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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.44.2022.tde-07062022-071852
Documento
Autor
Nombre completo
Saulo Gobbo Menezes
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2022
Director
Tribunal
Fernandes, Amelia Joao (Presidente)
Barbosa, Marcos Bolognini
Campanha, Ginaldo Ademar da Cruz
Título en portugués
Modelo conceitual de aquífero fraturado com base em parâmetros hidráulicos, arranjo espacial e conectividade de fraturas
Palabras clave en portugués
Aquífero fraturado
Conectividade
Ensaio de Lugeon
Granito Cantareira
Resumen en portugués
Modelos conceituais, para representação da rede de fraturas e caminhos preferenciais de fluxo em aquíferos fraturados, tem sido utilizado em estudos de contaminação de aquíferos fraturados e de potencial para aproveitamento hídrico. Tais modelos buscam representar a organização das fraturas no espaço e suas propriedades hidráulicas, no entanto, mostram limitações importantes com relação à estimativa da conectividade da rede de fraturas e, em geral, carecem de dados de testes hidráulicos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver o modelo conceitual de um aquífero fraturado, localizado no granito Cantareira, na zona norte de São Paulo SP, utilizando métodos e dados que permitam avançar na superação das limitações mencionadas. Para amostragem das fraturas, utilizou-se tanto scanlines lineares em afloramentos rochosos e furos de sondagem verticais e inclinados, como scanlines circulares e amostragem por área, utilizando ortofotos obtidas a partir de imagens de drone. Já para a caracterização dos parâmetros hidráulicos das fraturas, foram utilizados dados de ensaios com obturador duplo do tipo Lugeon test. Foram reconhecidos 9 grupos de fraturas, formado em campos de esforços de regimes tectônicos compressivos (G1 - esforço principal máximo 1 de direção NE; G8 e G9 - 1 WNW), regime tectônico extensional (G2 e G3 com extensão N-S, G4 e G5 relacionados a uma extensão com direção NE-SW e G5 e G7, com extensão E-W). Apenas o grupo 6, de direção N-S, possui arranjo de fraturas não clusterizado e com distribuição de fraturas aleatória. Além disso, este grupo pode apresentar preenchimento na fratura e os menores valores de transmissividade e abertura hidráulica. Já as fraturas dos grupos 1, 2, 4, 5 e 9, apresentam arranjo espacial com formação de clusters, sendo que os grupos 1, 4 e 5 apresentam distribuição fractal, enquanto os grupos 2 e 9 formam corredores de fraturas simples. Os grupos 1 e 9 são os que apresentam os maiores valores de transmissividade e abertura hidráulica, enquanto os grupos 2 e 3, e 4 e 5 apresentam valores intermediários. A análise da topologia da rede de fraturas em taludes de direção E-W e NW-SE, indica conectividade hidráulica com parâmetro f = 0,4 e proporção de nós do tipo I, X e Y semelhantes. No entanto, quando removidos os grupos 6 e 7, devido aos baixos valores de transmissividade, observa-se ausência de conectividade hidráulica na direção E-W e menor influência destes grupos na direção NW-SE. A partir destes resultados, desenvolveu-se o modelo conceitual em bloco diagrama 3D, com representação da rede geométrica de fraturas de forma mais realista e com a indicação dos prováveis caminhos preferenciais de fluxo do aquífero, resultante da elevada transmissividade dos grupos G1 e G9, especialmente nos 5-10 metros mais rasos do aquífero, sugerindo ocorrência de anisotropia de fluxo horizontal, devido seus baixos ângulos de mergulho. Já os grupos G2/G3 e G4/G5, constituem caminhos preferenciais secundários, mas devido seu mergulho subvertical, podem ser importantes para a recarga do sistema.
Título en inglés
Conceptual model of a fractured aquifer based on hydraulic parameters, fracture arrangement and connectivity of fractures
Palabras clave en inglés
Cantareira granite
Connectivity
Fractured aquifer
Lugeon test
Resumen en inglés
Conceptual models, designed to represent the fracture network and preferential flow paths in fractured aquifers, have been used in studies of contamination of fractured aquifers and of the potential for water exploitation. Such models seek to represent the organization of fractures in space and their hydraulic properties, however, they show important limitations regarding the estimation of the type of spacing distribution and fracture network connectivity. Besides, they usually lack data from hydraulic tests. In this context, the objective of this work was to develop the conceptual model of a portion of a fractured aquifer, composed of the Cantareira granite, in the north of São Paulo SP, using methods and data that allow progress in overcoming the mentioned limitations. For sampling the fractures, straight scanlines on rock exposures and on vertical and inclined boreholes were used, as well as circular scanlines and area sampling, using orthophotos obtained from drone images. As for the characterization of the hydraulic parameters of the fractures, data from Lugeon tests, with double packers, were used. Nine fracture sets were identified; they were formed in stress fields of compressive tectonic regimes (G1 - maximum principal stress 1 NE direction; G8 and G9 - 1 WNW), and of extensional tectonic regimes (G2 and G3 with minimum principal stress 3 of NS direction; G4 and G5 with 3 of NE-SW direction; G5 and G7, with 3 of EW direction). Only group 6, of N-S direction, has a random distribution with no fracture clusters. In addition, the fractures of this group are infilled and have the lowest values of transmissivity and hydraulic aperture. The fracture sets 1, 2, 4, 5 and 9 present a spatial arrangement with the formation of clusters, with groups 1, 4 and 5 presenting fractal distribution, while groups 2 and 9 form simple fracture corridors. Sets 1 and 9 have the highest values of transmissivity and hydraulic aperture, while groups 2 and 3, and 4 and 5 have intermediate values. The analysis of the fracture network topology, on walls of direction E-W and NW-SE, indicates hydraulic connectivity with parameter f = 0.4, as well as a similar proportion of nodes of I, X and Y types. However, when sets 6 and 7 are removed, because of their low transmissivity values, there is no hydraulic connectivity in the E-W direction and less influence of these sets in the NW-SE direction. Based on these results, a conceptual 3D model was developed, with the representation of the fracture geometric network and with the indication of the probable preferential aquifer flow paths. These correspond to sets G1 and G9, with higher transmissivity, especially in the 5-10 meters shallow aquifer, suggesting the occurrence of horizontal flow anisotropy, due to the low dips of these sets. Groups G2/G3 and G4/G5, on the other hand, constitute secondary preferential flow paths, however, due to their high dips, they may be important for aquifer recharge.
 
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Fecha de Publicación
2022-06-07
 
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