Hidrogeoquímica e isotopia de águas com alta salinidade do Sistema Aquífero Serra Geral na região do Alto Rio Uruguai, Brasil

Abstract

O presente estudo dedicou-se à análise da água subterrânea com alta salinidade no Sistema Aquífero Serra Geral na região do Alto Rio Uruguai, norte/noroeste do Rio Grande do Sul e oeste de Santa Catarina. O Sistema Aquífero Serra Geral (SASG) é um aquífero fraturado que compreende rochas vulcânicas basálticas e riolíticas mesozoicas da Bacia do Paraná, recobrindo e confinando parcialmente o Sistema Aquífero Guarani (SAG), que se encontra sobreposto a aquíferos mais profundos (Pré-SAG). O objetivo principal desta pesquisa é aprimorar a compreensão dos fenômenos que regem a interação entre o SASG e os aquíferos sotopostos às rochas vulcânicas (SAG e Pré-SAG) e os seus reflexos na composição química do aquífero fraturado da região. Previamente foi realizada uma Análise Exploratória de Dados de um conjunto de 7.620 poços que continham informações de condutividade elétrica na área de ocorrência do SASG nos dois estados. Condutividades Elétricas superiores a 378,35μS/cm foram consideradas anômalas e são decorrentes de níveis de salinidade elevados nas águas do SASG, muitas vezes, inviabilizando-as para o consumo humano. Foram amostrados 39 poços do SASG na região em estudo que apresentavam anomalia na condutividade elétrica e 19 poços que captam águas do SAG. As águas foram quimicamente analisadas em relação aos elementos maiores, elementos-traço e isótopos estáveis (2H, 18O e 13C). Os dados físico-químicos obtidos foram processados através de Análise de Componentes Principais e posteriormente por Análise de Agrupamentos A análise tectônica da área realizada através da interpretação de imagens de satélite permitiu constatar que o pacote vulcânico foi mais afetado nas direções N-60 a 80-W, N-70 a 80-E e EW. A salinidade das águas mostrou-se mais elevada nos poços influenciados por lineamentos morfoestruturais de direções N-30 a 45-W, N-15-30-W, N-30-45-E, N-60-75-E e E-W. As águas termais no SASG ocorrem somente a oeste da zona de falha Lancinha-Cubatão e na zona de influência do lineamento do Rio Uruguai. O estudo estatístico de agrupamento discriminou quatro grupos de águas, que possuem clara evolução hidrogeoquímica. Nesta evolução, a condutividade elétrica, as concentrações de cloreto, potássio, sódio, sais dissolvidos, sulfato e estrôncio sofrem incremento, enquanto o pH e o carbonato diminuem. A tipologia química das águas aponta para tipos bicarbonatados e sulfatados sódicos nos grupos I e II, enquanto o grupo III mostra águas sulfatadas sódicas a cálcicas. O grupo IV exibe águas cloretadas sódicas e cálcicas As águas do grupo I estão intimamente relacionadas com a recarga ascendente do SAG. No grupo II ocorrem processos de mistura de águas do SASG com as águas do Pré-SAG. Nos grupos III e IV torna-se evidente a recarga ascendente a partir das Unidades Hidroestratigráficas Rio do Rasto e Teresina. A aplicação do geotermômetro de sílica para as águas termais demonstraram a circulação da água nos poços estudados atinge profundidades máximas da ordem de 3,0 km e, em sua maioria, situa-se entre 1,1 e 1,5km. O gradiente geotérmico médio calculado para a área de estudo é de 23,5ºC/km. Os mecanismos e elementos apresentados auxiliam como guias para decisões de gerenciamento do SASG na região.

This study was dedicated to the analysis of groundwater with high salinity in the Serra Geral Aquifer System at the Upper Uruguai River region, laying on the northwest fringe and west side, respectively, of the Rio Grande do Sul and Santa Catarina States. The Serra Geral Aquifer System (SGAS) is a fractured aquifer comprising basaltic and rhyolitic mesozoic volcanic rocks of the Paraná Basin. These volcanic rocks cover the Guarani Aquifer System (GAS) and the underlying superimposed on deeper Permian aquifers. The main objective of this research is to better define the hydrogeochemical interactions between the SGAS and the underlying aquifers. An exploratory data analysis of a set of 7,260 water wells containing information of the electrical conductivity of the SGAS was carried out at the whole study region. Electrical conductivities above 378.35μS /cm were considered anomalous and are due to high levels of salinity in the waters of SGAS. These waters are almost unsuitable for human consumption. A total of 39 water wells bearing anomalous electrical conductivities of the SGAS aquifer and another 19 water wells from the GAS aquifers were sampled. The groundwater set was then analyzed for the major elements, trace elements and stable isotopes (2H, 18O and 13C). The physicochemical data were processed using principal component analysis and cluster analysis. Tectonic analysis of the area were performed using satellite image interpretation techniques. Their results confirmed that the volcanic package was most affected in the N-60 a 80-W, N-70 a 80-E e EW directions The salinity of the groundwater is greater in the water wells influenced by lineaments at N-30 a 45-W, N-15-30-W, N-30-45-E, N-60-75-E and EW directions. It was shown that the hot springs within the SGAS only occur at west side of the Lancinha-Cubatao fault zone and the zone of influence of the lineament of the Uruguay River. Through a statistical study four water groups were separated, according to their hydrogeochemical evolution. Along this trend, electrical conductivity, chloride, potassium, sodium, sulfate and strontium concentrations get higher while pH and carbonates values get lower. In the groups I and II the chemical type of water is sodium-bicarbonate and sodium-sulphate, while the group III shows sodium-sulphate and calcium-sulphate types. The group IV is represented by sodium-chloride and calcic-chloride types. The waters of the group I are closely related to the ascendant water fluxes from the GAS. At the group II, water contents reveal the mixture with groundwater from the GAS and Permian aquifers. At the groups III and IV there is an evident upward recharge from the hydrostratigraphic units called Rio do Rasto and Teresina. The application of silica geothermometer to the thermal waters showed that the water circulation reaches maximum depth of 3.0 kilometers and, in most cases, are between 1.1 and 1.5 km. The average geothermal gradient calculated for the study area is 23.5ºC / km. The hydrogeochemistry mechanisms presented in this research are helpful tools for the SGAS management.