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Title: Levantamento GPR e geoelétrico para a caracterização 3D de feições cársticas do tipo paleocavernas colapsadas na borda Oeste da bacia potiguar (RN/CE)
Authors: Reis Júnior, João Andrade dos
Keywords: Paleocavernas Colapsadas;GPR;Eletrorresistividade;Atributos matemáticos;Geometria 3D;Formação Jandaíra;Bacia Potiguar
Issue Date: 25-Feb-2014
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: JÚNIOR, João Andrade dos Reis Júnior. Levantamento GPR e geolétrico para a caracterização 3D de feições cársticas do tipo paleocavernas colapsadas na borda oeste da bacia potiguar (RN/CE). 2014. 108f. Tese (Doutorado em Geodinâmica e Geofísica) - Centro de Ciências Exatas e da Terra. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
Portuguese Abstract: Nesta tese são apresentados os resultados da aplicação do método Ground Penetrating Radar (GPR) conjuntamente com o Método da Eletrorresistividade em um afloramento localizado na borda oeste da Bacia Potiguar, próximo à escarpa da bacia, NE do Brasil. No referido afloramento, ocorre um sistema de paleocavernas colapsadas, as quais encontram-se parcialmente expostas em um corte de estrada. A finalidade desta pesquisa consistiu em avaliar o desempenho e a confiabilidade dos métodos geofísicos supracitados em imagear feições cársticas com geometrias tão complexas, como as encontradas em paleocavernas colapsadas. Para tanto, foram feitas adequações metodológicas na aquisição, processamento e visualização dos dados geofísicos. Os resultados obtidos são apresentados na forma de seções geofísicas e blocos volumétricos de GPR e resistividade. As propriedades elétricas e petrofísicas das unidades geológicas identificadas na área estudada foram determinadas com base nos dados geofísicos e em medidas de porosidade e permeabilidade de amostras de rochas. As paleocavernas colapsadas foram interpretadas com base na identificação de zonas de elevadas resistividades e refletores GPR de altas amplitudes. As mesmas ocorrem na subsuperfície rasa (zona vadosa) e são preenchidas por tufas, brechas e espeleotemas, cuja porosidade média é da ordem de 35%. Seus contatos laterais com um solo carbonático e rochas hospedeiras são marcados por zonas com resistividades baixas a médias (3-1.250 Ωm) e reflexões GPR de baixas amplitudes a transparentes. As paleocavernas desenvolveram-se tanto em depósitos de tufas modernas, como em rochas carbonáticas cretáceas, que agora apresentam-se intemperizadas, formando um solo esbranquiçado. Com base na interpretação dos dados geofísicos e do reconhecimento geológico da área estudada, é proposto um modelo evolutivo preliminar para as feições cársticas parcialmente aflorantes na borda oeste da Bacia Potiguar. Os processos de formação das paleocavernas se propagaram, em profundidade, até alcançar a camada de arenito calcífero, cujo topo representa o limite inferior destas feições cársticas. A alta resolução dos dados GPR permitiu, inclusive, identificar radarfácies distintas no interior das paleocavernas, que possivelmente estariam relacionadas a diferentes tipos de materiais carbonáticos que viii preencheram as paleocavernas antes e após seu colapso. Para uma melhor identificação e delimitação das paleocavernas em subsuperfície, foram aplicados operadores matemáticos em dados GPR sintéticos e reais, tais como atributos instantâneos de frequência, amplitude e geométricos. Os radargramas resultantes auxiliaram na caracterização do padrão de resposta das paleocavernas colapsadas com relação às camadas encaixantes e possibilitaram realçar as inúmeras fraturas e o contato dos clastos, ocasionados pelo colapso do teto e das paredes das paleocavernas. Os atributos GPR permitiram também imagear tridimensionalmente a geometria do sistema de paleocavernas com maior precisão. Volumes de resistividade e do atributo GPR de Energia RS mostram a complexa distribuição 3D do sistema de paleocavernas colapsadas. Em profundidades em torno de 10 m, as paleocavernas encontram-se mais espaçadas e, eventualmente, isoladas. Contudo, nas porções mais rasas, as paleocavernas ocorrem interligadas por dutos ou coalescentes, compondo um sistema de paleocavernas de centenas de metros de extensão em uma área de 12.000 m2.
Abstract: This thesis presents the results of applying the Ground Penetrating Radar method (GPR) together with the resistivity method in an outcrop located on the western edge of the Potiguar Basin, NE Brazil. In the study area, a system of numerous collapsed paleocaves outcrops, partially exposed on a roadway scarp. The purpose of this research was to evaluate the performance and reliability of the abovementioned geophysical methods for imaging this karstic features and their complex internal geometry. For this purpose, methodological adjustments on data acquisition, processing and visualization were made. The results are presented in the form of geophysical sections and volumetric blocks of resistivity and GPR data. Electrical and petrophysical properties of outcropping geological units were obtained based on geophysical data and porosity and permeability measurements of rock samples. The collapsed paleocaves were interpreted based on the identification of high resistivity zones and high amplitude GPR reflectors. The paleocaves occurs in the shallow subsurface (vadose zone) and are filled with tufas, breccias and speleothems, whose average porosity is about 35%. The lateral contacts with carbonate soil and host rocks are marked by zone with low to medium resistivity (3-1,250 Ωm) and GPR reflections ranging from low amplitude to transparent. The paleocaves developed in both modern tufas deposits and Cretaceous carbonate rocks, which have now become weathered, forming a light gray soil. . A preliminary evolutionary model for the partially outcropping karstic features on the western edge of the Potiguar Basin is proposed based on both geophysical data and geological mapping. The formation processes of paleocaves propagated in depth to reach the calciferous sandstone layer, whose top represents the lower limit of these karstic features. The high resolution of GPR data allowed even identify distinct radar facies within the paleocaves, which possibly could be related to different types of carbonate materials that filled the paleocaves before and after their collapse. For better identification and delineation of subsurface paleocaves, mathematical operators were applied to synthetic and real GPR data, such as instantaneous frequency, amplitude and geometric attributes. The resulting radar sections assisted in characterizing the pattern of response of collapsed paleocaves regarding bedrocks and allowed to highlight the numerous fractures and contacts of clasts, caused x by the collapse of the paleocaves roof and walls. The GPR attributes contributed for imaging the 3D geometry of the collapsed paleocave system more accurately. Specially, the digital volumes of resistivity and RS Energy attribute show details of the complex 3D distribution of collapsed paleocavernas system. In depths of around 10 m, the paleocaves are more widely spaced and eventually isolated, sometimes vertically connected through shafts. However, in the near surface, the paleocaves occur interconnected by pipelines or coalesced, forming a paleocave system of hundreds of meters long in an area of 12,000 m2.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26928
Appears in Collections:PPGG - Doutorado em Geodinâmica e Geofísica

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