serra do Divisor region at about 300 m height. The East TAS sub-basin has twice the area of the TAS West sub-basin and a W-E preferential flow direction, which discharges in the vicinities of Purus Arch, where TAS extends and outcrops eastward forming the Alter do Chão aquifer. Hydrogeochemically, TAS’s waters can vary from fresh waters, near the recharge areas, to brackish-saline water, in its sub-basins’ central regions. Its average residence times are estimated to be large, over 1M years, and to comprise both regional and intermediate flow systems. Key-Words: amazon aquifer system, Tikuna aquifer system, Solimões aquifer system, regional groundwater flow numerical model. x SUMÁRIO AGRADECIMENTOS vii RESUMO viii ABSTRACT ix LISTA DE FIGURAS xiv LISTA DE TABELAS xxi LISTA DE NOMENCLATURAS, PARÂMETROS E VARIÁVEIS xxiv LISTA DE SÍMBOLOS E CONVENÇÕES xxv 1 INTRODUÇÃO 1 1.1 OBJETIVOS 4 2 ESTADO DA ARTE 7 3 LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS REGIONAIS 20 3.1 RELEVO 21 3.2 CLIMA 22 3.3 HIDROGRAFIA 23 4 GEOLOGIA REGIONAL 26 4.1 ESTRATIGRAFIA 31 4.1.1 Pré-Cambriano 31 4.1.2 Sequência Paleozóica 31 4.1.3 Triássico e Jurássico 32 4.1.4 Cretáceo 33 4.1.5 Terciário 37 4.1.6 Quaternário 39 4.2 PRINCIPAIS GEOESTRUTURAS REGIONAIS 41 4.2.1 Arco de Iquitos 41 4.2.2 Arco de Purus 43 4.2.3 Arco de Carauari 44 4.2.4 Arco de Fitzcarrald 44 4.2.5 Arco de Contaya 45 5 HIDROGEOLOGIA REGIONAL 46 5.1 EXTENSÃO E LIMITES DO SAA 46 5.2 BACIAS DO SAA 47 xi 5.2.1 Bacias do Acre e Solimões 52 5.2.1.1 Sistema aquífero Solimões 52 5.2.1.2 Sistema aquífero Alter do Chão 64 5.2.1.3 Camadas aquíferas cretáceas na área de estudo 65 5.2.2 Bacias subandinas 69 6 METODOLOGIA 79 6.1 COMPILAÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE DADOS 81 6.2 DEFINIÇÃO DAS SUBUNIDADES HIDROGEOESTRATIGRÁFICAS DA ÁREA DE ESTUDO 81 6.3 DEFINIÇÃO DOS BORDOS HIDROGEOLÓGICOS 82 6.4 MODELO CONCEITUAL DE FLUXO REGIONAL 85 6.5 MODELO NUMÉRICO DE FLUXO REGIONAL 86 6.5.1 Condições de contorno 89 6.5.1.1 Condição de contorno tipo 1: Condição de Dirichlet (nível prescrito) 89 6.5.1.2 Condição de contorno tipo 2: Condição de Neumann (fluxo prescrito) 90 6.5.2 Parâmetros hidráulicos 91 6.5.3 Calibração 94 6.5.4 Verificação dos resultados obtidos 94 7 O SAA E SUAS SUBUNIDADES AQUÍFERAS NA ÁREA DE ESTUDO 96 7.1 SUBUNIDADES HIDROGEOESTRATIGRÁFICAS DO SAA 96 7.1.1 Integração das colunas geológicas das bacias estudadas 96 7.1.2 Generalização de perfis litológicos de poços profundos 99 7.1.3 Elaboração de seções hidrogeoestratigráficas sintéticas 101 7.2 SISTEMA AQUÍFERO SOLIMÕES 103 7.3 SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA 108 8 MODELOS REGIONAIS 111 8.1 MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEITUAL REGIONAL 111 8.2 MODELO NUMÉRICO DE FLUXO REGIONAL 114 8.2.1 Base de dados georreferenciada 115 8.2.2 Modelo digital do terreno 115 8.2.3 Interpolações e geração de superfícies 116 8.2.4 Malha 118 8.2.5 Área de domínio 119 8.2.6 Condição de contorno externo de fluxo 119 8.2.6.1 Contornos tipo 1: nível prescrito 120 xii 8.2.6.2 Contornos tipo 2: fluxo prescrito 120 8.2.7 Contornos internos de fluxo 123 8.2.8 Parâmetros hidráulicos 124 8.2.9 Pontos de observação 126 8.3 CALIBRAÇÃO DO MODELO NUMÉRICO DE FLUXO 126 8.4 RESULTADOS DO MODELO NUMÉRICO DE FLUXO 128 8.4.1 Balanço de massa d’água no SAA 133 8.5 ANÁLISE DE SENSIBILIDADE 134 8.5.1 Condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões 135 8.5.2 Condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna 136 8.5.3 Influência da Serra do Divisor 137 8.5.4 Áreas de recarga/descarga nos bordos cratônicos 138 8.5.5 Variação das condições de contorno no bordo Leste (níveis prescritos) 139 8.6 VERIFICAÇÃO DOS RESULTADOS DO MODELO NUMÉRICO DE FLUXO 141 9 DISCUSSÃO 143 9.1 O SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA E SUA INSERÇÃO NO SAA 143 9.2 AS SUBUNIDADES AQUÍFERAS DO SAA NA ÁREA DE ESTUDO 144 9.2.1 Base de dados empregada 145 9.3 MODELO NUMÉRICO DE FLUXO 147 9.3.1 Contornos internos de fluxo 147 9.3.2 A questão da piezometria do sistema aquífero Solimões 147 9.3.3 Parâmetros hidrogeológicos 149 9.3.4 Modelo numérico de fluxo 3D x quasi-3D 151 9.3.5 Modelo numérico de fluxo regional em estado estacionário e densidade homogênea 154 9.3.6 Calibração do modelo numérico de fluxo 156 9.4 TEMPO DE TRÂNSITO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NO SAA 157 9.4.1 Tempo de trânsito no SAT 158 9.4.2 Tempo médio de residência no SAT 159 9.4.3 Tempo de trânsito no aquitardo 160 9.5 HIDROGEOQUÍMICA DO SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA 161 9.6 ORIGEM DAS ÁGUAS DO SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA 163 9.7 SISTEMA DE FLUXO NO SAT 167 10 CONCLUSÕES 171 xiii REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 176 ANEXOS 199 xiv LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Principais pontos de referência na área de estudo. Figura 2.1 Localização dos maiores aquíferos do mundo (Margat, 2007; UNESCO, 2009). Figura 3.1 Localização da área de estudo. Figura 3.2 Hipsometria da área de estudo e feições fisiográficas regionais (IBGE, 2006). Figura 3.3 Região Amazônica e sua rede de drenagem. Figura 3.4 Bacia hidrográfica amazônica e principais afluentes do Rio Amazonas. Figura 4.1 Localização da área de estudo, das bacias sedimentares estudadas e de suas principais feições geoestruturais. Figura 4.2 Perfil geológico das bacias amazônicas na direção Leste-Oeste, desde a Bacia da Foz do Amazonas até a Bacia de Marañón/Pastaza (modificado de Wanderley et al., 2010). Figura 4.3 Mapa geológico da área de estudo. Figura 4.4 Esquema da evolução dos ambientes deposicionais entre o Cretácio e o Terciário nas bacias amazônicas (modificado de Mapes et al., 2006). Figura 4.5 Isópacas dos depósitos cretáceos nas bacias amazônicas Figura 4.6 Detalhe de seção geológica esquemática da Serra do Divisor (IBGE, 2005). Figura 4.7 Afloramento da Formação Alter do Chão na rodovia AM-010 (km 102). Observam-se várias estruturas de deformação compressiva (Pietrobon, 2006). Figura 4.8 Formação do Lago Pebas (Mioceno superior) (modificado de Roddaz et al., 2005). Figura 4.9 Isópacas do Terciário (modificado de Mossman et al., 1986). Figura 4.10 Figuras esquemáticas mostrando o processo de migração do Arco de Iquitos e seus efeitos na alteração do sistema dedrenagem e geração de falhas e movimentação de blocos (modificado de Roddaz et al., 2005 (a) e Salo, 2010 (b)). xv Figura 4.11 Perfil litoestratigráfico da área de influência do Arco de Purus (Wanderley et al., 2006). Figura 5.1 Área do sistema aquífero Amazonas (SAA) segundo UNESCO (2007) e Margat (2007). Figura 5.2 Perfis geológicos localizados no bordo Oeste da área de estudo mostrando os deslocamentos verticais causados pelos movimentos tectônicos nesta região e desconexões das camadas provocadas pelos falhamentos. (a) localização dos perfis; (b) perfis publicados por Mathalone e Montoya, 1995; (c) perfil publicado por Hermoza, 2004. Figura 5.3 Principais sistemas aquíferos e identificação das áreas com maior densidade de poços perfurados (OTCA, 2006c). Figura 5.4 Detalhe do mapa de domínios/subdomínios hidrogeológico do Brasil, escala 1: 2500000 (CPRM, 2002). Figura 5.5 Localização de poços de captação do sistema aquífero Solimões (SIAGAS, 15/04/2010 e Domus, 2009, base de dados PETROBRAS). Figura 5.6 Perfis litoestratigráficos na base petrolífera de Urucu (modificado de Souza, 2009). Figura 5.7 Diagrama de Piper para as águas do sistema aquífero Solimões em Urucu. Figura 5.8 Diagrama de Schoeller-Berkaloff para as águas do sistema aquífero Solimões em Urucu e as profundidades dos poços amostrados. (Nota: foram plotados somente os resultados com erros analíticos inferiores a 6%). Figura 5.9 Perfis geofísicos e litológicos do poço estratigráfico STG-01 perfurado em Urucu (Souza, 2007). Figura 5.10 Perfis geofísicos e litológicos do poço estratigráfico STG-02 perfurado em Urucu (Souza, 2009). Figura 5.11 Fotografias do “Buraco da Central”, Serra do Divisor (Fontes: Google Earth em 02/03/201 e http://expedicaoparquesnacionais.com.br). Figura 5.12 Localização dos poços utilizados nos ensaios de injeção e do poço de observação. xvi Figura 5.13 Localização dos poços surgentes P-A e P-B. Figura 5.14 Mapa de províncias hidrogeológicas para a Bolívia (Crespo e Mattos, 2000). Figura 5.15 Mapa de magnitudes de zonas de recarga para a Bolívia (OTCA, 2007a). Figura 5.16 Mapa não-oficial de zonas hidrogeológicas para a Colômbia (OTCA, 2007 b). Figura 5.17 Seção litoestratigráfica da Bacia Oriente (modificado de Smith, 1989). Figura 5.18 Modelo de circulação das águas nas camadas cretácicas da Bacia Oriente (modificado de Smith, 1989). Figura 5.19 Dados de salinidade das águas das camadas cretáceas na Bacia Solimões e nas bacias subandinas: Putumayo Oriente, Marañón, Ucayali. Figura 6.1 – Fluxograma da metodologia adotada no desenvolvimento da tese. Figura 6.2 – Figura esquemática de uma divisória de fluxo e sua condição de contorno de fluxo (modificado de Anderson e Woessner, 1992). Figura 6.3 – Exemplos de modelos conceituais pictóricos elaborados para alguns dos grandes sistemas aquíferos mundiais. (a) Modelo conceitual do sistema aquífero de Núbia (Sefelnars, 2007, adaptado de Salem e Pallas, 2004 e Bakhbakhi, 2006); (b) Modelo conceitual do sistema aquífero da Grande Bacia Australiana (Welsh, 2006, adaptado de GABCC, 1998); (c) Modelo conceitual do sistema aquífero do NW do Saara (Kinzelbach et al., 2004) e (d) modelo conceitual do Extremo Leste da Bacia Rand, África do Sul (Vivier e Wiethoeff, 2006). Figura 6.4 – Esquema mostrando a passagem de um modelo hidrogeológico de fluxo conceitual para um modelo numérico de fluxo (modificado de Sefelnars, 2007). Figura 7.1 Coluna estratigráfica generalizada das bacias sedimentares que compõem o SAA (Minaya, 2008; Rakhit, 2002; Brandão et al., 2006; Cunha, 2007). Figura 7.2 Perfil litoestratigráfico de poço profundo e exemplo de generalização realizada. xvii Figura 7.3 Distribuição dos cerca de 600 pontos de informação utilizados para a elaboração de seções estratigráficas na área de estudo. Figura 7.4 Diagrama esquemático 3D de seções litoestratigráficas da área de estudo. Figura 7.5 Pontos de nível estático conhecido utilizado para elaboração do mapa piezométrico do aquífero Solimões. Figura 7.6 Mapa piezométrico do aquífero Solimões. Figura 7.7 Mapa resumo do sistema aquífero Tikuna. Figura 8.1 Modelo hidrogeológico conceitual da área de estudo. Bloco diagrama na direção Oeste-Leste do Sistema Aquífero Amazonas. Figura 8.2 Esquema do funcionamento do sistema de fluxo no aquífero Solimões e sua relação com os corpos hídricos superficiais e com a aquitardo basal do sistema aquífero Solimões. Figura 8.3 Modelo digital do terreno da área de estudo composto por imagens SRTM 3 arc-segundos. Figura 8.4 Superfícies do modelo numérico. (a) topografia, (b) base do aqüífero Solimões, (c) base do aquitardo Solimões, (d) base do aqüífero Tikuna. Figura 8.5 Geometria das camadas do modelo e áreas de células ativas e inativas (a) camadas 1 e 2 (aquífero e aquitardo Solimões) e (b) camada 3 (sistema aquífero Tikuna) em Projeção UTM 20S SAD 69 e células de 10km x 10km. Figura 8.6 Área de domínio do modelo numérico de fluxo e contornos externos de fluxo. Figura 8.7 Limites do sistema aquífero Tikuna e pontos de nível prescrito definidos como condição de contorno do modelo numérico de fluxo. Figura 8.8 - Vales longitudinais característicos da região andina e as regiões geomorfológicas da Cordilheira Andina (C.OC. – Cordilheira Ocidental, C.C. – Cordilheira Central, C.OR. – Cordilheira Oriental) (Vidal, 1972). Figura 8.9 Tipos de condições de contorno externo de fluxo definidos para a camada aquífero Solimões. xviii Figura 8.10 Tipos de condições de contorno externo de fluxo definidos para a camada sistema aquífero Tikuna. Figura 8.11 Células de 10km x 10km sobreposta à base hidrográfica em escala de 1:1000000 (CPRM, 2006). Figura 8.12 Mapa piezométrico do sistema aquífero Tikuna. Resultado do modelo numérico de fluxo. Figura 8.13 Fotografias de cascatas e feições do relevo resultante do tectonismo na Serra do Divisor. (Fontes: http://www.panoramio.com /photo/3390655 e Google Earth em 02/03/2011). Figura 8.14 Mapa piezométrico do sistema aquífero Tikuna com linhas de fluxo. Figura 8.15 Mapa de isolinhas da diferença entre a piezometria do sistema aquífero Tikuna e do aquífero Solimões. Figura 8.16 Gráfico de variação do nível piezométrico do ponto de controle em função da variação da condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões. Figura 8.17 Gráfico de variação do nível piezométrico do ponto de controle em função da variação da condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna. Figura 8.18 Áreas de afloramento do sistema aquífero Tikuna (SAT) na região da Serra do Divisor e no cinturão de falhas subandinas. Figura 8.19 Áreas de afloramento do sistema aquífero Tikuna (SAT) localizadas no bordo Oeste da área do modelo e extensão destas áreas ao longo dos bordos cratônicos para simulação da existência de áreas de recarga nesta região. Figura 8.20 Níveis piezométricos de poços perfurados recentemente na área de estudo e próximo a esta. Observou-se bom ajuste entre o resultado do modelo numérico e os níveis medidos nestes poços. Figura 9.1 Distribuição dos pontos de informação utilizados para a elaboração das camadas das subunidades do SAA. Figura 9.2 Figura esquemática mostrando os parâmetros hidráulicos utilizados na equação 8.1. Figura 9.3 Desenho esquemático do modelo numérico de fluxo na arquitetura 3D, mostrando os elementos utilizados na equação 8.1 e 8.2. xix Figura 9.4 Desenho esquemático do modelo numérico de fluxo na arquitetura quasi-3D, mostrando os elementos utilizados na equação 8.3. Figura 9.5 Pontos de recarga e de descarga do sistema aquífero Tikuna (SAT) e suas áreas de afloramento. Figura 9.6 Dados de salinidade das águas do sistema aquífero Tikuna. Figura 9.7 Choque entre a Placa de Nazca e a Placa Sulamericana, gerando o soerguimentoda Cordilheira dos Andes e o desenvolvimento de processos magmáticos, além do desenvolvimento de novas feições geoestruturais no continente, como o Arco de Iquitos. Figura 9.8 Seção esquemática com as principais feições geoestruturais geradas em função da subducção da Placa de Nazca e soerguimento dos Andes (modificado de DeCelles e Giles, 1996). Figura 9.9 Extensão do Lago Pebas durante o Mioceno e possíveis rotas de entrada de água marinha numeradas de 1 a 6 (Hovikoski et al., 2010). Figura 9.10 Perfil longitudinal SW-NE mostrando as direções preferenciais de fluxo. Observa-se que na porção Oeste da área os fluxos provenientes das zonas de recarga situadas a SW da área estão representadas por direções perpendiculares ao plano do papel. Figura D.1 Mapa de situação dos poços onde foram coletadas as amostras de água analisadas Figura E.1 Seção geológica do sistema aquífero Alter do Chão na cidade de Manaus (Aguiar et al., 2002). Figura E.2 Seções geológicas baseadas em dados geofísicos de superfície (SEV), perfis geofísicos de poços e amostras de calha (Souza e Verma, 2006). Figura E.3 Localização dos poços que captam do sistema aquífero Alter do Chão. Figura G.1 Gráfico de correlação de resistividade da água de formação e concentrações de NaCl na solução. (http://www.pe.tamu.edu/blasingame/data/P663_10B/P663_Schecht er_Notes/SP%20Log.PDF) xx Figura G.2 Sensibilidade dos valores de salinidade das águas do sistema aquífero Tikuna no furo estratigráfico STG-01 em função da porosidade. Figura G.3 Sensibilidade dos valores de salinidade das águas do sistema aquífero Tikuna no furo estratigráfico STG-02 em função da porosidade. xxi LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Alguns dos maiores sistemas aquíferos mundiais. [ ] extensões não confirmadas (modificado de Custodio, 2009). Tabela 2.2 Compilação de características hidrogeológicas de alguns dos maiores aquíferos multicamada do mundo e referências de modelos numéricos desenvolvidos (UNESCO, 2009; Schmidt, 2007; WHYCOS, 2005; OSS, 2006; Margat, 2007 e vários outros). Tabela 3.1 Características físico-químicas das águas dos rios da Bacia amazônica (Sioli, 1967; Sioli, 1975; Filizola, 1999; Meade et al., 1979; Schimidt, 1972; Filizola, 2005). .Tabela 4.1 Características litológicas, espessuras e ambiente deposicional das Formações Cretácicas (IGEMME, 2001a; Eiras et al., 1994; Canfield, 1982). Tabela 4.2 Características litológicas principais, espessuras e ambientes deposicionais das formações Terciárias (IGEMMET, 2001a; Eiras et al., 1994; Canfield, 1982). Tabela 5.1 Dados de transmissividades e condutividades hidráulicas calculadas para o sistema aquífero Solimões em localidade próxima a Porto Velho (RO) (SIAGAS, 15/04/2010). Tabela 5.2 Cotas potenciométricas do sistema aquífero Tikuna- base petrolífera de Urucu, Bacia Solimões. Tabela 5.3 Características hidrogeoquímicas das águas do sistema aquífero Tikuna na base petrolífera de Urucu. Tabela 5.4 Parâmetros hidráulicos calculados para o sistema aquífero Tikuna a partir dos resultados dos ensaios de injeção. Tabela 5.5 Dados de poços de captação na Bacia Marañón-Pastaza (Domus, 2009). Tabela 5.6 Características físico-químicas e químicas das águas da Formação Nauta na província de Loreto – Perú (Bacia Marañon/Pastaza) (Domus, 2009). Tabela 5.7 Compilação de parâmetros hidrogeológicos para os reservatórios cretáceos das bacias subandinas. xxii Tabela 8.1 Contornos externos de fluxo laterais utilizados no modelo numérico de fluxo Tabela 8.2 Valores de porosidade inseridos no modelo numérico de fluxo. Tabela 8.3 Condutividades hidráulicas definidas inicialmente para as camadas do modelo numérico Tabela 8.4 Condutividades hidráulicas antes e após a calibração manual. Tabela 8.5 Análise de sensibilidade: condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões. Tabela 8.6 Análise de sensibilidade: condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna Tabela 8.7 Análise de sensibilidade: existência da Serra do Divisor. Tabela 8.8 Análise de sensibilidade: existência de áreas de recarga nos bordos cratônicos. Tabela 8.9 Análise de sensibilidade: condição de contorno externo do bordo Leste. Tabela 9.1 Cálculo do erro piezométrico associado à utilização de pontos de controle nos rios para o traçado da piezometria do aquífero Solimões. Tabela 9.2 Espessura das camadas no ponto B e suas respectivas condutividades hidráulicas verticais. Tabela 9.3 Cálculo da pressão osmótica no SAA devido ás diferenças de salinidade entre o AS e o SAT. Tabela 9.4 Cálculo dos tempos de trânsito para o sistema aquífero Tikuna. Tabela 9.5 Cálculo dos tempos de residência médios para o sistema aquífero Tikuna. Tabela D.1 Resultados analíticos das amostras de água do aquífero Solimões analisadas. Tabela E.1 Compilação dos resultados das análises químicas e físico-químicas das águas subterrâneas do sistema aquífero Alter do Chão na região de Manaus. Tabela E.2 Compilacão dos resultados das análises químicas e físico-químicas das águas subterrâneas do sistema aquífero Alter do Chão na cidade de Iranduba. xxiii Tabela F.1 Dados de poços instalados no sistema aquífero Tikuna, região da Base Petrolífera de Urucu. Tabela F.2 Características físico-químicas dos fluidos injetados e da água de formação. Tabela F.3 Densidades e pesos específicos dos fluidos em função das salinidades. Tabela F.4 Cálculo das transmissividades e condutividades hidráulicas do sistema aquífero Tikuna. Tabela G.1 Resistividades da água de formação (Rw) calculada através do método de Archie. xxiv LISTA DE NOMENCLATURAS, PARÂMETROS E VARIÁVEIS b espessura da camada CE condutividade elétrica C∆ variação da concentração de soluto entre dois pontos h∆ variação do nível piezométrico π∆ pressão osmótica relativa h nível piezométrico i gradiente hidráulico [adimensional] K condutividade hidráulica Kv condutividade hidráulica vertical k permeabilidade intrínseca m Porosidade total md Porosidade dinâmica R constante universal dos gases 8,31x103 Pa.L.mol-1.K-1 R recarga S coeficiente de armazenamento SS coeficiente de armazenamento específico Sy coeficiente de rendimento específico T transmissividade T temperatura absoluta (K) τ tempo médio de residência da água subterrânea em um aquífero v número de íons dissociados na solução xxv LISTA DE SÍMBOLOS E CONVENÇÕES ANA Agência Nacional de Águas CPRM Serviço Geológico do Brasil GEF Global Environment Facility GPR Ground Penetrating Radar IAH International Association of Hydrogeologists IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IGEMMET Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico de Perú IGRAC International Groundwater Resources Assessment Centre ISARM Internationaly Shared Aquifer Resource Management MMA Ministério do Meio Ambiente, Secretaria de Recursos Hídricos e Ambiente Urbano OEA Organização dos Estados Americanos OSS Observatório do Saara e Sahel OTCA Organização do Tratado de Cooperação Amazônica PETROBRAS Petróleo Brasileiro S/A PNUMA Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente PSAG Projeto para a Proteção Ambiental e Desenvolvimento Sustentável do Sistema Aquífero Guarani QDNR Queensland Department of Natural Resources and Mines SG/OEA Secretaria Geral da Organização dos Estados Americanos UFPA Universidade Federal do Pará. UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization UNESCO-IHP UNESCO International Hydrological Programme UPC Universidade Politécnica da Catalunha USGS United States Geological Survey WHYCOS World Hydrological Cycle Observing System 1 1 INTRODUÇÃO Esta tese tem como foco principal o estudo das camadas aquíferascretáceas que se estendem em subsuperfície desde o Arco de Purus em direção ao Oeste, até o bordo da Cordilheira Andina (Figura 1.1). Tais sequências aquíferas cretáceas ainda não haviam sido hidrogeologicamente estudadas e, por falta de nomenclatura prévia, foram designadas de sistema aquífero1 Tikuna (SAT). O sistema aquífero Tikuna (SAT) é o prolongamento em subsuperfície, e sob regime de confinamento, do aquífero Alter do Chão. Este último, já extensivamente estudado, é definido como um aquífero aflorante, cuja área de ocorrência tem como limites o Arco de Purus, a Oeste, o Arco de Gurupá, a Leste, o Cráton das Guianas, a Norte, e o Cráton Brasileiro, ao Sul (Figura 1.1) (ANA, 2009; ANA, 2009b; ANA, 2007; Silva e Silva, 2007; Aguiar et al., 2002; Souza e Verma, 2006; Tancredi, 1996). Para o desenvolvimento desta tese foi necessária, primeiramente, a caracterização regional do sistema aquífero Amazonas (SAA), no qual o SAT está incluído. O estudo regional do SAA constituiu-se em um grande desafio científico, tanto pela extensão do sistema, englobando várias bacias, diferentes tipos de depósitos sedimentares e histórias evolutivas, como pela escassez de dados hidrogeológicos disponíveis, tornando necessário o exercício de correlação de dados de diferentes áreas temáticas para suprir as atuais lacunas de conhecimento. O sistema aquífero Amazonas (SAA) pode ser definido como um grande sistema aquífero multicamada, transfronteiriço. Este sistema estende-se por uma área de 2,7x106 km2 e engloba as bacias sedimentares brasileiras do Amazonas, Solimões e Acre, as bacias subandinas Marañón/Pastaza e Ucayali, no Peru, Oriente, no Equador, e parte das bacias Madre de Dios, na Bolívia, e Putumayo, na Colômbia. 1 Nesta tese utiliza-se o termo aquífero conforme definição de Freeze e Cherry (1979): um aquífero é uma unidade geológica permeável saturada que pode transmitir significativas quantidades de água sob influência de gradientes hidráulicos naturais. 2 O estudo desenvolvido nesta tese limitou-se à região Oeste do SAA, que corresponde a 85% de sua área total (2,3x106 km2) e compreende a porção do SAA entre o Arco de Purus e o cinturão de falhas subandinas. Na área de estudo o SAA é composto por dois sistemas aquíferos: o sistema aquífero Solimões (SAS) e o sistema aquífero Tikuna (SAT). O sistema aquífero multicamada Tikuna (SAT) ocorre entre cerca de 350 e 750 m de profundidade média e tem como bordos o Arco de Purus e a zona de falhas subandinas, na direção Leste-Oeste. As regiões cratônicas dos Escudos das Guianas e Brasileiro e duas divisórias de fluxo de água correspondem a seus bordos externos na direção Norte-Sul. O SAT é formado por rochas cretáceas predominantemente arenosas e é recoberto pelas espessas camadas argilo-arenosas do sistema aquífero Solimões. O sistema aquífero Solimões (SAS), embora formado por sedimentos Terciários de caráter predominantemente argilo-arenoso, apresenta camadas superficiais mais arenosas. Devido a esta heterogeneidade, pode ser compartimentado em um aquífero superior, o aquífero Solimões, e em um aquitardo basal, que desempenha a importante função de camada confinante do sistema aquífero Tikuna. Na área de estudo o recobrimento do sistema aquífero Tikuna pelo sistema aquífero Solimões é quase total, exceto por duas regiões onde o SAT aflora: o cinturão de falhas subandinas e a Serra do Divisor (Figura 1.1). O sistema aquífero Tikuna (SAT) é dividido internamente em duas sub-bacias, separadas por uma divisória de fluxo parcial, localizada na região do Arco de Iquitos. A sub-bacia Oeste do SAT apresenta um sistema de fluxo de água convergente, com áreas de recarga situadas ao longo de quase todo o cinturão de falhas subandinas e na divisória interna de fluxo. Sua área de descarga está localizada na Serra do Divisor. Na sub-bacia Leste, o fluxo de água possui direção Oeste-Leste, com áreas de recarga localizadas nos extremos Noroeste e Sudoeste do cinturão de falhas subandinas e na divisória interna de fluxo. Sua descarga está localizada no bordo Leste da área de estudo, nas proximidades do Arco de Purus. 3 Figura 1.1 – Principais pontos de referência na área de estudo. 4 As águas do sistema aquífero Tikuna podem variar de doces a salgadas, a depender da região do sistema aquífero em que se encontrem. Algumas possibilidades foram levantadas a respeito da origem destas variações hidrogeoquímicas, porém, devido aos escassos dados disponíveis, estas ainda não puderam ser confirmadas. A modelagem numérica de fluxo foi utilizada para auxiliar na interpretação deste complexo sistema aquífero. O modelo numérico de fluxo elaborado constitui-se, não obstante suas limitações, em uma importante ferramenta, seja do ponto de vista científico ou de gestão de recursos hídricos, permitindo a compreensão integrada dos aspectos hidrogeológicos mais relevantes. O estudo desenvolvido nesta tese, sendo o primeiro estudo hidrogeológico de âmbito regional na porção Oeste do SAA, não possui a intenção de esgotar o tema, mas sim de ser o início do conhecimento hidrogeológico regional integrado desta parte do SAA, propiciando as bases para o desenvolvimento de outros estudos hidrogeológicos e de áreas afins. Esta tese foi integralmente financiada pela Empresa Brasileira de Petróleo S.A. – PETROBRAS. Nos processos produtivos da PETROBRAS água subterrânea constitui-se em um bem utilizado a ser preservado, em um insumo para a produção e em um potencial receptor de contaminantes. Tendo forte atuação na região amazônica, esta tese vem também a auxiliar no compromisso da PETROBRAS no desenvolvimento de suas atividades de forma sustentável e em acordo com os mais elevados padrões de respeito e proteção do meio ambiente. Portanto, o conhecimento dos aquíferos na região permite tanto no uso sustentável deste recurso assim como a proteção deste bem de eventuais fontes poluidoras. 1.1 OBJETIVOS Esta tese tem como objetivo principal o entendimento dos processos hidrogeológicos que controlam a dinâmica do sistema aquífero Amazonas e, em especial, o sistema aquífero Tikuna. Tal entendimento engloba principalmente: • a delimitação do sistema aquífero e suas subunidades; • a localização de áreas de recarga e descarga; 5 • a identificação das direções de fluxo e contornos de fluxo; • a determinação das características hidráulicas regionais dos aquíferos; • a determinação da qualidade das águas subterrâneas dos aquíferos; • o entendimento do sistema de fluxo nos aquíferos e relações entre os mesmos. Para atingir o objetivo maior, alguns objetivos específicos também foram perseguidos: • elaboração de base de dados georreferenciada (GIS) para suportar os dados existentes sobre o sistema aquífero Amazonas; • elaboração de modelo digital do terreno compondo a topografia da área; • elaboração de modelo numérico de fluxo regional, integrando os dados hidrogeológicos; • calibração do modelo numérico de fluxo regional; • realização de análise de sensibilidade do modelo numérico de fluxo calibrado; • análise, interpretação e avaliação dos resultados obtidos do modelo numérico de fluxo regional. Para alcançar todos os objetivos propostos, inicialmente foi realizado um levantamento sobre o estado da arte no estudo dos grandes sistemas aquíferos mundiais, apresentado no capítulo 2. Nos capítulos 3 e 4 são apresentados os aspectos físicos gerais da área de estudo e a geologia regional. No capítulo 5 é sumarizado o estado da arte dos estudos hidrogeológicos desenvolvidos na área de estudo. Neste capítulo mostra-se que, embora muito esforço játenha sido despendido no estudo hidrogeológico da região amazônica, há a necessidade de regionalização e integração dos dados e resultados já alcançados. No capítulo 6 são apresentados os resultados da integração de dados primários e de resultados de estudos locais prévios realizados na área de interesse. Neste capítulo são definidos os limites do SAA e suas subunidades hidrogeoestratigráficas regionais. 6 No capítulo 7 são sumarizados os resultados alcançados no capítulo 6 através do modelo hidrogeológico conceitual do SAA na área de estudo e da elaboração do modelo numérico de fluxo regional. No capítulo 8 são realizados esclarecimentos acerca de alguns pontos específicos tratados em outros capítulos que necessitavam ainda de um maior detalhamento. No capítulo 9 é apresentado um resumo do funcionamento do SAA, sua evolução e as conclusões da tese. 7 2 ESTADO DA ARTE Atualmente o estudo dos grandes sistemas aquíferos constitui-se em um esforço mundial capitaneado por iniciativas de cooperação de vários organismos de cunho privado e governamental (UNESCO-IHP, IAH, OAS, OSS e muitos outros), universidades e centros de pesquisa (UNESCO, 2009). Este esforço conjunto é fortemente influenciado pelo fato de que vários dentre os mais importantes sistemas aquíferos mundiais estão localizados em áreas semi-áridas e áridas do planeta, como a região norte da África e Austrália (Figura 2.1 e Tabela 2.1). Nestas áreas a escassez de recursos hídricos superficiais resulta em fortes pressões sobre estes sistemas aquíferos para suportar a crescente demanda por água. Além disso, a maioria dos grandes sistemas aquíferos mundiais são transfronteiriços (compartilhados por dois ou mais países) e a sustentabilidade da exploração de tais recursos passa, obrigatoriamente, pela gestão baseada no conhecimento científico. Apesar deste cenário, muitos dos maiores aquíferos mundiais ainda não foram devidamente estudados. Segundo a UNESCO (UNESCO, 2009) modelos regionais consistentes estão sendo desenvolvidos para os seguintes sistemas aquíferos (Figura 2.1): • sistema aquífero Guarani (América do Sul); • sistema aquífero do Noroeste do Saara (NWSAS) (África); • sistema aquífero Iullemeden-Irhazer (África); • sistema aquífero de Núbia (Arenitos Núbia e pós-Núbia) (África); • sistema aquífero Árabe (Ásia Menor). O desenvolvimento destes estudos é um exemplo de cooperação entre os países que compartilham estes sistemas aquíferos e organizações de atuação regional e mundial (OTCA, SG/OEA, UNESCO-IHP, IAH, IGRAC, etc). No caso da Bacia Amazônica, em 2005 foi instituído o projeto de cooperação GEF Amazonas OTCA/PNUMA/OEA, através do qual foram realizados diagnósticos sobre vários recursos ambientais da região, incluindo a água subterrânea (Milliet, 2007; Gonçalves, 2006; Herrán, 2007; Paredes, 2006; Cummings, 2006; Aguero, 2006). Nestes relatórios são apresentadas compilações de informações hidrogeológicas sobre cada um dos países 8 englobados no GEF Amazonas (Brasil, Peru, Bolívia, Equador, Colômbia, Guiana e Suriname). Tais informações, no entanto, constituem-se essencialmente em características hidrogeológicas gerais de cada um destes países. Constata-se nestes diagnósticos a existência de escassos dados hidrogeológicos para esta região. Apesar de alguns sistemas aquíferos mundiais serem praticamente desconhecidos, como é o caso do sistema aquífero Amazonas, vários estudos hidrogeológicos regionais foram desenvolvidos para alguns destes grandes sistemas aquíferos. Dentre eles destacam-se os trabalhos para o sistema aquífero de Núbia (Gossel et al., 2010; Sultan, 2010; Ghoubachi, 2010; Sefelnars, 2007; Alker, 2007; Heinl e Brinkmann, 1989; Trac, 1984), para o sistema aquífero do Noroeste do Saara (Al-Gamal,2010; OSS, 2008a; Schmidt, 2007; Besbes et al., 2002;), para o sistema aquífero Iullemeden-Irhazer (OSS, 2008b), para o sistema aquífero da Grande Bacia Artesiana (Austrália) (Love et al., 2010; Love et al., 2009; Herczeg e Love, 2007; Welsh, 2006; Welsh e Doherty, 2005; Walker, 1996) e para o sistema aquífero Guarani (Vives et al., 2009; Foster et al., 2009; PSAG, 2008; Giardin e Faccini, 2004). Os grandes sistemas aquíferos mundiais, em sua maioria compõem sistemas multicamada, porosos, de idades variando entre o Paleozóico e o Mesozóico (Tabela 2.2). A qualidade das águas dos grandes sistemas aquíferos é bastante heterogênea (Tabela 2.2), podendo um mesmo sistema aquífero apresentar águas doces, em uma região e salobras ou salgadas, em outra. Os principais fatores que podem afetar tais variações são (Marie e Vengosh, 2001; Subyani, 2005; Panno et al., 2006): • dissolução de sais de camadas evaporíticas; • migração de águas salgadas ou salobras de camadas mais profundas, em geral camadas pelíticas, devido aos processos de compactação e/ou difusão; • existência de águas conatas ou resíduos das mesmas ainda não lavados, provenientes de períodos de avanço dos mares ou de lagos salinos em sistemas aquíferos onde a renovação seja extremamente lenta (águas fósseis); 9 • recarga através de fontes de águas salinas (rios salinizados, mares, lagos ou fontes antrópicas) (Sainato e Losinno, 2006; Cresswell e Liddicoat, 2004); • intrusão salina em áreas costeiras; • elevado tempo de residência, ainda que seja um processo em geral de menor importância e que necessite da presença de CO2 ou a ocorrência de processos difusivos entre a água e os minerais mais susceptíveis ao intemperismo químico, resultando na dissolução de compostos e no aumento da salinidade das águas; • contribuições dos vários processos descritos acima. O estudo da variação da salinidade das águas subterrâneas pode ser realizado tanto diretamente, através de análises químicas, físico-químicas e isotópicas, ou indiretamente, através de perfis geofísicos de poços (perfis de condutividade/resistividade elétrica) (Paillet e Crowder, 1996), levantamentos geofísicos de superfície utilizando GPR, tomografias elétricas verticais e outros métodos (Levi et al., 2008; Khalil et al., 2010), levantamentos aerogeofísicos (Mullen e Kellet, 2007, Cresswell e Liddicoat, 2004) ou sensoriamento remoto (Levi et al., 2007). Tanto os levantamentos aerogeofísicos como o sensoriamento remoto são particularmente indicados para estudos em aquíferos freáticos regionais rasos. A identificação do tipo de sistema aquífero, suas estruturas internas, heterogeneidades e características hidrogeoquímicas são essenciais para o desenvolvimento de estudos hidrogeológicos. Contudo, tais necessidades são evidenciadas de forma contundente ao se elaborar um modelo numérico, quando todos estes dados são integrados. Modelos numéricos regionais de fluxo foram elaborados para o sistema aquífero de Núbia (Gossel et al., 2010; Sefelnars, 2007; Heinl e Brinkmann, 1989), para o sistema aquífero do Noroeste do Saara (OSS, 2006a), para o sistema aquífero da Grande Bacia Artesiana (Welsh, 2006; Welsh e Doherty, 2005; Welsh, 2000) e para o sistema aquífero Guarani (Vives, 2009; PSAG, 2008). 10 Tabela 2.1 – Alguns dos maiores sistemas aquíferos mundiais. [ ] extensões não confirmadas (modificado de Custodio, 2009). Aquífero/Sistema aquífero Tipo Países Extensão (km 2) Norte das Grandes Planícies C Canadá, EUA (N) [500.000] Ogallala (Altas Planícies) B EUA (Central) 450.000 Planícies da Costa do Golfo C EUA, México 1.150.000 Oeste da Amazônia (Solimões-Alter do Chão) A/B Brasil, (Peru, Bolívia, Equador) [950.000] Yrendá-Toba-Tarijeño B Paraguai, Argentina, Bolívia [500.000] Guarani A Brasil, Paraguai, Argentina, Uruguai 1.200.000 La Pampa C Argentina (Central) [200.000] Noroeste do Saara + Murzuk A Argélia, Líbia, Tunísia, Níger 1.500.000 Bacia do Senegal-Mauritânia A/B Mauritânia, Senegal, Gâmbia, Guiné-Bissau 300.000 Arenitos de Núbia A Chad,Egito, Líbia, Sudão 2.200.000 Iullemeden-Irhaser B Mali, Níger, Nigéria, Argélia 635.000 Bacia do Chad A/B Níger, Nigéria, Chad, Camarões 1.900.000 Norte do Calarrari B Angola, Botswana, Namíbia, Zâmbia, Zimbabue [700.000] Bacia do Karoo B África do Sul 600.000 Plataforma Árabe C Iraque, Jordão, Arábia Saudita, Síria, Yemen, Barein, Kuwait, Oman, Quatar > 2.000.000 Planícies Baixas da Europa Central C Desde a Holanda até a Rússia [3.000.000] Ásia Central C Cazaquistão, Quirquistão, Uzbequistão, Tajiquistão 660.000 Planície do Indus B Paquistão 320.000 Planície Ganges-Bramaputra B Bangladesh, Índia 600.000 Nova Guiné B/C Indonésia, Papua Nova Guiné 870.000 Grande Bacia Artesiana A Austrália 1.700.000 Tipos: A: predominantemente confinado, aflorante nas borda s B: praticamente contínuo e predominantemente aflora nte C: composto por uma série de pequenos aquíferos 11 Dentre os modelos numéricos regionais de fluxo elaborados para os grandes sistemas aquíferos mundiais são encontrados modelos 2D (Heinl e Brinkmann, 1989; Welsh, 2006; PSAG, 2008), quasi-3D (Welsh, 2000) e 3-D (Sefelnars, 2007; Gossel et al.,2010). Com relação aos códigos utilizados destacam-se o MODFLOW (Sefelnars, 2007; Welsh, 2006), código de livre acesso e de diferenças finitas, e o FEFLOW (Sefelnars, 2007; Gossel et al., 2010), código comercial e de elementos finitos. Modelos em estado estacionário foram desenvolvidos para vários destes sistemas aquíferos e, em alguns trabalhos, estes foram utilizados como uma primeira etapa de modelação, sendo seus resultados posteriormente utilizados para estudos específicos e locais (zonas de recarga e impactos nos poços de captação) em estado transitório (Sefelnars, 2007; Heinl e Brinkmann, 1989; Gossel et al., 2010; Welsh, 2006; PSAG, 2008). Outros códigos também foram utilizados na elaboração de modelos numéricos, como os códigos de elementos finitos TRANSIN (Medina et al., 1996a; Medina e Carrera, 1996b; Medina e Carrera, 2003) e VISUALTRANSIN (Medina e Carrera, 1996b; GHS, 2003) desenvolvidos pelo Grupo de Hidrologia Subterrânea do Departamento de Engenharia do Terreno, Cartográfica e Geofísica da UPC, utilizados no estudo do sistema aquífero Guarani (PSAG, 2008). Três importantes observações são comuns aos modelos regionais de fluxo desenvolvidos para os grandes sistemas aquíferos mundiais com relação aos aspectos: 1. Quantidade e distribuição de dados hidrogeológicos: na grande maioria dos modelos regionais de fluxo desenvolvidos para os sistemas aquíferos mundiais observa-se que a quantidade de dados hidrogeológicos é bastante limitada e, em geral, há grande concentração dos dados em alguns poucos locais, comparando-se à grande extensão dos sistemas aquíferos. Tal realidade é justificável, uma vez que a maioria destes sistemas aquíferos está localizada em áreas de baixa densidade demográfica e, portanto, os dados disponíveis concentram-se nos pontos onde estes recursos são utilizados. Contudo, este fato leva a limitações no uso dos modelos, que serão suplantadas na medida em que novas informações forem obtidas e agregadas aos modelos. 12 2. Grandezas dos parâmetros hidráulicos utilizados nos modelos numéricos de fluxo: foi observado que nos trabalhos associados ao desenvolvimento de modelos numéricos regionais de fluxo raramente é descrito como foram obtidos os parâmetros hidráulicos (condutividade hidráulica, porosidade, coeficiente de armazenamento) utilizados como dados de entrada, levando-se a crer que tais dados foram estimados. Este fato, associado à pouca densidade de dados, representa uma importante limitação no uso do modelo numérico de fluxo, principalmente no caso dos modelos em estado transiente. No trabalho de Sefelnars (2007), por exemplo, o autor utiliza a interpolação dos valores dos parâmetros hidráulicos (krigagem) na tentativa melhorar a distribuição destes dados para toda a região compreendida pelo sistema aquífero de Núbia. 3. Condutividades hidráulicas verticais ou coeficientes de drenança: particularmente em relação às condutividades hidráulicas verticais dos aquitardos, o que se observa nos modelos publicados é que estes valores provavelmente foram inicialmente estimados (pois não se descreve como foram obtidos) e que, durante o processo de simulação, foram ajustados através de calibração. Convém ressaltar que esta é uma estratégia utilizada em inúmeros estudos, uma vez que as condutividades hidráulicas verticais não são informações comumente disponíveis. Heterogeneidades deposicionais, litológicas e estruturais imprimem variações nas condutividades hidráulicas horizontais e verticais dos sistemas aquíferos. Intercalações de camadas mais permeáveis com camadas menos permeáveis, por exemplo, podem impor variados graus de confinamento aos estratos subjacentes e, além disso, podem condicionar o fluxo no sistema aquífero. Uma diferença de duas ordens de magnitude nas condutividades hidráulicas de camadas sobrejacentes é suficiente para provocar refração nas linhas de fluxo, de forma que o fluxo na camada de maior condutividade hidráulica seja essencialmente horizontal e o fluxo na camada de menor condutividade hidráulica seja essencialmente vertical (Neuman e Witherspoon, 1969; Freeze e Witherspoon, 1967). 13 ÁFRICA 1. Sistema aquífero de Núbia (Arenitos Núbia e Pós-Núbia) 2. Sistema aquífero do Noroeste do Saara (NWSAS) 3. Bacia Murzuk – Djado 4. Bacia Taoudeni – Tanezrouft 5. Bacia Senegal-Mauritania 6. Sistema aquífero Iullemeden – Irhazer 7. Bacia Lac Chad 8. Bacia Sudd (Aquífero Umm Ruwaba) 9. Bacia Ogaden-Juba 10. Bacia do Congo 11. Bacia do Alto Kalahari Cuvelai e Alto Zambezi 12. Bacia do Baixo Kalahari – Stampriet 13. Bacia de Karoo AMÉRICA DO NORTE 14. Sistema aquífero Norte das Planícies Altas (High Plains) 15. Sistema aquífero Cambro-Ordoviciano 16. Sistema aquífero do Vale Central da Califórnia 17. Aquífero Ogallala (High Plains) 18. Aquífero do Oceano Atlântico e das planícies do Golfo costeiro AMÉRICA DO SUL 19. Bacia Amazonas 20. Bacia do Maranhão 21. Sistema aquífero Guarani (ou Mercosul) ÁSIA 22. Sistema aquífero Árabe 23. Bacia do Indus 24. Bacia Indus-Gange- Bramaputra 25. Bacia Oeste da Sibéria 26. Bacia Tunguss 27. Bacia Angara-Lena 28. Bacia Yakut 29. Sistema aquífero do Norte da China (Planície Huang Huai Hai) 30. Planície Song-Liao 31. Bacia Tarim EUROPA 32. Bacia de Paris 33. Plataforma Russa 34. Bacia Norte do Cáucaso 35. Bacia Pechora AUSTRÁLIA 36. Grande Bacia Artesiana 37. Bacia Canning Figura 2.1 – Localização dos maiores aquíferos do mundo (Margat, 2007; UNESCO, 2009). 14 Sistema aquífero Tipo do sistema Qualidade das águas Idade/Espessura máxima (Em) Recarga média (Rm) (km 3/a) Principais características do sistema aquífero Principais modelos numéricos desenvolvidos Sistema aquífero de Núbia F-A/ (semi) confinado/ poroso Doce (sul) a hipersalina (norte) Cambro-Ordoviciano- Holoceno Em: 3500m Rm: ~ 1 Multicamada, com predomínio de areias continentais: a) sistema aquífero Núbia (NAS) predominantemente não- confinado. Inclui uma série de bacias hidraulicamente conectadas; b) Extrato de baixa permeabilidade que separa os dois sistemas de reservatórios; c) Sistema aquífero pós-Núbia (PNAS) composto por depósitos Terciários de folhelhos e carbonatos. Sefelnasr (2007) Gossel et al., 2010 Sistema aquífero do Noroeste do Saara (NWSAS) A/ livre- confinado /poroso- fissural/ Doce/salobre Cambro-Ordoviciano- Mioceno Em: 1600m Rm: ~ 1 Multicamada, composto por 2 aquíferos profundos principais: a) Intercalari Continental (CI), mais profundo; b)Complexo Terminal (CT). OSS, 2003b Sistema aquífero Iullemeden poroso/livre- confinado Cambro-Ordoviciano- Eoceno Em: 1500m Multicamada, composto por 3 sub-baciase 2 aquíferos: a) Intercalari Continental (IC); b)Terminal Continental (TC) OSS, 2006a Bacia do Lago Chad poroso/livre- confinado Doce (sul CT)/salgada Plioceno-Quaternário Em: 7000m Rm: 3,6 (Níger) Multicamada, composto por 3 aquíferos: a) aquífero Quaternário; b) aquífero Pliocênico; c) Continental Terminal (CT) (Oligoceno – Mioceno) Bacia do Congo A/poroso/livre -confinado Mesozóico-Quaternário Em: 3500m Rm: ~ 100 Multicamada, composto por 2 aquíferos: a) Karoo; b) Quaternário aluvial Bacia do Amazonas A/poroso/livre Doce Paleozóico – Terciário Em: 2000m Multicamada, composto por 2 aquíferos livres: a) aquífero Solimões; b) aquífero Alter do Chão Bacia do Pantanal poroso/ livre- (semi) confinado Doce Terciário-Quaternário Multicamada. Aquíferos predominantemente arenosos intercalados com níveis síltico-argilosos. Sistema aquífero Guarani A/poroso- fissural Siluriano-Cretáceo Em: 800m Rm: 234 Multicamada, sistema composto por uma camada aqüífera operativa Vives et al., 2009 PSAG, 2008 Sistema aquífero Árabe poroso - fissural Cambriano-Neogeno Em: 6500m Rm: 1,2 Multicamada, composto por várias camadas aquíferas porosas e fissurais Grande bacia artesiana A/poroso/ confinado Doce/salobre Mesozóico Em: 3000 Rm: 693 Multicamada. Composto por aquiferos areníticos confinados por aquitardos siltosos ou argilosos. Welsh, 2000 Norte das Altas Planícies (High Plains) livre/ poroso Doce/salobre Terciário-Quaternário Rm: ~1 – 15mm /ano(Nebrasca e Kansas) Multicamada. Composto por aquifero livre, arenas e cascalhos rasos F – sistema aquífero fechado A – sistema aquífero aberto Tabela 2.2 - Compilação de características hidrogeológicas de alguns dos maiores aquíferos multicamada do mundo e referências de modelos numéricos desenvolvidos (UNESCO, 2009; Schmidt, 2007; WHYCOS, 2005; OSS, 2006b; Margat, 2007 e vários outros). 15 Em estudos realizados em escala de testemunho, observou-se que as condutividades hidráulicas verticais são dezenas a milhares de vezes menores do que as condutividades hidráulicas horizontais (Bouwer, 1978; Bobek, 1990; Jensen et al., 1996). Contudo, estas diferenças podem ser muito maiores em função da estratificação, sendo este resultado observado em todas as escalas (Fetter, 1994; Meyer e Krause, 2006). Em recente estudo realizado por Carlson (2010) englobando o Grupo Cretáceo Austin e a Formação Jurássica Hynesville (Luisiana, USA), o autor utiliza a equação de Bouwer (1978) para calcular a condutividade hidráulica vertical em variados estratos a partir de dados obtidos através de ensaios em poços verticais e horizontais. Como resultado, conclui que a permeabilidade horizontal macroscópica (em escala regional) é tipicamente centenas a dezenas de milhares de vezes maior que a permeabilidade vertical. Aquíferos estratificados com rochas argilosas também podem estar sujeitos a processos de osmose química e hiperfiltração, afetando o fluxo de água e o transporte de solutos (Kharaka e Berry, 1973; Neuzil, 2000; Soler, 2001; Neuzil e Provost, 2009). Estes processos influem nas medidas dos coeficientes de difusão efetiva do meio e podem ser responsáveis por sobrepressões nas formações argilosas (Mazurek et al., 2011). Entretanto, não há evidências claras de que tais processos tenham uma influência maior no transporte de solutos através de formações argilosas consolidadas (Rousseau-Gueutin et al., 2008; Garavito et al., 2007; Nagra, 2002; Hanor, 1994). No caso específico de estudos realizados para o aquífero Milk River (Canadá), aquífero cretáceo arenoso, de espessuras entre 90 e 145 m e disposto entre dois espessos aquitardos (Grupo Colorado e Formação Pakowki), de 500-650 m e 120 m de espessura, respectivamente (Hendry et al., 1991), o progressivo aumento em cloretos deste aquífero à medida que se distancia da zona de recarga recebeu várias interpretações, como sendo produto de: dispersão e advecção (Schwartz e Muehlenbachs, 1979; Schwatz et al., 1981), mistura relacionada a uma área de recarga limitada (Domenico e Robbins, 1985), filtração através de membrana semi- permeável (aquitardo) (Phillips et al., 1986, 1990), e difusão a partir dos aquitardo (Hendry e Schwartz, 1988, 1990). 16 Adicionalmente aos processos osmóticos de hiperfiltração e geração de sobrepressões, estratos de muito baixa permeabilidade podem modificar os padrões de pressões nas bacias de tal forma que estas podem dar a impressão errônea de descontinuidade hidráulica. Contudo, devido à continuidade hidráulica, variações nas condições de contorno são refletidas através destas camadas, ainda que tais ajustes ocorram em escala de tempo geológico. Este lapso temporal é responsável pela manutenção de paleofluxos (fluxos definidos por condições passadas e que ainda subsistem parcialmente), cujos ajustes podem tardar milhares de anos (Tóth, 1995). Para uma camada de folhelho de 480 m de espessura e condutividade hidráulica de 4x10-8 m/d, no Norte de Alberta, Canadá, estima-se aproximadamente 4 Ma para atingir o ajuste relativo à mudança de fluxo (Tóth e Millar, 1983). Portanto, as condições das formações argilosas devem ser analisadas de forma criteriosa, especialmente suas condutividades hidráulicas verticais em sistemas aquíferos multicamada, os quais podem desempenhar papel de grande relevância no sistema. Muitos dos estudos desenvolvidos para os grandes sistemas aquíferos mundiais são voltados para problemas de gestão destes recursos, uma vez que grande parte deles são aquíferos transfronteiriços (Figura 2.1), localizados em zonas áridas e que sofrem ou que podem vir a sofrer uma grande pressão em relação a sua explotação (Alker, 2007; Trac, 1984; Schmidt, 2007; OSS, 2008a; Bebes, 2002; OSS, 2007; OSS, 2008b; OSS, 2008c; QDNR, 2005; Foster et al., 2009). Em tais publicações geralmente são encontradas revisões de estudos científicos e resultados de projetos desenvolvidos ou em desenvolvimento no âmbito destes sistemas aquíferos. Dentre os trabalhos mais recentes desenvolvidos para os grandes sistemas aquíferos também são encontrados importantes resultados sobre o estudo de suas zonas de recarga (Sultan, 2010; Ghoubachi, 2010; Gossel et al., 2010; Al-Gamal, 2010; Herczeg e Love, 2007). Estes trabalhos em geral envolvem a elaboração de modelos numéricos de fluxo, estudos hidrogeoquímicos e o uso de isótopos ambientais para o cálculo das idades das águas. Na região das bacias amazônicas nenhum estudo hidrogeológico de cunho regional havia sido desenvolvido até a data de elaboração desta tese. As pesquisas hidrogeológicas existentes para as bacias amazônicas brasileiras correspondem principalmente às cidades de Manaus e Iranduba, no Amazonas (Silva e Silva, 2007; 17 Souza e Verma, 2006; Aguiar et al., 2002) e Santarém, no Pará (Tancredi, 1996), todas situadas fora da área de estudo. A maioria desses estudos enfoca a qualidade das águas subterrâneas, excetuando-se os trabalhos de Tancredi (1996) e Moraes et al. (2007), onde são levantados os parâmetros hidráulicos para os aquíferos Alter do Chão. Na área de estudo são destacados os trabalhos desenvolvidos para a cidade de Rio Branco, no Acre (Moraes et al., 2007; Melo Jr. e Marmos, 2006) e para região de Urucu, município Coari, no Amazonas (Souza, 2007 e 2009). Através de inventários hidrogeológicos realizados para estudos de impactos ambientais nas regiões das bacias amazônicas subandinas, podem ser obtidos dados para alguns parâmetros químicos (concentrações de alguns íons maiores e metais) e físico-químicos (pH e condutividade elétrica) das águas subterrâneas e medidas do nível d´água em poços de captação (Domus, 2009). Estudos hidrogeológicos para as camadas cretáceas das bacias subandinas Marañón e Ucayali (Peru), foram realizados pela consultora Rakhit PetroleumConsulting Ltd, para a empresa petrolífera PetroPeru (Rakhit, 2002). Tais estudos foram motivados pelo interesse exploratório, uma vez que tais camadas constituem- se nos atuais reservatórios petrolíferos destas bacias. Dentre tais estudos, somente foi possível o acesso ao relatório para a Bacia Marañón. Neste estudo propõe-se um modelo hidrogeológico conceitual de fluxo para a Bacia Marañón com base em dados hidrogeoquímicos (salinidade), piezometrias (pressões nas formações) e dados estruturais dos vários níveis cretáceos arenosos (Rakhit, 2002). Na base de dados interna da Empresa Brasileira de Petróleo – PETROBRAS S/A (VGE, 2009-2011), existem alguns poucos dados de qualidade da água (salinidade, pH e concentrações de alguns íons maiores) e 3 registros piezométricos indiretos para a camada cretácea na área da base petrolífera de Urucu (Bacia Solimões). Em um estudo hidrogeológico realizado para o sistema aquífero Solimões na área da base petrolífera de Urucu foram obtidos alguns dados hidrogeológicos para este sistema (Souza, 2007 e 2009). Na área de Urucu, perfis geofísicos de eletroresistividade de poço (Souza, 2009) indicam haver aumento na condutividade elétrica das águas do sistema aquífero Solimões com o aumento da profundidade, 18 sendo a mesma correlação entre salinidade e profundidade observada em resultados de análises químicas. Para as bacias amazônicas (brasileiras e subandinas), além dos estudos hidrogeológicos citados também existem alguns estudos de cunho hidrológico (Queiroz et al., 2009; Horbe e Santos, 2009; Cunha e Pascoaloto, 2006), como os levantamentos HIBAm – Hidrologia e Geoquímica da Bacia Amazônica e artigos sobre estimativas de evapotranspiração e balanço hídrico para a região amazônica (Feitosa e Leitão, 1998; Oliveira et al., 2010; Fish et al., 2007) . Tais estudos, no entanto, necessitam ainda maior detalhamento para serem utilizados como base para um consistente balanço hídrico regional. Novos estudos estratigráficos e levantamentos geofísicos regionais aportaram informações valiosas para o entendimento do arcabouço geológico na região do grande sistema aquífero Amazonas. Recentemente, Wanderley-Filho et al. (2010) realizaram um estudo geológico/estratigráfico regional, englobando as bacias amazônicas e subandinas. Neste estudo é apresentado um perfil estratigráfico longitudinal das Bacias Amazônicas, mostrando a continuidade das camadas Terciárias e Cretáceas através destas. O resultado deste estudo auxiliou e corroborou as interpretações realizadas sobre a continuidade das formações Terciárias e Cretáceas ao longo da área de estudo. Ao contrário da maioria dos grandes sistemas aquíferos, que estão localizados em regiões áridas, a região englobada pelo sistema aquífero Amazonas é uma região tropical úmida a super-úmida, com uma rede de drenagem extremamente densa. Apesar disso, o recurso hídrico subterrâneo constitui-se em importante fonte para o abastecimento humano e industrial nesta região. A baixa qualidade natural da água dos rios, principalmente a elevada concentração de matéria orgânica em suas águas, o despejo de esgoto sanitário não tratado em algumas localidades e o inadequado tratamento do lixo urbano, impedem ou restringe fortemente seu consumo direto (Azevedo, 2006a e 2006b; Rocha e Horbe, 2006). Através de intensa busca de publicações hidrogeológicas e outros estudos de áreas temáticas afins, ficou claro que, até a presente data, não há citação clara em estudos hidrogeológicos sobre a extensão subsuperficial das camadas aquíferas cretáceas a Oeste do Arco de Purus. Os estudos publicados até então citam somente a área aflorante das camadas cretáceas, a Leste do Arco de Purus, que formam um aquífero predominantemente livre e localmente confinado, que recebe a 19 designação de aquífero Alter do Chão (Aguiar et al., 2002; Souza e Verma, 2006; Silva e Silva, 2007; Andrade et al., 2004; Tancredi, 1996; Melo Jr. e Marmos, 2006; Moraes et al., 2007). Contudo, nas publicações da área de petróleo é de conhecimento, já há muitos anos, a extensão das camadas cretáceas em subsuperfície a Oeste do Arco de Purus. No perfil da Bacia Solimões publicado no mapa de domínios e subdomínios hidrogeológicos do Brasil pela CPRM (2007), obtido a partir de publicações da empresa PETROBRAS S/A, é mostrada a continuidade da Formação Alter do Chão (Cretácea) a Oeste do Arco de Purus; entretanto, aparentemente tal informação passou despercebida até o presente. Apesar das limitações dos estudos regionais dos grandes sistemas aquíferos e seus respectivos modelos numéricos de fluxo, estes vêm sendo utilizados na gestão de sistemas aquíferos transfronteiriços, constituindo uma importante ferramenta para o suporte às ações sustentáveis em relação a estes recursos. Desta forma, assim como em outros grandes aquíferos mundiais, para o sistema aquífero Amazonas também se vislumbra o desenvolvimento de um esforço conjunto de instituições científicas e governos para a realização de pesquisas hidrogeológicas na região, o que permitirá o aperfeiçoamento do estudo apresentado nesta tese. 20 3 LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS FÍSICOS REGIONAIS A área de estudo está localizada na região Noroeste da América do Sul, entre as longitudes 78ºW e 60ºW e latitudes 3ºN e 13ºS. Seu comprimento é de cerca de 2000 km na direção Leste-Oeste e, em média, cerca de 1000 km na direção Norte- Sul, perfazendo uma área total de aproximadamente 2,3 x 106 km2 (Figura 3.1). Figura 3.1 – Localização da área de estudo. Engloba parte do Estado do Amazonas e todo o Estado do Acre, em território brasileiro, e áreas no Peru, Bolívia, Equador e Colômbia. A área de estudo faz parte da região amazônica que, em termos gerais, caracteriza-se por compor uma área muito pouco povoada, de relevo predominantemente suave, clima úmido, densas cobertura vegetal e rede hidrográfica, além de conter a maior biodiversidade do planeta. 21 3.1 RELEVO Geomorfologicamente, a região amazônica classifica-se como uma peneplanície (Governo do Estado do Amazonas, 2010) localizada entre os Planaltos das Guianas e Brasileiro e limitada a Oeste pela Cordilheira dos Andes (Figura 3.2). Seu relevo pode ser compartimentado em 4 unidades principais (Figura 3.2): 1. Planície de inundação (várzeas) Formada por sedimentos recentes, localizados em áreas um pouco acima do nível das águas, porém periodicamente inundadas, e por terraços pleistocênicos, um pouco mais antigos, formados em períodos nos quais o nível dos rios esteve alguns metros acima do nível atual. 2. Planalto amazônico Com altitudes máximas de 200 m é formado por sedimentos terciários argilo- arenosos; esta unidade geomorfológica é intensamente compartimentada pela rede de drenagem de igarapés e rios autóctones, podendo apresentar diversos níveis de terraços e topografia bastante acidentada. 3. Escudos cristalinos Situam-se ao Norte e ao Sul da bacia sedimentar e compõem áreas muito pediplanadas e niveladas de tal modo que o contato é apenas marcado pela zona das cachoeiras dos afluentes do rio Amazonas. As altitudes estão caracteristicamente acima de 200 m. 4. Região pré-andina Composta pelas regiões mais elevadas e afetadas pelos processos tectônicos da zona de subducção de toda borda Oeste da Placa Tectônica Sul- Americana. Nesta região afloram os sedimentos dobrados e falhados de idade Mesozóica. As altitudes nesta região variam entre 1200 e 4000 m. 22 Figura 3.2 – Hipsometria da área de estudo e feições fisiográficas regionais (IBGE, 2006). 3.2 CLIMA O clima da região amazônica é equatorial úmido a super-úmido, com intensidade média anual de chuva da ordem de 2.460 mm (Molinier et al., 1996). Os níveis de precipitação variam entre 200 mm por ano nos Andes a até 6000 mm por ano no sopé da Cordilheira dosAndes e nas planícies (Gonçalves, 2006). Esta região apresenta marcada variação de precipitação entre as estações do ano, com períodos de máxima precipitação entre os meses de março e junho, no hemisfério Norte, e de dezembro a março, no hemisfério Sul (Gonçalves, 2006). A distribuição sazonal das precipitações regionais se dá segundo regimes diferenciados. Na porção meridional da bacia o regime pluviométrico é marcado por uma estação seca, ocorrendo normalmente na metade do ano, em contraposição a uma estação chuvosa na porção setentrional da bacia no mesmo período do ano (Gonçalves, 2006). Na porção Sul da bacia o máximo pluviométrico se dá de dezembro a março (Bacia do rio Madeira). Já na porção Norte (Bacia do rio Negro), o máximo Escudo das Guianas Escudo Brasileiro 23 pluviométrico é observado de maio a julho, com uma leve variação na porção Nordeste no sentido da foz do rio Amazonas (Bacia do rio Jari) (Gonçalves, 2006). A região Leste da bacia pode ser afetada por até 3 meses de seca, onde os rios sofrem variações de cerca de 10 metros em sua lâmina de água. As temperaturas médias anuais situam-se entre 25o e 29o Celsius em contraste com temperaturas médias anuais próximas a 0o Celsius na cordilheira dos Andes (Gonçalves, 2006). Estudos do balanço hídrico da região devem ser aprimorados para que os mesmos possam ser utilizados de forma mais confiável. Segundo Fisch e Nobre (1997), o balanço hídrico na região amazônica é difícil de ser calculado devido à falta de continuidade espacial e temporal das medidas da precipitação, à inexistência de medidas simultâneas de vazões fluviais e ao desconhecimento do armazenamento de água no solo, dentre outros fatores. Apesar de existirem ferramentas remotas como as imagens de satélite GRACE que permitem avaliar variações regionais do nível d´água, ainda não existem dados consolidados disponíveis para toda a região de estudo. 3.3 HIDROGRAFIA A região amazônica possui uma rede de drenagem extremamente densa (Figura 3.3), e forma a mais extensa rede hidrográfica do globo terrestre. Seu principal curso d´água é o rio Amazonas, que nasce no Peru, com o nome de Vilcanota e recebe posteriormente os nomes de Ucayali, Urubamba e Marañon. Quando entra no Brasil, recebe o nome de Solimões e, após o encontro deste com o Rio Negro, próximo à cidade de Manaus (AM), recebe finalmente o nome de Rio Amazonas (Gonçalves, 2006). O Rio Amazonas percorre cerca de 6000 km, sendo o segundo maior rio do planeta em extensão e o maior do mundo em vazão de água. Sua largura média é de 5 km e possui inúmeros afluentes, além de diversos cursos de água menores e canais fluviais criados pelos processos de cheia e vazante (Gonçalves, 2006). Os rios amazônicos são classificados em rios de águas pretas, rios de águas brancas e rios de águas claras, devido à coloração de suas águas que varia conforme sua diversidade físico-química e biológica natural, e de sedimentos em suspensão. 24 Os rios de águas brancas têm águas de aparência barrenta, como o Solimões, Purus, Madeira e Juruá. Suas nascentes encontram-se nos Andes e carreiam muitos nutrientes, sais dissolvidos e materiais em suspensão (Tabela 3.1) (Walker, 1990). Figura 3.3 – Região Amazônica e sua rede de drenagem. Os rios de águas pretas apresentam águas transparentes, porém de coloração mais escura. Nascem em sua maioria nas áreas dos Escudos, como os rios: Negro, Urubu e Uatumã. Sua coloração deve-se à grande quantidade de substâncias húmicas dissolvidas em suas águas, que são pouco mineralizadas e ácidas (OTCA, 2006) (Tabela 3.1). Os rios de águas claras são cristalinos, como os rios Tapajós e Xingu. Suas nascentes localizam-se nos terrenos terciários ou no Escudo Brasileiro e suas águas são ácidas e pobremente mineralizadas (OTCA, 2006) (Tabela 3.1). 25 Tabela 3.1 – Características físico-químicas das águas dos rios da Bacia amazônica (Sioli, 1967; Sioli, 1975; Filizola, 1999; Meade et al., 1979; Schmidt, 1972; Filizola, 2005). Dentre os principais e maiores cursos d’água afluentes do Amazonas destacam-se os rios: Javarí, Juruá, Jutaí, Purus, Madeira, Tapajós, Xingu, Içá, Japurá, Negro, Uatumã, Trombetas e Jari (Figura 3.4). Figura 3.4 – Bacia hidrográfica amazônica e principais afluentes do Rio Amazonas. 1. Rio Amazonas 2. Rio Solimões 3. Rio Negro 4. Rio Xingu 5. Rio Tapajós 6. Rio Jurema 7. Rio Madeira 8. Rio Purus 9. Rio Branco 10. Rio Juruá 11. Rio Trombetas 12. Rio Uatumã 13. Rio Mamoré 14. Javarí 15. Jutaí 16. Içá 17. Japurá 18. Jari 26 4 GEOLOGIA REGIONAL A área de estudo estende-se por 5 países e 8 bacias sedimentares (Figura 4.1): • Bacias Solimões e Acre, no Brasil; • Bacias Marañon/Pastaza e Ucayali, no Peru; • Bacia Madre de Dios e Beni, na Bolívia; • Bacia Oriente, no Equador; • Bacia Putumayo, na Colômbia. O conhecimento geológico atual desta vasta região deve-se, em grande parte, aos estudos petrolíferos desenvolvidos desde a década de 1950 (Brandão et al., 2006). Dentre estes estudos destacam-se: Morales (1963), Daemon e Contreras (1971), Canfield (1982), Caputo (1984), Cruz (1984), Porsche (1985), Campos e Teixeira (1988), Mosmann et al.(1986), Neves et al.(1990), Lemos (1989), Rodrigues et al. (1989), Altiner e Savini (1991), Picarelli e Quadros (1991), Campos (1992), Quadros e Melo (1993), Eiras et al. (1994), Cooper et al. (1995), Cordani et al. (2000), Cunha (2000), Gonzaga et al. (2000), Idemitsu Oil and Gas (2000), Bender et al. (2001), IGEMMET (2001b), Costa (2002), Rakhit (2002), Mann et al. (2004), Tassinari e Macambira (2004), Perupetro (2005), Barata e Caputo (2007), Cunha (2007), Moretti et al. (2009). O conjunto das bacias amazônicas compõe uma área em forma de leque, que se abre na região das bacias subandinas. Grande parte de sua extensão corresponde à região da atual planície do Rio Solimões e seus afluentes (Figura 4.1). Este conjunto de bacias está limitado a Norte e Sul pelos crátons das Guianas e Brasileiro, respectivamente, pela Cordilheira dos Andes, a Oeste, onde são encontradas as maiores altitudes da área, e pelo Arco de Purus, a Leste (Figura 4.1). Arcos estruturais podem limitar estas bacias entre elas ou subdividi-las internamente. A Bacia Solimões, por exemplo, é subdividida em Bacia Jandiatuba e Juruá pelo Arco de Carauari (Barata e Caputo, 2007) e o Arco de Iquitos funciona como divisor entre as Bacias do Acre e Solimões (Figura 4.1). 27 O embasamento cristalino sobre o qual as bacias amazônicas se desenvolveram é de natureza ígnea e metamórfica, aflorante na área dos Escudos. Ao longo da história evolutiva dessas bacias o embasamento sofreu reativações, formando elevações (arcos estruturais) que em diferentes momentos atuaram como divisórias geológicas. As áreas deprimidas entre estas elevações foram preenchidas por sedimentos paleozóicos e, após o Jurássico, devido a um prolongado período de estabilidade tectônica, os sedimentos depositados formaram uma camada contínua ao longo das bacias amazônicas (Figura 4.2). Na área de estudo, devido à densa cobertura vegetal, o estudo de afloramentos resume-se às margens dos rios e cortes de estradas, que expõem os sedimentos mais recentes. Afloramentos das rochas mais antigas ocorrem somente na região do cinturão de falhas subandinas e na região da Serra do Divisor, onde uma grande falha de cavalgamento expôs os sedimentos cretáceos à superfície (Figura 4.3). Na área estudada os sedimentos mais recentes ocorrem recobrindo as bordas dos escudos cratônicos. As espessuras dos sedimentos Cretáceos e Terciários são influenciadas pela presença de altos estruturais, como os Arcos de Iquitos e Purus, pela atuação de processos erosivos e por processos tectônicos. Consequentemente, suas espessuras são bastante variáveisao longo das bacias, porém, em termos gerais, aumentam de Leste para Oeste, chegando a atingir mais de 4 km de espessura na região subandina (Figura 4.2, Tabelas 4.1 e 4.2). 28 Figura 4.1 – Localização da área de estudo, das bacias sedimentares estudadas e de suas principais feições geoestruturais. 29 Figura 4.2 – Perfil geológico das bacias amazônicas na direção Leste-Oeste, desde a Bacia da Foz do Amazonas até a Bacia de Marañón/Pastaza (modificado de Wanderley et al., 2010). AAAA BBBB Legenda Bacias Acre, Solimões e Amazonas: 30 Figura 4.3 – Mapa geológico da área de estudo. 31 4.1 ESTRATIGRAFIA Nesta seção são apresentadas as diferentes unidades litoestratigráficas presentes na área de estudo. Estas unidades são apresentadas seguindo a ordem das mais antigas até as mais recentes, com ênfase nas unidades mesozóicas e cenozóicas, que são o foco desta tese. No Anexo A são apresentadas as colunas estratigráficas das bacias englobadas na tese e no Anexo B, são apresentados os perfis litológicos de poços profundos destas bacias. 4.1.1 Pré-Cambriano O embasamento cristalino, constituído por rochas ígneas e metamórficas de idade proterozóica (3 a 1 Ga), representa o Pré-Cambriano das bacias amazônicas. Foi formado pela acresção de terrenos continentais aos núcleos cratônicos iniciais através de processos magmáticos (Almeida, 1967). Na Bacia Solimões, distintamente das demais bacias, além das rochas do embasamento cristalino também são encontrados depósitos sedimentares pré- cambrianos remanescentes de sistemas de riftes e ainda preservados na região onde, mais tarde, desenvolveu-se o Arco de Purus (Eiras et al., 1994) (Figura 4.2). 4.1.2 Sequência Paleozóica A deposição da sequência sedimentar paleozóica nas bacias amazônicas foi iniciada no Ordoviciano. Estas sequências são compostas principalmente por sedimentos de origem marinha formados por carbonatos, evaporitos e clásticos marinhos a flúvio-deltáicos (Altiner e Savini, 1991; Quadros e Melo, 1993; Lemos, 1989; Rodrigues et al., 1989; Picarelli e Quadros, 1991; Daemon e Contreras, 1971; Eiras et al., 1994; Barata e Caputo, 2007; Rakhit, 2002, Cunha, 2007). 32 A sequência ordoviciana-devoniana é composta predominantemente por terrígenos (folhelhos, siltitos e arenitos) de plataforma marinha rasa, representada nas bacias subandinas pelo Grupo Contaya e na Bacia Solimões pelas Formações Benjamin Constant e Jutaí. Na Bacia do Acre as sequências eo-paleozóicas não estão bem caracterizadas. A sequência devoniana-carbonífera é constituída principalmente por folhelhos marinhos, representados pelas Formações Cabanillas/Ambo, nas bacias subandinas, e pelo Grupo Marimari, na Bacia Solimões. Durante o Carbonífero-Permiano foram inicialmente depositados sedimentos continentais arenosos-conglomeráticos, representados pelas Formações Apuí, na Bacia do Acre, e Juruá, na Bacia Solimões. Seguindo o processo deposicional, encontram-se sedimentos marinhos carbonáticos e evaporíticos compreendidos pelas Formações Copacabana/Tarma, nas bacias subandinas, pelas Formações Rio Moura e Cruzeiro do Sul, na Bacia do Acre, e pelo Grupo Tefé, na Bacia Solimões. Os sedimentos da sequência paleozóica refletem as variações nos níveis relativos dos mares (transgressões e regressões) ocorridos durante este tempo, resultando em alternâncias de depósitos sedimentares característicos de fácies continentais fluviais e deltaicas e diversas fácies marinhas. 4.1.3 Triássico e Jurássico Nas bacias subandinas os sedimentos triássicos e jurássicos são constituídos, em sua parte oriental, por depósitos molássicos, formados essencialmente por camadas vermelhas associadas a níveis evaporíticos depositados em não-conformidade com os sedimentos paleozóicos. Na Bacia do Acre a sequência de sedimentos triássicos/jurássicos é composta por calcários e dolomitos escuros, folhelhos, arenitos betuminosos, camadas evaporíticas, camadas vermelhas com intercalações de evaporitos e carbonatos, além de rochas ígneas ácidas extrusivas (traquitos nefelíticos, riolitos e andesitos) e basaltos. Na Bacia Solimões a sequência Triássica/Jurássica foi erodida e são encontrados extensos e espessos corpos, de até 800m de espessura, de rochas básicas (diabásio) intrudidas ou sobrepostas à sequência paleozóica. Estas intrusões ocorreram durante o diastrofismo Penatecaua (neo-Triássico/eo-Jurássico) 33 (Bender et al., 2001). Atualmente são identificados 3 espessos e contínuos sills de diabásio na Bacia Solimões que se estendem até o Arco do Iquitos, a Oeste, e a Leste, tornam-se mais finos em direção ao Arco de Purus, porém voltam a espessar- se na Bacia Amazonas (Figura 4.2). 4.1.4 Cretáceo Durante o Cretáceo o sistema de drenagem da paleo-bacia amazônica fluía na direção Oeste (Figura 4.4). Neste ambiente foram depositadas sequências clásticas fluviais a marinhas rasas. Nas bacias subandinas, após a deposição triássica-jurássica seguiu-se um hiato deposicional e, logo após, a sequência cretácea foi depositada sobre a superfície de rochas jurássicas peneplanizadas, falhadas, e sobre o embasamento cristalino pré-Cambriano. Figura 4.4 – Esquema da evolução dos ambientes deposicionais entre o Cretáceo e o Terciário nas bacias amazônicas (modificado de Mapes et al., 2006). Nas bacias do Acre e Solimões o Cretáceo caracterizou-se por um período de grande estabilidade tectônica. Na Bacia Solimões o resfriamento dos espessos corpos de rochas ígneas intrudidos nos pacotes palezoicos durante o Jurássico (evento Penatecaua) provocou subsidência na bacia, sendo que esta anteriormente havia sido submetida a intenso processo erosivo, onde se estima que cerca de 1000 m de sedimentos paleozóicos-mesotriássicos tenham sido erodidos (Bender et al., 2001). Nesta fase foram depositados nas áreas deprimidas da bacia sedimentos clásticos grossos a médios e, subordinadamente, sedimentos pelíticos (Campos e Teixeira, 1988, Caputo, 1984, Eiras et al., 1994) diretamente sobre os corpos de diabásio, sobre o 34 embasamento ou sobre sequências paleozóicas evaporíticas e carbonáticas, não- erodidas (Figura 4.2). Regionalmente, o Cretáceo é representado por depósitos que variam de fluvial a marinho-raso na direção Leste-Oeste, sofrendo mergulho e espessamento de suas camadas em direção à atual Cordilheira Andina (Figuras 4.2, 4.5 e Tabela 4.1). Os depósitos cretáceos são representados pelas Formações Cushabatay, Raya, Água Caliente, Chonta e Vivian, nas bacias subandinas, pelas Formações Môa, Rio Azul, Divisor e Ramon, na Bacia do Acre, e pela Formação Alter do Chão, na Bacia Solimões (Anexo A). Nas bacias amazônicas estudadas, a sequência cretácea é formada por estratificações de arenitos com argilitos e, subordinadamente, siltitos e conglomerados. Contudo, seu caráter é essencialmente arenoso e constitui os principais reservatórios petrolíferos das bacias subandinas (Formações Cushabatay, Agua Caliente e Vivian) (Anexo A). Na área de estudo a sequência cretácea aflora somente na área do cinturão de falhas de cavalgamento subandino e na Serra do Divisor, embora seus limites deposicionais sejam muito mais extensos em subsuperfície (Figuras 4.5 e 4.6). Esta sequência é aflorante na Bacia Amazonas, sendo composta nesta região por quartzo-arenitos, arenitos arcoseanos e arenitos cauliníticos, médios a grossos, brancos a avermelhados, localmente cimentados por sílica. Também ocorrem associados a estes sedimentos depósitos cauliníticos de importância econômica. Devido à estabilidade tectônica durante o Cretáceo, nas seções sísmicas dos depósitos cretáceos não são observadas falhas ou fraturas (Anexo C). Contudo, em perfis de cortes de estrada na região de Manaus (Bacia do Amazonas) são observados afloramentos com várias estruturas deformacionais(Figura 4.7) 35 Figura 4.5 – Isópacas dos depósitos cretáceos nas bacias amazônicas. 36 Figura 4.6 – Detalhe de seção geológica esquemática da Serra do Divisor (IBGE, 2005). Figura 4.7 – Afloramento da Formação Alter do Chão na rodovia AM-010 (km 102) - Manaus. Observam-se várias estruturas de deformação compressiva (Pietrobon, 2006). No final do Cretáceo, com o desenvolvimento dos processos tectônicos de subducção na borda da Placa Tectônica Sul-Americana, iniciou-se o soerguimento da Cordilheira Andina (Figura 4.4), gerando a inversão no sistema de drenagem, a A B 37 deposição das molassas terciárias no bordo dos Andes e a formação de um grande lago, o Lago Pebas. Tabela 4.1 - Características litológicas, espessuras e ambiente deposicional das Formações cretácicas (IGEMMET, 2001a; Eiras et al., 1994; Canfield, 1982). Bacia Formações Cretácicas Espessuras Litologia Ambiente deposicional Amazonas Alter do Chão 90 - 500 Arenito com intercalações de argilito Fluvial Solimões Alter do Chão 300 - 650 Arenito com intercalações de argilito Fluvial Divisor Arenito com níveles argilosos Rio Azul Argilito e arenito Flúvio-deltáico Acre Moa 500 - 1800 Arenito e argilito Flúvio-deltáico/ Aluvial Vivian 20 – 150 Arenito, lutito litificado Fluvial Chonta 160 – 600 Lutito, arenito, siltito, calcário Marinho raso Aguas Calientes 60 – 300 Arenito Fluvial-estuarino Raya 40 – 130 Lutito Marinho Marañon/ Pastaza Cushabatay 90 - 430 Arenito Transgressivo C Blanca 174 Arenito * Huchpayacu 30 – 238 Lutito litificado * Cachiyacu 15 – 30 Arenito Vivian 50 – 150 Arenito Fluvial Chonta 200 – 400 Lutito, calcário, arenito Marinho raso Aguas Calientes 400 Arenito Fluvial-estuarino Esperanza (Raya) 260 Lutito, calcário, arenito * Ucayali Cushabatay 60 - 520 Arenito Transgressivo Vivian * Arenito e argilito Fluvial Chonta * Arenito, calcário, argilito Marinho raso Madre de Dios Grupo Oriente (Aguas Calientes, Raya, Cushabatay) * Arenito, lutito Fluvial-estuarino, Transgressivo Tena * Argilito, arenito e conglomerado Continental Vivian * Arenito Marinho raso Napo * Lutito, calcário e intercalações de arenito e lutito Marinho raso Oriente Hollin * Arenito Continental a marinho * – dados não obtidos 4.1.5 Terciário Durante o Terciário, devido aos esforços tectônicos da região de subducção Andina, foi gerada uma grande região deprimida entre o Arco de Purus e a futura Cordilheira Andina. Nessa região formou-se um grande lago, o Lago Pebas (Figura 38 4.4 e 4.8), no qual foram depositados sedimentos predominantemente pelíticos em ambiente subaquoso tranquilo. A salinidade das águas do Lago Pebas parece ter variado ao longo do tempo em função de eventos de transgressão e regressão marinha (Wesselingh, 2006). Na região subandina, a sequência terciária é formada predominantemente por depósitos molássicos argilosos, provenientes da Cordilheira Andina, e sedimentos lacustres. Nesta região a sequência cretácea é capeada por cerca de 4 km de sedimentos terciários. Nas bacias brasileiras as camadas terciárias são compostas predominantemente por materiais argilo-arenosos com restos de conchas, vegetais e camadas de carvão intercaladas, depositados em ambientes lacustres e fluviais meandrantes (Eiras, 1994; Cunha, 200; Cordani et al., 2000; Cruz, 1984). Além das camadas arenosas, também ocorrem intercaladas às sequências terciárias camadas evaporíticas, carbonáticas pelíticas e níveis de linhito. Nas Bacias Solimões e Acre as camadas superficiais da sequência terciária possuem caráter mais arenoso que o restante da sequência (Eiras, 1994, IBGE, 2005). Os depósitos terciários apresentam-se em uma camada contínua, de espessura variável (Figura 4.9), desde o pé do cinturão de falhas dos Andes até o Arco de Purus (Figura 4.2), recobrindo os sedimentos cretáceos, com exceção apenas da região da Serra do Divisor (Figura 4.6 e 4.3). Embora, em termos gerais, o Arco de Purus represente o limite deposicional da sequência terciária, mais a Leste nesta região, na calha central da bacia, esta formação chega a ultrapassar este limite geológico, estendendo-se continuamente por cerca de 60 km na área da Bacia Amazonas. Nesta bacia também são encontrados alguns depósitos isolados remanescentes do Terciário em áreas próximas ao Arco de Purus. Nas bacias subandinas os depósitos terciários estão representados pelas Formações Marañón, Iporuro, Pebas, Chambira, Pozo, Yahuarango e nas bacias brasileiras, pela Formação Solimões (Anexo A). 39 Figura 4.8 – Formação do Lago Pebas (Mioceno superior) (modificado de Roddaz et al., 2005). 4.1.6 Quaternário Os sedimentos neo-terciários e quaternários depositados nas bacias amazônicas são predominantemente argilosos, com espessuras em geral modestas, da ordem de até 25 m (Horbe et al., 2007; Rosetti et al., 2004). Devido a sua pouca espessura e à natureza semelhante aos depósitos terciários, na presente tese e em alguns estudos (Eiras, 1994), estes sedimentos são englobados como pertencentes à sequência terciária. Estes depósitos são compreendidos pela Formação Içá, na Bacia Solimões, e por depósitos quaternários, principalmente de origem fluvial, nas bacias do Acre e subandinas. Alguns autores não reconhecem a existência da Formação Içá e possivelmente, referências sobre camadas arenosas pertencentes a camadas superficiais da Formação Solimões (Eiras, 1994; IBGE, 2005) sejam equivalentes à Formação Içá, devido à natureza areno-silto-argilosa destes sedimentos (Melo e Villas Boas 1993; Maia, 1977), muito semelhante aos sedimentos da Formação Solimões (terciária). 40 Figura 4.9 – Isópacas do Terciário (modificado de Mossman et al., 1986). 41 Tabela 4.2 - Características litológicas principais, espessuras e ambientes deposicionais das formações terciárias (IGEMMET, 2001a; Eiras et al., 1994; Canfield, 1982). Bacia Formações Terciárias Espessuras Litologia Ambiente deposicional Amazonas Solimões 0 - 300 Argilitos com intercalações de arenitos Flúvio-lacustre Solimões Solimões 300 - 500 Argilitos com intercalações de arenitos Flúvio-lacustre Acre Solimões 500 - 2200 Argilitos com intercalações de arenitos, siltitos e evaporitos Flúvio-lacustre e marinho raso Marañon 120 - 100 Areia/arenito Pebas 100 - 600 Marga/calcário, arenito, lutitos, siltitos Lagunar, fluvial Chambira 700 – 1600 Siltitos litificados, rochas argilosas interestratificadas com siltitos Aluvial, fluvial Pozo 80 – 200 Lutitos Marinho Marañon/ Pastaza Yahuarango 900 - 400 Arenitos, siltitos, lutitos * Ipururo 700 – 2000 Arenitos e lutitos Aluvial, fluvial Chambira * Lutitos litificados com arenitos e anidrita Aluvial, fluvial Pozo 80 Lutitos, calcários, arenitos Marino Ucayali Yahuarango 40 - 1500 Lutitos com intercalações de arenitos * Pebas * Argilitos com intercalações de arenitos Lagunar, fluvial Chambira * Lutitos litificados, siltitos Aluvial, fluvial Pozo * Lutitos Marino Madre de Dios/Beni Yahuarango * Arenitos, siltitos, lutitos litificados * Mesa * Areias, argilas, material vulcânico Continental Chambira * Conglomerados, areias e argilas Continental Arajuno * Argilas, arenitos, conglomerados Continental Orteguaza * Lutitos Continental Oriente Tiyuyaco * Conglomerados, arenitos, arenitos argilosos Fluvial 4.2 PRINCIPAIS GEOESTRUTURAS REGIONAIS As bacias amazônicas apresentam uma série de geoestruturas que ao longo do tempo atuaram no controle e na modelagem dos depósitos sedimentares. Nestes processos, os diferentes arcos estruturais possuem grande relevância, constituindo- se nos principais elementos geoestrutuais das bacias amazônicas (Figura 4.1). Os arcos estruturais formaram-se devido a processos tectônicos queafetaram o embasamento e sofreram reativações ao longo do tempo, aumentando sua influência em determinados períodos. 4.2.1 Arco de Iquitos O Arco de Iquitos corresponde a uma flexura da placa litosférica em resposta à carga orogênica dos Andes, cujo processo de desenvolvimento iniciou-se no 42 Mioceno superior em ambiente subaquático (Roddaz et al., 2005). Este Arco representa o limite entre as Bacias do Acre e Solimões e, mais ao Norte, entre as Bacias Solimões e Marañón (Brandão et al., 2006; Roddaz et al., 2005). O traçado do Arco de Iquitos difere muito nos trabalhos e mapas consultados (Barata e Caputo, 2007; Brandão et al., 2006; IGEMMET, 2001b; Encarnación, 2008). Isto pode estar relacionado ao fato deste arco ter sofrido migração ao longo do tempo geológico em virtude do desenvolvimento dos processos tectônicos da Cordilheira Andina e, dependendo da referência geológica utilizada por cada autor, seu traçado pode não ser coincidente (Salo, 2010; Roddaz et al., 2005) (Figura 4.10). Entre o Mioceno superior e o Plioceno o Arco de Iquitos atuou como uma barreira geológica, induzindo a deposição de sedimentos fluviais em seus bordos Oeste e Leste, ao passo que em regiões mais afastadas de seu eixo, predominou a deposição de sedimentos lacustres (Roddaz et al., 2005). Devido ao deslocamento do arco, os sedimentos fluviais depositados em seu flanco Leste (Formação Arena Blanca) hoje são encontrados aflorando ao longo de seu eixo (Roddaz et al., 2005). Nem todos os arcos estruturais representam áreas mais elevadas topograficamente, porém no caso do Arco do Iquitos, tanto o embasamento como a superfície topográfica encontraram-se mais elevados. Como consequência, esta região foi afetada por processos erosivos que destruíram os registros paleozóicos (Roddaz et al., 2005). Atualmente, esta estrutura encontra-se soterrada, e não apresenta efeito como barreira geográfica (Rosetti et al., 2004). A ocorrência de falhas holocênicas na região do Arco de Iquitos evidenciam que este arco ainda hoje encontra-se em processo de ascensão (Roddaz et al., 2005). 43 Figura 4.10 – Figuras esquemáticas mostrando o processo de migração do Arco de Iquitos e seus efeitos na alteração do sistema de drenagem e geração de falhas e movimentação de blocos. (a) modificado de Roddaz et al., 2005 e (b) modificado de Salo, 2010. 4.2.2 Arco de Purus O Arco de Purus desenvolveu-se na região de um antigo rifte proterozóico (Figura 4.2). Apresenta orientação NW-SE e representa o limite entre as Bacias Solimões e Amazonas (Figura 4.1). Este arco manteve-se elevado durante todo o Fanerozóico, formando uma barreira deposional ao avanço da sedimentação terciária em direção à Bacia Amazonas (Mosmann et al., 1986) (Figura 4.11). Esta região passou por um longo período de erosão, quando então instalou-se o sistema de drenagem atual, em direção ao Oceano Atlântico (Rossetti et al., 2004). Sentido de deslocamento Arco de Iquitos WWWW EEEE (a) (b) Andes 44 Figura 4.11 – Perfil litoestratigráfico da área de influência do Arco de Purus (Wanderley et al., 2006) 4.2.3 Arco de Carauari O Arco de Carauari iniciou seu desenvolvimento no Ordoviciano. Representa uma geoestrutura elevada, de direção N-S, que subdivide a Bacia Solimões nas bacias Juruá, a Leste, e Jandiatuba, a Oeste (Silva et al., 2003; Barata e Caputo, 2007) (Figura 4.1). As relações entre o Arco de Carauari e as estruturas do embasamento Pré- Cambriano adjacentes sugerem que este arco representa uma antiga sutura de colisão de blocos continentais que foi constantemente reativada como consequência de interações nos bordos destas placas litosféricas. 4.2.4 Arco de Fitzcarrald O Arco de Fitzcarrald é uma mega-estrutura localizada ao Sul do Peru que se estende a Oeste, em direção ao território brasileiro (Espurt et al., 2007) e atua como divisória entre as Bacias Ucayali e Madre de Dios (Figura 4.1). O soerguimento do arco de Fitzcarrald é consequência direta da subducção da dorsal de Nazca, que afetou as bacias amazônicas a partir de 4 Ma (Espurt et al., 2007). 45 4.2.5 Arco de Contaya O Arco de Contaya é o limite geológico entre as Bacias Ucayali e Marañon (Figura 4.1). Possui orientação NW-SE e está relacionado a uma inversão de antigas falhas normais do Permiano-Triássico e do Paleozóio com processos que iniciaram-se durante o Cretáceo superior (Perupetro, 2005). 46 5 HIDROGEOLOGIA REGIONAL Alguns trabalhos de cunho hidrogeológico geral, visando à identificação dos grandes sistemas aquíferos mundiais (UNESCO, 2007 e 2009; Margat, 2007) indicam a existência do sistema aquífero Amazonas (SAA), localizado na região amazônica, na qual a área de estudo está englobada. Nestas publicações observa-se que os limites do SAA não são coincidentes entre si, evidenciando a necessidade de estudos mais aprofundados para a identificação dos bordos do SAA, sua extensão e demais características hidrogeológicas (Figura 5.1). Na área de estudo a hidrogeologia regional foi muito pouco estudada. Os trabalhos hidrogeológicos para esta região têm, em geral, caráter local e foram desenvolvidos para alguns municípios onde o uso da água subterrânea constitui-se em importante fonte de abastecimento ou onde há interesses econômicos envolvidos, como no caso das bacias subandinas, em virtude da exploração petrolífera. Neste capítulo é apresentado o conhecimento hidrogeológico atual na área de estudo. 5.1 EXTENSÃO E LIMITES DO SAA Levantamentos preliminares realizados pela UNESCO/OEA adotam como a área pertencente ao SAA uma extensão contínua que vai desde o Arco de Gurupá até o cinturão de falhas pré-Andino, na direção Leste – Oeste e cujos limites Norte- Sul estendem-se do Sul da Bolívia até o Noroeste da Venezuela, na região subandina, e do Cráton das Guianas até o Cráton Brasileiro, em território brasileiro (Figura 5.1). Segundo esta publicação, o SAA teria uma extensão total de aproximadamente 3,95x106 km2, dos quais 2x106 km2 corresponderiam à Formação Alter do Chão e 1,2x106 km2, à Formação Solimões-Içá (UNESCO, 2007 e 2009). Segundo Margat (2007), em artigo publicado sobre os maiores aquíferos mundiais, os limites do SAA são bem mais restritos que os publicados pela UNESCO (2007), englobando uma área total de 1,5x106 km2 (Figuras 2.1 e 5.1). Contudo, comparando os limites do SAA nos trabalhos citados (UNESCO, 2007 e 2009; Margat, 2007) estes diferem somente com relação ao bordo Norte-Sul 47 do SAA na região subandina. Portanto, os bordos do SAA em território brasileiro, estão bem definidos e são praticamente coincidentes nos 2 trabalhos (Figura 5.1): • bordo Leste - está definido pelo Arco de Gurupá, que limita a Bacia Amazonas com a Bacia do Marajó. No trabalho de Margat (2007) esta última bacia também seria englobada pelo SAA; • bordo Oeste - é definido pelo cinturão de falhas de cavalgamento pré- andino onde, devido aos movimentos tectônicos a que está sujeita esta região, ocorre a compartimentação e desconexão das camadas aquíferas (Figura 5.2); • bordos Norte e Sul - o SAA está limitado pelo Cráton das Guianas, ao Norte, e pelo Cráton Brasileiro, ao Sul. Dentre os objetivos e desafios desta tese está a identificação dos bordos hidrogeológicos do SAA na área de estudo, a determinação de sua extensão, subunidades e demais características hidrogeológicas. 5.2 BACIAS DO SAA Não obstante à escassez de estudos hidrogeológicos na região de estudo, as águas subterrâneas vêm sendo utilizadas em várias localidades, o que permitiu a identificação de algumas subunidades aquíferas deste sistema, quer seja em escala local ou de bacia. Segundo a UNESCO (2007, 2009), o SAA é composto por duas subunidades: Solimões-Içá e Alterdo Chão. Estas subunidades estão definidas com base na ocorrência das Formações homônimas. Nota-se que neste estudo as Formações Içá e Solimões são tratadas como uma unidade, e não de forma desmembrada. 48 Figura 5.1 – Área do sistema aquífero Amazonas (SAA) segundo UNESCO (2007) e Margat (2007). A Formação Içá, como já abordado no capítulo 4, item 4.1.6, é uma formação de idade neo-Terciária/Quaternária que recobre grande extensão da Planície Amazônica brasileira (Figura 4.3). Devido a sua pouca espessura e similaridade com os depósitos Terciários da Formação Solimões, muitos autores não a consideram como uma unidade individualizada, englobando-a na Formação Solimões. A Formação Solimões, com centenas de metros de espessura, de natureza predominantemente pelítica, compreende alguns níveis arenosos que compõem seu aquífero, o qual é utilizado como fonte de abastecimento local de algumas comunidades e indústrias (SIAGAS, 2010; Souza, 2009). A Formação Alter do Chão, de idade cretácea, aflora por toda a extensão da Bacia Amazonas (Figura 4.1), onde é utilizada como fonte de abastecimento de importantes cidades da região, como Manaus (AM) e Santarém (AC). 49 Figura 5.2 – Perfis geológicos localizados no bordo Oeste da área de estudo mostrando os deslocamentos verticais causados pelos movimentos tectônicos nesta região e desconexões das camadas provocadas pelos falhamentos. (a) localização dos perfis; (b) perfis publicados por Mathalone e Montoya, 1995; (c) perfil publicado por Hermoza, 2004. 50 A nomenclatura utilizada para as subunidades aquíferas do SAA nos estudos da UNESCO (2007 e 2009), está muito influenciada pela nomenclatura das Formações geológicas brasileiras. Este fato provavelmente deve-se ao fato de que o maior número de trabalhos publicados sobre as subunidades do SAA são de autores brasileiros (Tancredi, 1996; Aguiar et al., 2002; Melo e Marmos, 2006; Souza e Verma, 2006; MMA, 2007; Moraes et al., 2007; Silva e Silva, 2007; ANA, 2009a, dentre outros). Em 2005 foi criado o Projeto Gerenciamento Integrado e Sustentável dos Recursos Hídricos Transfronteiriços na Bacia do Rio Amazonas (Projeto GEF Amazonas), coordenado pela OTCA, PNUMA e OEA, englobando os países: Bolívia, Brasil, Colômbia, Equador, Guiana, Peru, Suriname e Venezuela (OTCA, 2006). No âmbito deste projeto foram publicados relatórios com a compilação de informações sobre a situação das águas subterrâneas nestes países. O relatório final brasileiro do Projeto GEF (OTCA, 2006), dentre outros dados, apresenta um mapa da área compreendida pelo o SAA em território brasileiro. Neste mapa observa-se a existência de cinco sistemas aquíferos na região da bacia amazônica: Solimões, Alter do Chão, Barreiras, Boa Vista e Parecis (OTCA, 2006) (Figura 5.3). Ainda segundo este relatório da OTCA (2006), o sistema aquífero Alter do Chão ocorre na região Leste do Amazonas e Centro-Norte do Pará, ocupando uma área de 312.574 km². O sistema aquífero Solimões englobaria todo o Estado do Acre e uma faixa no extremo Oeste do Estado do Amazonas (Figura 5.4). Entre estes 2 sistemas aquíferos estaria localizada uma extensa área classificada como não-aquífera (OTCA, 2006). 51 Figura 5.3 – Principais sistemas aquíferos e identificação das áreas com maior densidade de poços perfurados (OTCA, 2006). Em 2002 a CPRM publicou o mapa de domínios e subdomínios hidrogeológicos do Brasil. Neste, a área definida como não-aquífera pelo relatório do Projeto GEF (OTCA, 2006) (Figura 5.3) é identificada como área de domínio da Formação aquífera Içá (Figura 5.4). Nota-se, portanto, além da necessidade de estabelecimentos dos limites do SAA na área de estudo e da definição de suas subunidades, a necessidade de uniformização das nomenclaturas utilizadas para designar as unidades hidrogeológicas. Nos itens seguintes será apresentado o estado da arte dos estudos hidrogeológicos nas bacias que compõem a área de estudo, ou seja, as Bacias Solimões e Acre, em território brasileiro, e as bacias subandinas: Marañón, Ucayali, Oriente, Putumayo, Madre de Dios e Beni. Também serão apresentados e interpretados dados primários obtidos sobre estas bacias, complementando as informações já disponíveis em publicações. 0 1000 km 52 Figura 5.4 – Detalhe do mapa de domínios/subdomínios hidrogeológicos do Brasil, escala 1: 2500000 (CPRM, 2002). Este esforço tem como objetivos identificar os bordos hidrogeológicos do SAA e de suas subunidades aquíferas e de evidenciar ou refutar a tese de que o SAA estende-se de forma hidrogeologicamente contínua ao longo da área de estudo. 5.2.1 Bacias do Acre e Solimões Neste item serão apresentados os dados disponíveis sobre as subunidades aquíferas das Bacias do Acre e Solimões, respeitando-se as áreas de ocorrência e nomenclaturas já formalizadas e com as quais se está de acordo. 5.2.1.1 Sistema aquífero Solimões O sistema aquífero Solimões, englobando também o aquífero Içá, possui a mesma distribuição geográfica da Formação homônima, ou seja, estende-se desde o Arco de Purus até a Bacia do Acre, inclusive. 53 Este sistema aquífero, de idade Terciária, é formado por camadas de argilitos intercalados com camadas de siltitos e arenitos-argilosos. Secundariamente também ocorrem intercalações de níveis carbonosos, carbonáticos e evaporíticos (Anexo B). As camadas mais arenosas deste sistema constituem seus níveis aquíferos, que podem ser livres, semiconfinados ou confinados (SIAGAS, 2010). No banco de dados hidrogeológico da CPRM, o SIAGAS, há 322 registros de poços de captação localizados na região de domínio do sistema aquífero Solimões (Figura 5.5). Estes poços estão distribuídos geograficamente da seguinte forma: 75 no Estado do Acre, 142 no Estado do Amazonas e 105 no Estado de Rondônia (SIAGAS, 15/04/2010). Destes 322 poços, 300 são poços tubulares utilizados para abastecimento urbano, doméstico e industrial, com profundidades variando entre 2 e 240 m, sendo que a grande maioria destes apresenta profundidades entre 40 e 60 m. Com relação ao grau de confinamento das camadas explotadas, 151 poços são livres, 12 são semiconfinados e 135 são confinados (sem registro de surgência). Convém ressaltar que nem todos os poços cadastrados pelo SIAGAS possuem dados completos, portanto, nem sempre o resultado das consultas por classes totalizam o número de poços em determinado domínio, como no caso da consulta sobre o grau de confinamento das camadas explotadas onde 298 poços, dentre o total de 322 poços, possuem classificação sobre o grau de confinamento da camada explotada. No SIAGAS estão cadastrados resultados de testes de bombeamento realizados em 193 poços instalados no sistema aquífero Solimões. Segundo estes dados, durante os testes de bombeamento foram observados rebaixamentos entre 0,7 e 60 m, porém na grande maioria dos casos os rebaixamentos variaram entre 5 e 10 m. As vazões específicas obtidas nestes testes variaram entre 0,4 e 800 m3/d/m e as vazões estabilizadas ficaram entre 12 e 2700 m3/d, com mediana de 232 m3/d. Segundo dados do MMA (2007), estima-se uma vazão média de 672 m3/d para os poços da Formação Solimões, valor este bem superior à mediana calculada a partir dos dados do SIAGAS. No SIAGAS também foram encontrados registros de transmissividades e espessuras das camadas aquíferas de 4 poços instalados no domínio do sistema aquífero Solimões, localizados próximo ao Município de Porto Velho (RO) (Tabela 54 5.1 e Figura 5.5). A partir destes dados foram calculadas as respectivas condutividades hidráulicas, obtendo-se valores entre 2,6 e 0,3 m/d (Tabela 5.1). Tabela 5.1 – Dados de transmissividades e condutividades hidráulicas calculadas para o sistema aquífero Solimões em localidadepróxima a Porto Velho (RO) (SIAGAS, 15/04/2010). Poço Profundidade final (m) Grau de Confinamento Surgente Transmissividade (m2/d) Espessura (m) Condutividade hidráulica horizontal (m/d) 1100000220 40 CONFINADO NÃO 5,16 4 1,29 1100000221 50 CONFINADO NÃO 16,50 10 1,65 1100000222 40 LIVRE NÃO 2,80 8 0,35 1100000407 29 CONFINADO NÃO 31,62 12 2,64 Em um teste de aquífero realizado na base petrolífera de Urucu (Figura 4.1) foram obtidas transmissividades da ordem de 320 m2/d, condutividade hidráulica de 6,4 m/d e coeficiente de armazenamento de 8x10-4 para o sistema aquífero Solimões (Souza, 2009). Nesta mesma região foram elaboradas duas seções litoestratigráficas a partir de descrições litológicas de poços rasos e profundos (Souza, 2009) (Figura 5.6). Através destas observa-se que as camadas aquíferas do sistema Solimões nesta região concentram-se principalmente até 100 m de profundidade e que abaixo desta profundidade as camadas argilosas tendem a ser mais espessas e contínuas. Próximo aos 300 m de profundidade foi identificado o topo da Formação Alter do Chão, devido à ocorrência dos arenitos médios a grossos, friáveis e limpos característicos desta Formação. 55 Figura 5.5 – Localização de poços de captação do sistema aquífero Solimões (SIAGAS, 15/04/2010, Domus, 2009, base de dados PETROBRAS). 56 Figura 5.6 – Perfis litoestratigráficos na base petrolífera de Urucu (modificado de Souza, 2009). Detalhe da Base Petrolífera de Urucu NW SE NE SW 57 A ocorrência de camadas mais arenosas no topo do sistema aquífero Solimões e mais argilosas na base não parece ser uma característica local, uma vez que na Bacia do Acre o mesmo comportamento é observado nesta subunidade (IBGE, 2005). Na cidade de Rio Branco (AC) (Figura 4.1) o principal aquífero utilizado é o aquífero Rio Branco. Este aquífero é composto por depósitos de terraços fluviais (areias finas a médias) da antiga planície de inundação do Rio Acre. Estes depósitos ocorrem sobrepostos aos argilitos da Formação Solimões, que nesta localidade recebem a designação de argilitos “salão” e são considerados como muito pouco permeáveis (Melo Jr. e Marmos, 2006). Em 4 testes de bombeamento de poços explotando o aquífero Rio Branco foram obtidas transmissividades entre 0,3 e 132 m2/d, coeficientes de armazenamento entre 1,0x10-4 e 29x10-4 e condutividades hidráulicas entre 2,5x10-4 e 16 m/d (Moraes et al., 2007). No bordo Sudoeste da área de ocorrência do sistema aquífero Solimões, na cidade de Porto Velho (RO) (Figura 4.1), em 3 poços de cerca de 150 m de profundidade encontraram-se camadas de cerca de 150 m de espessura de argilas da Formação Solimões diretamente sobrepostas ao embasamento alterado, não sendo encontradas camadas com potencialidades aquíferas (CPRM, 1999). Provavelmente este comportamento se repita ao longo de todo o bordo do SAA com as regiões cratônicas, uma vez que esta formação foi depositada em on-lap em relação ao embasamento aflorante nas regiões cratônicas. Sendo assim, o contato do limite deposicional da formação subjacente, ao seja, da Formação Alter do Chão com o embasamento foi capeado pelos espessos pacotes argilosos da Formação Solimões. Com relação aos dados hidrogeoquímicos, foram realizadas análises químicas e físico-químicas em amostras de água de 20 poços do sistema aquífero Solimões localizados na Base Petrolífera de Urucu (Souza, 2009) (Anexo D). Analisando-se e graficando-se estes resultados através dos diagramas de Piper (Figura 5.7) e de Schoeller-Berkaloff (Figura 5.8) observa-se que: 1. a temperatura das águas do sistema aquífero Solimões nos poços de captação (profundidade de captação entre aproximadamente 10 e 90 m de profundidade) é de aproximadamente 28oC, próxima à temperatura superficial de cerca de 29oC. 58 2. o pH varia entre 4,57 e 6,41 (mediana: 5,8), portanto são águas ácidas; 3. a condutividade elétrica varia entre 11,8 e 133,8 µS/cm (mediana: 38 µS/cm), indicando tratar-se de águas essencialmente doces, embora possam apresentar variados graus de mineralização; 4. estas águas apresentam característica predominantemente bicarbonatada sódico-potássica (Figura 5.7 e 5.8); 5. comparando-se os resultados das análises químicas com as profundidades dos poços (Figura 5.8) observa-se que nos poços mais profundos as águas adquirirem características cloretadas-sódicas, ou seja, ao que parece as águas mais profundas deste sistema aquífero tendem a ser mais mineralizadas; 6. estas águas apresentam concentrações de sílica dissolvida, variando entre 8,26 e 62,30 mg/L (mediana: 40 mg/L); 7. em alguns poços foram obtidas concentrações de ferro total (24mg/L), porém a mediana foi de 0,16 mg/L. Através de perfilagens geofísicas de poços realizadas em 2 poços estratigráficos perfurados na base petrolífera de Urucu, STG-01 (Figura 5.9) e STG- 02 (Figura 5.10), foi possível observar tanto variações litológicas como variações relativas na qualidade das águas do sistema aquífero Solimões. 59 Figura 5.7 – Diagrama de Piper para as águas do sistema aquífero Solimões em Urucu. Nestes poços estratigráficos (STG-01 e STG-02) foram adquiridos os seguintes tipos de perfis geofísicos: gamma natural (GR), potencial espontâneo (SP) e resistência elétrica (SPR) (Souza, 2007 e 2009). O perfil gamma natural (GR) indica variações da radioatividade natural. Como os minerais de argila apresentam, em geral, concentrações mais elevadas de elementos radioativos como o 40K e espécies resultantes do decaimento do 238U, 234U e 232Th, este tipo de perfil indica indiretamente os teores de argila nas rochas. 60 Figura 5.8 – Diagrama de Schoeller-Berkaloff para as águas do sistema aquífero Solimões em Urucu e as profundidades dos poços amostrados. (Nota: foram plotados somente os resultados com erros analíticos inferiores a 6%). 90m 92m 103m 110m 41m 78m Poço Profundidade 61 O perfil potencial espontâneo (SP) registra diferenças do potencial elétrico. Este parâmetro pode ser afetado pela porosidade, teor de argila e qualidade química das águas (variações de salinidade). Além disso, seus registros são muito influenciados pela natureza do fluido de perfuração utilizado. O perfil de resistência elétrica (SPR) mede variações da resistência elétrica entre o eletrodo em profundidade e a superfície do terreno e indica de forma qualitativa variações de litologia, porosidade e qualidade das águas (variações de salinidade). Este tipo de perfil é muito afetado por alterações no diâmetro dos poços. Observando os perfis geofísicos obtidos em ambos os furos estratigráficos, verifica-se que é possível identificar 3 faixas: até cerca de 100 m de profundidade; entre cerca de 100 e 270 m de profundidade e abaixo de 270 m de profundidade, aproximadamente. Na primeira faixa observam-se valores de resistência elétrica bastante variáveis, potencial espontâneo constante e registro gamma natural praticamente constante em todo o intervalo, apresentando somente uma oscilação mais pronunciada entre 80 – 100 m de profundidade. Nesta região as rochas apresentam teores variáveis de argila, porém são basicamente areno-argilosas. O grau de mineralização das águas contidas neste intervalo deve variar, porém devem ser águas essencialmente doces. Na segunda faixa os teores de argila aumentam acentuadamente em relação à região superior, porém mantém-se praticamente constante em todo o intervalo. O mesmo comportamento é observado em relação ao perfil SPR, indicando litologia quase que homogênea e possivelmente uma maior mineralização das águas neste intervalo, corroborado pelo deslocamento do perfil SP para a direita, principalmente em direçãoà base do intervalo. Na terceira faixa observa-se um deslocamento acentuado do perfil GR para a esquerda e aumento da resistência elétrica, indicando mudança para uma litologia muito mais arenosa (areias limpas). A inversão do SP, ficando mais à direita do perfil GR, pode indicar uma região de águas mais mineralizadas. A análise dos perfis geofísicos de poço confirma a predominância de camadas mais argilosas na base do sistema aquífero Solimões e, provavelmente, a existência de águas mais mineralizadas nesta região, ainda que provavelmente situem-se na classe de águas doces. 62 Figura 5.9 – Perfis geofísicos e litológicos do poço estratigráfico STG-01 perfurado em Urucu (Souza, 2007). Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 63 Figura 5.10 – Perfis geofísicos e litológicos do poço estratigráfico STG-02 perfurado em Urucu (Souza, 2009). Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 64 Por haver dados hidroquímicos somente para a região de Urucu, não foi possível a realização de comparações entre as águas de Urucu e as de outras regiões deste extenso sistema aquífero. No entanto, como se sabe que as águas deste sistema são utilizadas para abastecimento humano em outros locais, supõe- se que sejam águas doces e de características não-objetáveis. 5.2.1.2 Sistema aquífero Alter do Chão O sistema aquífero Alter do Chão ou simplesmente aquífero Alter do Chão, como citado na maioria dos trabalhos publicados, é aflorante em sua área de ocorrência, compreendida entre os Arcos de Purus e Gurupá (Figura 4.1). Este aquífero é extensivamente utilizado para abastecimento nas cidades de Manaus (AM) e Santarém (PA). Segundo Aguiar et al. (2002), o sistema aquífero Alter do Chão na cidade de Manaus é predominante arenoso, composto por quatro fácies sedimentares: argilosa, areno-argilosa, arenosa e “arenito Manaus”. O “arenito Manaus” é uma denominação local para níveis arenosos cimentados por sílica e que algumas vezes funciona como nível confinante (Souza e Verma, 2006). O nível freático em Manaus encontra-se próximo à superfície, chegando inclusive a aflorar em algumas localidades (Souza e Verma, 2006; Silva e Silva, 2007). As águas do sistema aquífero Alter do Chão em Manaus, cidades vizinhas e também em Santarém (Tancredi, 1986), são águas ácidas, moles, de caráter predominantemente cloretadas sódico-potássicas podendo, contudo, apresentar localmente característica bicarbonatado-cloretado potássico-sódico. Uma vez que este sistema aquífero encontra-se fora dos limites da área de estudo, este não será tratado com maior detalhe nesta tese. Contudo, como este aquífero também foi estudado para efeitos de conhecimento durante a elaboração desta tese, no Anexo E é apresentado um resumo do estado da arte sobre este aquífero. 65 5.2.1.3 Camadas aquíferas cretáceas na área de estudo A partir de perfurações para a exploração petrolífera realizadas nas Bacias Solimões e Acre sabe-se da existência de espessos pacotes arenosos, de idade cretácea, imediatamente subjacentes aos depósitos Terciários da Formação Solimões. Na Bacia Solimões tais depósitos são identificados como pertencentes à Formação Alter do Chão, enquanto que na Bacia do Acre são identificados como pertencentes às Formações Divisor e Môa (capítulo 4). Embora na área petrolífera a continuidade da Formação Alter do Chão em subsuperfície, ao longo da Bacia Solimões seja a muito conhecida, na área de hidrogeólogica este tema ainda não havia sido abordado e, provavelmente, até desconhecido por alguns autores. Devido a isso, há pouca informação hidrogeológica disponível, tendo sido necessária árdua pesquisa para levantamento de dados e interpretação para gerar novas informações. Uma vez que a extensão das camadas aquíferas cretáceas a Oeste do Arco de Purus não possui nomenclatura própria, para facilitar a redação e a identificação destas sequências, a partir deste momento estas serão referidas nesta tese como sistema aquífero Tikuna (SAT). O sistema aquífero Tikuna é capeado pelo sistema aquífero Solimões em praticamente toda a sua extensão, excetuando-se apenas duas regiões: a zona do cinturão de falhas subandinas e a Serra do Divisor (Figura 4.1). Na zona de falhas subandinas as camadas cretáceas sofreram grande movimentação vertical, sendo expostas em algumas regiões (Figura 5.2). Na Serra do Divisor, devido à falha do Batã, as camadas cretáceas foram expostas (Figura 4.6). Nesta região há um antigo poço surgente conhecido localmente de “Buraco da Central”. Embora não se tenha mais detalhes sobre esta perfuração, sabe-se que a mesma não deve ser muito profunda e que foi realizada por volta da década de 1930-1940 para obtenção de água para funcionamento de uma caldeira (Figura 5.11). A existência deste poço em regime de surgência indica a condição de confinamento ao qual estão submetidas as camadas do sistema aquífero Tikuna nesta região. Pelas fotografias tomadas no “Buraco da Central” observa-se que a 66 piezometria neste poço é praticamente igual ao nível da água do Rio Môa (Figura 5.11) Figura 5.11 – Fotografias do “Buraco da Central”, Serra do Divisor (Fontes: Google Earth em 02/03/201 e http://expedicaoparquesnacionais.com.br). Para o sistema aquífero Tikuna na base petrolífera de Urucu foram obtidos os seguintes dados: níveis piezométricos de 2 poços (P-A e P-B) (Tabela 5.2), resultados de ensaios de injeção de 7 poços (P-A, B, C, D, E, F, G) (Figura 5.12) e resultados de análises químicas e físico-químicas da água de formação para 3 poços (P-A, P-B e P-O) (Tabela 5.3). A partir destes dados foram calculadas as transmissividades e condutividades hidráulicas para o sistema aquífero Tikuna nesta região (Tabela 5.4). A surgência observada nos poços P-A e P-B indica que nesta região, assim como na região próxima à Serra do Divisor, o sistema aquífero Tikuna encontra-se sob regime de confinamento pelas camadas argilosas da base do sistema aquífero Solimões. Os valores das transmissividades obtidas variam entre 3 e 11,6 m2/d. Neste conjunto de resultados foi obtido um valor anômalo de transmissividade (P-C) de 306 m2/d. Este valor mais alto pode ser devido a descontinuidades, como falhas e fraturas, uma vez que as potências das camadas não variam de modo expressivo. As condutividades hidráulicas calculadas variaram entre 0,01 e 0,07 m/d, sendo obtido o valor de 1,55 m/d para o poço P-C. Rio Môa 67 Do ponto de vista hidrogeoquímico, as águas do sistema aquífero Tikuna na região da base petrolífera de Urucu são águas relativamente neutras a levemente ácidas e salobras (Tabela 5.3 e Figura 5.12). O desenvolvimento numérico para o cálculo das transmissividades e condutividades hidráulicas é apresentado no Anexo F. Tabela 5.2 – Cotas piezométricas do sistema aquífero Tikuna - base petrolífera de Urucu, Bacia Solimões. Tabela 5.3 – Características hidrogeoquímicas das águas do sistema aquífero Tikuna na base petrolífera de Urucu. Tabela 5.4 – Parâmetros hidráulicos calculados para o sistema aquífero Tikuna a partir dos resultados dos ensaios de injeção. COTA PROFUNDIDADE T b K POÇO (msnm) (m) (m 2/d) (m) (m/d) P-A 65,3 -500 8 187 0,044 P-B 69,9 -528 6 185 0,034 P-C 64,7 -509 306 197 1,553 P-D 62,8 -483 8 165 0,048 P-E 68,2 -523 11 176 0,066 P-F 62,6 -513 10 172 0,061 P-G 66 -668 3 333 0,009 Com base nos perfis geofísicos dos poços estratigráficos STG-01 e STG-02 (Figuras 5.9 e 5.10) perfurados na base petrolífera de Urucu (Souza, 2007 e 2009) foram estimadas as salinidades do topo do sistema aquífero Tikuna utilizando-se o método de Archie. Obteve-se, segundo este método, que as salinidades no topo do sistema aquífero Tikuna devem variar entre 1500 a 3400 mg/L no STG-01 e entre 1000 e POÇOS COTA DE SURGÊNCIA (m) PRESSÃO NA CABEÇA DO POÇO(psi) ALTURA POTENCIOMÉTRICA MÍNIMA (m) ALTURA POTENCIOMÉTRICA MÍNIMA (água doce) (m) P-A 65,33 3,5 psi (2,49m) 67,82 68,26 P-B 69,87 0 69,87 70,34 Água de Formação pH Salinidade (mg/L NaCl) Concentração Mg++ (mg/L) Concentração Ca++ (mg/L) P- A 6,5 5330 315 200 P- B 7,1 6140 194 200 P- O 7,0 8250 40 520 68 2000 mg/L no STG-02. Explicações sobre o método de Archie e o desenvolvimento numérico para o cálculo da salinidade estão no Anexo G. Figura 5.12 – Localização dos poços utilizados nos ensaios de injeção e do poço de observação. Figura 5.13 – Localização dos poços surgentes P-A e P-B. 7,5 km Salinidade 8 g/L Salinidade 5 g/L Salinidade 6 g/L 68,2 m 70,3 m 69 5.2.2 Bacias subandinas Dados hidrogeológicos são bastante escassos para as bacias subandinas, principalmente para as camadas mais rasas. Contudo, para as camadas cretáceas, por estas constituírem-se nos maiores reservatórios de petróleo destas bacias, foi possível obter alguns dados hidrogeológicos a partir de estudos petrolíferos (Smith, 1989; Mathalone e Montoya, 1995; Daimi, 2008; Pluspetrol, 2009; Canfield, 1982; Yinfu et al., 2010; Rakhit, 2002). Para os aquíferos rasos das bacias subandinas foram obtidos somente dados de 3 poços localizados na Província de Loreto, Bacia Marañón/Pastaza (Peru). Estes poços captam água da Formação Nauta (Mioceno) em condições de aquífero livre, a profundidades variando entre 1,26 e 42m (Domus, 2009) (Tabela 5.5). Nesta região as águas possuem caráter fortemente básico, são pouco a moderadamente mineralizadas, apresentando condutividades elétricas entre 114 e 187 µS/cm (Tabela 5.6) (Domus, 2009). Tabela 5.5 – Dados de poços de captação na Bacia Marañón-Pastaza (Domus, 2009) Coordenadas Poço Diâmetro (m) Nível da água (msnm) Uso Este Norte A1 2 117 doméstico -3,329680 -75,171864 B1 2 122 doméstico -1,523158 -75,141456 C1 2 208 doméstico -3,327645 -75,153800 Tabela 5.6 – Características físico-químicas e químicas das águas da Formação Nauta na província de Loreto – Peru (Bacia Marañón/Pastaza) (Domus, 2009). Cátions (mg/L) Poço Data CE (µS/cm) pH Ca Mg Na K Sr Zn Hg Sn Pb A1 24.11.08 187 8,5 16,5 4,8 10,5 2,3 0.097 0.012 0.0006 0.004 0.012 B1 29.11.08 114,3 9,83 7,2 3,9 5,7 1,9 0.137 0.137 0.0006 0.004 0.010 C1 23.11.08 181,4 8,7 19,6 2,2 8,3 4 0.153 0.010 0.0006 0.004 0.010 Especificamente para a Bolívia foram obtidos poucos dados hidrogeológicos, uma vez que, segundo a OTCA (2007) os estudos hidrogeológicos nesta região ainda não atingiram níveis para estabelecer quantificações em escala nacional (OTCA, 2007). Contudo, estudos preliminares já foram desenvolvidos, uma vez que 70 há uma base cartográfica hidrogeológica nacional na qual o país é dividido em províncias hidrogeológicas e zonas de magnitudes de recarga (Figuras 5.14 e 5.15) Figura 5.14 - Mapa de províncias hidrogeológicas para a Bolívia (Crespo e Mattos, 2000). A área de estudo engloba somente o extremo Norte da Bolívia (Bacia Madre de Dios e região Norte da Bacia Beni), onde predomina a província hidrogeológica Vertiente Amazonas, ocorrendo também uma pequena área pertencente à província Escudo Central (Figura 5.14). 71 A característica fundamental que define a província hidrogeológica Vertiente Amazonas é que é formada por espessas camadas horizontais a subhorizontais de depósitos continentais (OTCA, 2007). A província Escudo Central é caracterizada por afloramentos das rochas pré- Cambrianas (rochas graníticas e metamórficas intensamente dobradas). Não apresenta aquíferos contínuos e sua circulação se limita às fissuras ou regiões fortemente fraturadas, além de zonas intemperizadas. Nestas zonas, o intemperismo tropical produz a caulinização e laterização dos granitos, gerando algumas vezes aquíferos suspensos nas zonas de lateritas (OTCA, 2007). Figura 5.15 – Mapa de magnitudes de zonas de recarga para a Bolívia (OTCA, 2007). 72 Na figura 5.15 vê-se uma tentativa de integração de dados hidrogeológicos entre Bolívia, Brasil, Peru e Paraguai, com a indicação da possível continuidade ou conexão entre a província hidrogeológica Vertiente Amazonas e o sistema aquífero Solimões. Para a Colômbia, também já foi realizado um estudo hidrogeológico preliminar, com a elaboração de base cartográfica hidrogeológica, ainda que a mesma não seja oficial (OTCA, 2007b) (Figura 5.16). Segundo esta base cartográfica, na área de estudo ocorre a zona do Caguán- Vaupés-Amazonas. Esta zona ainda não foi alvo de estudos e constitui-se em uma zona onde a exploração de recursos hídricos subterrâneos é muito pequena, devido à grande disponibilidade de recursos hídricos superficiais de boa qualidade (OTCA, 2007b). Na Bacia Putumayo (Colômbia) são conhecidas algumas unidades aquíferas locais desenvolvidas em rochas sedimentares de ambiente continental, sedimentos arenosos e conglomeráticos pouco cimentados, com porosidade primária, permeabilidade moderada a baixa e qualidade por vezes afetada pela presença de ferro (OTCA, 2007b). No Equador os recursos hídricos subterrâneos, conforme citado no relatório da OTCA (2006b), são pouco estudados de modo geral em todo seu território sendo este desconhecimento maior na região amazônica, justificado pelo fato do abastecimento ser realizado através dos mananciais superficiais, muito abundantes na região (OTCA, 2006b). Em estudo desenvolvido por Smith (1989) para a área de petróleo sobre a variação de salinidade das Formações cretáceas Hollin e Napo na Bacia Oriente (Equador), este autor concluiu haver três direções de fluxo neste estrato (Figura 5.17): • fluxos verticais ascendentes - as águas doces da camada cretácea basal (Formação Hollin) seriam responsáveis pela redução da salinidade das camadas superiores, sendo as primeiras recarregadas através de água meteórica nas áreas úmidas e elevadas localizadas a Oeste (Figura 5.17); 73 Figura 5.16 – Mapa não-oficial de zonas hidrogeológicas para a Colômbia (OTCA, 2007b). • fluxos para Leste – associados ao adelgaçamento e desaparecimento das camadas argilosas na mesma direção; resulta na mistura das águas das várias camadas das formações cretáceas (Figura 5.17 e 5.18); • fluxos para Oeste – são fluxos superficiais que embora o autor não tenha explicado como e de onde provêm; seriam também responsáveis pelo decréscimo de salinidade das formações cretácicas mais rasas (Figura 5.18). 74 Figura 5.17 – Seção litoestratigráfica da Bacia Oriente (modificado de Smith, 1989). Nas bacias subandinas, as camadas cretáceas, devido ao interesse exploratório petrolífero foram alvo de vários estudos que, embora não tenham sido desenvolvidos com o objetivo hidrogeológico, aportam importantes informações de caráter hidrogeológico como: parâmetros hidráulicos (porosidade, permeabilidade, pressão) e físico-químicos (temperatura e salinidade) dos reservatórios. Estes dados foram resumidos na tabela 5.6. 75 Figura 5.18 – Modelo de circulação das águas nas camadas cretácicas da Bacia Oriente ( modificado de Smith, 1989). 76 Tabela 5.7 – Compilação de parâmetros hidrogeológicos para os reservatórios cretáceos das bacias subandinas. Referência Bacia/Formação Porosidade (%) Permeabilidade intrínseca Condutividade hidráulica (**) Salinidade Yinfu et al, 2010 Marañón/Cushabatay 12 - 25 19,74x10-3 a 1974,00x10-3 µm2 0,017 a 1,67 m/d Marañón-Ucayali-Madre de Dios/Cushabatay 10 - 22 moderada a boa Marañón-Ucayali-Madre de Dios/Agua caliente 25 negligenciável a 1000 md negligenciável a 0,8 m/d <1000 mg/L Marañón-Ucayali-Madre de Dios/Chonta 21 - 23 > 1000 md (horizontal)> 0,8 m/d (horizontal) Mathalone e Montoya, 1995 Marañón-Ucayali-Madre de Dios/Vivian 19 (média) > 1000 md > 0,8 m/d <1000 mg/L (Ucayali) Yinfu et al, 2010 Oriente/Hollin 12 - 25 19,74x10-3 a 1974,00x10-3 µm2 0,017 a 1,67 m/d Oriente/Hollin 16,5 500md 0,4m/d 1100 mg/L Oriente/Napo “T” 12 – 23 (média: 15%) 1,6 – 1500md 300md (média) 0,25 m/d (média) 17400 mg/L Oriente/Napo “U” 12,5 – 26 (média 18%) 520md (média) 0,43 m/d (média) 222000 mg/L Canfield, 1982 (*) Oriente/Tena 23 (mais comum: 18%) 220md (média) 0,18 m/d (média) (*) Campo petrolífero Sacha (**) conversões: 1md = 8,346 x 10-4 m/d; 1 µm2 = 0,847 m/d para água doce a temperatura ambiente. Recentemente obteve-se acesso a um estudo hidrogeológico realizado na Bacia Marañón (Rakiht, 2002) a partir do qual foi possível agregar à tese mais dados de salinidade das águas das camadas cretáceas. Segundo tais dados as salinidades destas águas das camadas cretáceas na Bacia Marañón são, em termos gerais, maiores do que as conhecidas na Bacia Solimões, chegando a atingir concentrações de 200 g/L (Figura 6.7). 77 Figura 5.19 – Dados de salinidade das águas das camadas cretáceas na Bacia Solimões e nas bacias subandinas: Putumayo Oriente, Marañón, Ucayali. 78 Em termos gerais, as camadas cretáceas das bacias subandinas apresentam permeabilidades e porosidades relativamente elevadas, formando bons reservatórios. Suas águas podem variar entre salobras e salgadas, chegando inclusive a formar salmouras. Embora neste capítulo tenha sido possível agregar bastante conhecimento hidrogeológico para a área de estudo, as informações hidrogeológicas disponíveis não foram suficientes para o estabelecimento de relações de continuidade e/ou conexão entre as unidades aquíferas nas distintas bacias estudadas. Por outro lado, alguns autores citam que algumas bacias dentre as estudadas são bacias contínuas geologicamente, ou seja, que as formações de uma bacia prolongam-se através de bacias vizinhas, como por exemplo: • a Bacia Oriente (Equador) seria contígua às Bacias Putumayo (Colômbia) e Marañón (Peru) (Smith, 1989; Mathalone e Montoya, 1995); • as Bacias Jandiatuba (sub-bacia Oeste da Bacia Solimões), Acre e Pastaza-Marañón seriam estruturalmente contínuas (Liandrat, 1992). Desta forma, assim como é provável a continuidade geológica entre as bacias estudadas, também é possível que haja certo grau de conexão ou continuidade hidrogeológica entre as mesmas. Esta possibilidade será analisada em maior detalhe no capítulo 6 onde, através da integração dos dados hidrogeológicos apresentados neste capítulo com dados litoestratigráficos, geoestruturais, perfis sísmicos e outros dados disponíveis, a hipótese de continuidade hidrogeológica poderá ser mais bem avaliada. 79 6 METODOLOGIA Em função da natureza, distribuição e quantidade de dados disponíveis, da inexistência de estudos hidrogeológicos regionais prévios e das peculiaridades da área de estudo, a metodologia utilizada necessitou ser desenvolvida paralelamente ao próprio avanço da tese. Contudo, foi aproveitada a experiência de estudos realizados em outros grandes sistemas aquíferos como, por exemplo, aqueles desenvolvidos para: a Grande Bacia Artesiana (Austrália), o sistema aquífero de Núbia (África), o sistema aquífero do Noroeste do Saara (África), o sistema aquífero do Leste da Arábia Saudita e o aquífero do Delta do Niger (Nigéria). A tese foi desenvolvida em sete etapas principais (Figura 6.1): 1. Compilação, organização, tratamento, integração e interpretação de dados; 2. Definição das subunidades hidrogeoestratigráficas presentes na área de estudo; 3. Delimitação das subunidades hidrogeoestratigráficas; 4. Proposição de modelo de fluxo conceitual para a área de estudo; 5. Elaboração de modelo numérico de fluxo do SAA na área de estudo; 6. Interpretação e verificação dos resultados obtidos. A etapa 1 é uma etapa inicial básica em qualquer estudo. Nesta, ressaltam-se as atividades de compilação e interpretação de dados como as mais desafiadoras, em virtude dos poucos dados hidrogeológicos existentes para a área. A etapa 2 foi essencial para a delimitação do SAA na área de estudo, desenvolvida na etapa 3. A etapa 4 constituiu na materialização do conjunto de informações geradas através do modelo hidrogeológico de fluxo e que fundamentou as bases sobre as quais foram desenvolvidas as duas últimas etapas de elaboração do modelo numérico de fluxo e interpretação de seus resultados, o que permitiu o entendimento e análise do funcionamento do SAA e especialmente do SAT. 80 Figura 6.1 – Fluxograma da metodologia adotada no desenvolvimento da tese. 81 6.1 COMPILAÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE DADOS Nesta etapa foram compilados dados de diversas áreas temáticas (hidrogeologia, estratigrafia, palinologia, geofísica, climatologia, hidrologia, perfis litológicos de poços, hidrogeoquímica, imagens de satélite, etc.) que visavam os mais variados objetivos e apresentavam-se em diversos formatos e escalas. Devido a tal variabilidade, os dados tiveram que passar por uma fase de tratamento que consistiu, no caso de dados espaciais, na compatibilização de escala, transformação de formatos através do código Global Mapper, elaboração de mosaicos das imagens de satélite e interpolação de dados (krigagem) através do código SURFER. Uma vez analisados e tratados, os dados foram integrados em um mesmo ambiente, o sistema de informações geográficas (GIS) ARCGIS 9.1. Nesta tese foram utilizadas as imagens SRTM 3 arc-segundos, com resolução de 90 m, obtidas livremente através da página eletrônica da USGS (http://www.usgs.gov), para a elaboração do modelo digital do terreno (MDT). Os resultados desta etapa são apresentados nos capítulos 2, 3, 4 e 5 da tese. 6.2 DEFINIÇÃO DAS SUBUNIDADES HIDROGEOESTRATIGRÁFICAS DA ÁREA DE ESTUDO Através da consulta de publicações e da análise de dados geológicos e hidrogeológicos compatibilizados e integrados em ambiente GIS, foi iniciada a fase de identificação das subunidades hidrogeoestratigráficas da área de estudo. Nesta etapa observou-se que, semelhantemente a outros estudos hidrogeológicos regionais de grandes bacias (Welsh, 2000; Rivard et al., 2008; Ophori, 2007), as subunidades hidrogeoestratigráficas do SAA eram equivalentes às unidades geológicas existentes na área. Para a análise destas subunidades hidrogeoestratigráficas ao longo de toda a área de estudo, procedeu-se primeiramente à análise integrada das colunas geológicas das bacias presentes na área de estudo, similarmente à metodologia utilizada por Welsh (2000) no estudo da Grande Bacia Artesiana Australiana e por Bebes et al. (2002) no estudo do sistema aquífero do Nordeste do Saara. Como resultado, foi elaborada uma coluna geológica sintética, contemplando todas as bacias sedimentares estudadas. Esta parte do estudo está descrito em detalhe no 82 capítulo 7, item 7.2.1, e a coluna geológica sintética elaborada é apresentada na Figura 7.1 deste mesmo capítulo. Posteriormente à análise integrada das colunas geológicas das bacias estudadas e à elaboração da coluna geológica sintética destas bacias, passou-se a uma fase de maior detalhamento, com a discretização das colunas litológicas dos poços profundos obtidos para a área de estudo e áreas circunvizinhas, identificando- se nestes perfis as subunidades hidrogeoestrigráficas definidas. Foram analisados cerca de 300 perfis litológicos de poços profundos além de perfis sísmicos, perfis geológicos e dados de afloramento, totalizando cerca de 600 pontos de informação analisados e resultando na elaboração de uma série de perfis das subunidades hidrogeoestratigráficas em várias direções. Através dos perfis elaborados foi possível a visualizaçãoda geometria e da relação espacial entre as subunidades hidrogeoestratigráficas definidas e sua continuidade lateral. Esta fase do estudo encontra-se descrita nos itens 7.2.2 a 7.2.5, capítulo 7 da tese. Na figura 7.4 é apresentado o bloco diagrama tridimensional esquemático composto por perfis longitudinais e transversais das subunidades hidrogeoestratigráficas da porção Oeste do SAA. Os perfis obtidos foram comparados aos perfis geológicos e sísmicos de outros estudos, sendo observada grande semelhança entre eles. Esta análise comparativa serviu de suporte para a avaliação da adequabilidade da interpolação por krigagem utilizada para a obtenção do topo e base das camadas das subunidades hidrogeoestratigráficas. Esta etapa resultou na consolidação das subunidades hidroestratigráficas definidas para a área de estudo: o sistema aquífero Solimões e o sistema aquífero Tikuna. Descrições pormenorizadas destas subunidades são apresentadas no capítulo 7, itens 7.2.6 e 7.2.7 da tese. 6.3 DEFINIÇÃO DOS BORDOS HIDROGEOLÓGICOS Os bordos hidrogeológicos das subunidades hidrogeoestratigráficas foram definidos através de limites naturais geológicos e hidrogeológicos como: contatos com sequências litológicas de muito baixa condutividade hidráulica, limites deposicionais, regiões de possível desconexão hidráulica das camadas aquíferas e divisórias regionais de fluxo de água subterrânea. 83 A definição dos bordos hidrogeológicos físicos e hidráulicos citados foi essencial para a delimitação da área pertencente a cada uma das subunidades hidrogeoestratigráficas e permitiu, juntamente com outros dados, a proposição do modelo conceitual de fluxo para a área e, a partir deste, a elaboração do modelo numérico de fluxo. O contato basal do sistema aquífero Tikuna com rochas de muito baixa condutividade hidráulica (embasamento cristalino, espessos corpos de diabásio e sequências sedimentares paleozóicas e eo-mesozóicas constituídas por depósitos carbonáticos finos, evaporitos e folhelhos) definiu a base do SAA. Grande parte dos limites Norte e Sul do SAS e SAT, foram definidos através do contato destas subunidades hidrogeoestratigráficas com o embasamento cristalino o qual aflora nas áreas cratônicas do Escudo das Guianas e do Escudo Brasileiro (Figura 1.1). O preceito de que diferenças de duas ordens ou mais de magnitude na condutividade hidráulica de duas unidades adjacentes é suficiente para definir um bordo de fluxo nulo entre elas (Freeze e Witherspoon, 1967; Neuman e Witherspoon, 1969), foi utilizado para a definição destes limites hidrogeológicos. Os limites hidrogeológicos Norte e Sul das subunidades hidroestratigráficas foi complementado pela existência de duas divisórias de fluxo regionais que, em conjunto com os bordos cratônicos, definem toda extensão dos bordos Norte e Sul da porção Oeste do SAA (Figura 8.6). Tais divisórias foram definidas através traçado manual do mapa piezométrico do aquífero Solimões elaborado a partir de dados de níveis estáticos de poços e de pontos de controle localizados nos principais rios que drenam o aquífero na área. Detalhes sobre a elaboração do mapa piezométrico são apresentados no item 7.2.6, capítulo 7 da tese. Divisórias de fluxo definem limites hidrogeológicos físicos, uma vez que a partir delas o fluxo é divergente e, portanto, não há fluxo cruzando esta fronteira hidráulica (Figura 6.2). É importante ressaltar que os limites deposicionais do SAT em subsuperfície não são coincidentes com os do SAS, conforme se pode observar na figura 1.1, capítulo 1 desta tese. Os limites do SAS ultrapassam e recobrem completamente as camadas do SAT a Norte e Sul na área de estudo. Consequentemente, a área do SAT é inferior à área do SAS (Figura 1.1). 84 Figura 6.2 – Figura esquemática de uma divisória de fluxo e sua condição de contorno de fluxo (modificado de Anderson e Woessner, 1992). O limite hidrogeológico do SAA a Oeste é definido pelo cinturão de falhas subandinas. Nesta região, devido aos movimentos tectônicos relacionados à zona de subducção da Placa Sul America, as camadas aquíferas sofreram fragmentação e compartimentação, resultando na desconexão hidráulica destas. A figura 5.2, capítulo 5, mostra vários perfis englobando esta região, nos quais se observa a compartimentação das camadas aquíferas estudadas devido ao tectonismo andino. O grande deslocamento sofrido pelas camadas aquíferas no bordo Oeste, colocaram as camadas aquíferas em contato com rochas muito pouco permeáveis que formam a base do SAA e definem o limite hidrogeológico do SAA a Oeste. Além disso, foram responsáveis pela exposição de porções do SAT que possuem grande importância hidrogeológica por tratar-se de suas principais áreas de recarga. O bordo Leste do SAS é definido pelo próprio limite deposicional desta subunidade, localizado nas vizinhanças do Arco de Purus. Este limite também foi definido como sendo o limite Leste da área de estudo e, consequentemente, o SAT também é estudado somente até esta região. A partir deste limite o SAT passa a ser aflorante e recebe a designação de aquífero Alter do Chão. 85 6.4 MODELO CONCEITUAL DE FLUXO REGIONAL A integração e interpretação dos dados geológicos e hidrogeológicos obtidos, juntamente à observação da configuração geométrica da bacia e de suas subunidades hidrogeoestratigráficas, permitiram a proposição de um modelo conceitual de fluxo regional para o SAA na área de estudo. Neste modelo estão representadas as principais feições hidrogeológicas que, conforme os dados disponíveis e interpretações realizadas, poderiam atuar regionalmente no controle e delineação do fluxo de água subterrânea neste sistema. Um modelo conceitual é uma interpretação do sistema de fluxo da água subterrânea, o qual incorpora todos os dados geológicos, hidrogeológicos e hidrológicos disponíveis em simplificados bloco-diagramas ou seções (Anderson e Woessner, 1992). O modelo conceitual é uma ferramenta essencial nos estudos de sistemas de fluxo subterrâneo e que, quando se busca a elaboração de um modelo numérico de fluxo, funciona como uma ferramenta de conexão que traduz o sistema de fluxo do mundo real em um sistema de fluxo para o modelo numérico. Os modelos conceitual são elaborados em praticamente todos os estudos hidrogeológicos, quer sua apresentação final seja de forma mais ou menos elaborada (Figura 6.3). Na figura 8.1, capítulo 8 da tese, é apresentado o bloco-diagrama 3D do modelo conceitual de fluxo proposto para a área de estudo. Neste modelo conceitual estão integradas as feições controladoras de fluxo mais importantes da área: a zona do cinturão de falhas subandinas, os arcos estruturais e as áreas de afloramento do SAT. Além disso, embora não se encontrem fisicamente representados no modelo, para a sua elaboração também foram utilizados os dados piezométricos e hidrogeoquímicos disponíveis, além dos dados geológicos das subunidades hidrogeoestratigráficas. A sintetização e representação do problema estudado, ou seja, a dinâmica do SAA através do modelo conceitual de fluxo permitiu a organização e espacialização integrada em 3D dos dados disponíveis, determinando assim as dimensões e a distribuição espacial dos vários componentes hidrogeológicos do fluxo para a elaboração do modelo numérico (Figura 6.4). 86 6.5 MODELO NUMÉRICO DE FLUXO REGIONAL O modelo numérico de fluxo foi essencial para a análise do funcionamento do sistema aquífero Tikuna. Segundo Moore (1989), os dados requeridos para a elaboração de um modelo numérico são: • Mapa geológico e seções geológicas que revelem a geometria, extensão e bordas do sistema; • Mapa topográfico com os corpos de água superficiais e divisórias de fluxo; • Modelo digital de elevação; • Mapa da geometria das camadas aquíferas e seções verticaisdestas; • Mapa de isópacas das camadas aquíferas; • Mapa piezométrico dos aquíferos; • Níveis das massas de água superficiais e taxas de descarga; • Parâmetros hidráulicos dos aquíferos (condutividade hidráulica, transmissividade, coeficiente de armazenamento); • Informações sobre camadas colmatantes; • Distribuição temporal e espacial das taxas de evapotranspiração, de recarga, interação água subterrânea-água superficial, extração de água subterrânea e descargas naturais. Nesta etapa de desenvolvimento da tese, a maioria das informações citadas por Moore (1989) para a elaboração de um modelo numérico já haviam sido compiladas, tratadas, analisas e integradas através do banco de dados GIS elaborado e também através do bloco diagrama 3D do modelo de fluxo conceitual. Além destas informações, também foram obtidos dados hidrogeoquímicos que, embora não tenham sido em grande quantidade, colaboraram para a elaboração do modelo numérico de fluxo. Em virtude dos escassos dados disponíveis, não houve a intenção de se estudar o fluxo de massa na porção Oeste do SAA neste momento. 87 Figura 6.3 – Exemplos de modelos conceituais pictóricos elaborados para alguns dos grandes sistemas aquíferos mundiais. (a) Modelo conceitual do sistema aquífero de Núbia (Sefelnars, 2007, adaptado de Salem e Pallas, 2004 e Bakhbakhi, 2006); (b) Modelo conceitual do sistema aquífero da Grande Bacia Australiana (Welsh, 2006, adaptado de GABCC, 1998); (c) Modelo conceitual do sistema aquífero do NW do Saara (Kinzelbach et al., 2004) e (d) modelo conceitual do Extremo Leste da Bacia Rand, África do Sul (Vivier e Wiethoeff, 2006). (a) (b) (c) (d) (c) 88 Figura 6.4 – Esquema mostrando a passagem de um modelo hidrogeológico de fluxo conceitual para um modelo numérico de fluxo (modificado de Sefelnars, 2007). O modelo numérico foi desenvolvido levando-se em conta o princípio da parcimônia: deveria ser um modelo conciso, mas que ao mesmo tempo representasse o mais precisamente e coerentemente possível o sistema de fluxo regional de água subterrânea na área. Sendo assim, o modelo numérico de fluxo foi elaborado através do código de diferenças finitas Visual ModFlow (VMFlow), em três dimensões (3D), com três camadas, em estado estacionário, densidade homogênea (água doce) e células regulares de 10 x 10 km, cobrindo uma área de células ativas de aproximadamente de 2x106 km2. Por tratar-se de um modelo numérico de fluxo em estado estacionário, variações ao longo do tempo não foram analisadas. Supõe-se que o sistema esteja em estado estacionário em função de não haver explotações deste na área de estudo e que as mudanças hidráulicas induzidas por mudanças climáticas ao longo do tempo geológico já influenciam o sistema ou o afetam muito pouco. 89 Segundo recente publicação de revisão de modelos numéricos de fluxo regionais (Zhou e Li, 2011), o MODFLOW tornou-se o código industrial padrão em todo o mundo para modelagem hidrogeológica devido à sua flexibilidade, cobertura ampla dos processos hidrogeológicos e ao fato de ser de livre acesso. Além disso, o desenvolvimento de amigáveis interfaces gráficas para o MODFLOW, desenvolvidas a partir de 1990, facilitou ainda mais o uso deste código, sendo as interfaces mais utilizadas Processing Modflow (Chiang e Kinzelbach, 2001), Visual Modflow (Waterloo Hydrogeological, 2001), Groundwater Modeling Systems (GMS) (Brigham Young University, Environmental Modeling Research Brigham Young University Environmental Modeling Research Laboratory, 2000), e Groundwater Vista (Rumbaugh e Rumbaugh, 2005). Ainda segundo Zhou e Li (2011), os modelos típicos de sistemas aquíferos regionais desenvolvidos cobriram áreas de dezenas a milhares de quilômetros quadrados, nos quais foram simuladas entre dois a dez camadas aquíferas com espaçamento de células variando entre 6 e 25 km. Portanto, a malha utilizada no modelo numérico elaborado está entre o intervalo de espaçamento de células geralmente utilizado. As três camadas do modelo numérico de fluxo elaborado representam, do topo para a base, a subdivisão interna do sistema aquífero Solimões em aquífero Solimões (camada 1) e aquitardo (camada 2) e a terceira e última camada representa o sistema aquífero Tikuna. 6.5.1 Condições de contorno As condições de contorno externas de fluxo do modelo numérico foram definidas de acordo com os bordos hidrogeológicos identificados nas etapas anteriores. 6.5.1.1 Condição de contorno tipo 1: Condição de Dirichlet (nível prescrito) O preceito fundamental para a utilização da condição de contorno de Dirichlet é que independente do fluxo de entrada e saída, o nível piezométrico seja invariável (Delleur, 1999). 90 Esta condição de contorno foi utilizada nas células que compõem o bordo Leste das camadas 1 e 3 (aquífero Solimões e SAT). Os níveis prescritos inseridos nestas células da camada 1 foram obtidos através de seu mapa piezométrico. Aliás, toda a camada 1, não somente seu bordo Leste recebeu a condição de contorno do tipo 1, sendo seus níveis definidos em função do mapa piezométrico elaborado para o aquífero Solimões, como se acaba de comentar. No item 8.2.7 do capítulo 8 da tese são encontradas explicações mais detalhadas sobre a definição da condição de contorno imposta para a camada 1. A definição de níveis prescritos para toda esta camada foi uma solução utilizada em vários estudos de grandes bacias, principalmente onde havia o interesse de simulação de níveis aquíferos específicos, como nos trabalhos desenvolvidos por Ophori (2007) para a região do Delta do Rio Nilo (Nigéria) e por Welsh (2000) para a Grande Bacia Artesiana (Austrália). Para a camada 3 (SAT), os níveis prescritos foram obtidos através dos níveis de água dos principais rios conectados, imediatamente quando este passa a ser aflorante. A utilização desta condição para o seu bordo Leste somente foi possível devido ao fato de que neste bordo se considera que o SAT apresenta continuidade hidráulica com o sistema hídrico superficial, da mesma forma que ocorria com o aquífero Solimões, conforme explicado no item 7.1 do capítulo 7 desta tese. Para a região de afloramento da camada 3, uma vez que não foi possível obter-se dados piezométricos para esta região, também foi utilizada a condição de contorno tipo 1, através da extrapolação dos níveis piezométricos obtidos para a camada 1. 6.5.1.2 Condição de contorno tipo 2: Condição de Neumann (fluxo prescrito) Neste tipo de condição de contorno externa de fluxo, sua utilização implica em que independentemente das condições de fluxo internas do sistema, o fluxo através do bordo externo é fixado por condições externas e permanece inalterado através do controle desta condição (Delleur, 1999). Para os bordos hidrogeológicos: contato com o embasamento, desconexão das camadas (que ocorre na região da zona de falhas subandinas), e divisórias regionais de fluxo (Figura 6.2), foi definida a condição de contorno do tipo 2 (condição de Neumann) com fluxo nulo (células inativas). Esta condição foi então 91 atribuída aos bordos Norte, Sul e Oeste das 3 camadas do modelo numérico de fluxo e também para o bordo Leste da camada 2 (aquitardo), em virtude de o fluxo nesta camada ser essencialmente vertical. No contato com o embasamento poderia haver entrada de água lateralmente para a camada 3 devido, por exemplo, à possível existência de zonas de alteração. Contudo, algumas observações importantes podem ser realizadas em relação à condição da camada 3 em relação à possíveis fluxos laterais: 1. esta camada encontra-se totalmente capeada pelas camadas 1 e 2 do SAS; 2. encontra-se a uma profundidade de, no mínimo, 500 m sendo capeada por uma espessura de cerca de 250 m do aquitardo basal do SAS; 3. dista horizontalmentedo bordo cratônico aflorante entre cerca de 50 e 180 km; 4. a região apresenta uma topografia que favorece o fluxo longitudinal na bacia; 5. a existência do aquitardo limita fortemente o fluxo vertical descendente. Na região da zona de falhas subandinas a geomorfologia da região (Figura 8.8), composta por bacias compartimentadas e de geometria paralela à direção Norte-Sul, limita o aporte de fluxos de água transversalmente, ou seja, desde a região de cordilheira para a região subandina. Portanto, considera-se que a condição de fluxo definida para este bordo seja adequada diante das condições naturalmente encontradas nesta região. 6.5.2 Parâmetros hidráulicos Com a inserção de níveis prescritos baseados no mapa piezométrico do aquífero Solimões para toda a camada 1, os parâmetros hidráulicos inseridos no código numérico para esta camada não foram utilizados durante as simulações. Estes serviram somente como preenchimento de requisitos para que o código pudesse ser processado e gerasse os resultados para a camada 3, exceto quando 92 do cálculo dos tempos de residência, onde os dados de porosidade são requeridos para o processamento de tais cálculos. Os parâmetros hidráulicos da camada 3 foram definidos com base nos dados de ensaios locais e em suas características litoestratigráficas. Em virtude das camadas do sistema aquífero Tikuna constituírem os reservatórios petrolíferos das bacias subandinas (Bacias Marañón, Ucayali, Oriente, Putumayo, Madre de Dios e Beni), várias publicações aportaram importantes dados de parâmetros hidráulicos para esta subunidade (Tabela 5.7). Nas bacias brasileiras foram utilizados principalmente os dados de ensaios de injeção realizados na área da Província de Urucu (Bacia Solimões), conforme detalhado nos itens 5.2.1.2 e 5.2.1.3 e Anexo F desta tese. Os valores de condutividades hidráulicas obtidas para as bacias subandinas apresentam mesma ordem de grandeza das obtidas na Bacia Solimões, o que possibilitou a definição de uma camada horizontalmente isotrópica, porém verticalmente anisótropa, em função de suas estratificações. Na região do bordo Oeste da área de estudo (cinturão de falhas subandinas) e em áreas menos elevadas, localizadas nas circunvizinhanças da Serra do Divisor, ocorrem áreas de afloramento do SAT. Nestas regiões, as camadas 1 e 2 do modelo numérico receberam os mesmos atributos dos parâmetros hidráulicos da camada 3 (SAT), simulando o afloramento desta camada nestas áreas (Figura 6.4). Além disso, em função dos esforços tectônicos aos quais estas regiões foram e estão submetidas e à consequente existência de falhas e fraturas, nestas áreas o SAT é representado como uma camada isotrópica onde a condutividade hidráulica vertical recebeu o mesmo valor da condutividade hidráulica horizontal, devido ao maior favorecimento da percolação vertical em virtude da existência destas estruturas. Uma discussão detalhada sobre esta condição de contorno é encontrada no item 8.3.4, capítulo 8 desta tese. Certamente quanto mais dados e quanto melhor distribuídos forem os mesmos por toda a área, melhores serão os resultados e mais realistas tornar-se-ão os resultados dos modelos numéricos de fluxo. Contudo, a mesma limitação com relação à quantidade, distribuição e, em alguns casos, confiabilidade e erros associados aos parâmetros hidráulicos utilizados nesta tese foram também observados em estudos desenvolvidos em outras grandes bacias, como a Grande Bacia Artesiana (Austrália) (Welsh, 2000), o sistema aquífero de Núbia (África) 93 (Sefelnars, 2007), o sistema aquífero do Nordeste do Saara (África) (Bebes et al., 2002) e muitos outros. Para enfrentar uma situação de grande variabilidade de condutividades hidráulicas e concentração de dados em regiões específicas, Sefelnars (2007) recorreu à interpolação por krigagem dos valores de condutividades hidráulicas obtidas localmente no estudo regional que este desenvolveu para o sistema aquífero de Núbia (África). Com relação ao SAT, no entanto, os valores de condutividades hidráulicas nas bacias subandinas e na bacia Solimões são praticamente iguais, indicando, possivelmente, que se trata de uma subunidade praticamente homogênea com relação às suas condutividades hidráulicas horizontais. Da mesma forma é importante ressaltar a influência do fator de escala nos valores finais dos parâmetros hidráulicos de modelos numéricos regionais, resultando em valores maiores do que aqueles obtidos localmente, o que ocorre na maioria dos casos de aquíferos regionais modelados numericamente. Com o desenvolvimento do modelo numérico de fluxo viu-se a conveniência de fixar os níveis da camada 1 (aquífero Solimões) e portanto, poderia haver sido suficiente o desenvolvimento de um modelo numérico de 2 camadas (aquitardo sobre aquífero confinado), porém mostra-se no capítulo 9, item 9.3.4, a equivalência entre ambos. A inserção de níveis prescritos para a primeira camada do modelo numérico simplificou e provavelmente reduziu os erros que poderiam advir das grandes dúvidas em relação às condições de precipitação, evapotranspiração e infiltração nesta vasta região, permitindo a elaboração de um modelo mais robusto e com menores incertezas. A porção Oeste da região amazônica é pobremente conhecida em termos climáticos. As famosas torres de aquisição de dados climáticos do Programa LBA - Programa de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia, sob coordenação do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) são 14, sendo que somente uma está instalada na região de estudo, localizada em São Gabriel da Cachoeira (MCT, 2011). Para esta porção da Amazônia os dados climáticos/meteorológicos disponíveis são dados de satélite, os quais infelizmente não encontram-se processados e seria necessário um estudo regional específico para o tratamento, integração, interpretação e disponibilização destes dados para que os mesmos pudessem ser utilizados. 94 6.5.3 Calibração A calibração das simulações realizadas foi realizada manualmente através do método de tentativas. Os pontos de referência utilizados para a calibração foram os dois pontos de piezometrias conhecidas para o sistema aquífero Tikuna, localizados na Província de Urucu. A descrição destes pontos e do processo de obtenção dos níveis piezométricos dos mesmos está detalhada no item 5.2.1.3, capítulo 5 desta tese. É importante ressaltar que embora estes dois pontos tenham sido os pontos de calibração, a cada simulação realizada toda a extensão da área de estudo era analisada em relação às variações advindas das mudanças nos valores dos parâmetros inseridos, embora as observações sobre toda a região não tenham descritas textualmente, o qual focou nos pontos de calibração dos poços P-A e P-B (item 5.2.1.3, capítulo 5). Análises de sensibilidade do modelo elaborado foram realizadas em relação aos parâmetros hidráulicos e a outras condições específicas (item 8.5, capítulo 8). Através destas análises observou-se que o modelo é bastante robusto e muito sensível às variações das condutividades hidráulicas verticais atribuídas ao aquitardo e também à existência da Serra do Divisor. 6.5.4 Verificação dos resultados obtidos Como muito pouco se conhecia sobre a dinâmica do SAT, a interpretação dos resultados obtidos foi inicialmente limitada e inclusive, a primeira reação foi de incredulidade nos resultados obtidos. Em função da descrença inicial nos resultados obtidos foi iniciada uma fase direcionada de busca de dados para regiões específicas onde os resultados pareciam ser menos confiáveis ou incorretos. Três principais feições controladoras de fluxo foram analisadas em detalhe: • a divisória interna parcial de fluxo do SAT (Figura 7.13); • a região de descarga da Serra do Divisor e áreas circunvizinhas(Figura 7.13); 95 • a área de sobrepressão localizada na porção centro-norte do SAT (Figura 7.14). Os resultados desta fase, no entanto, foram surpreendentes. Com relação à divisória interna parcial de fluxo do SAT, verificou-se que em outros dois estudos, um realizado para a Bacia Oriente - Equador (Smith, 1989) e outro para a Bacia Marañón - Peru (Rakiht, 2002), foi identificada uma recarga ao SAT proveniente de Leste. Através do GIS foram sobrepostos os mapas e seções gerados pelos estudos citados com o resultado obtido pelo modelo numérico de fluxo. Observou-se através desta sobreposição que as zonas de recarga identificadas nestes estudos encontram-se localizadas exatamente onde está a divisória de fluxo obtida através do modelo numérico, a qual também se constitui em uma área de recarga do sistema. Convém ressaltar que ambos os estudos citados foram realizados para fins de exploração petrolífera e contaram com mais dados para estas bacias do que os dados utilizados nesta tese. Contudo, os resultados obtidos foram coincidentes. Sobre a região de descarga localizada na Serra do Divisor e áreas circunvizinhas, foram encontradas várias indicações da existência de inúmeras fontes e cascatas localizadas nesta região, indicando tratar-se de uma região de descarga. Para esta região também se obteve a informação da existência de um antigo furo de sondagem a partir de onde ascende um fluxo contínuo de água, conhecido localmente como o “Buraco da Central”. Este dado indica o estado de confinamento sob o qual o SAT encontra-se nesta região, coincidentemente com o resultado do modelo numérico de fluxo. A identificação de uma área de sobrepressão do SAT em relação ao aquífero Solimões de cerca de 100 m, foi sem dúvida o resultado obtido considerado menos crível. Em função deste fato, foram pesquisados os registros de poços petrolíferos profundos localizados nesta região, encontrando-se o registro de enormes pressões de fluido na base da camada cretácica nesta área. Conhecendo-se a magnitude da exploração petrolífera e de seus equipamentos, sabe-se que se realmente não fossem diferenças de pressões muito apreciáveis, como as encontradas como resultado do modelo numérico de fluxo, este registro não haveria se quer sido realizado. 96 7 O SAA E SUAS SUBUNIDADES AQUÍFERAS NA ÁREA DE EST UDO Neste capítulo alcançou-se uma visão abrangente da hidrogeologia regional através da integração e reinterpretação conjunta dos dados hidrogeológicos, hidrológicos e geoestratigráficos, o que permitiu a identificação e delimitação das subunidades hidrogeoestratigráficas do SAA em sua porção Oeste. 7.1 SUBUNIDADES HIDROGEOESTRATIGRÁFICAS DO SAA Conforme apresentado no capítulo 5, especialmente nas seções 5.1 e 5.2, necessitavam ser identificados os limites, as subunidades e as geometrias do SAA na área de estudo. Em função disso procedeu-se a uma análise integrada dos aspectos geoestratigráficos da área sob uma abordagem hidrogeoestratigráfica. Neste processo foram enfocados primeiramente os aspectos em escala de bacia e, posteriormente, em escala de poço, o que permitiu a validação da estrutura hidrogeoestratigráfica proposta para o SAA em escala de maior detalhe do que a da escala proposta para o estudo (escala regional). 7.1.1 Integração das colunas geológicas das bacias estudadas A integração das colunas geológicas das bacias sedimentares englobadas pela área de estudo foi o primeiro passo para a identificação do prolongamento do SAA através das bacias subandinas e para a identificação de suas subunidades hidrogeoestratigráficas. Afortunadamente, devido à existência de estudos estratigráficos que integraram as colunas geológicas das bacias Marañón, Ucayali e Madre de Dios/Beni (Mathalone e Montoya, 1995), utilizaram-se estes trabalhos como ponto de partida, agregrando-se a estes as colunas geológicas das demais bacias estudadas: Oriente, Putumayo, Acre e Solimões. Para isto foram consultados estudos de correlação das unidades geoestratigráficas destas bacias (Cunha, 2007; Mathalone e Montoya, 1995). 97 Figura 7.1 – Coluna estratigráfica generalizada das bacias sedimentares que compõem a porção Oeste do SAA (baseada em Encarnación, 2008; Rakhit, 2002; Cunha, 2007). Observou-se que nas bacias estudadas, em escala regional e independente dos ambientes e processos deposicionais atuantes em cada uma, havia a predominância de determinados tipos litológicos dentro de um mesmo intervalo temporal. Durante o Terciário as camadas depositadas são formadas essencialmente por sedimentos pelíticos, embora os depósitos do Terciário superior apresentem tendência a serem mais arenosos (Bacias Solimões, Acre e Oriente) ou 98 conglomeráticos (Bacias Putumayo, Marañón, Ucayali e Madre de Dios) do que os mais antigos. Em termos de ambiente deposicional, as sequências Terciárias foram depositadas em ambientes que variam entre o fluvial meandrante e o lagunar. Nas Bacias Putumayo e Oriente observa-se estratos de idade oligo-eocênica mais arenosos e conglomeráticos, embora não seja a litologia predominante, que é argilosa. As camadas terciárias foram depositadas em discordância com as camadas cretáceas, estas últimas constituídas por espessas camadas arenosas intercaladas com argilitos e, mais raramente, conglomerados. Assim como as camadas terciárias, as camadas cretáceas mantém sua característica predominantemente arenosa ao longo das bacias, demonstrando homogeneidade em termos regionais. Seu ambiente deposicional varia do fluvial com barras, a Leste, a marinho raso, a Oeste, sendo encontradas algumas intercalações de rochas carbonáticas nesta sequência nas Bacias do Acre, Oriente e Putumayo. As sequências mais antigas, eo-mesozóicas e paleozóicas, são formadas por rochas vulcanoclásticas (Bacia Putumayo), rochas ígneas intrusivas (Bacia Solimões) e extrusivas (Bacia do Acre), rochas carbonáticas, folhelhos e evaporitos, possuindo muito baixa capacidade como reservatório, porém apresentando grande importância hidrogeológica, uma vez que definem a base sobre a qual se desenvolveu o SAA na área de estudo. Tais observações permitiram direcionar o trabalho para o estudo das camadas hidrogeoestratigráficas de forma semelhante ao que já havia sido observado nas Bacias do Acre e Solimões: um sistema aquífero superior, Terciário e de caráter areno-argiloso a argilo-arenoso; um sistema aquífero subjacente ao primeiro, cretácico, predominantemente arenoso e provavelmente confinado pelo primeiro; e subjacente a este último, a base do sistema aquífero. Contudo, devido às inúmeras estratificações das unidades terciárias e cretáceas, era necessária a simplificação das mesmas, reduzindo-se o número de camadas a serem representadas na próxima etapa do estudo, que era a observação da geometria, distribuição e relação entre as subunidades hidrogeoestratigráficas identificadas. 99 7.1.2 Generalização de perfis litológicos de poços profundos Foram generalizados os perfis litoestratigráficos dos cerca de 300 poços profundos localizados na área de estudo (Figura 7.2 e 7.3). Durante este processo de generalização, observou-se que havia uma mudança muito nítida entre a sequência litológica do Terciário e do Cretáceo, e também desta última com relação aos depósitos Mesozóicos mais antigos e Paleozóicos. Desta forma, o modelo proposto para o SAA nesta escala de observação também se sustentava. Através desta observação pôde-se, agora com mais confiança, afirmar que na área de estudo as unidades geológicas eram equivalente às subunidades hidrogeoestratigráficas. O sistema aquífero superior, o sistema aquífero Solimões (SAS), apesar de seu nome, engloba várias outras formações geológicas além da Formação Solimões, encontrada nas Bacias do Acre e Solimões. O sistema aquíferosubjacente ao SAS recebeu a denominação de sistema aquífero Tikuna (SAT), em homenagem à tribo indígena Tikuna que habita ao longo das margens do Rio Solimões, principal rio da área de estudo. Uma vez de posse dos perfis litológicos de poço generalizados, estes foram integrados a outros 300 pontos de informação compilados para esta região. A partir destes dados foi então elaborado o modelo geológico 3D das subunidades hidrogeoestratigráficas (Figura 7.4). 100 Figura 7.2 – Perfil litoestratigráfico de poço profundo e exemplo de generalização realizada. S eq uê nc ia T er ci ár ia s up er io r S eq uê nc ia T er ci ár ia in fe rio r S eq uê nc ia C re tá ce a arenito argilito siltito carvão calcarenito S is te m a aq uí fe ro S ol im õe s S is te m a aq uí fe ro T ik un a 101 Figura 7.3 – Distribuição dos cerca de 300 perfis litológicos de poços profundos utilizados para a elaboração de seções estratigráficas na área de estudo. 7.1.3 Elaboração de seções hidrogeoestratigráficas sintéticas A elaboração das seções hidrogeoestratigráficas sintéticas através do programa Visual Groundwater 3.0 permitiu a visualização em 3D das relações espaciais entre as subunidades hidrogeoestratigráficas, suas geometrias e, principalmente, a verificação da continuidade espacial destas ao longo das bacias (Figura 7.4). Embora o Visual Groundwater 3.0 seja bastante limitado, cumpriu com o objetivo proposto de elaboração das seções hidrogeoestratigráficas sintéticas ao longo a área de estudo. Através do modelo geológico 3D de seções transversais (Figura 7.4), observa-se que, independentemente dos limites geológicos definidos entre as bacias, tanto o SAS como o SAT prolongam-se através das mesmas, até atingir a região do cinturão de falhas subandinas. Portanto, neste caso os limites geológicos definidos para as bacias sedimentares da área de estudo não coincidem com os limites hidrogeológicos. 102 Figura 7.4 – Diagrama esquemático 3D de seções litoestratigráficas da área de estudo. 103 Através das seções hidrogeoestratigráficas elaboradas observa-se que o SAS sofre grande adelgaçamento na região do Arco de Iquitos. Na região da Serra do Divisor esta sequência é totalmente ausente embora um pouco mais a Oeste, nas proximidades do cinturão de falhas subandinas, o SAS sofre pronunciado espessamento. O SAT, por sua vez, é contínuo ao longo da área de estudo, e também sofre efeitos de espessamento, em virtude do tectonismo atuante no extremo Oeste da área embora seja menos expressivo que o sofrido pelo SAT. A Norte e a Sul da área de estudo o SAS prolongam-se além dos limites deposicionais do SAT, recobrindo completamente este último e parte dos bordos cratônicos. Em recente estudo estratigráfico realizado por Wanderley-Filho et al. (2010) (Figura 4.2) também foi observada a continuidade das sequências terciárias e cretáceas que compõem respectivamente, o SAS e o SAT, na área de estudo. Os resultados obtidos nesta etapa foram comparados com perfis litoestratigráficos e seções sísmicas obtidas em publicações de livre acesso e de acesso restrito, observando-se boa similaridade entre as seções hidrogeoestratigráficas sintéticas elaboradas e as seções sísmicas e litoestratigráficas de publicações. Nos próximos itens serão sumarizados e analisados os principais aspectos hidrogeológicos do SAS e do SAT. Tal análise serviu de base para a elaboração do modelo conceitual e numérico de fluxo do SAA, descritos no capítulo 8. 7.2 SISTEMA AQUÍFERO SOLIMÕES O sistema aquífero Solimões (SAS) compõe a subunidade hidrogeoestratigráfica mais rasa do SAA. Engloba as camadas sedimentares terciárias e quaternárias da área de estudo que se estendem por uma área de cerca de 2x106 km2 e verticalmente até 300m de profundidade, em média. As maiores espessuras do SAS são encontradas no bordo Oeste da área de estudo, podendo atingir alguns poucos quilômetros de espessura. Em direção a Leste este sistema vai afinando até desaparecer nas proximidades do Arco de Purus. 104 A Norte e a Sul, o SAS se estende até os bordos cratônicos, recobrindo-os parcialmente. Em função do aumento da freqüência, espessura e continuidade das camadas essencialmente argilosas do SAS, este sistema aquífero é considerado como sendo composto por um aquífero superior, livre, de espessura média de aproximadamente 50 m, o aquífero Solimões, e por um aquitardo basal de cerca de 250 m de espessura média. O aquífero Solimões é composto por camadas predominantemente areno- argilosas, intercaladas com camadas argilosas e siltosas. Embora sua espessura média seja de 50 m, este pode atingir espessuras de até aproximadamente 150 m em algumas áreas. Nos modelos regionais elaborados sua espessura foi adotada como sendo a espessura média, constante ao longo de sua área de ocorrência. A área de estudo é entrecortada por inúmeros rios, igarapés e lagos. Estudos sedimentológicos de seus rios mais importantes, como o Solimões, Japurá, Purus, Juruá, Madeira e Içá mostram que, ao contrário do que em geral se observa com relação à gradação granulométrica dos sedimentos de fundo dos rios (sedimentos mais grossos a montante e mais finos à jusante), no caso dos rios amazônicos sedimentos arenosos são encontrados em toda a sua extensão (Nordin et al., 1981; Strasser, 2002). A profundidade da calhas dos principais rios amazônicos varia entre 50 e 25m de profundidade, aproximadamente igual à espessura média do aquífero Solimões. Na figura 7.6 é apresentado o mapa piezométrico regional do aquífero Solimões. Este mapa foi elaborado a partir de dados de níveis estáticos de poços e de pontos de controle localizados nos principais rios da região (Figuras 7.5). Os níveis estáticos dos poços foram obtidos através do banco de dados da CPRM/SIAGAS, de acesso público, do banco de dados privado da empresa PETROBRAS (dados da Base Petrolífera de Urucu) e também através de publicações. As elevações (nível d’água dos rios) dos pontos de controle foram obtidas a partir das imagens SRTM 3 arc-segundos. Sua utilização complementarmente aos dados piezométricos foi de grande importância e permitiu, juntamente com dados topográficos e da malha hidrográfica, o traçado dos contornos das curvas piezométricas do aquífero Solimões. 105 Figura 7.5 – Pontos de nível estático conhecido utilizado para elaboração do mapa piezométrico do aquífero Solimões. 106 A utilização dos níveis d’água dos rios como pontos de controle foi possível somente em função da continuidade hidráulica que se atribuiu ao aquífero Solimões e às massas de água superficiais, devido à natureza arenosa de seus sedimentos de fundo. O mapa piezométrico do aquífero Solimões mostra que os fluxos regionais de água subterrânea na área desenvolvem-se de Oeste para Leste (Figura 7.6). Contudo, devido à profundidade das calhas dos rios serem praticamente igual à espessura média do aquífero Solimões, os rios compartimentam este grande sistema aquífero, resultando em um conjunto de sistemas de fluxo de caráter local e subregional. Devido a isto, este aquífero deve apresentar numerosas áreas de descarga locais, além de estar submetido a descargas através de processos de evapotranspiração em áreas onde o nível freático encontra-se mais próximo à superfície. No bordo Leste da área de estudo está localizada a área de descarga final do aquífero Solimões, que alimenta os inúmeros rios e igarapés e também o sistema aquífero Tikuna, que passa a ser aflorante e a constituir o aquífero Alter do Chão. Os maiores gradientes hidráulicos do aquífero Solimões estão localizados na porção mais a Oeste e são controlados pela densa rede hidrográficasuperficial e pela topografia mais inclinada da região do bordo pré-andino. Nas regiões mais planas observa-se a relação efluente dos rios em relação ao aquífero Solimões (descarga do aquífero para os rios) (Figura 7.6). A partir do mapa piezométrico regional do aquífero Solimões foi possível traçar duas divisórias de fluxo, uma a Norte e outra a Sul da área de estudo (Figura 7.6). Tais divisórias, juntamente com os bordos cratônicos, a Norte e a Sul, o cinturão de falhas subandinas, a Oeste, e o Arco de Purus, a Leste, compõem os limites hidrogeológicos externos do SAA na área de estudo. Abaixo do aquífero Solimões a potência e continuidade das camadas argilosas aumentam consideravelmente. Esta observação, associada ao registro de poços surgentes do SAT, sistema aquífero subjacente ao SAS, confirmam a função confinante dos sedimentos basais do sistema aquífero Solimões tratando-se, portanto, de um aquitardo. Este aquitardo estende-se verticalmente desde a base do aquífero Solimões até o topo do SAT, possuindo espessura média de 250 m. 107 Figura 7.6 – Mapa piezométrico regional do aquífero Solimões. 108 Devido à litologia e à estratificação deste aquitardo, embora não haja estudos específicos de suas condutividades hidráulicas, estima-se que as mesmas devam ser muito baixas, variando da ordem de 10-6 a 10-10 m/d. Esta estimativa baseia-se em dados de publicação onde depósitos com características semelhantes encontradas em várias outras partes do mundo apresentaram condutividades hidráulicas nestas ordens de grandeza. Valores de condutividade hidráulica horizontal para o aquífero Solimões, obtidos através de ensaios de bombeamento (item 5.2.1.1, capítulo 5), mostram-se variando entre 0,3 e 1,6 m/d, em Porto Velho, e em torno de 6 m/d, na Base Petrolífera de Urucu. Esta variação nos valores das condutividades hidráulicas do aquífero Solimões é esperada devido aos processos superficiais de retrabalhamento aos quais estes materiais estão sujeitos, resultando nesta heterogeneidade. Com relação às características hidrogeoquímicas do aquífero Solimões, embora não tenha sido possível a definição das características hidrogeoquímicas gerais para esta subunidade aquífera ou o estudo de sua evolução hidrogeoquímica ao longo do SAA devido aos poucos dados existentes, uma vez que este recurso é utilizado em vários locais, pode-se deduzir que apresente regionalmente águas doces, com características não-objetáveis. 7.3 SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA O sistema aquífero Tikuna engloba as camadas cretáceas que se estendem em subsuperfície, entre cerca de 300 e 750 m de profundidade, desde o Arco de Purus, a Leste, até o cinturão de falhas subandinas, a Oeste (Figura 7.7), perfazendo uma área total de aproximadamente 1,5x106 km2. O sistema aquífero Tikuna apresenta como limites laterais os próprios limites deposicionais das camadas cretáceas na área estudada (Figuras 4.5 e 7.7). Verticalmente possui como limites o aquitardo Solimões e a própria base do SAA, composta por camadas Paleozóicas de evaporitos e depósitos carbonáticos pelíticos, por sills de diabásio e pelo embasamento cristalino. Sua espessura média é de 300 m, porém, assim como o SAS, sofre espessamento em direção ao bordo Oeste da área, onde atinge espessuras de cerca de 500 a 700m. 109 Em termos litológicos, no SAT predominam espessas camadas de arenitos médios a grossos, friáveis, intercalados com camadas de argilitos. Segundo ensaios de injetividade realizados neste sistema aquífero, suas condutividades hidráulicas horizontais variam entre 0,01 e 0,07 m/d na Bacia Solimões e entre 0,02 e 1,7 m/d nas bacias subandinas (Tabelas 5.4 e 5.6). O SAT parece manter-se sob regime de confinamento pelo menos desde a Bacia do Acre, nas proximidades da Serra do Divisor, até a região da Base Petrolífera de Urucu (Bacia Solimões). Chega-se a esta conclusão devido à existência de poços surgentes em ambas as localidades. Na Bacia do Acre a surgência do “Buraco da Central” chega à superfície do terreno e na Bacia Solimões, ultrapassa a superfície do terreno em alguns metros. Do ponto de vista hidrogeoquímico, as águas do sistema aquífero Tikuna podem ser qualidades variáveis. São doces nas proximidades das áreas de recarga e salobras/salgadas nas regiões mais centrais das bacias, podendo inclusive chegar a formar salmouras. As águas do SAT são possivelmente estratificadas, conforme observado por Smith (1989) na Bacia Oriente. Nesta bacia as águas mais doces encontram-se na base da sequência cretácea e as mais salgadas, nas zonas mais próximas ao topo da sequência. Esta estratificação inversa é resultante, segundo Smith (1989), do afloramento das camadas cretáceas mais antigas, que recebem a recarga e a distribui a mesma na região basal do SAT nesta bacia, e que, em virtude de fluxos verticais ascendentes, atua na diminuição da salinidade das camadas mais rasas. Na Base Petrolífera de Urucu (bacia Solimões) foram encontradas águas salobras na base do SAT, com teores de salinidade variando entre 5 e 8 g/L (Tabela 5.3 e Figura 5.17). 110 Figura 7.7 – Mapa resumo do sistema aquífero Tikuna. 111 8 MODELOS REGIONAIS 8.1 MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEITUAL REGIONAL Uma vez definidas as subunidades do SAA e integrados todos os dados disponíveis, foi gerado o modelo hidrogeológico regional conceitual do SAA (Figura 8.1). Neste estão representadas, além de suas duas subunidades hidrogeoestratigráficas, as principais geoestruturas/geofeições controladoras do fluxo regional de água subterrânea na área: • as áreas topograficamente mais elevadas do bordo Oeste da área de estudo (cinturão de falhas subandinas) – nestas áreas estão localizados os afloramentos do SAT, que devem representar suas principais áreas de recarga; • a Serra do Divisor – feição topográfica e estrutural resultante de uma falha de cavalgamento de idade Cretácea de grande rejeito vertical que expôs as camadas do SAT; • o Arco de Iquitos – feição geoestrutural que durante parte do Terciário funcionou como divisória geológica. Correspondeu a uma área mais elevada que, afetada por efeitos da erosão, resultou em limitada espessura dos depósitos que formam o SAS em toda a sua área de influência. Atualmente pode representar uma região de importância para o fluxo regional; • o Arco de Purus – esta geoestrutura funcionou como limite deposicional durante o Terciário e representa o limite mais a Leste do SAS. Nesta região o SAT passa a ser aflorante e provavelmente também se constitua na principal região de descarga da porção Oeste do SAA. 112 Figura 8.1 – Modelo hidrogeológico conceitual da área de estudo. Bloco diagrama na direção Oeste-Leste do Sistema Aquífero Amazonas. 113 A diferença altimétrica média entre as áreas de recarga e de descarga da porção Oeste do SAA é de aproximadamente 1000 m, em uma distância de cerca de 1600 km, resultando em um gradiente topográfico de 0,0006. Contudo, conforme pode-se observar no modelo conceitual (Figura 8.1) este gradiente topográfico não está homogeneamente distribuído, sendo maior nas proximidades do bordo Oeste e quase inexistente, em termos regionais, desde a região mais central até o bordo Leste da área de estudo. Segundo os dados disponíveis, a direção preferencial de fluxo regional no SAT deve dar-se de Oeste para Leste (Figuras 8.1), assim como ocorre com o SAS (Figura 7.6). Conforme já discutido anteriormente, o SAS é um sistema aquífero de expressão regional constituído por um grupo de sistema de fluxo menores de escala local e subregional devido à sua continuidade e relação com os corpos hídricos superficias, conforme representado esquematicamente na figura 8.2. Figura 8.2 – Esquema do funcionamento do sistema de fluxo no aquífero Solimões e sua relaçãocom os corpos hídricos superficiais e com a aquitardo basal do sistema aquífero Solimões. 114 8.2 MODELO NUMÉRICO DE FLUXO REGIONAL Para a elaboração do modelo numérico de fluxo foi necessário um grande esforço de compilação, integração, conversão de formatos, transformação de sistemas de projeção, georreferenciamento e interpolação de dados. Tais etapas foram essenciais para o resultado final, uma vez que através dados assim tratados foram construídas as camadas do sistema aquífero SAA representadas no modelo numérico fluxo. Em virtude, principalmente, das limitações de dados disponíveis para um estudo mais complexo do SAA, o objetivo da presente tese foi a elaboração de um modelo numérico de fluxo em escala regional, em estado estacionário e considerando densidade homogênea. Conforme se observa no modelo hidrogeológico conceitual (Figuras 8.1 e 8.2), as camadas que compõem o SAA apresentam variações em suas geometrias tanto ao longo do eixo principal da bacia como transversalmente. Para a representação destas variações longitudinais e transversais em um modelo numérico, foi necessária a elaboração de um modelo em 3 dimensões (3-D). No modelo numérico de fluxo proposto, o SAA é representado através de 3 camadas, definidas em função da generalização regional das camadas do SAA na porção estudada (capítulo 7, itens 7.2 e 7.3): • camada 1 : aquífero Solimões; • camada 2: aquitardo basal do sistema aquífero Solimões (SAS); • camada 3: sistema aquífero Tikuna (SAT). O código numérico de diferenças finitas Visual ModFlow 4.3 (VMFlow) foi o escolhido para a elaboração do modelo numérico de fluxo em função de ser um código adequado para o tipo de estudo a ser realizado, de a geometria da área não ser complexa e permitir uma adequada representação através de uma malha regular de diferenças finitas e também por tratar-se de um código já extensivamente utilizado, comercial e disponível para utilização imediata. Desta forma, foi elaborado um modelo numérico de fluxo regional em 3 dimensões, de diferenças finitas, regular, de densidade homogênea e composto por 3 camadas homogêneas e anisotrópicas. 115 8.2.1 Base de dados georreferenciada Uma vez conceitualizado o modelo de fluxo regional, foi gerada a base de dados georreferenciada (GIS), possibilitando a compilação de dados espaciais em uma base única, na mesma escala e integrada. A base de dados georreferenciada proporciona a possibilidade da geração de dados de entrada em vários formatos aceitos pelo código Visual Modflow. Além disso, como etapa final, o GIS também proporcionou a integração dos resultados das simulações realizadas pelo modelo numérico de fluxo com outros dados, através da sobreposição de camadas. A base de dados georreferenciada foi gerada em ambiente ARCGIS 9.1 utilizando coordenadas geográficas e o datum horizontal South American Datum, 1969 (SAD 69). Incluiu uma grande variedade de dados: localização de poços, mapas geológicos, hidrogeológicos, topográficos, hidrográficos, imagens de satélite, modelos digitais de terreno, dentre outros dados. Quando os dados necessários para a elaboração do modelo numérico de fluxo foram migrados do ambiente GIS para o VMFlow, estes foram transformados para o sistema de projeção Universal Transverso de Mercator (UTM), utilizando-se o código Global Mapper versão 8. Dentre os 4 fusos UTM englobados pela área de estudo (18S, 19S, 20S, 21S), optou-se por utilizar o fuso 20S como fuso de referência para toda a área uma vez que nele estão localizados os dois poços profundos com medidas de níveis piezométricos para o sistema aquífero Tikuna, que é o aquífero de interesse para o estudo. 8.2.2 Modelo digital do terreno Foi elaborado um modelo digital do terreno (MDT) para a área de estudo através da elaboração de mosaico de imagens da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 3 arc-segundos. Este MDT serviu tanto para o entendimento e visualização da topografia da área, como também como dado de entrada (camada de topo) do modelo numérico de fluxo. 116 Os dados de elevação da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 3 arc- segundos possuem resolução horizontal aproximada de 90 metros. Estes dados foram obtidos gratuitamente através da página na internet do Serviço Geológico Norte-americano (USGS) e compuseram um mosaico de 285 imagens (Figura 8.3). Figura 8.3 – Modelo digital do terreno da área de estudo composto por imagens SRTM 3 arc-segundos. 8.2.3 Interpolações e geração de superfícies Exceto para a primeira superfície do modelo numérico de fluxo (topografia), as demais superfícies foram geradas através da interpolação dos dados de profundidade do topo e base das subunidades do SAA obtidas a partir dos perfis litoestratigráficos dos poços profundos. Os dados de profundidade das superfícies das camadas foram interpolados por krigagem utilizando-se o código SURFER versão 8. Posteriormente estas camadas foram exportadas para o código Global Mapper 8, onde foi realizada a transformação de coordenadas geográficas para o sistema de projeção UTM. Finalmente, estas foram exportadas do Global Mapper para o código VMFlow (Figura 8.4). 220 km 0 117 Devido a alguns problemas de cruzamento de camadas, especialmente onde as mesmas são mais finas, foram necessárias algumas edições em locais específicos das superfícies geradas por interpolação. A camada do aquífero Solimões foi gerada através da definição de uma espessura de 50 m abaixo de seu topo. Esta camada do modelo, assim como a camada que representa o aquitardo Solimões, foram editadas em seus bordos Oeste e Leste, para refletir o adelgaçamento das camadas deste sistema aquífero nestas regiões. Figura 8.4 – Superfícies do modelo numérico. (a) topografia, (b) base do aquífero Solimões, (c) base do aquitardo Solimões, (d) base do aquífero Tikuna. (a) (b) (c) (d) Projeção UTM 20S, Datum SAD 69 0 450 km 118 8.2.4 Malha Devido à grande extensão da área de estudo e à escala regional de trabalho, o modelo numérico de fluxo foi gerado com células regulares de 10 km x 10 km (Figura 8.5) cobrindo uma área de 2x106 km2 e compondo um modelo de diferenças finitas com 3 camadas, 582 linhas e 639 colunas. O número total de células do modelo numérico é de 123966 células e dentre estas 64638 são células ativas. (a) (b) Figura 8.5 – Geometria das camadas do modelo numérico e áreas de células ativas e inativas (a) camadas 1 e 2 (aquífero e aquitardo Solimões) e (b) camada 3 (sistema aquífero Tikuna) em Projeção UTM 20S SAD 69 e células de 10 km x 10 km. NNNN 0 500 km célula ativa célula inativa 119 8.2.5 Área de domínio A área de domínio do modelo numérico de fluxo é a área englobada entre os contornos externos de fluxo da porção Oeste do SAA (Figura 8.6): • a Norte e a Sul - divisórias de fluxo de água e limites com os crátons das Guianas e Brasileiro; • a Oeste - o cinturão de falhas subandinas; • a Leste - o Arco de Purus. Figura 8.6 – Área de domínio do modelo numérico de fluxo e contornos externos de fluxo. 8.2.6 Condição de contorno externo de fluxo As áreas cratônicas, o cinturão de falhas subandinas, divisórias externas de fluxo e limites deposicionais definem os bordos externos do SAA na área de estudo (Figura 8.6). Classificando cada um destes contornos externos de fluxo em relação às condições de contorno, tem-se: 120 8.2.6.1 Contornos tipo 1: nível prescrito Contornos externos de fluxo do tipo 1, ou contorno de fluxo de Dirichlet, foram definidos para o bordo Leste das camadas 1 e 2 do modelo numérico de fluxo. Neste bordo, o SAT passa do regime confinado para o regime não-confinado, e, portanto os níveis prescritos neste bordoforam definidos como os níveis d’água dos maiores rios ao cruzar este limite (Tabela 8.1 e Figura 8.7). Para o aquífero Solimões, níveis prescritos foram definidos para todas as suas células do bordo Leste, assim como para todas as demais células desta camada, a partir dos dados de seu mapa piezométrico (Figura 7.6) conforme já mencionado no capítulo 6, item 6.5.1.1, e que será explicado em maior detalhe no item 8.2.7. Figura 8.7 – Limites do sistema aquífero Tikuna e pontos de nível prescrito definidos como condição de contorno do modelo numérico de fluxo. 8.2.6.2 Contornos tipo 2: fluxo prescrito A condição de fluxo prescrito, ou condição de Neumann, foi definida para os bordos das regiões cratônicas, para as divisórias de fluxo e para o cinturão de falhas subandinas. 121 Nestas regiões, devido à natureza de muito baixa permeabilidade das rochas que formam o embasamento cristalino, à desconexão das camadas na região do cinturão de falhas e à geometria da rede de drenagem (Figura 8.8), não há fluxo significativo entrando ou saindo do sistema. Nesta condição, o fluxo através deste bordo é praticamente nulo. A entrada de água para o SAT nesta região de recarga não é lateral, mas sim vertical, dada através do nível prescrito para as células da camada 1. Figura 8.8 - Vales longitudinais característicos da região andina e as regiões geomorfológicas da Cordilheira Andina (C.OC. – Cordilheira Ocidental, C.C. – Cordilheira Central, C.OR. – Cordilheira Oriental) (Vidal, 1972). As divisórias de fluxo, apesar de não serem limites hidrogeológicos estáticos ao longo do tempo geológico, para o escopo deste estudo foram consideradas apropriadas como contorno externo de fluxo do tipo 2, com fluxo nulo. Um resumo dos tipos de contornos externos de fluxo definidos para o SAA na área de estudo é apresentado na Tabela 8.1 e nas Figuras 8.9 e 8.10. Tabela 8.1 – Contornos externos de fluxo laterais utilizados no modelo numérico de fluxo Camadas Norte Sul Leste Oeste Aquífero Solimões FLUXO NULO(*) FLUXO NULO(*) NÍVEL PRESCRITO FLUXO NULO(*) Aquitardo Solimões FLUXO NULO(*) FLUXO NULO(*) FLUXO NULO(*) FLUXO NULO(*) Sistema Aquífero Tikuna FLUXO NULO (*) FLUXO NULO(*) NÍVEL PRESCRITO FLUXO NULO(*) (*) – células inativas 122 Figura 8.9 – Tipos de condições de contorno externo de fluxo definidos para a camada aquífera Solimões. Figura 8.10 – Tipos de condições de contorno externo de fluxo definidos para a camada sistema aquífero Tikuna. 123 8.2.7 Contornos internos de fluxo O objetivo principal da elaboração deste modelo numérico de fluxo é o estudo do comportamento do fluxo no SAT (camada 3) e entre este e o SAS (camadas 1 e 2). Em vários estudos de sistemas aquíferos regionais, somente a camada objetivo foi simulada nos modelos numéricos de fluxo desenvolvidos, conforme discutido no capítulo 6. Contudo, nesta tese inicialmente buscou-se realizar simulações para todas as camadas do modelo. Observou-se, no entanto, após várias tentativas, que dados essenciais para a determinação das condições de fluxo na camada 1, como: • as recargas diretas (pluviometria), que devem ser variáveis ao longo desta extensa região; • os contornos internos de fluxo, compostos por uma malha hidrográfica de rios e lagos extremamente densa, ainda não totalmente cartografada e difícil de ser representada em escala regional (Figura 8.11); e • valores de evapotranspiração, variáveis em cada região e ainda não totalmente conhecidos. Resultavam em grandes dúvidas quanto à adequação dos valores médios estimados para esta grande área. Concluiu-se, portanto, que a inserção de dados ainda não totalmente conhecidos ou pobremente estimados, pois são dados que ainda não se encontram disponíveis para uso, como os dados adquiridos por satélites que necessitam passar por fases de interpretação e validação através de comprovações de campo, poderiam gerar resultados totalmente inverossímeis ou, pelo menos, adicionariam mais incertezas ao resultado obtido. Em virtude das limitações expostas acima, optou-se pela inserção de valores de piezometria do SAS (Figura 7.6) através de níveis prescritos para todas as células da camada 1, o que simplificou e minimizou incertezas relativas ao resultado do modelo numérico de fluxo. Desta forma, foi simulada somente a piezometria, em estado estacionário, para o SAT. 124 Figura 8.11 – Células de 10 km x 10 km sobreposta à base hidrográfica do Estado do Amazonas em escala de 1:1.000.000 (CPRM, 2006). 8.2.8 Parâmetros hidráulicos As condutividades hidráulicas inicialmente inseridas no modelo numérico de fluxo foram obtidas através de ensaios de bombeamento/injeção (capítulo 5, itens 5.2.1.1 e 5.2.1.3) ou estimadas a partir de dados bibliográficos (Custodio e Llamas, 1976; Yu et al., 1993) (Tabela 8.3). Os demais parâmetros hidráulicos (coeficiente de armazenamento específico - Ss, coeficiente de rendimento específico – Sy, porosidades drenável e total) requeridos para o funcionamento do código numérico foram inseridos somente para que a simulação se processasse, uma vez que o modelo numérico de fluxo está em estado estacionário, não sendo os mesmos necessários para o cálculo do nível piezométrico. Contudo, os valores inseridos no modelo foram estimados a partir de dados de literatura disponível. A definição de parâmetros hidráulicos para um sistema aquífero tão extenso e sujeito a variabilidades é uma tarefa bastante complexa, uma vez que os dados foram obtidos somente para alguns pontos discretos dentro desta vasta região. Felizmente o SAT, em termos regionais, apresenta características litológicas e litoestruturais que indicam certa uniformidade, refletida nas condutividades NNNN 0 100 km 125 hidráulicas praticamente iguais obtidas tanto para a região das bacias subandinas como para a bacia Solimões e que possibilitou a definição de camadas com valores homogêneos para seus parâmetros hidráulicos ao longo da área de estudo. Nas áreas de afloramento do sistema aquífero Tikuna, localizadas no bordo Oeste do domínio do modelo e na região da Serra do Divisor (Figuras 4.3 e 4.6), durante a elaboração das camadas do modelo não havia densidade suficiente de dados litológicos de poços para delinear tais afloramentos. Em função da falta de informações geológicas de poços nestas áreas, as mesmas não foram inicialmente representadas na composição das superfícies do modelo numérico de fluxo. A adição de tais áreas no modelo numérico de fluxo poderia ser realizada de duas formas: 1. através da modificação da espessura das células das camadas sobrejacentes ao SAT nestas regiões, representando-as o mais fina possível o que equivaleria no código utilizado, o VMFlow, no virtual afloramento da camada representativa do SAT; 2. através da definição de condutividades hidráulicas iguais ou maiores do que as do SAT para as camadas sobrejacentes (camadas 1 e 2) nestas duas áreas, simulando assim o afloramento do SAT e as feições rúpteis impostas pelos movimentos tectônicos nestas duas áreas. Neste modelo numérico de fluxo optou-se pela segunda opção. Esta opção apresenta maior simplicidade e facilidade para sua implementação, além de evitar a inserção de erros e inconsistências no modelo, o que seria bastante provável no caso de se optar pela primeira forma de representação citada (Figura 6.4). Uma vez inseridos os parâmetros hidráulicos requeridos no código numérico, foi possível trabalhar com o ajuste das condutividades hidráulicas para o aquitardo Solimões, zona de afloramento do SAT e SAT (Tabelas 8.2 e 8.3). Tabela 8.2 – Valores de porosidade inseridos no modelo numérico de fluxo. Camadas Porosidade total Porosidade drenável Aquífero Solimões 0,30 0,2 Aquitardo 0,40 0,01 SAT 0,30 0,2 Zona de afloramento do SAT 0,300,2 126 Tabela 8.3 – Condutividades hidráulicas definidas inicialmente para as camadas do modelo numérico Camadas Condutividade hidráulica horizontal (m/d) Condutividade hidráulica vertical (m/d) Aquífero Solimões (*) 2 10-5 Aquitardo 10-5 10-5 Aquífero Tikuna 0,04 10-5 Zona de afloramento 0,04 0,04 (*) para esta camada os níveis freáticos foram impostos. 8.2.9 Pontos de observação Foram utilizados 2 poços (P-A e P-B) (Figura 5.11) como pontos de observação do SAT. Estes são os únicos dois pontos deste sistema aquífero com valores piezométricos conhecidos para o SAT para permitir o ajuste dos resultados das simulações realizadas. 8.3 CALIBRAÇÃO DO MODELO NUMÉRICO DE FLUXO Os dados utilizados para a calibração do modelo numérico de fluxo foram os dados dos níveis piezométricos obtidos para os poços P-A e P-B (capítulo 4, item 4.2). Foi utilizado o processo de calibração manual e durante este processo foi adotada a estratégia de tentar manter os valores ajustados o mais próximo possível dos resultados obtidos em campo. Embora alguns autores não indiquem esta como a melhor estratégia de calibração, observou-se que neste caso foi possível obter um bom resultado. Além disso, devido aos poucos dados existentes, esta estratégia foi a mais adequada. No modelo numérico de fluxo desenvolvido supuseram-se fluidos de densidade homogênea (água doce) para ambos aquíferos, ainda que se saiba que o SAT possua águas salobras e, portanto, um pouco mais densas. Contudo, mais dados seriam necessários para a realização de modelos com densidade variável para esta região em virtude da possível estratificação de suas águas por diferença de densidade. A incerteza dos valores dos parâmetros hidráulicos utilizados, em se tratando de um modelo regional e com poucos dados, é relativamente grande. Contudo, 127 durante o processo de simulação foram obtidos alguns resultados aparentemente anômalos e inicialmente interpretados como erros. A posterior comprovação da fiabilidade destes resultados, através de documentação de campo indicou que as aproximações e incertezas não impediram a geração de um modelo numérico que representasse bastante bem a situação real do SAA, retratando os principais elementos que controlam o fluxo neste sistema aquífero. As dúvidas levantadas pelos resultados obtidos foram muito importantes para comprovar a capacidade do modelo de reproduzir as principais características do fluxo no sistema aquífero Amazonas na área de estudo e serão discutidos mais adiante. Comparando-se os valores das condutividades hidráulicas iniciais definidas para as camadas no modelo numérico de fluxo e seus valores após a calibração, observa-se que a condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões foi a que sofreu maior alteração. Para a solução proposta para o modelo numérico esta camada apresenta uma condutividade hidráulica extremamente pequena, indicando uma camada de baixíssima permeabilidade (Tabela 8.4). Contudo, esta variação era esperável uma vez que o valor inicialmente utilizado era uma estimativa preliminar a partir de dados de literatura. Estudos futuros sobre este aquitardo deverão ser realizados, permitindo uma melhor caracterização de seus parâmetros hidráulicos. Através do método manual de calibração o nível do poço P-B foi ajustado em 70,3 m igual ao valor estimado de campo e o poço P-A, o valor calibrado foi de 69,3 m e o valor estimado de campo foi de 68,3 m. Tabela 8.4 – Condutividades hidráulicas antes e após a calibração manual. VALORES INICIAIS VALORES FINAIS CAMADAS Condutividade hidráulica horizontal (m/d) Condutividade hidráulica vertical (m/d) Condutividade hidráulica horizontal (m/d) Condutividade hidráulica vertical (m/d) Aquífero Solimões (*) 2 10-5 2 ------ Aquitardo 10-5 10-5 ------ 10-8 Aquífero Tikuna 0,04 10-5 0,35 10-4 Área de afloramento do sistema aquífero Tikuna 0,04 0,04 0,35 0,35 É importante ressaltar que as condutividades hidráulicas obtidas através do ajuste do modelo numérico de fluxo podem não corresponder às condutividades 128 hidráulicas reais. As condutividades hidráulicas obtidas são condutividades de ajuste em função da configuração adotada para o modelo numérico. É evidente que se houvesse mais dados de testes de permeabilidade e pontos de calibração disponíveis para toda a região de estudo, as condutividades hidráulicas de ajuste obtidas através das simulações do modelo numérico tenderiam a aproximarem-se das condutividades hidráulicas reais. Contudo, ainda assim, devido a efeitos de escala, estas tenderiam a serem maiores que as obtidas em escala de campo. 8.4 RESULTADOS DO MODELO NUMÉRICO DE FLUXO A piezometria resultante do modelo numérico de fluxo para o SAT é apresentada nas figuras 8.12 e 8.14. Através das mesmas observa-se que o sistema de fluxo resultante, de modo geral, assemelha-se bastante ao modelo conceitual proposto, a não ser pela existência de uma divisória parcial interna de fluxo (Figura 8.14). Figura 8.12 – Mapa piezométrico do sistema aquífero Tikuna. Resultado do modelo numérico de fluxo. 129 O SAT, conforme já se supunha no modelo conceitual de fluxo, encontra-se sob regime de confinamento em quase toda sua extensão. Suas áreas de recarga estão localizadas na zona do cinturão de falhas subandinas e de descarga, no bordo Leste da área de estudo e na região da Serra do Divisor. O modelo numérico de fluxo elaborado, além de corroborar em grande parte o modelo conceitual proposto, também permitiu a identificação de condições hidrogeológicas peculiares na área de estudo e de outras feições de fluxo não previstas a partir do modelo hidrogeológico conceitual regional. Neste contexto destacam-se (Figura 8.12): • a existência de uma divisória parcial interna de fluxo e a consequente compartimentação do SAT em duas sub-bacias, uma a Leste e outra a Oeste da divisória parcial interna de fluxo; • o entendimento do papel desempenhado e a importância dos afloramentos do SAT localizados na região da Serra do Divisor como área de descarga do SAT; • a identificação de grandes diferenças entre os níveis piezométricos do SAT e do SAS na região entre os Arcos de Iquitos e de Carauari. Em função da existência da divisória parcial interna de fluxo do SAT, são geradas duas direções de fluxo a partir desta: uma para Oeste e outra para Leste, formando duas sub-bacias. Na sub-bacia Oeste o fluxo é convergente, desde a zona de recarga do cinturão de falhas subandinas, em direção à região da Serra do Divisor. A Leste da divisória parcial interna de fluxo, a recarga proveniente das regiões dos extremos Noroeste e Sudoeste da zona de falhas subandinas, resulta em um fluxo preferencial de direção Oeste-Leste. Nesta sub-bacia, a área de descarga está localizada nas proximidades do Arco de Purus, onde o SAT descarga no aquífero Alter do Chão. É importante observar que a partir do resultado do modelo numérico de fluxo foram levantadas informações adicionais sobre a área da Serra do Divisor, obtendo- se então a informação da existência do “Buraco da Central”, poço surgente existente na região da Serra do Divisor. A existência deste poço surgente nesta região corrobora o resultado obtido através do modelo numérico de fluxo para a sub-bacia 130 Oeste do SAT. Além do “Buraco da Central”, na região da Serra do Divisor há relato da existência de várias descargas de água através de cascatas (Figura 8.13). A área da sub-bacia Leste é aproximadamente o dobro da área da sub-bacia Oeste, ou seja, cerca de 1,0x106 km2. Figura 8.13 – Fotografias de cascatas e feições do relevo resultante do tectonismo na Serra do Divisor. (Fontes: http://www.panoramio.com/photo/3390655 e Google Earth em 02/03/2011). Na região central dasub-bacia Leste observa-se, através das curvas piezométricas, a existência de um maior gradiente piezométrico resultando em maior velocidade de fluxo nesta região. Isto se deve à redução da largura das camadas do SAT e manutenção das espessuras médias de suas camadas nesta mesma região. Na sub-bacia Oeste os maiores gradientes hidráulicos são observados em sua região sul, e consequentemente são estimadas maiores velocidades de fluxo de água nesta região. As áreas de recarga da sub-bacia Oeste possuem altitudes entre cerca de 2000 e 1500 m e distam entre 200 e 950 km das áreas de descarga, cujas altitudes variam entre 600 e 200 m. 131 Figura 8.14 – Mapa piezométrico do sistema aquífero Tikuna com linhas de fluxo. 132 Na sub-bacia Leste as altitudes das áreas de recarga variam aproximadamente entre 4000 e 3500 m, na região Noroeste, e entre 3700 e 3000 m, na região Sudoeste. A distância entre as áreas de recarga localizadas no cinturão de falhas e a zona de descarga é de cerca de 1600 km e nesta última região as altitudes variam entre 20 a 15 m Através da sobreposição do mapa piezométrico do SAT com as principais feições geoestruturais da área, pode-se observar que a divisória interna parcial de fluxo do SAT coincide relativamente bem com a região do Arco de Iquitos (Figura 8.14). Avaliando-se a diferença entre a piezometria do SAT (Figura 8.12 e 8.14) e a piezometria do aquífero Solimões (Figura 7.6), é possível verificar que as alturas piezométricas do SAT superam as do aquífero Solimões em praticamente toda sua área, excetuando-se apenas as áreas de recarga (Figura 8.15). A existência do “Buraco da Central” e dos dois poços surgentes (P-A e P-B) na área da Base Petrolífera de Urucu corroboram o resultado obtido pelo modelo numérico de fluxo em relação à condição de confinamento à qual o SAT está submetido e consequentemente, a função do aquitardo basal do SAS como camada confinante deste sistema aquífero. Através do mapa de isopiezas da diferença de níveis piezométricos (Figura 8.15) entre o SAT e o aquífero Solimões, identificam-se facilmente os limites das duas principais zonas de recarga deste sistema, situadas entre a isopieza 0 e o bordo Oeste do modelo. Neste mapa também é possível observar que na região entre os Arcos de Iquitos e de Carauari a diferença entre os níveis piezométricos do sistema aquífero Tikuna e do aquífero Solimões chega a alcançar 100 m (Figura 8.15). 133 Figura 8.15 – Mapa de isolinhas da diferença entre a piezometria do sistema aquífero Tikuna e do aquífero Solimões. Inicialmente esse resultado foi visto com muita desconfiança e pensava-se que poderia estar incorreto. Porém, verificando os dados de perfurações nesta região foi encontrado o registro da existência de uma enorme pressão de água na base do SAT durante a perfuração do poço P-Z (Figura 8.15). Desta forma, corrobora-se uma vez mais o resultado obtido através do modelo numérico de fluxo. Pela localização desta região, entre os dois arcos estruturais, possivelmente estes arcos exerçam alguma influência, causando esta grande diferença piezométrica entre os dois aquíferos. 8.4.1 Balanço de massa d’água no SAA Através de cálculos automáticos realizados no código VMFlow, obteve-se que o volume total de água circulante no SAA na área de estudo é de cerca de 2,1x105 m3/d ou 7,8x107 m3/ano. Contudo, este valor não é absoluto e pode ser considerado como um valor orientativo, uma vez que neste modelo as piezometrias do aquífero Solimões foram impostas. Portanto, não foram simuladas as interações entre o aquífero superficial e os contornos internos e externos de fluxo que interagem com este aquífero, como a 134 rede hidrográfica superficial, as recargas diretas pelas chuvas e a evapotranspiração. Para a obtenção de um resultado mais realista, deveriam ser inseridos no modelo numérico os níveis piezométricos pontuais dos poços e os contornos internos de fluxo. Ainda assim, o modelo numérico elaborado teria que ser muito refinado em termos de tamanho de células, em virtude da densidade hidrográfica da região, conforme já discutido no item 8.2.7 deste capítulo, para atingir um resultado satisfatório em relação ao balanço de massa. Segundo os valores dos cálculos orientativos realizados pelo VMFlow, a quantidade de água recarregada diariamente no sistema aquífero Tikuna é de cerca de 5x104 m3/d (aproximadamente 18 km3/a). A recarga da sub-bacia Oeste seria em torno de quatro vezes maior que a da sub-bacia Leste, e a maior contribuição nesta recarga viria da região de recarga situada a Sul desta sub-bacia. Na sub-bacia Leste, a principal área de recarga também é a área situada no extremo Sudoeste da zona de falhas subandinas. 8.5 ANÁLISE DE SENSIBILIDADE Em função das incertezas associadas aos dados utilizados no modelo numérico de fluxo foram realizadas análises de sensibilidade para a avaliação da influência ou intervalo de variação dos seguintes fatores sobre o resultado do modelo numérico de fluxo: • condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões; • condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna; • influência da Serra do Divisor; • existência de possíveis áreas de recarga/descarga ao longo do contato com as regiões cratônicas; • variação das condições de contorno de nível prescrito no bordo Leste do modelo numérico. 135 8.5.1 Condutividade hidráulica vertical do aquitardo Soli mões Nesta análise de sensibilidade observou-se que o nível piezométrico no ponto de referência, ou seja, no poço P-B sofreu um rebaixamento de cerca de 20 m quando se atribuiu à condutividade hidráulica vertical do aquitardo um valor uma ordem de grandeza maior do que o valor de ajuste. Para uma condutividade hidráulica vertical uma ordem de grandeza menor do que o valor calibrado, a diferença foi de cerca de 10 m. Observa-se, portanto, que quanto mais se restringe o fluxo através de uma condutividade hidráulica vertical menor, a piezometria no ponto de controle atinge níveis mais elevados. Contudo, o incremento da mesma tende a ser cada vez menor para valores também cada vez menores de condutividade hidráulica. Isto ocorre porque neste intervalo de valores as condutividades hidráulicas já são muito baixas, sendo estas camadas consideradas praticamente impermeáveis, quase não provocando variações nos níveis piezométricos a redução de seus valores. Ainda assim, para a solução proposta o modelo ajusta-se para uma faixa muito estreita de valores de condutividade hidráulica vertical do aquitardo, demonstrando uma grande dependência a este parâmetro (Tabela 8.5 e Figura 8.16). Tabela 8.5 – Análise de sensibilidade: condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões. Condutividade hidráulica vertical – aquitardo Solimões (m/d) Nível piezométrico medido em P-B (m) 10-6 44,1 10-7 52,4 5x10-8 57,9 10-8 (*) 70,3 5x10-9 73,7 10-9 77,2 10-10 78,2 (*) valor calibrado 136 44.1 52.4 70.3 77.2 78.2 -11-10-9-8-7-6-5 log kv (m/d) h (m ) Figura 8.16 - Gráfico de variação do nível piezométrico do ponto de controle em função da variação da condutividade hidráulica vertical do aquitardo Solimões. 8.5.2 Condutividade hidráulica horizontal do sistema aquí fero Tikuna Através da análise de sensibilidade da condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna observa-se quanto menor for a condutividade hidráulica horizontal, menor o nível piezométrico do ponto de controle. Valores de condutividade hidráulica horizontal cerca de 15% maiores ou menores do que o valor de ajuste provocam variações de cerca de 1 m na piezometria do ponto de controle. Portanto, pequenas variações no valor da condutividade hidráulica horizontal provocam alterações na piezometria do ponto de referência em relaçãoao nível calibrado, resultando em um fraco ajuste do modelo numérico (Tabela 8.6 e Figura 8.17). Desta forma, a obtenção do ajuste fica restrita a uma faixa muito estreita de variação da condutividade hidráulica horizontal. Tabela 8.6 – Análise de sensibilidade: condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna Condutividade hidráulica horizontal – sistema aquífero Tikuna (m/d) Nível piezométrico medido em P-B (m) 0,1 59,5 0,2 65,7 0,3 69,1 0,35(*) 70,3 0,4 71,3 0,5 72,9 (*) valor calibrado Valor calibrado 60 20 80 137 59.5 65.7 69.1 70.3 71.3 72.9 0 20 40 60 80 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 kh (m/d) h (m ) Figura 8.17 - Gráfico de variação do nível piezométrico do ponto de controle em função da variação da condutividade hidráulica horizontal do sistema aquífero Tikuna. 8.5.3 Influência da Serra do Divisor Para avaliar a influência das zonas de descarga existentes na região da Serra do Divisor (Figura 8.18) foi realizada uma simulação sem considerar a existência desta área. No modelo numérico de fluxo, conforme explicado com maior detalhamento no item 7.4.8, a Serra do Divisor foi representada através de uma região isotrópica, de condutividades hidráulicas de 0,35 m/d, definidas para as camadas 1 e 2 do modelo numérico. Nesta análise de sensibilidade pode-se observar que a representação desta zona apresenta grande relevância para o ajuste do modelo numérico de fluxo. A ausência desta região de descarga implica em uma elevação de 7 m no nível piezométrico do sistema aquífero Tikuna (Tabela 8.7). Tabela 8.7 – Análise de sensibilidade: existência da Serra do Divisor. Serra do Divisor Nível piezométrico medido em P-B (m ) representada (*) 70,3 não representada 77,2 (*) modelo calibrado A representação da Serra do Divisor permite o ajuste do modelo numérico de fluxo, o que se tornaria uma tarefa bastante difícil de realizar somente através das condutividades hidráulicas das camadas. Esta região de descarga do sistema aquífero Tikuna constitui-se em uma importante feição do SAA, tanto para o controle Valor calibrado 138 do fluxo neste sistema como também por sua utilização como ponto de monitoramento para a qualidade das águas da sub-bacia Oeste do sistema aquífero Tikuna. Figura 8.18 – Áreas de afloramento do sistema aquífero Tikuna (SAT) na região da Serra do Divisor e no cinturão de falhas subandinas. 8.5.4 Áreas de recarga/descarga nos bordos cratônicos As zonas de afloramento do sistema aquífero Tikuna foram estendidas ao longo do bordo das áreas cratônicas nas camadas 1 e 2 do modelo numérico para representar possíveis áreas de recarga deste sistema aquífero (Figura 8.19). Esta situação foi analisada, pois os bordos cratônicos poderiam apresentar uma maior permeabilidade devido ao intemperismo atuante sobre as rochas do embasamento, resultando em uma possível região de recarga ao sistema aquífero. A inserção destas áreas no modelo numérico de fluxo não gerou diferenças significativas no resultado da simulação. A diferença no nível do ponto de controle foi de 3 mm, ou seja, a possível existência de tais áreas praticamente não influenciaria nas piezometrias observadas neste sistema aquífero (Tabela 8.8). Região cratônica Região cratônica 139 Realizando uma análise de trajetórias de partículas que poderiam entrar no sistema a partir dos bordos cratônicos observou-se que as mesmas têm tendência de seguir uma trajetória ao longo do bordo na direção Oeste-Leste, provavelmente em função do maior gradiente topográfico existente nesta direção limitando substancialmente algum fluxo em profundidade, na direção das camadas Cretáceas do sistema aquífero Tikuna. Tabela 8.8 – Análise de sensibilidade: existência de áreas de recarga nos bordos cratônicos. Zona de recarga/descarga ao longo do bordo cratônico Nível piezométrico medido em P-B (LUC-44) (m) representada 70,35 não-representada (*) 70,32 (*) modelo calibrado Figura 8.19 – Áreas de afloramento do sistema aquífero Tikuna (SAT) localizadas no bordo Oeste da área do modelo e extensão destas áreas ao longo dos bordos cratônicos para simulação da existência de áreas de recarga nesta região. 8.5.5 Variação das condições de contorno no bordo Leste ( níveis prescritos) As condições de contorno de nível prescrito do bordo Leste da área foram alteradas para testar como estes valores influenciam nos níveis obtidos para o ponto de referência. O que pode ser observado desta análise de sensibilidade é que os Região cratônica Região cratônica 140 valores dos níveis no ponto de referência são bastante sensíveis às condições de contorno impostas. Foram analisadas 5 possíveis situações (Tabela 8.9) para os pontos de níveis prescritos (Figura 8.10): 1. níveis homogêneos em todos os pontos de nível prescrito com valor de 15m; 2. níveis homogêneos em todos os pontos de nível prescrito com valor de 28m; 3. níveis homogêneos em todos os pontos de nível prescrito com valor de 19m; 4. 10 metros acima do nível prescrito inicial em todas as células impostas; 5. 10 metros abaixo do nível prescrito inicial em todas as células impostas. Tabela 8.9 – Análise de sensibilidade: condição de contorno externo do bordo Leste. Nível prescrito (linha,coluna) Condição 87,196 97,190 114,195 h em P-B ∆h em P-B Inicial 15 19 28 70,3 ---------- a 15m 15 15 15 68,1 -2,2 a 28m 28 28 28 74,5 4,2 a 19m 19 19 19 70,0 0,3 Variando +10m 25 29 38 75,3 5,0 Variando -10m 5 9 18 65,3 -5,0 Observa-se que apesar do modelo numérico de fluxo ser bastante sensível a esta condição de bordo, consegue-se um bom ajuste para um valor homogêneo de nível prescrito de 19 m, valor este próximo à média dos níveis prescritos dos pontos de nível conhecido ao longo do bordo do modelo. Variações no resultado gráfico das linhas de fluxo do modelo numérico no trecho final, próximo ao bordo Leste, também são alterados em função dos valores de nível prescrito definido. Através dos resultados das análises de sensibilidade realizadas observa-se que: • As condutividades hidráulicas verticais do aquitardo Solimões e as horizontais do sistema aquífero Tikuna apresentam faixa muito estreita de variação para o ajuste com o ponto de calibração, o que indica grande dependência destes valores no ajuste do modelo numérico de fluxo; • A inclusão da Serra do Divisor é essencial para o ajuste do modelo numérico do sistema aquífero Amazonas; 141 • A existência de possíveis zonas de recarga/descarga do sistema aquífero Tikuna ao longo do bordo cratônico não influencia nos resultados do modelo numérico de fluxo. Isto provavelmente deve-se ao controle topográfico (maior inclinação) na direção Oeste-Leste, privilegiando fluxos ao longo desta direção. Ou seja, a água que poderia recarregar através destes bordos tende a fluir na direção Oeste-Leste, e não a migrar para regiões mais profundas, alimentando o sistema aquífero Tikuna; • Os níveis prescritos definidos como condição de contorno de fluxo do sistema aquífero Tikuna em seus bordos Oeste e Leste poderão ser ajustados no futuro na medida em que novos poços forem perfurados na região. 8.6 VERIFICAÇÃO DOS RESULTADOS DO MODELO NUMÉRICO DE FLUXO Embora não tenha sido possível a realização de trabalhos de campo adicionais para a verificação dos resultados do modelo numérico de fluxo, através dos resultados mencionados anteriormente como resultados anômalos foi possível a realização indireta da verificação do modelo numérico. Grandes diferenças piezométricas foram observadas através do modelo numérico e comprovadas através de registros descritivos de poços perfurados na mesma localidade. A área de descarga do SAT existente nas vizinhanças da Serra do Divisor também pode ser indiretamente comprovadaatravés da existência do “Buraco da Central” e do afloramento das camadas cretáceas. Além destes dois pontos de verificação indireta dos resultados do modelo numérico de fluxo, foram obtidos mais dois pontos de verificação, sendo desta vez pontos de verificação direta, situados na borda Leste da área de estudo. Recentemente foram alimentados novos registros de poços no SIAGAS e, dentre estes registros foram encontrados dois poços: um localizado dentro da área de estudo, muito próximo à borda Leste da área, e outro, fora da área de estudo, porém também muito próximo à borda Leste (Figura 8.20). Através de interpolação de níveis piezométricos destes dois poços (Figura 8.20), o nível piezométrico obtido para um ponto na borda da área foi igual ao valor obtido através do modelo numérico de fluxo, confirmando a adequação da condição de contorno definida neste bordo para o SAT. Outro dado que serviu para a verificação do modelo numérico foi o “Buraco da Central”, cuja existência era desconhecida antes da obtenção dos resultados de 142 simulação. A obtenção deste dado veio a confirmar a situação de confinamento do SAT nas proximidades da Serra do Divisor e a função de área de descarga dos afloramentos do SAT nesta região, o que também foi indicado pelo modelo numérico de fluxo. A maior ou menor aproximação dos modelos regionais da realidade, sejam eles conceituais ou numéricos, depende em grande parte do conjunto de informações disponíveis. Os modelos conceitual e numérico elaborados nesta tese são uma primeira tentativa de sistematização das informações atualmente disponíveis sobre o SAA, resultante da compilação, interpretação e integração de diversos dados. Desta forma, este não pretende ser um modelo definitivo, mas sim um resumo do conhecimento atualmente disponível e da visão interpretativa da autora. Figura 8.20 – Níveis piezométricos de poços perfurados recentemente na área de estudo e próximo a esta. Observou-se bom ajuste entre o resultado do modelo numérico e os níveis medidos nestes poços. 143 9 DISCUSSÃO No presente capítulo serão discutidos de modo mais detalhado e integrado, alguns dados utilizados e resultados obtidos na tese. A idéia é que a inserção de discussões extensas sobre as elaborações realizadas nos demais capítulos poderia gerar dificuldade de compreensão dos textos. 9.1 O SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA E SUA INSERÇÃO NO SAA Conforme apresentado no capítulo 7, o sistema aquífero Amazonas (SAA) ainda não havia sido objeto de um estudo regional integrado e mais detalhado. Os trabalhos até então publicados sobre a extensão deste sistema aquífero eram de caráter preliminar, mostrando a sua possível extensão com base em dados geológicos em escala continental (UNESCO, 2007; UNESCO, 2009; Margat, 2007). Nesta tese o SAA foram estudadas 8 bacias sedimentares que poderiam abarcar o este sistema aquífero na área de estudo, permitindo a identificação de suas características regionais e de seus limites hidrogeológicos. As nomenclaturas consagradas e definições de unidades hidrogeológicas já existentes, como no caso do aquífero Alter do Chão e do sistema aquífero Solimões, foram preservadas. Contudo, na ausência de nomenclatura para o sistema aquífero cretáceo, multicamada, subjacente ao sistema aquífero Solimões (SAS), foi necessária a definição de uma nomenclatura própria. Desta forma, foi definido o sistema aquífero Tikuna (SAT). O SAT corresponde às camadas geológicas arenosas cretáceas e confinadas, que se estendem a Oeste do Arco de Purus até o limite das bacias subandinas com os Andes. A Leste do Arco de Purus estas camadas são aflorantes e designadas como aquífero Alter do Chão. O aquífero Alter do Chão, que ocorre na porção não-confinada da formação homônima, não foi estudado na presente tese e sua possível continuidade a Leste do Arco de Gurupá ou conexão com outro aquífero, que também poderia compor o SAA, ainda deverá ser estudada. 144 Considerando o conhecimento atual, o SAA é composto pelos sistemas aquíferos Solimões, Tikuna e pelo aquífero Alter do Chão, abrangendo uma área total de cerca de 2,7 x 106 km2. 9.2 AS SUBUNIDADES AQUÍFERAS DO SAA NA ÁREA DE ESTUDO As subunidades aquíferas do SAA na área de estudo, conforme apresentadas no capítulo 7, foram definidas com base em: • perfis litológicos de poços profundos; • registros geofísicos de poços profundos; • integração das colunas litoestratigráficas de nove bacias sedimentares englobadas pela área de estudo; • seções litoestratigráficas elaboradas ao longo de toda a área de estudo; • características hidrogeológicos das unidades geológicas, interpretadas a partir de dados litoestratigráficos (capítulos 4 e 7); e • seções sísmicas. Nesta tese a escala regional do estudo tornou necessária a compatibilização de dados primários em várias escalas através de generalizações. A marcante diferença litológica entre as unidades geológicas terciárias e cretáceas, nitidamente observável nos perfis litológicos e registros geofísicos de poço, reflete-se em suas propriedades hidrogeológicas e permitiu, durante o processo de discretização, a compartimentação do SAA-Oeste em suas subunidades hidrogeológicas: sistema aquífero Solimões e sistema aquífero Tikuna (capítulos 4, 5 e 7). Desta forma, as formações geológicas foram equiparadas às subunidades aquíferas do SAA. Claro está que tais generalizações não foram possíveis somente devido à escala de trabalho ser regional, mas sim pelo fato de que: 1. em escala regional, as características intrínsecas das unidades geológicas/hidrogeológicas puderam ser consideradas praticamente homogêneas; 2. as diferenças entre as mesmas são nitidamente detectáveis em escala regional; 145 3. estas diferenças são mantidas em toda extensão da área de estudo, o que foi observado durante o processo de integração das colunas estratigráficas das nove bacias sedimentares da área de estudo. Neste processo de integração e discretização dos dados foi observado que as divisões de bacias dizem respeito mais a questões de nomenclatura do que realmente a definições de bordos hidrogeológicos com relação às subunidades aquíferas. Cumpre ressaltar, no entanto, que uma vez que as subunidades aquíferas do SAA foram definidas em escala regional, em estudos futuros em escala de maior detalhe deverá ser avaliada a aplicabilidade destas subunidades aquíferas regionais. 9.2.1 Base de dados empregada A elaboração de seções hidrogeoestratigráficas ao longo da área de estudo foi essencial para a observação da geometria e da relação espacial entre as subunidades aquíferas. Tais seções e as superfícies das camadas utilizadas no modelo numérico de fluxo foram elaboradas com base em 583 pontos de informação, incluindo dados de afloramentos e colunas litológicas de 282 poços profundos. Para comparação com os resultados obtidos foram utilizados vários perfis litoestratigráficos e seções sísmicas obtidas em publicações de livre acesso e de acesso restrito. Considerando a área total estudada, a densidade de pontos de informação é de 1 ponto para cada 3945 km2, o que é uma densidade bastante baixa. No estudo hidrogeológico regional da Grande Bacia Artesiana da Austrália (Welsh, 2000), foram utilizados 2431 pontos de informação para a elaboração da camada aquífera de interesse, o que resulta em um ponto para cada 621 km2 o que, embora seja mais densa do que a rede de dados do presente tese, também pode-se considerar como sendo uma baixa densidade de pontos. Levando-se em consideração as dificuldades de acesso na densa floresta amazônica, a baixa densidade de pontos de informação embora seja um fator limitante, é totalmente justificável. Além disso, ainda que a distribuição espacial dos 146 pontos de informação utilizados não sejaregular, estes se encontram relativamente bem distribuídos na área de estudo (Figura 9.1). Figura 9.1 – Distribuição dos pontos de informação utilizados para a elaboração das camadas das subunidades do SAA. Para minimizar as limitações em relação à densidade e distribuição dos pontos de informação, utilizou-se a interpolação por krigagem. Certamente quanto mais e melhor distribuídos forem os dados, melhor será a representação da geometria das camadas. No entanto, a pouca quantidade de dados, sua descontinuidade e distribuição irregular são uma realidade e buscou-se suplantar o problema através da interpolação e da comparação dos resultados obtidos com os dados contínuos de seções sísmicas e litoestratigráficas. 147 9.3 MODELO NUMÉRICO DE FLUXO 9.3.1 Contornos internos de fluxo Durante o processo de elaboração do modelo numérico de fluxo, testou-se inicialmente a inserção de contornos internos de fluxo, a partir de bases hidrográficas disponíveis, além da inserção de dados estimados de recarga e de evapotranspiração para o SAA. Contudo, após inúmeros testes de simulação chegou-se à conclusão, por exemplo, de que era impossível, nesta escala, a representação dos contornos internos de fluxo em suficiente detalhamento para reproduzir a drenagem do sistema (Figura 8.11). Em virtude dessa limitação, do fato de que os valores de recarga e evapotranspiração ainda são pouco conhecidos para a região e do maior interesse desta tese ser em relação ao SAT, optou-se por inserir células de valor prescrito segundo o mapa piezométrico do aquífero Solimões. Vários estudos de sistemas aquíferos regionais utilizaram esta mesma estratégia, inserindo elementos com níveis prescritos para aquíferos de menor interesse para o estudo e simulando somente o nível de interesse, como no estudo da Grande Bacia Australiana (Welsh, 2000). Esta estratégia mostrou-se válida e permitiu a obtenção de resultados mais confiáveis devido à redução de incertezas quando comparada ao cenário de ajustes necessários no caso da utilização de dados estimados de recargas e evapotranspiração. 9.3.2 A questão da piezometria do sistema aquífero Solimões A elaboração do mapa piezométrico do aquífero Solimões foi essencial para a definição dos bordos do SAA (Figura 7.6). A partir dele foram identificadas as duas divisórias de fluxo que, juntamente com as áreas cratônicas e o com o cinturão de falhas subandinas, definem os bordos Norte, Sul e Oeste do SAA, respectivamente. Na elaboração do mapa piezométrico do aquífero Solimões foi de grande importância a utilização de pontos de controle obtidos através da rede hidrográfica. 148 Contudo, a utilização dos níveis dos rios como pontos de controle foi possível somente em função do grau de conectividade entre estes e o aquífero Solimões. O fato de os sedimentos de fundo dos rios amazônicos serem arenosos (Nordin et al., 1981; Strasser, 2002) confere continuidade hidráulica entre os meios. Ainda assim, certamente há um erro associado à definição da altura piezométrica como possuindo o mesmo valor dos níveis dos rios. Este erro pode ser estimado da seguinte forma: Considerando-se, devido à densa malha da rede hidrográfica local, uma distância aproximada entre dois interflúvios de 500 m, uma recarga média de 10% da precipitação média da área (2200 mm/a), uma condutividade hidráulica média de 2m/d e espessura média do aquífero de 50 m, o erro entre a altura piezométrica real e a altura piezométrica atribuída poderia ser estimado pela equação 9.1 (Figura 9.2 e Tabela 9.1): = 2 2 L ThL R ⇒ T RL h 4 2 = [9.1] onde: h é o nível piezométrico real no centro do interflúvio [L]; R é a recarga [L3/T]; L é a distância entre os rios [L]; T é a transmissividade do meio [L2/T]. A partir da equação 9.1 obtém-se um valor estimado para o erro de cometido de aproximadamente 0,4 m, o que é um valor inexpressivo em escala regional. Tabela 9.1 – Cálculo do erro piezométrico associado à utilização de pontos de controle nos rios para o traçado da piezometria do aquífero Solimões. Recarga estimada (m/a) Distância interfluvial (m) T ransmissividade (m2/d) Erro piezométrico (m) 0,1 500 100 0,2 0,2 500 100 0,4 0,4 500 100 0,6 0,2 1000 100 1,5 149 Figura 9.2 – Figura esquemática mostrando os parâmetros hidráulicos utilizados na equação 9.1. Analisando-se os erros piezométricos obtidos pela definição do nível d’água dos rios como pontos de controle para o traçado das curvas piezométricas, observa- se que estes variam em função da distância interfluvial, sendo expressivamente maiores para maiores distâncias. Para valores de 10 km, por exemplo, o erro associado seria de cerca de 140 m. No entanto, tais erros estariam associados à região central do interflúvio, não às regiões laterais, o que não afetaria com erros em magnitude semelhante no ponto de controle; nestes pontos os erros associados seriam muito inferiores e perfeitamente aceitáveis (Figura 9.2). 9.3.3 Parâmetros hidrogeológicos Os valores dos parâmetros hidrogeológicos das subunidades aquíferas do SAA inseridos inicialmente no modelo numérico de fluxo foram aqueles obtidos em campo (ensaios de injeção) e na bibliografia. Posteriormente, estes valores iniciais foram ajustados durante o processo de calibração. As condutividades hidráulicas das subunidades do SAA foram definidas como homogêneas para o domínio de cada uma das subunidades, apesar de se saber que devido aos diferentes ambientes e processos deposicionais atuantes, heterogeneidades ocorrem dentro destes espessos pacotes. R h aquífero Solimões K ~ 2 m/d b T= K*b aquitardo L 150 No caso particular das condutividades hidráulicas verticais, a ocorrência de estratificações tanto dentro das subunidades aquíferas como também, em maior escala, dentro do SAA, influenciam no pequeno valor das condutividades hidráulicas verticais obtidas (Carlson, 2010). A componente horizontal da condutividade hidráulica é a mais importante tanto para o aquífero Solimões como para o SAT, devido ao fluxo ser principalmente horizontal. Contudo, analisando-se a condutividade hidráulica vertical calibrada do SAT, seu valor foi de 10-4 m/d, valor este semelhante aos obtidos para os aquíferos da Bacia Amadeus e para a Grande Bacia Artesiana, ambas localizadas na Austrália (Brown et al., 1990; Ungemach, 1975). Contudo, este é um valor de calibração e, além disso, influi muito pouco nos resultados do modelo numérico de fluxo. Com relação ao aquífero Solimões, tomando-se o perfil litológico do poço P-1 (Figura 5.6) até aproximadamente 100 m de profundidade (intervalo de ocorrência do aquífero Solimões) calculou-se a condutividade hidráulica vertical equivalente desta sequência, sendo obtido o valor de 3x10-5 m/d, valor este na mesma ordem de grandeza do obtido através do modelo numérico de fluxo, que foi de 10-5 m/d. A condutividade hidráulica vertical ajustada para o aquitardo basal do SAS foi mil vezes menor do que sua condutividade hidráulica horizontal, variação esta esperada e dentro das estimativas encontradas na literatura (Carlson, 2010). A condutividade hidráulica vertical do aquitardo foi o parâmetro hidráulico mais difícil de estimar e, consequentemente, foi o parâmetro mais modificado durante a calibração. A análise de sensibilidade mostrou que o ajuste do modelo numérico de fluxo é sensível às variações do grau de anisotropia da condutividade hidráulica, principalmente da condutividade hidráulica vertical do aquitardo, conforme visto no capítulo 8. Apesar de muito pequeno, o valor da condutividade hidráulica vertical do aquitardo (Kv= 10 -8 m/d) é compatível com as condutividades hidráulicasverticais de aquitardos obtidas através de modelos numéricos elaborados para outros grandes sistemas aquíferos como o sistema aquífero do Leste da Arábia Saudita (Kv= 10 -7 a 10-8 m/d) (Rasheeduddin, 1989), a Grande Bacia Artesiana (Austrália) (3,6x10-8 m/d) (Welsh, 2006) e o aquífero Milk River (8,6 x 10-6 a 8,6 x 10-10 m/d) (Hendry e Scheartz, 1988). 151 Uma avaliação das variações da condutividade hidráulica vertical do aquitardo em função da arquitetura adotada para o modelo numérico de fluxo é apresentada no item 9.3.4. Uma observação importante em relação às condutividades hidráulicas horizontais ajustadas do modelo numérico de fluxo é que as mesmas resultaram um pouco maiores do que aquelas obtidas em campo. Este fato em geral é observado em estudos regionais devido ao efeito de escala sofrido pela condutividade hidráulica, resultando maiores do que as medidas localmente (Schuelze-Makuch e Cherkauer, 1998; Rovey, 1998; Rasheeduddin, 1989). 9.3.4 Modelo numérico de fluxo 3D x quasi-3D De acordo com as características das subunidades aquíferas do SAA, seu modelo numérico de fluxo poderia possuir basicamente 2 tipos de arquitetura: 3D ou quasi-3D. Em uma arquitetura quasi-3D a camada semipermeável do modelo numérico não é representada fisicamente, mas sim através de uma condutância equivalente. No código numérico utilizado, o VMFlow, devem ser inseridas as condutividades hidráulicas verticais e as elevações para cada uma das camadas consideradas no modelo numérico de fluxo. O VMFlow calcula internamente a condutância entre as camadas através da condutividade hidráulica vertical e das espessuras das camadas. Optou-se nesta tese pela elaboração de um modelo numérico 3D com 3 camadas. A utilização do modelo 3D com três camadas permitiu a visualização da geometria das camadas do modelo de modo bastante ilustrativo durante o processo de modelagem. Contudo, no intuito de avaliar as possíveis influências da arquitetura adotada no resultado final do modelo numérico de fluxo, foi realizada a avaliação analítica entre estas duas alternativas. O código numérico VMFlow foi elaborado utilizando como base o MODFLOW, código numérico desenvolvido pela USGS e de livre acesso. Este código, até antes de sua versão MODFLOW-2000, não requeria que as elevações das camadas fossem explicitamente definidas para todas as camadas, o que encorajava a criação de modelos numéricos quasi-3D (Schlumberger, 2005). 152 Em ambos os códigos numéricos, VMFlow e MODFLOW, fluxo de água vertical entre as células é calculado através da condutância entre as células. No código MODFLOW a condutância é calculada internamente pelo código a partir do valor de drenança vertical (VCONT), inserido pelo usuário. A drenança vertical (VCONT) é dada pela equação 9.2. 3 3 2 2 1 12 1,, 22 1 vvv kji K b K b K b VCONT ++ = + [9.2] onde: b1, b2 e b3 são as espessuras das camadas [L]; Kv1, Kv2 e Kv3 são as condutividades hidráulicas verticais das camadas [L/T]. Através da equação 9.2 observa-se que VCONT incorpora conjuntamente a condutividade hidráulica vertical e a espessura das camadas e não a condutividade hidráulica ou a espessura, de forma independente (McDonald e Harbaugh, 1988). Uma vez inserido o valor de VCONT no código numérico MODFLOW, este processa a multiplicação deste valor pela área das células, obtendo a condutância (McDonald e Harbaugh, 1988). A condutância para uma camada geohidrológica individual é dada pela equação 9.3. kji kji kji b yxK C ,, ,, ,, .. ∆∆ = [9.3] Desta forma, tanto o VMFlow como o MODFLOW utilizam a condutância para o cálculo do fluxo vertical entre as células do modelo numérico. No caso do modelo numérico de fluxo 3D elaborado, o mesmo foi representado no código numérico por 3 camadas: duas camadas aquíferas e uma camada semipermeável entre as camadas aquíferas (Figura 9.3). 153 Figura 9.3 – Desenho esquemático do modelo numérico de fluxo na arquitetura 3D, mostrando os elementos utilizados nas equações 9.2 e 9.3. Calculando-se VCONT para o modelo numérico elaborado em arquitetura 3D no ponto de controle P-B (Tabela 9.2), o valor obtido de VCONT foi de 3,7x10-11 d-1. Tabela 9.2 – Espessura das camadas no ponto B e suas respectivas condutividades hidráulicas verticais. PONTO ESPESSURAS (m) CONDUTIVIDADES HIDRÁULICAS VERTICAIS (m/d) DE OBSERVAÇÃO b1 b2 b3 Kv1 Kv2 Kv3 P-B 71 270 368,5 10-5 10-8 10-4 Quando se opta por uma arquitetura do tipo quasi-3D, pressupõe-se que: • a camada semiconfinante não contribui de forma mensurável para a condutância horizontal; • que a capacidade de armazenamento da camada semiconfinante é muito pequena, não influenciando na capacidade de armazenamento do sistema; • que a condutividade hidráulica vertical da camada semiconfinante é muito pequena se comparada às demais condutividades hidráulicas verticais do sistema. No caso estudado estas suposições são válidas e, portanto, a utilização de uma arquitetura quasi-3D também seria adequada. Neste caso, como Kv2 seria muito menor que Kv1 e Kv3, (Figura 9.3) a equação 9.2 poderia ser simplificada à equação [9.4]. . . b2 b3 b1 Kv3 Kv2 Kv1 x∆ y∆ i,j,k i,j,k+1 154 2 22 1,, 1 v kji K b VCONT = + então: 2 2 2 1,, b K VCONT v kji = + [9.4] Calculando-se o valor de VCONT para o caso estudado (Figura 9.4) considerando uma arquitetura quasi-3D, através da equação 9.4 obtém-se o valor de 3,7x10-11 d-1 para VCONT. Figura 9.4 – Desenho esquemático do modelo numérico de fluxo na arquitetura quasi-3D, mostrando os elementos utilizados na equação 9.4. Observa-se então que, no caso estudado na tese, a adoção de uma arquitetura 3D ou quasi-3D o valor de VCONT seria o mesmo e, nas duas situações, chegou-se, ao mesmo resultado final, embora o valor obtido em uma arquitetura 3D pudesse ser um pouco distinto do valor da arquitetura quasi-3D, uma vez que este depende de Kv1 e Kv3. 9.3.5 Modelo numérico de fluxo regional em estado e stacionário e densidade homogênea Modelos numéricos de fluxo em estado estacionário são geralmente utilizados como uma primeira aproximação da realidade da área estudada, visando à análise do sistema como se o mesmo fosse invariável no tempo. . . b2 b3 b1 i,j,k i,j, k+1 Níveis não são calculados para esta camada que não é representada fisicamente no modelo numérico. A resistência ao fluxo desta camada é incluída nos termos de condutância entre as camadas i,j,k e i,j,k+1 155 No caso do SAA, devido à virtual ausência de dados de séries temporais e às incertezas inerentes ao modelo em tão grande escala, optou-se pela utilização de um modelo numérico em estado estacionário. Outra característica do modelo numérico de fluxo elaborado é o fato de ser um modelo numérico de fluxo de densidade homogênea (água doce). Embora se saiba que em alguns pontos as águas deste sistema possuem salinidades maiores que as da água doce e, consequentemente, densidades também maiores que as da água doce, optou-se por um modelo de densidade homogênea, pois os dados de salinidade ainda são incompletos, não permitindo a identificação de possíveis gradientes verticais de salinidade, e ausentes na maior parte da área, impedindo a elaboração de um modelo realista. Segundo alguns estudos (Marine e Fritz, 1981; Gueutin et al., 2007; Neuzil e Provost, 2009) gradientes de salinidade podem gerar fluxos controlados por estes gradientes e efeitos de sobrepressão devido aos processos osmóticos através das camadas semipermeáveis dos aquitardos. Na Bacia de Dunbarton (Carolina do Sul e Geórgia, EUA), diferenças piezométricas de cerca de 130 m em relação ao nível hidrostático foram correlacionadoscom salinidades da água de formação entre 12 g/L e 19 g/L (Marine e Fritz, 1981). Contudo, ainda não há consenso na comunidade científica sobre a efetividade de tais efeitos (Ingebritsen et al., 2006). Na área de estudo foram observadas diferenças piezométricas significativas entre o nível hidrostático e a piezometria obtida para o SAT através do modelo numérico de fluxo. Uma das possíveis causas destas diferenças poderiam ser os potenciais osmóticos gerados pela variação de salinidade entre os dois aquíferos separados pelo aquitardo, o qual funcionaria como uma membrana semipermeável. Se assim fosse, a pressão osmótica no meio poroso poderia ser calculada através da equação de Fritz (1986), uma vez que para concentrações inferiores a 1 mol/L, a pressão osmótica pode ser aproximada pela equação de Van’t Hoff, com um erro inferior a 1%: CRTv∆=∆π [9.5] onde: π∆ é a pressão osmótica relativa no meio poroso; 156 R é a constante dos gases 8,31x103 Pa.L.mol-1.K-1; T é a temperatura absoluta (K) v é o número de íons dissociados constituintes do soluto; C∆ é a diferença na concentração de soluto (mol/ L) Embora esta equação seja válida para eficiências de 100% e no caso de membranas naturais a eficiência seja bem menor, através de sua utilização é possível ter-se uma primeira aproximação dos efeitos advindos da pressão osmótica no meio. O valor da pressão osmótica relativa devido à diferença de concentração de solutos entre os aquíferos é de cerca de 0,7 MPa. Em metros de coluna de água doce, esta pressão equivale a aproximadamente 70 m (Tabela 9.3). Tabela 9.3 – Cálculo da pressão osmótica no SAA devido ás diferenças de salinidade entre o AS e o SAT. Temperatura Número de íons dissociados (*) Salinidade no SAS Salinidade no SAT Pressão osmótica relativa 40oC = 313,15 K 2 0,5 g/L (0,017 mol/L) 5 g/L (0,17 mo l/L) a 8 g/l (0,27 mol/L) 0,7 MPa (*) considerou-se toda salinidade devido a concentr ações de NaCl, AS – aquífero Solimões, SAT – sistem a aquífero Tikuna Portanto, as grandes diferenças piezométricas, de cerca de 100 m obtidas para a região entre os Arcos de Iquitos e Carauari não devem ser devido ao potencial osmótico, se mantidas as mesmas diferenças de salinidade, e provavelmente para este resultado podem contribuir uma série de fatores (efeitos de confinamento, potencial osmótico, potencial de temperatura, etc). Infelizmente com os dados atualmente disponíveis não foi possível a avaliação efetiva do papel que possivelmente possam desempenhar os efeitos osmóticos na área de estudo. 9.3.6 Calibração do modelo numérico de fluxo O modelo numérico de fluxo foi calibrado a partir de somente dois pontos de observação, os poços surgentes P-A e P-B, localizados na Base Petrolífera de Urucu (Figura 5.10). 157 Os níveis piezométricos destes dois poços foram estimados a partir de dados indiretos de campo, registrados durante a perfuração e amostragem da água de formação. Tais valores representam o nível piezométrico mínimo alcançado pelas águas do SAT nestes pontos. A água de ambos os poços é salobra (capítulo 5) e, em virtude do modelo numérico de fluxo adotado ser um modelo de densidade homogênea (água doce), os níveis obtidos foram corrigidos para a densidade da água doce, conforme apresentado no capítulo 5 (Tabela 5.2 e Anexo F). Sabe-se que os níveis piezométricos atribuídos aos poços utilizados como pontos de calibração são uma aproximação do nível piezométrico real. Contudo, é importante estar ciente de que este é o melhor dado que se encontra disponível atualmente. Outro ponto que deve ser ressaltado em relação a esta questão é que embora o modelo numérico de fluxo seja calibrado em relação a um ponto, ou seja, em relação ao nível piezométrico medido em um ponto, as piezometrias computadas para cada célula do modelo numérico de fluxo não representam a piezometria em um ponto, mas um valor médio para uma área de vários quilômetros quadrados. 9.4 TEMPO DE TRÂNSITO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NO SAA Utilizando-se a equação 9.6, obtida através da Lei de Darcy (Loáiciga, 2004), foram estimados os tempos de trânsito no SAA: iK Lm t d= [9.6] onde: md – porosidade dinâmica do aquífero [adimensional] m=0,20; L – distância entre o ponto de recarga e o de descarga [L]; i – gradiente hidráulico [adimensional]; K – condutividade hidráulica do meio [L/T]. 158 9.4.1 Tempo de trânsito no SAT Realizando os cálculos para a obtenção dos tempos de trânsito das águas subterrâneas para as sub-bacias Oeste e Leste do sistema aquífero Tikuna (SAT), considerando todos os pontos de recarga e de descarga, os tempos de trânsito no SAT variaram entre aproximadamente 3 Ma e 114 Ma (Tabela 9.4 e Figura 9.5). Os resultados obtidos são dependentes da porosidade estimada, e esta provavelmente deve variar verticalmente, sendo menor a maiores profundidades devido a efeitos de litificação. Os valores obtidos são valores médios. O valor máximo obtido de 114 Ma é similar à idade da formação, de idade cretácea (145 a 65 Ma). O intervalo do tempo de trânsito obtido através do cálculo analítico efetuado é coincidente com o intervalo calculado automaticamente pelo VMFlow, o qual foi calculado sobre as linhas de fluxo obtidas por simulação e levando-se em conta somente processos advectivos. Tabela 9.4 – Cálculo dos tempos de trânsito para o sistema aquífero Tikuna. Percurso da área de recarga à descarga (*) Porosidade dinâmica Variação de cota (m) Distância (km) Condutividade hidráulica (m/d) Tempo de trânsito (Ma) de A para C 0,20 110 425 0,35 3 Ma de B para C 0,20 10 662 0,35 69 Ma de E para D 0,20 143 662 0,35 127 Ma de F para D 0,20 240 1500 0,35 25 Ma de G para D 0,20 140 1722 0,35 20 Ma (*) consultar figura 9.5 159 Figura 9.5 – Pontos de recarga e de descarga do sistema aquífero Tikuna (SAT) e suas áreas de afloramento. 9.4.2 Tempo médio de residência no SAT O tempo médio de residência é a média de todos os tempos de trânsito em todas as trajetórias em um aquífero. Este tempo pode ser estimado através da equação 9.7: R mb.=τ [9.7] onde: b é a espessura do aquífero [L]; m é a porosidade total do aquífero [adimensional]; R é a recarga [L/T]. 160 Aplicando-se a equação 9.5 às sub-bacias do SAT (Tabela 9.5), para a sub- bacia Oeste foi obtido um tempo de residência médio de 7 Ma e para a sub-bacia Leste, 36 Ma. Tabela 9.5 – Cálculo dos tempos de residência médios para o sistema aquífero Tikuna. SUB-BACIA ESPESSURA (m) POROSIDADE RECARGA (m3/a) ÁREA (m 2) TEMPO MÉDIO DE RESIDÊNCIA (Ma) OESTE 750 0,3 1,6x107 5,1x1011 7 LESTE 350 0,3 2,9x106 9,9x1011 36 9.4.3 Tempo de trânsito no aquitardo Utilizando-se a equação 9.4 foi calculado o tempo de residência no aquitardo basal do sistema aquífero Solimões. Para este cálculo estimou-se um gradiente hidráulico médio baseado nos níveis piezométricos da camada subjacente e sobrejacente, uma espessura média do aquitardo, de 250 m, e uma porosidade dinâmica de 0,1. Este cálculo resultou em um tempo de residência da água subterrânea no aquitardo de aproximadamente 43 Ma. Considerando que a sedimentação da Formação Solimões iniciou-se no Terciário (65 a 1,8 Ma), as águas contidas no aquitardo provavelmente devem ser águas conatas, provenientes dos ambientes de sedimentação instalados nesta região durante o Terciário (sistemas fluviais meandrantes e Lago Pebas). Tanto os tempos de trânsito obtidos para SAT (item 9.4.1) como aquele obtido para o aquitardo (item 9.4.2) são tempos muito longos, ainda que sejam somente valores orientativos. Embora não seja possível afirmar se os cálculos automáticos realizados pelo VMFlow estãototalmente corretos e tampouco seja possível precisar os erros associados, através dos cálculos analíticos foi possível estimar que os tempos mínimos de trânsito no SAT devem ser de aproximadamente 3 Ma e que o tempo médio de residência neste sistema aquífero deve variar entre 7 e 36 Ma, localizando os mesmos dentro do intervalo de tempo estimado também pelo VMFlow. Outros grandes sistemas aquíferos mundiais também apresentam tempos de residência da mesma ordem de grandeza que os obtidos para o SAT, como o sistema aquífero de Núbia (Egito), onde datações através do 81Kr indicam idades 161 variando entre 0,2 e 1 Ma (Collon et al., 2004), a Grande Bacia Australiana, onde datações através do 36Cl indicam idades entre 0,2 Ma e maiores que 1 Ma (Bentley et al., 1986; Torgersen et al., 1991; Mazor, 1992), e através de 4He indicam idades entre 2 e 10 Ma (Mazor e Bosch, 1990) e o aquífero Milk River, com idades variando entre 0,25 a 2 Ma (Fröhlich et al., 1991). 9.5 HIDROGEOQUÍMICA DO SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA A grande maioria dos dados hidrogeoquímicos disponíveis para o sistema aquífero Tikuna tratam sobre sua salinidade. Consequentemente, este é o único aspecto hidrogeoquímico deste sistema aquífero que pode ser discutido com maior amplitude e profundidade (Figura 9.6). Recentemente obteve-se acesso a um estudo hidrogeológico realizado na Bacia Marañón (Rakiht, 2002), que faz parte da sub-bacia Oeste do SAT, a partir do qual foi possível agregar à tese mais dados de salinidade do SAT. No estudo da Bacia Marañón (Rakhit, 2002) é mencionada a existência de núcleos de salmoura imóveis na região central da Bacia Marañón, distribuídos verticalmente em vários níveis das camadas cretáceas. 162 Figura 9.6 – Dados de salinidade das águas do sistema aquífero Tikuna. 163 Ao Sul da área de descarga da sub-bacia Oeste (Bacias Ucayali e Madre de Dios-Beni), as águas apresentam salinidades inferiores a 1 g/L (Mathalone e Montoya, 1995). Na sub-bacia Leste são conhecidas as salinidades de 3 pontos localizados na Base Petrolífera de Urucu. Nestes pontos as salinidades obtidas são menores do que aquelas da sub-bacia Oeste, classificando suas águas como salobras. Ao que parece as águas do SAT podem estar estratificadas em relação à sua salinidade. Comparando-se os resultados analíticos dos 3 pontos amostrados na área da Base Petrolífera de Urucu (Bacia Solimões) e os cálculos indiretos de perfis de resistência de poços estratigráficos perfurados nesta mesma região através dos quais foram calculadas as salinidades para as águas do topo do sistema aquífero Tikuna, as salinidades destes últimos foram menores, variando entre 1 e 3 g/L, enquanto que as salinidades de suas camadas basais variaram entre 5 e 8 g/L. Atualmente não há dados de ocorrência de águas salinas nesta bacia, embora o mesmo seja possível. 9.6 ORIGEM DAS ÁGUAS DO SISTEMA AQUÍFERO TIKUNA Durante o Cretáceo um mosaico de sistemas deposicionais, variando de fluvial de barras, a Leste, a marinho raso, a Oeste, foi desenvolvido longitudinalmente ao longo da bacia amazônica. Nesta época sua drenagem principal corria em direção ao Oceano Pacífico e, portanto, na região onde atualmente encontram-se os Andes, desenvolviam-se ambientes de interface marinha-continental. No final do Cretáceo, com a abertura do Oceano Atlântico e o deslocamento da Placa Americana para Oeste, iniciou-se o processo de subducção da Placa de Nazca e, consequentemente, o soerguimento da Cordilheira Andina (Figura 9.7). O soerguimento dos Andes iniciou-se no final do Cretáceo (144 – 64 Ma), porém foi notadamente mais intenso durante o Mioceno (11 Ma). A partir de então, a ligação da drenagem da paleo-bacia amazônica com o Oceano Pacífico foi impedida pelos Andes. 164 Figura 9.7 – Choque entre a Placa de Nazca e a Placa Sul-Americana, gerando o soerguimento da Cordilheira dos Andes e o desenvolvimento de processos magmáticos, além do desenvolvimento de novas feições geoestruturais no continente, como o Arco de Iquitos. Períodos transgressivos e regressivos sucederam-se desde o Cretáceo e, provavelmente, as primeiras águas aprisionadas nos depósitos arenosos devem ter tido origem marinha. Processos tectônicos (falhamentos e dobramentos) desagregaram as camadas sedimentares anteriormente depositadas onde atualmente estão os Andes. Com o processo de sedimentação e compactação dos sedimentos cretácicos sobre os depósitos jurássicos, triássicos e palezóicos provavelmente houve a expulsão de águas conatas destes sedimentos. Esta migração das águas conatas para níveis mais rasos pode ter gerado alguma dissolução dos depósitos evaporíticos incrementando sua salinidade. Estes fluidos, migrando para camadas mais rasas, encontraram os arenitos cretáceos e podem ter ficado aí armazenados. Na Bacia Solimões as salinidades das águas do SAT conhecidas são menores do que as das bacias subandinas (Figura 9.6). Nesta bacia, anteriormente à deposição cretácica, ocorreu o evento magmático Penatecaua, no qual extensos e espessos corpos de diabásio foram intrudidos nas sequências palezóicas. É possível que estes corpos de diabásio tenham atuado como barreiras à migração de fluidos provenientes das rochas paleozóicas e eo-mesozóicas para os arenitos cretácicos do SAT, explicando as menores salinidades destas águas. 165 A carga orogênica dos Andes provocou o desenvolvimento do Arco de Iquitos, gerando uma região deprimida entre este Arco e os Andes. Nesta depressão formou-se uma grande região alagada, o Lago Pebas. O Arco de Iquitos funcionou como divisor interno dentro desta extensa região alagada e o Arco de Purus funcionou como seu limite Leste (Figura 9.8). Figura 9.8 – Seção esquemática com as principais feições geoestruturais geradas em função da subducção da Placa de Nazca e soerguimento dos Andes (modificado de DeCelles e Giles, 1996). No final do Jurássico e início do Cretáceo, intensos esforços tectônicos compressivos (Diastrofismo Juruá) causaram o deslocamento das camadas, gerando a Falha do Batã (Serra do Divisor). Ao Oeste deste sistema de falhas, maiores reestruturações e falhamento ocorreram, incluindo a reativação de falhas mais antigas assim como a halocinese, mobilizando os corpos salinos para a direção do eixo das feições anticlinais (Wanderley-Filho et al., 2010). Talvez o diastrofismo Juruá possa ter gerado migrações de fluidos salinos através de falhas e fraturas para níveis mais rasos nas bacias subandinas e na Bacia do Acre. Na bacia Solimões são relacionadas ao diastrofismo Juruá as migrações de petróleo que geraram os principais campos petrolíferos da Bacia Juruá (sub-bacia da Bacia Solimões) (capítulo 4). Os intensos processos tectônicos na borda da zona andina foram responsáveis pela exposição das camadas cretáceas mais profundas nesta região, formando atualmente as principais áreas de recarga do SAT. Outra possível fonte de inserção de águas salinas no SAT pode ter ocorrido através da dissolução de depósitos evaporíticos Terciários formados durante 166 períodos climáticos mais secos ou épocas de regressão marinha, devido à evaporação das águas do Lago Pebas. Segundo alguns autores, este lago recebeu em diversos períodos ou continuamente, contribuições de águas marinhas (Figura 9.9). Desta forma, várias são as possibilidades de origem das águas salinas no SAT: (a) água conatas aprisionadas durante a deposição dos sedimentos cretáceos; (b) migração de fluidos salinos durante a compactação dos sedimentos paleozóicos e eo-mesozóicos; (c) migração de fluidos salinos devido a processos tectônicos de compressão (diastrofismo Juruá); (d) aporte de águas salinas a partir da dissolução de depósitos resultantes da evaporação das águas do Lago Pebas. O que parece mais provável, no entanto,é que várias fontes tenham contribuído em períodos distintos e, portanto, as águas salinas/salobras atualmente encontrados no SAT devem ser o produto da mistura de águas de várias origens e épocas distintas associadas a um sistema de muito longo tempo de renovação. Figura 9.9 – Extensão do Lago Pebas durante o Mioceno e possíveis rotas de entrada de água marinha numeradas de 1 a 6 (Hovikoski et al., 2010). 167 Considerando tais hipóteses suas águas poderiam ser datadas desde o Paleozóico (águas migradas de regiões mais profundas) passando pelo Cretáceo (águas conatas) e chegando até o Terciário (águas do Lago Pebas infiltradas nas camadas cretáceas). Desta forma, mais estudos seriam necessários para a melhor caracterização e datação destas águas. 9.7 SISTEMA DE FLUXO NO SAT Utilizando-se o conceito de sistemas de fluxo de água subterrânea hierarquicamente acoplados de Tóth (Tóth, 1963, 1995; Tóth e Sheng, 1996; Tóth, 2009) e baseando-se no resultado do modelo numérico de fluxo e nos cálculos dos tempos de trânsito realizados, o sistema de fluxo no SAA poderia ser representado conforme a figura 9.10. Nesta observam-se representadas nas duas primeiras camadas que representam o sistema aquífero Solimões: a primeira, o aquífero Solimões e a segunda, o aquitardo basal do SAS. O aquífero Solimões, com relação a sua condição de fluxo geohidráulico, compõe um sistema de mistura exponencial, onde vários pontos de recarga contribuem para a sua recarga global, cujos tempos de trânsito no aquífero Solimões estima-se variar entre alguns meses/anos. A terceira camada do perfil esquemático (figura 9.10) representa o sistema aquífero Tikuna. No domínio do sistema aquífero Tikuna ocorreriam os grandes fluxos regionais e subregionais, de tempos de trânsito de milhões de anos, refletindo a grande distância das áreas de recarga, os longos tempos de trânsito e seu estado de confinamento controlado pelo aquitardo basal do SAS. As águas recarregadas através das camadas mais rasas da sequência cretácea tenderiam a ser descarregadas parcialmente na região da Serra do Divisor, cumprindo um tempo de trânsito mínimo entre 1 e 3 Ma. As águas recarregadas através das camadas cretáceas basais, cujos afloramentos localizam-se nas áreas mais elevadas do bordo do cinturão de falhas, tenderiam a formar o fluxo regional, que irá descarregar no bordo Leste da área de estudo, a cerca de 1600 km de distância da área de recarga, cujos tempos de trânsito devem ser maiores do que 20 Ma. 168 As águas descarregadas na área da Serra do Divisor seriam uma mescla das águas recarregadas no cinturão de falhas e na área da divisória interna de fluxo. Tais águas, doces, seriam misturadas às águas salobras a salinas que compõe o sistema aquífero Tikuna nesta região. Da região do Arco de Iquitos para Leste as águas recarregadas na região do Arco de Iquitos também se misturariam com as águas provavelmente salobras da sub-bacia Leste. No bordo Leste haveria uma grande zona de mistura devido à descarga conjunta das águas do aquífero Solimões e do sistema aquífero Tikuna e à interação com águas superficiais, resultando em águas variando entre doces a medianamente salobras, como as que são descarregadas na região da cidade de Iranduba, localizada próximo à região do Arco de Purus. Em Manaus, provavelmente devido a um possível divisor de águas composto pelos rios Solimões, Negro e Amazonas, formado pela junção dos dois primeiros, estas águas mais salobras não descarregariam nesta região, sendo então encontradas águas predominantemente doces na cidade de Manaus, salvo aquelas mais mineralizadas devido ao contato com depósitos evaporíticos paleozóicos (capítulo 4 e Anexo E). 169 Figura 9.10 – Perfil longitudinal SW-NE mostrando as direções preferenciais de fluxo. Observa-se que na porção Oeste da área os fluxos provenientes das zonas de recarga situadas a SW da área estão representadas por direções perpendiculares ao plano do papel. 170 Além do componente de fluxo horizontal e suas interações descritas acima, no SAT, devido à sua potenciometria, também são gerados fluxos verticais ascendentes, que através do tempo geológico (17 Ma) atravessam as potentes camadas de argilito que compõe predominantemente o aquitardo basal do SAS, misturando-se às águas do aquífero Solimões. 171 10 CONCLUSÕES Neste capítulo será apresentado um resumo dos resultados alcançados, as conclusões da tese e recomendações de linhas de pesquisa futura para preenchimento das lacunas de conhecimento identificadas. A presente tese teve como objetivo a caracterização do sistema aquífero Amazonas (SAA) na área de estudo, enfocando principalmente uma de suas subunidades hidrogeoestratigráficas, o sistema aquífero Tikuna (SAT). A área de estudo englobou a porção Oeste do SAA. Esta porção, que é a região menos povoada da Amazônia, estende-se desde o Arco de Purus até o cinturão de falhas subandinas, abrangendo uma área total de 2,3x106 km2. O SAA faz parte de complexo sistema de fluxo de água que controla vários aspectos sociais e ambientais desta região, ajudando na manutenção do equilíbrio do maior bioma do planeta. Estima-se que a área total do SAA seja de aproximadamente 2,7x106 km2 e que englobe, além da porção estudada, composta pelas bacias brasileiras do Acre e Solimões e pelas bacias subandinas Marañón e Ucayali (Peru), Madre de Dios/Beni (Bolívia), Oriente (Equador) e Putumayo (Colômbia), outra bacia brasileira, a Bacia do Amazonas. A área efetiva do SAA na porção estudada é de 2,0x106 km2 e possui os seguintes limites hidrogeológicos: • a Norte: áreas cratônicas do Escudo das Guianas e a divisória de fluxo situada na região do Alto de Macarena (Colômbia); • a Sul: áreas cratônicas do Escudo Brasileiro e a divisória de fluxo localizada ao norte das bacias Madre de Dios/Beni (Bolívia); • a Oeste: cinturão de falhas subandinas; • a Leste: o limite deposicional das camadas do sistema aquífero Solimões. Na porção estudada o SAA é composto por duas subunidades aquíferas: o sistema aquífero Solimões (SAS) e o sistema aquífero Tikuna (SAT). O SAS é um sistema estratificado, de caráter predominantemente argiloso, composto por camadas argilo-arenosas a francamente argilosas intercaladas com camadas argilo-arenosas a arenosas. Contudo, em suas porções mais rasas, entre 172 0 e 150 m de profundidade, ocorrem predominantemente camadas arenoso- argilosas, em detrimento às camadas argilo-arenosas ou essencialmente argilosas, o que permite a compartimentação deste sistema em um aquífero superior, o aquífero Solimões, e em um aquitardo basal. O aquitardo basal do SAS apresenta espessuras médias de cerca de 250 m, e funciona como camada confinante do SAT, subjacente. O SAT também é um sistema aquífero estratificado, composto por intercalações de camadas de arenito e argilito. Contudo, neste sistema predominam camadas essencialmente arenosas. Sua espessura média é de cerca de 350 m e possui uma área total de aproximadamente 1,5x106 km2. O SAT e o SAS compartilham os mesmos bordos hidrogeológicos a Oeste e Leste da área de estudo. Entretanto, a Norte e a Sul os bordos do SAT são definidos por seus limites deposicionais em subsuperfície, os quais são totalmente recobertos pelas camadas do SAS, que se prolongam, recobrindo parte dos bordos cratônicos. Uma divisória interna parcial de fluxo, em forma de semicírculo, que se estende de Noroeste a Sudoeste e que coincide relativamente bem com o traçado do Arco de Iquitos, divide o SAT em duas sub-bacias: uma menor, de cerca de 5,0x105 km2, a Oeste, e outra, maior, de cerca de 1,0x106 km2, a Leste. Na sub-bacia SAT-Oeste o fluxo converge em direção à Serra do Divisor, localizada a Sul desta sub-bacia. A Serra do Divisor éuma região de descarga parcial desta porção do SAT, que tem suas áreas de recarga localizadas no bordo do cinturão de falhas subandinas, a Oeste. Na sub-bacia SAT-Leste o fluxo preferencial é Oeste-Leste, com recargas provenientes dos extremos Noroeste e Sudoeste do cinturão de falhas subandinas. Sua zona de descarga está localizada no bordo Leste da área de estudo. Em virtude da grande altitude das áreas de recarga do SAT, entre cerca de 1500m e 500m de altitude, e do confinamento de suas camadas, este apresenta níveis piezométricos mais elevados do que os do aquífero Solimões, gerando um potencial fluxo vertical ascendente e, consequentemente, surgências expressivas em seus poços. A diferença entre a piezometria do SAT e a do aquífero Solimões chega a alcançar cerca de 100 m na região entre os Arcos de Iquitos e de Carauari, provavelmente resultado do grande confinamento imposto pelo aquitardo. 173 O aquífero Solimões é um aquífero essencialmente livre que mantém grande conexão com o sistema hídrico superficial. Regionalmente possui direção de fluxo Oeste-Leste. A densa rede de drenagem existente na região gera uma grande dificuldade de representação da interação do aquífero Solimões com o sistema hídrico superficial em modelos numéricos regionais. A densa rede de drenagem requer a utilização de elementos (células ou triângulos) muito pequenos, compatíveis com a representação da mesma, o que leva a restrições do ponto de vista computacional. Além disso, ainda não existe uma cartografia hidrográfica de detalhe para a região. O aquífero Solimões apresenta condutividades hidráulicas variando em um amplo espectro de valores (2,5x10-4 e 16 m/d), o que reflete as variabilidades locais às quais pode estar submetido. O SAT, no entanto, possui condutividades hidráulicas variando entre 0,01 e 0,8 m/d, indicando maior homogeneidade com relação a seus parâmetros hidráulicos. Suas porosidades variam entre 10 e 25%, portanto são boas rochas armazenadoras. Através do modelo numérico de fluxo elaborado foram estimadas condutividades hidráulicas para este sistema aquífero de 0,35 m/d. Os parâmetros hidráulicos constituem-se em uma fonte de incertezas do modelo numérico elaborado e, certamente, na medida em que novos dados forem incorporados, os resultados do modelo numérico irão ganhar em confiabilidade. As águas do SAT apresentam variados graus de salinidade. Na sub-bacia SAT Oeste, as águas são doces nas proximidades das áreas de recarga e salobras a salinas, nas regiões mais centrais da bacia podendo, inclusive, chegar a formar salmouras (200 g/L). Na sub-bacia SAT Leste, na região da Base Petrolífera de Urucu, encontram-se águas salobras com variados graus de salinidade entre o topo (1-3g/L) e a base (3 – 8g/L) do SAT. Em virtude desta variabilidade, provavelmente estas águas encontrem-se estratificadas. A salinidade das águas do SAT deve ser resultante de vários processos ocorridos ao longo do tempo geológico, como a aprisionamento de águas conatas de ambiente marinho, a migração de fluidos de camadas mais profundas e a dissolução de camadas evaporíticas. Devido aos escassos dados hidrogeoquímicos disponíveis sobre o SAS, poucas conclusões podem ser realizadas sobre sua hidrogeoquímica em termos regionais. Contudo, pode-se deduzir que suas águas devem ser doces, uma vez que 174 várias pequenas localidades da região Amazônica utilizam poços rasos para abastecimento humano. As recargas estimadas para o SAT são da ordem de 18 km3/a. Ainda que os dados obtidos sejam uma aproximação inicial com limitações, em virtude das condições de contorno definidas para a camada do aquífero Solimões, os valores de recarga obtidos para este sistema aquífero são da mesma ordem de grandeza dos obtidos para outros grandes sistemas aquíferos como o de Núbia, do Noroeste do Saara e das Altas Planícies (Tabela 2.2). Em virtude da magnitude do SAT e das pequenas recargas estimadas, as águas deste sistema aquífero apresentam um longo tempo de trânsito, estimado entre 1 Ma a algumas dezenas de milhões de anos, podendo chegar até uma centena de milhões de anos. O sistema de fluxo do SAA, obtido como resultado do modelo numérico elaborado, parece reproduzir de modo bastante fiel a dinâmica em suas subunidades aquíferas. Chega-se a esta conclusão em função de alguns resultados que inicialmente geraram dúvidas sobre a adequação do modelo final e que, posteriormente, foram comprovados por dados diretos e indiretos de campo e por resultados de outros estudos, aos quais somente se obteve acesso posteriormente à finalização das simulações e calibração do modelo numérico de fluxo. Desta forma, não obstante às limitações do modelo numérico de fluxo elaborado, o mesmo consegue reproduzir os fluxos de água no SAA e permite identificar as principais estruturas controladoras de fluxo na área. De acordo com os resultados obtidos, estimam-se vazões para o SAA (bordo Leste da área) de aproximadamente 7,5x103 m3/d e reservas totais máximas da ordem de 2,0x1014 m3. Tais reservas são maiores do que as reservas de alguns dos grandes sistemas aquíferos mundiais como o de Núbia (7,5x1010 m3) o do Norte do Saara (6,0x1010m3) e o da Grande Bacia Artesiana (2,0x1010 m3). Conclui-se, desta forma, que o objetivo principal da tese foi alcançado, tendo sido possível realizar a caracterização do SAA e do SAT na área de estudo. Durante o desenvolvimento da tese, na fase de integração de dados, foi identificada a grande necessidade de realização de estudos hidrogeológicos com aquisição dos principais parâmetros hidráulicos dos aquíferos (condutividade hidráulica e porosidade) da região. 175 Estudos de caráter hidrometeorológicos regionais também são essenciais para servir de base a estudos hidrogeológicos mais detalhados e completos com relação à taxa de recarga ao longo do SAA. Neste ponto, o uso de ferramentas de sensoriamento remoto e a disponibilização de dados já processados seria de grande utilidade. A aquisição de dados de hidrogeoquímicos tanto do aquífero Solimões como do SAT poderiam ajudar grandemente na melhoria do modelo conceitual de fluxo proposto. 176 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aguiar, C.J.B., Horbe, M.A., R. Filho, S.F., Lopes, E.S., Moura, U.F., Andrade, N.M. y Diógenes, H.S., 2002. Carta hidrogeológica da cidade de Manaus, CPRM-AM, Relatório Interno, 1- 4. Al-Gamal, S., 2010. Recharge mechanism to North-Western Sahara aquifer system (NWSAS) Using Environmental Isotopes. Geophysical Research Abstracts Vol. 12, EGU2010-12668, EGU General Assembly 2010. Alker, M., 2007. The Nubian Sandstone Aquifer System. A case study for the research project: Transboundary groundwater management in Africa. German Development Institute. Almeida, F.F.M., 1967.Origem e evolução da Plataforma Brasileira, Rio de Janeiro, DNPM/DGM, Boletim, no. 241. 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A quífero S olim ões A quitardo S equência T erciária S equência C retácea S equência C retácea D iabásio S istem a aquífero T ikuna S istem a aquífero T ikuna 209 Perfil composto do poço da Bacia Solimões. A quífero S olim ões A quitardo S equência T erciária S eq. C retácea S equência C retácea D iabásio S ist. A quíf. T ikuna S istem a aquífero T ikuna 210 Perfil composto de poço da Bacia do Acre. Legenda: Arenito Argilito Folhelho Embasamento A quífero S olim ões A quitardo S equência T erciária S equência C retácea S istem a aquífero T ikuna 211 Perfil litológico de poço na Bacia do Acre. Legenda: argilito arenito calcilutito calcarenito anidrita siltito granito conglomerado folhelho A quitardo S equência T erciária S eq. C retácea S equência C retácea S equência P aleozóica S ist. A quíf. T ikuna S istem a aquífero T ikuna 212 ANEXO C Algunas das seções sísmicas utilizadas na tese. 213 Localização das linhas sísmicas utilizadas na tese (Mosmann et al., 1986). Linha sísmica com estrutura de deformação compressiva (Mosmann et al., 1986). 214 Linha sísmica com estrutura compressiva afetando as camadas paleozóicas e as rochas ígneas mesozóicas (sill de diabasa) (Mosmann et al., 1986). Linha sísmica com estruturas tectônicas afetado as camadas paleozóicas (Mosmann et al., 1986). 215 Localização de linhas sísmicas de reflexão na Bacia Solimões (Pietrobon, 2006). Linha sísmica interpretada – linha 391 (Pietrobon, 2006). As estruturas tectônicas afetam as camadas Paleozóicas, porém não as camadas cretáceas e terciárias. 216 Linha sísmica interpretada – linha 392 (Pietrobon, 2006). As estruturas tectônicas afetam as camadas Paleozóicas, porém não as camadas cretáceas e terciárias. Linha sísmica interpretada – linha 393 (Pietrobon, 2006). As estruturas tectônicas afetam as camadas Paleozóicas, porém não as camadas cretáceas e terciárias. 217 Linha sísmica interpretada – linha 395 (Pietrobon, 2006). As estruturas tectônicas afetam as camadas Paleozóicas, porém não as camadas cretáceas e terciárias. 218 ANEXO D Resultados de análises químicas das águas do aquífero Solimões 219 Tabela D.1 – Resultados analíticos das amostras de água do aquífero Solimões analisadas. Erro (%) = 200*(rCat-rAn)/(rCat+rAn) 220 Figura D.1 - Mapa de situação dos poços onde foram coletadas as amostras de água analisadas. 221 ANEXO E Estado da arte: Aquífero Alter do Chão. 222 O aquífero Alter do Chão aflora nas imediações do Arco de Purus e estende- se, a Leste, por toda a Bacia Amazonas, até o Arco de Gurupá (Figura 1.1). Embora este aquífero encontre-se fora dos limites da área de estudo, para efeitos de comparação e conhecimento, o mesmo foi estudado. Um resumo deste conhecimento será apresentado nesta seção. A maioria dos estudos publicados sobre o sistema aquífero Alter do Chão enfocou principalmente as cidades de Manaus (AM) e Santarém (PA) (Figura 1.1). Em Manaus o abastecimento por água subterrânea representa 25% do total de água distribuída na cidade e no Estado do Pará, a água subterrânea é utilizada em 79,4% das áreas com abastecimento de água. Convém ressaltar que o abastecimento público de água é precário na maior parte destes Estados. Segundo Aguiar et al. (2002), o aquífero Alter do Chão na cidade de Manaus é predominante arenoso, composto por quatro fácies sedimentares (Figura E.1): argilosa, areno-argilosa, arenosa e “arenito Manaus”. O “arenito Manaus” é uma denominação local para níveis arenosos cimentados por sílica e que algumas vezes funciona como nível confinante (Souza e Verma, 2006). Estas fácies sedimentares ocorrem em camadas horizontais a semi- horizontais ou como lentes e comumente apresentam-se falhadas (Aguiar et al., 2002). No trabalho de Souza e Verma (2006), baseado essencialmente em dados geofísicos, tais como: sondagens elétricas verticais (SEV) e perfis geofísicos de poços (perfil gamma natural - GR, potencial espontâneo - SP e resistência elétrica - RE) e realizado na mesma região estudada por Aguiar et al.(2002), foram obtidos resultados semelhantes aos de Aguiar et al. (2002). Nos perfis litoestratigráficos elaborados por Souza e Verma (2006) a partir de interpretações geofísicas são observados corpos arenosos, areno-argilosos e argilosos lenticulares, interdigitados (Figura E.2). Neste mesmo estudo, os autores estimam, a partir de amostras de calha, espessuras entre 20 e 200m para as camadas do “arenito Manaus”. O nível freático em Manaus encontra-se próximo à superfície chegando inclusive a aflorar, como ocorre no Bairro de Santa Etelvina (Souza e Verma, 2006; Silva e Silva, 2007) (Figura E.1). 223 Figura E.1 – Seção geológica do sistema aquífero Alter do Chão na cidade de Manaus (Aguiar et al., 2002). Na maior parte dos trabalhos realizados em Manaus são identificados aquíferos do tipo livre, porém há alguns registros de confinamento, provavelmente por camadas argilosas ou pelo “arenito Manaus” (Silva e Silva, 2007; Vasconcelos, 2006). Segundo Rebouças (1997), poços localizados no aquífero Alter do Chão produzem vazões entre 240 e 9600 m3/d. Na região de Santarém (PA), foram obtidos os seguintes dados para o aquífero Alter do Chão: capacidades específicas variando entre 29 e 185 m3/d/m (valor médio de 86 m3/d/m), coeficiente de armazenamento entre 3,3x10-4 e 4,1x10-4 e condutividades hidráulicas entre 4,6 e 18,8 m/d (Tancredi, 1996). No SIAGAS (02/05/2010) foram encontrados registros de 3653 poços capitando do aquífero Alter do Chão. Estes poços estão distribuídos geograficamente da seguinte forma: 3174 poços no Estado do Amazonas e 480 no Estado do Pará (Figura E.3). Na cidade de Manaus as águas são predominantemente cloretadas sódico- potássicas e, menos frequentemente, podem apresentar característica A A’ Santa Etelvina Mapa esquemático de Manaus 27 km (a) 224 bicarbonatada-cloretada sódico-potássica. O enriquecimento destas águas em potássio é interpretado por alguns autores como resultado do intemperismo de argilominerais e a consequente formação de caulinita. Esta hipótese parece ser válida, devido ao elevado percentual de caulinita dentre os argilominerais mais comuns nesta Formação e também aos depósitos de caulim associados à Formação Alter do Chão explorados próximo à cidade de Manaus (Molinari et al., 2009). A temperatura das águas do aquíferoAlter do Chão varia entre 27 e 30oC, com mediana de 28,5oC; o pH destas águas está entre 4,1 e 6,8, com mediana de 5 e suas condutividades elétricas oscilam entre 11 e 117 µS/cm, com mediana de 31 µS/cm (Tabela E.1). Com relação às condutividades elétricas destas águas, na cidade de Iranduba foram obtidos valores mais elevados do que os observados em Manaus, variando entre 150 e 1900 µS/cm (Silva e Silva, 2007; Andrade et al., 2004) (Tabela E.2). Estes valores mais elevados foram interpretados por alguns autores como resultado de contaminação, porém estes não chegaram a identificar a forma de contaminação e nem os contaminantes envolvidos. O limite inferior do sistema aquífero Alter do Chão é formado por evaporitos e carbonatos da Formação Nova Olinda, e a salinidade mais elevada das águas deste aquífero poderia provir da dissolução destas camadas (Souza e Verma, 2006). Outra hipótese para a ocorrência de condutividades elétricas mais elevadas nestas águas é que estas provenham de um ponto de descarga das águas naturalmente mais mineralizadas deste sistema. Nas águas do aquífero Alter do Chão foram observadas concentrações de sílica dissolvida, variando entre 0,8 e 35 mg/L, com mediana de 8,8 mg/L (Silva, 2000; Vasconcelos, 2006; Silva e Silva, 2007), valor muito inferior ao observado nas águas do sistema aquífero Solimões que possui mediana de 40 mg/L na região da Base Petrolífera de Urucu. 225 Figura E.2 – Seções geológicas baseadas em dados geofísicos de superfície (SEV), perfis geofísicos de poços e amostras de calha (Souza e Verma, 2006). 226 Figura E.3 – Localização dos poços que captam do sistema aquífero Alter do Chão. Em alguns trabalhos são observados valores relativamente mais elevados de nitratos para as águas do aquífero Alter do Chão indicando, provavelmente, processos de contaminação por esgotos (Vasconcelos, 2006) (Tabela E.2). Em termos gerais, as concentrações dos íons maiores nas águas da cidade de Manaus são baixas, tanto para os períodos de chuva como para os períodos secos (Vasconcelos, 2006), indicando que nesta região provavelmente as águas subterrâneas façam parte de um ciclo curto de permanência em subsuperfície. Resumidamente, as águas do sistema aquífero Alter do Chão em Manaus, cidades vizinhas e também em Santarém, uma vez que as mesmas características foram observadas nesta cidade (Tancredi, 1986), são águas ácidas, moles, de caráter bicarbonatado-cloretado potássico-sódico. 227 Tabela E.1 – Compilação dos resultados das análises químicas e físico-químicas das águas subterrâneas do sistema aquífero Alter do Chão na região de Manaus. ND = não detectado Tabela E.2 – Compilacão dos resultados das análises químicas e físico-químicas das águas subterrâneas do sistema aquífero Alter do Chão na cidade de Iranduba. Parâmetros Silva, 2001 (Manaus) Vasconcelos, 2006 (Manaus) Silva e Bonotto, 2006 (Manaus) Silva e Silva, 2007 (Manaus) MEDIANA Temperatura (oC) 27 – 30 _________ 27 – 29 27 – 30 28,5 pH 4,3 – 5,7 5,8 – 6,8 4,1 – 5,4 4,2 – 5,7 5,1 Condutividade elétrica (µS/cm) 11 – 53 13 – 81 (valores “anômalos”: 100 – 256) 15 – 83 11 – 117 31 Dureza total (mg/L) 2,7 – 15,0 3,4 – 9,7 0,4 – 28,0 1,6 – 15,0 4,6 NH4 + (mg/L) <0,1 – 0,2 ND-0,06 0,01 – 0,1 0,1 – 2,5 0,1 NO3 - (mg/L) <0,01 – 0,1 0,5 – 2,7 0,01 – 1,0 0,01 – 0,9 0,07 Cl- (mg/L) 0,9 – 1,3 3,4 – 12,1 0,7 – 3,1 0,9 – 10,8 1,1 SO4 = (mg/L) <0,1 0,3 – 0,6 <1,0 0,1 0,3 HCO3 - (mg/L) 14,0 – 39,7 _________ <0,1 – 3,1 0,8 – 39,7 1,8 K+ (mg/L) 0,1 – 13,4 1,4 – 10,0 0,1 – 13,4 0,1 – 13,4 6,6 Na+ (mg/L) 0,5 – 1,2 3,1 – 12,7 0,5 – 4,5 0,3 – 7,1 1 Ca++ (mg/L) 0,2 – 2,1 _________ 0 – 1,3 0,2 – 1,3 0,7 Mg++ (mg/L) 0,09 – 2,1 _________ 0,01 – 2,8 0,08 – 2,1 0,5 Fe total (mg/L) < 0,005 – 0,4 1,3 – 6,1 0,001 – 0,2 0,005 – 1,0 0,005 Si(OH)4 (mg/L) 4,7 – 9,2 9,7 – 36,5 _________ 0,8 – 8,9 8,8 Parâmetros Silva e Silva, 2007 (Iranduba) MEDIANA Temperatura ( oC) 29 - 30 29,2 pH 5 – 6,3 5,8 Condutividade elétrica ( µS/cm) 32 – 1632 90,8 Dureza total (mg/L) _______ _______ NH4 + (mg/L) 0,1 0,1 NO3 - (mg/L) 0,2 – 6,8 3,4 Cl- (mg/L) 0,5 – 581,6 12,1 SO4 = (mg/L) 1,0 – 22,1 1,0 HCO3 - (mg/L) 1,2 – 30,5 2,4 K+ (mg/L) 0,3 – 110,0 15,4 Na+ (mg/L) 0,8 – 110,0 4.3 Ca++ (mg/L) 0,02 – 36,8 0,2 Mg++ (mg/L) 0,02 – 77,7 5,1 Fe total (mg/L) 0,07 – 1,0 0,23 Si(OH)4 (mg/L) 5,1 – 13,6 12.1 228 ANEXO F Desenvolvimento numérico para cálculo de transmissividades e condutividades hidráulicas do sistema aquífero Tikuna a partir dos resultados dos ensaios de injeção realizados para os poços P-A, B, C, D, E, F e G – Base Petrolífera de Urucu, Bacia Solimões. 229 F.1 – O ensaio de injeção O procedimento utilizado no ensaio de injeção foi o de injetar um fluido no poço durante um curto período (entre 1,30 minutos e 45 minutos), sendo utilizadas pressões de injeção entre 100 e 200 psi (6,8 e 13,6 atm). No caso do poço P-C, não foi necessária a aplicação de pressão, sendo suficiente a própria coluna de fluido injetado para realizar a injeção. Os fluidos utilizados nestes ensaios foram a água dos próprios poços, no caso dos poços surgentes, ou o fluido utilizado durante a fase de revestimento (fluido de preenchimento do poço para estabilização de suas paredes durante o revestimento do mesmo), no caso dos poços não-surgentes ou nos quais a surgência não foi induzida. F.2 – Cálculo dos parâmetros hidráulicos A partir dos resultados dos ensaios de injeção (Tabela F.1) e das análises químicas das amostras das águas de formação (Tabela F.2) foram calculadas as transmissividades e condutividades hidráulicas para cada poço através da fórmula de Thiem (Equação F.1) para aquíferos confinados em regime estacionário. =∆ T Q r R Lnh p o π2 [F.1] onde: ∆∆∆∆h = variação do nível piezométrico (m) Ro = raio de influência do poço (m). Foi considerado o v alor de 1500m. rp = raio do poço (m). Os poços utilizados medem 7” de d iâmetro (r p = 0,0889 m). Q = vazão de injeção (m 3/d). T = transmissividade (m 2/d). O nível piezométrico dos poços foi determinado a partir das pressões medidas e convertidas em metros de coluna de água (Equação F.2). 230 a Pi a ai hazh γγ γγ +−+=∆ )( [F.2] onde: z – cota da seção de filtro (m). ha – cota do nível potenciométrico de surgência (m). γa - peso específico da água de formação (kgm-2s-2). γa - peso específico do fluido injetado (kgm-2s-2). Como neste sistema aquífero, na região estudada, os níveis profundos apresentam águas salobras e as temperaturas são maiores que as de superfície, foi necessário corrigir os valores dos pesos específicos dos fluidos neste sistema para suas condições originais. Desta forma, calculou-se estes valores corrigidos segundo as concentrações de sais dissolvidos e as temperaturas do meio (Tabela F.3), utilizando-se a equação de Thiesen-Scheel-Diesselhorst (Cutcheon, 1992) (Equação F.3). ρos (kg/m3) = ρo + AS + BS3/2 + CS2 [F.3] A = 8.24493x10-1 - 4.0899x10-3T + 7.6438x10-5T2 - 8.2467x10-7 T3 + 5.3675x10-9T4 B = -5.724x10-3 + 1.0227x10-4T - 1.6546x10-6T2 C = 4.8314x10-4 onde: S - salinidade em g/kg T - temperatura em oC ρo – densidade corrigida segundo a concentração de sólidos dissolvidos ρos – densidade corrigida segundo a temperatura e salinidade da água. Uma vez obtidas as densidades corrigidas (Tabela F.3) para as temperaturas nas profundidades correspondentes, foi realizado o cálculo dos parâmetros hidráulicos do meio (Tabela F.4) 231 Tabela F.1– Dados de poços instalados no sistema aquífero Tikuna, região da Base Petrolífera de Urucu. Intervalo de filtro (m) Altura da mesa rotativa (msnm) Pressão medida na cabeça do poço (N/m 2) Vazão de surgência (m 3/d) Gradiente geotérmico (oC/m) Profundidade do poço (m) P- A 186,9 (467,1 – 654m) 65,33 24131,6495 (0,238 atm) 262,176 0,0611 ______ P- B 185,59 (500,4 – 685,9m) 69,87 _____ 152,616 0,0230 711 P- C 197,149 (474,86 – 672m) 69,50 _____ não surgente 0,0270 674 P- D 165,619 (463,40 – 629,01m) 67,83 _____ não surgente 0,0200 659 P- E 175,89 (503,22 – 679,95m) 73,20 _____ não surgente 0,0200 704 P- F 171,979 (489,35 – 661,32m) 67,60 _____ não surgente 0,0242 688 P- G 3339 (502 - 835m) 66,00 _____ não surgente 0,0218 800 232 Tabela F.2 - Características físico-químicas dos fluidos injetados e da água de formação. AR – água produzida durante a surgência, FC – fluido utilizado na fase de revestimento do poço, FP – fluido de perfuração de baixo conteúdo em sólidos. * para os poços onde não foi realizada amostragem da água de formação, os dados de salinidade utilizados nos cálculos foram os dos poços amostrados mais próximos indicados no quadro acima. Fluido Injetado Água de Formação Pressão de injeção (psi) Vazão de injeção (m3/d) Tipo pH Salinidade (mg/L NaCl) Mg++ (mg/L) Ca++ (mg/L) pH Salinidade (mg/L NaCl) Mg++ (mg/L) Ca++ (mg/L) P- A 200 786 AR 8,0 4943 170 __ 6,5 5330 315 200 P- B 100 298 AR 7,0 7057 162 219 7,1 6140 194 200 P- C 0 272 FC __ 1215 __ __ __ 1IMT1* __ __ P- D 200 723 FP __ 1215 __ __ __ P-A* __ __ P- E 100 532 FC __ 1215 __ __ __ P-B* __ __ P- F 200 960 FC __ 1215 __ __ __ P-B* __ __ P- G 200 275 FC __ 1215 __ __ __ P-O* __ __ P- O __ __ __ __ __ __ __ 7,0 8250 40 520 233 Tabela F.3 – Densidades e pesos específicos dos fluidos em função das salinidades. (*)g=9.80665m/s2 TEMPERATURA SALINIDADES DENSIDADES PESOS ESPECÍFICOS POÇO (OC) (g/kg) (kg/m3) (N/m3) P-A (água de formação) 61 5.33 987 9676 P-A (fluido injetado) 30 4.94 999 9800 P-B (água de formação) 40 6.14 997 9773 P-B (fluido injetado) 26 7.06 1002 9827 P-C (água de formação) 42 5.33 995 9761 P-C (fluido injetado) 26 1.22 998 9784 P-D (água de formação) 39 5.33 997 9773 P-D (fluido injetado) 26 1.22 998 9784 P-E (água de formação) 40 6.14 997 9777 P-E (fluido injetado) 26 1.22 998 9784 P-F (água de formação) 40 6.14 997 9773 P-F (fluido injetado) 26 1.22 998 9784 P-O (água de formação) 39 8.25 999 9794 P-O (fluido injetado) NÃO HÁ DATOS P-G (água de formação) 41 8.25 998 9785 P-G (fluido injetado) 26 1.22 998 9784 P-H (água de formação) NÃO HÁ DATOS P-H (fluido injetado) NÃO HÁ DATOS 234 Tabela F.4 – Cálculo das transmissividades e condutividades hidráulicas do sistema aquífero Tikuna. COTA ha PROFUNDIDADE PESO ESPECÍFICO ÁGUA FORMAÇÃO COMPRIMENTO DO TUBO DE INJEÇÃO PESO ESPECÍFICO FLUIDO INJETADO PRESSÃO DE INJEÇÃO PRESSÃO TOTAL INJEÇÃO VAZÃO DE INJEÇÃO T b K POÇO (msnm) (m) (kgm-2s-2) (m) (kgm-2s-2) (N/m2) (m) (m3/d) (m2/d) (m) (m/d) P-A 65.33 -500.3 9676.0 565.58 9800.4 1378951 149.7844359 787 8.1 186.9 0.044 P-B 69.87 -528.3 9773.4 593.15 9827.3 689476 73.8427894 298 6.2 185.5 0.034 P-C 64.7 -508.7 9760.9 573.43 9784.4 0 1.378646619 273 306.2 197.1 1.553 P-D 62.8 -483.4 9772.5 550.91 9784.4 1378951 141.7688677 723 7.9 165.6 0.048 P-E 68.2 -523.4 9776.7 596.59 9784.4 689476 70.98755754 532 11.6 175.8 0.066 P-F 62.6 -512.7 9773.4 580.34 9784.4 1378951 141.7380601 960 10.5 172.00 0.061 P-O (NÃO FOI RELIZADO ENSAIO DE INJETIVIDADE) P-G 66 -668.5 9785.5 668.5 9784.4 1378951 140.8373236 275 3.0 333 0.009 P-H (NÃO FOI RELIZADO ENSAIO DE INJETIVIDADE) 235 ANEXO G Cálculo das salinidades através do Método de Archie 236 Através dos perfis de resistividade elétrica dos furos estratigráficos STG-01 e STG-02 (Figuras 5.9 e 5.10) utilizando-se o método de Archie, foram calculadas as salinidades para as camadas do topo do sistema aquífero Tikuna. Segundo o método de Archie, a resistividade do fluido da formação pode ser calculada em função da porosidade e da resistividade da formação medida através do perfil de resistividade de poço (Equação G.1). a n RR m tw = [G.1] onde: Rw = resistividade da água (Ohmm) Rt = resistividade determinada pelo perfil de resistividade (Ohmm) n = porosidade total m = expoente de cimentação (m=2) a = 1 (fator empírico) Esta relação é uma relação empírica, onde o fator m é 2 para uma formação arenosa não-cimentada e a vale 1. Através dos valores obtidos de resistividade da água (Tabela G.1), foi possível estimar o valor das salinidades através do gráfico (Figura G.1). Análises de sensibilidade dos resultados obtidos em função das porosidades estimadas para a formação são apresentadas nas figuras G.2 e G.3. Estima-se que as porosidades do sistema aquífero Tikuna devem variar entre 25 e 30%. Tabela G.1 – Resistividades da água de formação (Rw) calculada através do método de Archie. POÇO PROFUNDIDADE (m) TEMPERATURA (oC) m Rt (Ohmm) Rw (Ohmm) POROSIDADE TOTAL SALINIDADE (ppm NaCl) STG-01 300 32 2 24 2.16 0,25 a 0,35 3400 a 1500 STG-02 315 32.3 2 37 3.33 0,25 a 0,35 1000 a 2000 237 Figura G.1 – Gráfico de correlação de resistividade da água de formação e concentrações de NaCl na solução. (http://www.pe.tamu.edu/blasingame/data/P663_10B/P663_Schechter_Notes/SP%20Log.PDF) 238 0 4000 8000 12000 16000 20000 24000 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Resistividade (Ohmm) S al in id ad e (p pm N aC l) Figura G.2 – Sensibilidade dos valores de salinidade das águas do sistema aquífero Tikuna no furo estratigráfico STG-01 em função da porosidade. 0 4000 8000 12000 16000 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 Resistividade (Ohmm) S al in id ad e (p pm N aC l) Figura G.3 – Sensibilidade dos valores de salinidade das águas do sistema aquífero Tikuna no furo estratigráfico STG-02 em função da porosidade.
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