Por Karl E. Butler, Ph.D., P.Geo., P.Eng.
Departamento de Ciências da Terra
Universidade de New Brunswick
Na primavera de 2021, departamentos de Ciências da Terra em todo o mundo lutaram para oferecer escolas de campo durante a pandemia de Covid-19. Na Universidade de New Brunswick, em Fredericton, NB, Canadá, fomos autorizados a proceder pessoalmente com medidas especiais em vigor. Para nossa escola de campo geoambiental, isso incluiu a mudança do local de uma mina de carvão fechada a 70 km de distância para um aquífero do vale do rio a poucos passos do campus – eliminando a necessidade de transportar alunos em veículos. Embora as preocupações com a saúde estivessem em primeiro lugar, a mudança também ofereceu convenientemente uma geologia muito melhor para ensinar os alunos a usar o radar de penetração no solo (GPR).
Com o apoio da equipe de abastecimento de água da cidade de Fredericton, um colega geoquímico e eu encarregamos os alunos de investigar o impacto do escoamento urbano nas águas subterrâneas em um dos campos de poços da cidade. O trabalho de campo envolveu três componentes: (i) medição de níveis de água em poços para inferir direções de fluxo de águas subterrâneas, (ii) amostragem hidrogeoquímica dos poços para buscar evidências de escoamento urbano, incluindo sal e nitrato de estradas, e (iii) levantamento hidrogeofísico para melhor definir 'janelas' através de um aquitardo argiloso-silte descontínuo que poderia permitir que o escoamento superficial alcançasse o aquífero de areia e cascalho subjacente. Embora o estudo não tenha revelado nenhuma preocupação relacionada ao escoamento, o exercício foi um sucesso por dar aos alunos a oportunidade de aprender habilidades de trabalho de campo. Este artigo destaca algumas das atividades hidrogeofísicas.
Cenário Hidrogeológico
O Aquífero Fredericton é um depósito sinuoso de areia e cascalho, semelhante a um esker, enterrado em sedimentos glaciais e pós-glaciais de até 60 m de espessura, que preenchem parcialmente o moderno Vale do Rio São João. O aquífero é semi-confinado, coberto por um aquitard argiloso-silte que foi erodido por meandros do rio Saint John, expondo pontos altos ao longo da crista de esker enterrada para criar as chamadas 'janelas'. Onde essas janelas estão sob o rio, elas são benéficas – permitindo a recarga da água bombeada pelos campos de poços municipais. Por outro lado, as janelas para o aquífero que subjazem à cidade apresentam vulnerabilidades sob a perspectiva de uma possível contaminação.
Levantamentos Hidrogeofísicos
A escolha dos métodos de levantamento geofísico foi influenciada pelo que havia funcionado bem anteriormente para delinear janelas abaixo do rio. Nesse caso, o mapeamento de condutividade aparente na água foi aumentado por imagens de resistividade elétrica (ERI) ao longo da costa e perfil acústico de subfundo na água. Nesta escola de campo, operando em terra, o perfil GPR (Figura 1) foi substituído pelo perfil acústico de subfundo - fornecendo informações estratigráficas de alta resolução semelhantes que não poderiam ser fornecidas pelos outros dois métodos baseados em condutividade/resistividade. Aqui, concentro-me em mostrar a complementaridade das pesquisas de condutividade aparente e GPR.
Figura 2 mostra um mapa de condutividade aparente, adquirido para melhor definir os limites de uma janela conhecida por estar subjacente a um parque e campo de rugby nas proximidades de um dos campos de poços da cidade. Os dados foram adquiridos usando um medidor de condutividade EM31 com uma profundidade efetiva de exploração de aproximadamente 6 m, tornando útil a busca da presença ou ausência da unidade de argila-silte eletricamente condutora (~ 35 – 50 Ωm) que é tipicamente (onde presente) enterrado abaixo de 4 – 5 m de areias fluviais muito mais resistentes. A mudança abrupta na condutividade aparente perto da extremidade norte do campo de rugby é interpretada para representar a borda norte de uma janela de argila-silte nesta área, como sugerido por poços próximos.
Os alunos foram solicitados a verificar essa interpretação adquirindo uma série de linhas de pesquisa GPR e ERI ao longo do comprimento do campo de rugby. Os dados GPR foram adquiridos usando nossos Sensores e Software pulseEKKO® sistema com o recém-lançado receptor Ultra (Figura 1).
Figura 3 mostra exemplos de perfis GPR adquiridos com antenas de 100 MHz (superior) e 50 MHz (inferior) ao longo da linha RF5. Na extremidade esquerda (norte) da linha, há um refletor proeminente a ~ 3 m de profundidade correspondente ao topo erosivamente definido do aquitardo argilo-silte – ou talvez, mais provavelmente, o topo do lençol freático empoleirado no rio fluvial. areias acima dessa unidade. Também à esquerda, há um segundo refletor que se eleva de ~ 7 m de profundidade em direção ao sul até ser truncado no topo do silte argiloso. Interpretamos isso como uma camada dentro do lodo, exibindo drapeado no esker adjacente e subjacente – algo também visto em perfis acústicos de subfundo abaixo do rio Saint John. No lado sul (direito) da linha, em posições superiores a 50 metros, a camada de argila-silte está ausente, revelando um reflexo do lençol freático plano proeminente a 7 m de profundidade dentro do aquífero esker de areia e cascalho.
Mais a oeste no parque municipal, o mapeamento de condutividade aparente deu uma ideia aproximada da posição da borda sul da janela aquitarda, mas a mudança na condutividade foi muito mais gradativa (Figura 2). Nesta área, as informações de profundidade e a geometria dos refletores de subsuperfície evidentes nos dados GPR (Figura 4) foram especialmente úteis para delinear a posição da borda da janela. As pesquisas GPR neste local incluíram perfis coletados usando antenas biestáticas blindadas de 250 MHz de frequência central, além das antenas não blindadas de 100 MHz de frequência central. Enquanto a frequência central mais alta, 250 MHz, as antenas blindadas eram convenientes ao trabalhar nas proximidades das cercas de metal e arquibancadas ao redor das bordas do campo de beisebol, os refletores de maior interesse são mais coerentes na frequência central mais baixa, penetrando mais profundamente em 100 MHz dados.
Os alunos aprenderam a operar o sistema GPR rapidamente e gostaram de ver esses perfis claros rolarem pela unidade de exibição. Ao interpretar seus próprios dados, os alunos perceberam a importância das boas práticas de campo. Eles também aprenderam como um método pode ser muito útil para resolver a ambiguidade na interpretação de outro método. De maneira mais geral, a experiência prática lhes dará mais confiança para aplicar métodos geofísicos para ajudar a resolver questões geológicas em suas carreiras profissionais.
Veja também:
Butler, KE, Nadeau, J.-C., Parrott, R., e Daigle, A., 2004, Delineando recarga para um aquífero de vale fluvial por métodos sísmicos ribeirinhos e EM. J. Geofísica Ambiental e Engenharia, 9, 95-109.
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