Dissertação de Mestrado - Universidade Federal do Rio de Janeiro
GEOFÍSICA RASA NA INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICA-GEOESTRUTURAL DE CAVIDADES NATURAIS EM MINÉRIO DE FERRO
MINA N4EN, CARAJÁS-PA
Maria Filipa Perez da Gama, Marco Antonio Braga e Gleide Alencar Nascimento Dias
Abstract
In Brazil, natural underground cavities are protected by federal law, and the
environmental licensing requires technical-scientific studies, in order to comply with
current legislation. Geophysical methods have been used to map and characterize
cavities, mostly hosted in limestones, demonstrating their investigative potential,
without causing damage to their physical integrity. The challenges to geophysical
surveys in ferruginous karst environments are large, as the cavities are generally smallsized
and the host rock physical properties are heterogenous. In this research, two
shallow geophysical methods (electrical resistivity and ground penetration radar -
GPR) were applied aiming at the geological-geostructural characterization of a
ferruginous cavity and its surroundings in the N4EN mine in Carajás. The applicability
of the selected geophysical methods to the characterization of the massif where the
N4E-0026 cavity was inserted was analyzed in order to define zones with characteristic
geophysical signatures to identify, for example, zones saturated by meteoric waters
retained in fractures or wet weathered material, which can generate structural
instability inside the cavities. In addition to the near-surface geophysical methods, eight
drilling holes and their geophysical profiling were carried out, as well as the
lithostructural mapping of a nearby mine bench, allowing a deeper understanding of
the physical properties of the massif that hosted the cavity. The results are promising,
allowing easily recognizable correlations between the litho-structural aspects of the
lateritic horizons typical of the region, and the respective electrical signatures and
characteristics of the GPR reflectors. The gains demonstrated are analyzed and
discussed from the perspective of the structural stability of the cavity, confirming a new
research tool to complement the speleological studies. Neither of the geophysical
methods employed, alone or in combination, proved to be effective for the detection of
occluded cavities in a ferruginous karstic environment.
Resumo
No Brasil as cavidades naturais subterrâneas são protegidas por lei federal, e o
licenciamento ambiental exige estudos técnico-científicos para atender à legislação
vigente. Métodos geofísicos vêm sendo empregados para mapear e caracterizar
cavidades, em sua maioria em ambientes carbonáticos, demonstrando seu potencial
investigativo, sem lhes causar danos à integridade física. Os desafios dos
levantamentos geofísicos em ambientes cársticos ferruginosos são grandes, pois, de
maneira geral, as dimensões das cavidades são bastante reduzidas e as propriedades
físicas da rocha encaixante são heterogêneas. Nesta pesquisa foram aplicados dois
métodos geofísicos rasos (eletrorresistividade e radar de penetração no solo - GPR)
para a caracterização geológica-geoestrutural de uma cavidade ferrífera e seu
entorno, na mina de N4EN em Carajás. Neste trabalho foi estudada a aplicabilidade
dos métodos geofísicos selecionados à caracterização do maciço onde a cavidade
N4E-0026 estava inserida, procurando definir zonas com assinaturas geofísicas
características de forma a identificar, por exemplo, zonas saturadas por águas
meteóricas retidas em fraturas, ou ainda material intemperizado úmido, que podem
gerar instabilidade estrutural no interior das cavidades. Além dos métodos de geofísica
terrestre, foram efetuados oito furos de sondagem e a respectiva perfilagem geofísica,
e o mapeamento litoestrutural de uma bancada próxima, permitindo aprofundar o
conhecimento das propriedades físicas do maciço que abrigava a caverna. Os
resultados mostraram-se promissores, permitindo correlações de fácil
reconhecimento entre os aspectos litoestruturais dos horizontes lateríticos típicos da
região, e as respectivas assinaturas elétricas e características dos refletores GPR, e
foi possível identificar zonas de baixa resistividade que podem representar locais onde
há percolação de água meteórica. Os ganhos demonstrados são analisados e
discutidos sob a ótica da estabilidade estrutural da cavidade, confirmando uma nova
ferramenta investigativa para complementar os estudos espeleológicos. Nenhum dos
métodos geofísicos empregados, isoladamente ou em conjunto, se mostrou eficaz
para a detecção de cavidades oclusas no ambiente cárstico ferruginoso.