Valores de Background geoquímicos para a Região Central do Sistema Aquífero Guarani (SAG) no Estado do Paraná

Abstract

Resumo: O Sistema Aquífero Guarani (SAG) é um extenso e importante aquífero transfronteiriço na América do Sul. Cerca de 131.000 km² do SAG estão no estado do Paraná, Brasil. O aquífero possui uma estreita faixa aflorante na região central do estado e é confinado pelos grupos Serra Geral e Caiuá em 90% de sua extensão. Nestas condições, constata-se um contraste hidroquímico relevante entre poços pouco profundos, perfurados próximos a áreas de recarga, e poços mais profundos, que refletem as características confinadas do SAG de maior grau de confinamento, grau geotérmico e tempo de residência. Além dos diferentes graus de confinamento, a compartimentação estrutural no aquífero aumenta a complexidade do seu estudo. O presente trabalho utilizou dados físico-químicos e de ICP-MS de 37 poços distribuídos na região central do Paraná para determinar os backgrounds hidroquímicos nos diferentes graus de confinamento no aquífero, ou seja, o intervalo de valores naturais teóricos das substâncias analisadas no meio. Assim, valores anômalos podem ser indicadores precoces de alteração na qualidade da água e ação antrópica, o que torna este procedimento estatístico uma ferramenta de alta aplicabilidade na gestão de recursos hídricos. Os métodos selecionados para obtenção dos valores de background foram o de Pré-Seleão (PS), desenvolvido para a Hidrogeologia Ambiental e baseado em percentis, Desvio Absoluto da Mediana (MAD) e Limites do Box-Plot (TIF), ambos comumente aplicados na Prospecção Geoquímica. Procurouse corroborar os resultados dos métodos de background com a utilização da estatística bivariada, classificações hidroquímicas, espacialização dos e comparação com os Valores Máximos Permitidos (VMP). Os métodos de obtenção de background também foram comparados entre si. Foi possível distinguir uma Zona Confinada de baixo a médio grau e uma Zona Aflorante. A Zona Confinada é caracterizada por águas bicarbonatadas cálcicas a bicarbonatadas sódicas com limites de background superiores para Temperatura, Alcalinidade, Sólidos Totais Dissolvidos, pH, Condutividade Elétrica, F-, Na+ e Li. A Zona Aflorante é caracterizada por águas bicarbonatadas cálcicas nas quais prevalecem maiores limites para Dureza, Ca2+, Sr, Mg2+, Ba, Rb, Zn, Cu, Pb e Mn. O grau de confinamento e proximidade da zona de recarga são os fatores mais influentes na hidroquímica da área estudada, seguidos de possíveis influências tectônicas e mineralógicas localizadas. A comparação com VMP revelou uma tendência natural do aquífero a valores de pH ácidos e altos teores de Al e Ba, características que devem ser monitoradas e remediadas para viabilização do consumo humano dessas águas. O método PS exibiu o melhor desempenho neste trabalho, e a junção de técnicas analíticas e estatísticas para desenvolvimento de um projeto voltado à Hidrogeologia Ambiental foi proveitoso

Abstract: The Guarani Aquifer System (SAG) is a large and important transboundary aquifer in South America. Approximately 131.000 km² of this aquifer is located in the State of Paraná, Brazil. There is a narrow outcrop zone in the central region of the state, and 90% of the aquifer is confined by the Serra Geral and Caiuá groups. Given these conditions, a relevant hydrochemical contrast can be observed between shallower wells, closer to recharge areas, and deeper wells, which show confined characteristics, such as a higher geothermal gradient and residence time. Aside from the variations in confinement conditions, the compartmentation promoted by tectonic events increases the complexity of studying the SAG. In the present work, laboratory and ICP-MS analysis of 37 wells distributed in the central region of Paraná State were used to determine the hydrochemical background of each confinement condition, meaning the theoretical range of natural values for a substance in the environment. With this knowledge, anomalies can be early indicators of change in groundwater quality and human activity, making this statistical procedure a valuable tool for water-resource management. The methods selected to ascertain background values were the Pre-Selection (PS), a percentile-based method created for Environmental Hydrogeology, the Median Absolute Deviation (MAD) and Tukey’s Inner Fence (TIF), based on the median and the quartiles, respectively, and usually applied in Exploration Geology. The results were corroborated by the use of bivariate analysis, hydrochemical classification, spatialized data, and water quality guidelines comparisons. The background methods were also compared to one another. It wa possible to distinguish between a low to medium Confined Zone and an Unconfined Zone. The Confined Zone is characterized by calcium-bicarbonate type to sodium-bicarbonate type waters, in which the background threshold is higher for Temperature, Alkalinity, Total Dissolved Solids, pH, Conductivity, F-, Na+ and Li. The Unconfined Zone has calcium-bicarbonate type waters, with higher threshold values for Hardness, Ca+, Sr, Mg2+, Ba, Rb, Zn, Cu, Pb, and Mn. Confinement conditions and proximity to the recharge area are the biggest contributing factors to the hydrochemical conditions of the studied área, followed by possible localized structural and compositional influences. The comparisons to water quality guidelines show a natural tendency of the SAG for acidic pH values, and high concentrations of Al and Ba, which need to be monitored and solved before human consumption. The PS method exhibited the best performance in this work, and the combined use of analytical and statistical techniques in an Environmental Hydrogeology-focused project was highly beneficial