The hard rock aquifer in semiarid

analysis of models based on geological-structural data and airborne and terrestrial geophysical methods

Published
2023-05-31
Keywords: Groundwater, Hard rock aquifer, Structural geology, Airborne and terrestrial geophysics, Semiarid. Água subterrânea, Meio fissural, Geologia estrutural, Geofísicas aeroportada e terrestre, Semiárido

    Authors

  • Carlos César Nascimento da Silva Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal-RN, Brasil
  • Walter Eugênio de Medeiros Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal-RN, Brasil
  • Emanuel Ferraz Jardim de Sá Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal-RN, Brasil
  • Maria da Guia Lima Serviço Geológico do Brasil – SGB/CPRM, Natal, RN

Abstract

In a large area of NE Brazil, where the effects of the semi-arid climate and crystalline terrain overlap, hard rock aquifers are the only sources of water, especially in periods of prolonged drought. The traditional location of wells, based on geological-structural, geomorphological and remote sensor product analyses, involves high exploratory risk, resulting in about 30 to 40% of failure. This stems from the difficulty of assessing which are the dominant discontinuities (fracture or foliation), as well as which have higher hydrogeological potential. In this research, data from airborne (electromagnetic and magnetic) and terrestrial (geoelectric) geophysical surveys were integrated, in addition to structural analysis with a neotectonic bias. With the aim of improving the work of well locating, the results obtained demonstrate that the riacho-fenda and eluvial-alluvial trough models commonly coexist, allowing to outline their spatial distributions. In addition, it was possible to identify important geological and geophysical aspects to discriminate in the field which model effectively occurs.

References

ACHARYA, T., NAG, S.K., BASUMALLIK, S. Hydraulic significance of fracture correlated lineaments in precambrian rocks in Purulia district, West Bengal. J Geol Soc India, v. 80, p. 723–730, 2012. https://doi.org/10.1007/s12594-012-0198-5

ALLE, I.C., DESCLOITRES, M., VOUILLAMOZ, J-M., YALO, N., LAWSON, F.M.A., ADIHOU, A.C. Why 1D electrical resistivity techniques can result in inaccurate siting of boreholes in hard rock aquifers and why electrical resistivity tomography must be preferred: the example of Benin, West Africa, Journal of African Earth Sciences, v. 139, p. 341-353, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2017.12.007.

ALMEIDA, F. F. M., HASUI, Y., BRITO NEVES, B. B., FUCK R. A. Províncias Estruturais Brasileiras. In: SIMPÓSIO DE GEOLOGIA DO NORDESTE, 8, 1977. Anais [....]. Recife, PE, SBG, Núcleo Nordeste, 1, 363-392, 1977.

ALMEIDA, F.F.M., HASUI, Y., BRITO NEVES, B.B., FUCK, R.A. Brazilian structural provinces: An introduction, Earth-Science Reviews, v. 17, n. 1–2, p. 1-29, 1981.

ASSUMPÇÃO, M. The regional intraplate stress field in South America. Journal of Geophysical Research, v. 97, p. 11.889-11.903, 1992. https://doi.org/10.1029/91JB01590

ASSUMPÇÃO, M., DIAS, F.L., ZEVALLOS, I., NALIBOFF, J. Intraplate stress field in South America from earthquake focal mechanisms. Journal of South American Earth Sciences, v. 71, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2016.07.005

BEZERRA, F.M., NASCIMENTO, G.I.L.A., OLIVEIRA JÚNIOR, J.A.S., SILVA, J.L.A., CANEL, L.X.C., CALADO, L.O., BARREIROS, M.F.C.S., BRAGA, M.S., SISTÊLOS, M.G.C.M., BEZERRA, M.J.G., SOUTO, M.L.P., SOUZA, P.A., SILVA, V.U.F. Delimitação do semiárido 2021. Relatório Final. SUDENE, Recife, PE, 2021. https://www.gov.br/sudene/pt-br/centrais-de-conteudo/8-relatoriometodologia_semiarido2021_v9_versaodefinitiva__1_.pdf/view. Acesso em: 09 set. 2022.

BRITO NEVES, B.B. DE. O Mapa Geológico do Nordeste Oriental do Brasil, Escala 1/1.000.000. Tese (Livre Docência em Geologia Estrutural) - Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1983. https://doi.org/10.11606/T.44.2013.tde-30102013-131731

CASSIDY, R. COMTE, J., NITSCHE, J. WILSON, C.E., FLYNN, R., OFTERDINGER, U. Combining multi-scale geophysical techniques for robust hydro-structural characterization in catchments underlain by hard rock in post-glacial regions. Journal of Hydrology, 517:715-731, 2014. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.06.004

CHANDRA, S., AUKEN, E., MAURYA, P.K., AHMED, S., VERMA, S.K. Large Scale Mapping of Fractures and Groundwater Pathways in Crystalline Hardrock By AEM. Scientific Reports 9: 2019. https://doi.org/10.1038/s41598-018-36153-1

COURTOIS, N., LACHASSAGNE, P., WYNS, R., BLANCHIN, R., BOUGAÏRÉ, F., SOMÉ, S., TAPSOBA, A. Large‐Scale Mapping of Hard‐Rock Aquifer Properties Applied to Burkina Faso. Ground water, v. 48, p. 269-83, 2010. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2009.00620.x

CPRM. Projeto aerogeofísico água subterrânea no nordeste do Brasil: blocos Juá (CE), Samambaia (PE) e Serrinha (RN): relatório final do levantamento e processamento dos dados magnetométricos e eletromagnetométricos e seleção das anomalias eletromagnéticas. Rio de Janeiro: Lasa Engenharia e Prospecções. Volume 1, Texto Técnico, 2001. 82 p. Disponível em: https://rigeo.cprm.gov.br/handle/doc/21693. Acesso em 2022-09-09

DANTAS, E.P. Gravimetria e sensoriamento remoto: uma aplicação ao estudo da tectônica recente entre Macau e São Bento do Norte (RN). M. Sc. Thesis, Pós-Grad. Geodinâmica e Geofísica, UFRN, Natal, 97p, 1998. disponível em http://rigeo.cprm.gov.br/jspui/bitstream/doc/370/1/diss_eugeniodantas.pdf. Acesso em: 09 set. 2022.

DANTAS, E.L., HACKSPACHER, P.C., VAN SCHMUS, W. R., BRITO NEVES, B.B. Archean Accretion in the São José do Campestre Massif, Borborema Province, Northeast Brazil. Rev. Bras. Geoc., v. 28, n. 2, p. 221-228, 1998. https://doi.org/10.25249/0375-7536.1998221228

DEWANDEL, B., LACHASSAGNE, P., WYNS, R., MARÉCHAL, J.C., KRISHNAMURTHY, N.S. A generalized 3-D geological and hydrogeological conceptual model of granite aquifers controlled by single or multiphase weathering.” Journal of Hydrology, v. 330, p. 260-284, 2006. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2006.03.026

DEYASSA, G., KEBEDE, S., AYENEW, T., KIDANE, T. Crystalline basement aquifers of Ethiopia: their genesis, classification and aquifer properties. Journal of African Earth Sciences, v. 100, p. 191-202, 2014. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2014.06.002.

FERREIRA, J.M., OLIVEIRA, R.T., TAKEYA, M.K. E ASSUMPÇÃO, M. Superposition of local and regional stresses in northeast Brazil: evidence from local mechanisms around the Potiguar marginal basin. Journal of Applied Geophysics, v. 134, p. 341-355, 1998. https://doi.org/10.1046/j.1365-246x.1998.00563.x

FRANCÉS, A. P., LUBCZYNSKI, M.W., ROY, J. SANTOS, F.A.M, ARDEKANI, M.R.M. Hydrogeophysics and remote sensing for the design of hydrogeological conceptual models in hard rocks – Sardón catchment (Spain). Journal of Applied Geophysics, v. 110, p. 63-81, 2014. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2014.08.015

GONZÁLEZ, J.A.M., COMTE, J-C., LEGCHENKO, A., OFTERDINGER, U. HEALY, D. Quantification of groundwater storage heterogeneity in weathered/fractured basement rock aquifers using electrical resistivity tomography: Sensitivity and uncertainty associated with petrophysical modelling, Journal of Hydrology, v. 593, 125637, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125637

JARDIM DE SÁ, E.F., MATOS, R.D.M., MORAIS NETO, J.M. SAADI, A., PESSOA NETO, O.C. Epirogenia cenozóica na Província Borborema: síntese e discussão sobre os modelos de deformação associados. In: SIMP. NAC. EST. TECT, 7., 1999. Anais […]. Lençóis, p. 58– 61, 1999.

JARDIM DE SÁ, E.F.; NASCIMENTO DA SILVA, C.C; CORIOLANO, A.C.; MEDEIROS, W.E. de. Conceito de análise estrutural aplicados à hidrogeologia de terrenos cristalinos. In: FEITOSA, A.C, MANOEL FILHO, J., FEITOSA, E.C., DEMETRIO, J.G.A., Hidrogeologia: conceitos e aplicações, Rio de Janeiro, CPRM, 3. ed., p. 97-120, 2008. https://rigeo.cprm.gov.br/handle/doc/14818. Acesso em: 09 set. 2022.

KEAREY, P, BROOKS, M., HILL, I. An introduction to geophysical exploration, 3. ed., Blackwell Science Ltd. Oxford, 272p, 2002.

LACHASSAGNE, P., BENOIT, D., ROBERT W. Review: Hydrogeology of weathered crystalline/hard-rock aquifers—guidelines for the operational survey and management of their groundwater resources. Hydrogeology Journal, v. 29, p. 2561 – 2594, 2021. https://doi.org/10.1007/s10040-021-02339-7

LIMA, M.G. Mapeamento geológico-estrutural na região de Serrinha (RN), para apoio à interpretação de dados aerogeofísicos na pesquisa hidrogeológica. Relatório de Graduação, UFRN/CCET/DG, 81p, 2002.

MATOS, R.M.D. The northeast brazilian rift system. Tectonics, v. 11, n. 4, p. 766-791, 1992. https://doi.org/10.1029/91TC03092

MAURICE, Y., E LIMA, E. DE A. M. O projeto água subterrânea no nordeste do brasil (PROASNE-Brasil) traz tecnologias inovadoras para ajudar ao desenvolvimento dos recursos hídricos do Nordeste. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS, 12., 2022. Anais [...], Florianópolis, SC, 10p, 2002. Disponível em:

https://aguassubterraneas.abas.org/asubterraneas/article/view/22820. Acesso em: 14 set. 2022.

MAURICE L, TAYLOR R.G., TINDIMUGAYA C, MACDONALD A.M., JOHNSON P., KAPONDA A., OWOR M., SANGA H., BONSOR H.C., DARLING W.G., GOODDY D. Characteristics of high-intensity

groundwater abstractions from weathered crystalline bedrock aquifers in East Africa. Hydrogeol J. v. 27, n. 459, 2018. https://doi.org/10.1007/s10040-018-1836-9

MEDEIROS, W. E. de. Eletro-resistividade aplicada à hidrogeologia do cristalino: um problema de modelamento bidimensional. Dissertação de Mestrado, UFBA/PPPG, 162p, 1987. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1990.tb01707.x

MEDEIROS, W. E. de; LIMA, O.A.L. de. A geoelectrical investigation for ground water in crystalline terrains of Central Bahia, Brazil: Ground Water, 28: 518-523, 1990, https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1990.tb01707.x

MEDEIROS, W.E. de; LIMA, O.A.L. de. Origem do potencial elétrico espontâneo em rochas cristalinas fraturadas e sua utilização na locação de poços. Brazilian Journal of Geophysics, [S.l.], v. 17, n. 2 e 3, p. 103-116, 1999. https://doi.org/10.1590/S0102-261X1999000200001

MOORE, D.L., STEWART, M.T. Geophysical signatures of fracture traces in a karst aquifer (Florida, U.S.A.), Journal of Hydrology, v. 61, n. 1–3, p. 325-340, 1983.htps://doi.org/10.1016/0022-1694(83)90256-1

NASCIMENTO DA SILVA, C.C., MEDEIROS, W.E. DE, JARDIM DE SÁ, E.F. XAVIER NETO, P. Resistivity and ground-penetrating radar images of fractures in a crystalline aquifer: a case study in Caiçara farm-NE Brazil. Journal of Applied Geophysics, v. 56, n. 4, p. 295-307, 2004. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2004.08.001

PRABU, P., RAJAGOPALAN, B. Mapping of Lineaments for Groundwater Targeting and Sustainable Water Resource Management in Hard Rock Hydrogeological Environment Using RS- GIS, In: ZHANG, Y.; RAY, P. (eds.), Climate change and regional/local responses, IntechOpen, London, 2013. https://doi.org/10.5772/55702

RODRIGUES, R. S., SILVA, C.D.A., LISBOA, L.H.D. Locações de poços em ambiente cristalino: da análise estrutural aos dados de eletroresistividade. Estudo de caso nos municípios de São Gonçalo do Amarante e Aratuba, Ceará. Águas Subterrâneas, 2017. https://doi.org/10.14295/ras.v0i0.28788.

SÁ, H.S., ELIS, V.R. Aplicação de imageamento elétrico multi-eletrodos para auxílio na locação de perfuração de poços tubulares – estudo de casos em aquíferos fraturados. Águas Subterrâneas, 2017. https://doi.org/10.14295/ras.v0i0.28738

SANTOS, F.G., PINÉO, T.R.G., MEDEIROS, V.C., SANTANA, J.S., MORAIS, D.M.F., VALE, J.A.R., Wanderley, A.A. Mapa Geológico da Província Borborema. Projeto Geologia e Potencial Mineral da Província Borborema. Escala 1:1.000.000. Recife: SGBCPRM, 1 mapa, 2021. Disponível em: https://rigeo.cprm.gov.br/handle/doc/22508. Acesso em: 09 set. 2022.

SIQUEIRA, L. Contribuição da geologia à pesquisa de água subterrânea no cristalino. Recife: Grupo de Trabalhos em Águas Subterrâneas – GTAS, Departamento de Recursos Naturais, DEN, SUDENE, relatório interno, 1963. 51p.

SILVA, J.A. Estruuras de acumulação de água subterrânea em rochas cristalina: estudo geofísico e geológico de casos no Estado do Rio Grande do Norte. 100p. Dissertação (Mestrado em Geodinâmica e Geofísica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2000. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/18806. Acesso em: 09 set. 2022.

SINGHAL, B.B.S. E GUPTA, R.P. Applied Hydrogeology of Fractured Rocks. second ed., Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2008.

SPIES, B.R., 1989. Depth of Investigation in Electromagnetic Sounding Methods. Geophysics, v. 54, p. 872-888, 2010. https://doi.org/10.1190/1.1442716

SUR, T., ACHARYA, T. Filtering of hydraulically significant lineaments from lineament map of precambrian metamorphic terrain in NE India using set theory, Groundwater for Sustainable Development, v. 11, n. 100469, 2020. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2020.100469

TAYLOR, R.G., SCANLON, B., DÖLL, P., RODELL, M., VAN BEEK, R., WADA, Y., LONGUEVERGNE, L., LEBLANC, M., FAMIGLIETTI, J.S., EDMUNDS, M., KONIKOW, L., GREEN, T.R., CHEN, J., TANIGUCHI, M., BIERKENS, M.F.P., MACDONALD, A., FAN, Y., MAXWELL, R.M., YECHIELI, Y., GURDAK, J.J., ALLEN, D.M., SHAMSUDDUHA, M., HISCOCK, K., YEH, P.-J.-F., HOLMAN, I., TREIDEL. Ground water and climate change. Nature Climate Change, v. 3, p. 322–329, 2013. https://doi.org/10.1038/nclimate1744

How to Cite
Nascimento da Silva, C. C., Medeiros, W. E. de, Jardim de Sá, E. F., & Lima, M. da G. (2023). The hard rock aquifer in semiarid: analysis of models based on geological-structural data and airborne and terrestrial geophysical methods. Águas Subterrâneas, 37(2), e–30197. https://doi.org/10.14295/ras.v37i2.30197