Processos de interação água / rocha e assinaturas antrópicas na separação de fluxos subterrâneos do Grupo Serra Geral no oeste do estado do Paraná, Brasil

Abstract

Resumo: A configuração hidroquímica e seus controles composicionais fornecem informações importantes sobre a qualidade da água subterrânea, sendo essenciais para um melhor entendimento e gerenciamento deste recurso. A área de estudo, com 8.127,6 km2, está localizada no estado do Paraná, na região da bacia hidrográfica Paraná 3 e compreende parte do Sistema Aquífero Serra Geral (SASG), que é um aquífero livre, fraturado, hospedado por rochas vulcânicas e com fluxo regional para oeste / noroeste. As rochas do SASG são classificadas em tipos geoquímicos, de acordo com suas características quimiocronoestratigráficas e fazem parte do Grupo Serra Geral. Na bacia Paraná 3, está exposto o Subgrupo Centro-Norte Serra Geral, com as formações Pitanga e Paranapanema. Na Fm. Pitanga, predomina o Tipo 4 (LSi-LZr-HTi-HP), composto por fluxos de lava basáltica enriquecidos com elementos incompatíveis. A Formação Paranapanema é composta principalmente de basaltos toleíticos, predominantemente do Tipo 1 CN (LSi-LZr-HTi-LP). Estudos hidrogeoquímicos anteriores não consideraram as diferenças na geoquímica das rochas do SASG, como são contempladas nesta pesquisa, juntamente com a avaliação das assinaturas químicas nas diferentes profundidades de fluxo e dos processos hidrogeoquímicos que ocorrem no SASG. Para este processo de análise e diagnóstico, foi utilizado um conjunto de dados hidroquímicos do SASG, composto por 35 amostras de água coletadas em poços tubulares da SANEPAR e em sistemas autônomos de abastecimento. Dados geoquímicos preexistentes de rochas aflorantes e amostras de calha (fragmentos de rocha) de furos de sondagem da região da bacia, foram usados para a caracterização das unidades geológicas. Também foram utilizados dados de difração de raio-x para complementar as interpretações hidrogeoquímicas. As análises hidroquímicas foram investigadas com estatística univariada, cartografia de variáveis físicoquímicas, análise de correlação, seção geológica, análises de razões iônicas e diagramas de estabilidade mineral. Dos fluxos rasos para os profundos, houve aumento do pH, condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos, alcalinidade total e diminuição do CO2. Esses parâmetros exibem os principais controles físico-químicos da água, que são identificados por mudanças na química dos íons principais nas profundidades do fluxo, bem como variações em elementos traços. A interação água-rocha é mais evidenciada conforme aumentam as profundidades de fluxo, sendo que a Formação Pitanga apresenta medianas mais elevadas de alcalinidade (95,5 mg.L-1), condutividade elétrica (225 µS.cm-1) e sólidos dissolvidos totais (140,0 mg.L-1) do que a Formação Paranapanema (57,0 mg.L-1; 130 µS.cm-1 e 90,0 mg.L-1, respectivamente). Além disso, a distribuição do pH demonstra valores mais altos a partir do percentil 60% na Formação Pitanga (8,24), comparado à Paranapanema (8,10). Os processos hidrogeoquímicos nos fluxos rasos e intermediários são caracterizados pelo intemperismo de silicatos de Fe-Mg e plagioclásio, mudando para uma predominância de troca iônica em fluxos mais profundos. A precipitação da calcita é um processo secundário, associado ao consumo de cálcio com o aumento da profundidade. Evidências de contaminação existem em toda a Bacia Paraná 3, sugeridas pela forte correlação entre Cl- e NO3 - na maioria das amostras. Contudo, as influências antrópicas são observadas principalmente na região norte da bacia, onde há maiores concentrações de NO3 -, PO3 -, Cl- e K+.

Abstract: The hydrochemical configuration and its compositional controls provide important information about groundwater quality, being essential for a better understanding and management of this resource. The study area, with 8,127.6 km2, is located in the state of Paraná, region of Paraná 3 Hydrographic Basin, comprising part of the Serra Geral Aquifer System (SGAS). It is an unconfined and fractured aquifer, hosted by volcanic rocks, with regional flow to west / northwest. The SGAS rocks are classified in geochemical types, according to their chemo-chronostratigraphic characteristics and are part of the Serra Geral Group. In Paraná 3 Basin, the Center-North Serra Geral Subgroup, the Pitanga and Paranapanema Formations are exposed. In the Pitanga Fm., Type 4 (LSi-LZr-HTi-HP) predominates, comprising basaltic lava flows enriched of incompatible elements. The Paranapanema Fm. is mainly composed of tholeiitic basalts, predominantly of the CN Type 1 (LSi-LZr-HTi-LP). Previous hydrogeochemical studies did not consider the differences in the geochemistry of the SGAS rocks, in the terms contemplated in this research. In addition, the research also approaches the evaluation of the flow depth contribution in the water chemistry and the analysis of hydrogeochemistry processes. For this analysis and diagnosis process, a set of SGAS hydrochemical data on 35 water samples from boreholes of SANEPAR and water supply independent systems was used. Geochemical data from outcropping rocks and rock chip samples from rock boreholes in the basin region were used for characterization of the geological units. The hydrochemical analyses were assessed by univariate statistics, cartography of physical-chemical variables, correlation analysis, cross section, ion ratios and mineral stability diagrams. From shallow to deep flows, there was an increase in pH, electrical conductivity, total dissolved solids, total alkalinity and a decrease in CO2. These parameters display the main physical-chemical water controls, which are identified by changes in the chemistry of the major ions in the flow depths, as well as variations in trace elements. The water-rock interaction is more evident as the flow depths increase, and Pitanga Formation presents higher medians of alkalinity (95,5 mg.L-1), electrical conductivity (225 µS.cm-1) and total dissolved solids (140,0 mg.L-1) than Paranapanema Formation. In addition, the pH distribution shows higher values starting at the 60% percentile in Pitanga Formation (8,24), compared to Paranapanema (8,10). The shallow and intermediate hydrogeochemical processes are characterized by the weathering of Fe-Mg silicates and plagioclase, changing to a predominance of ion exchange in deeper flows. Calcite precipitation is a secondary process, associated with calcium consumption towards deeper flows. Contamination evidences occurs in the entire basin, suggested by the correlation between Cl- and NO3 - in most samples, but the anthropic influences are mainly observed in the northern Paraná 3 Basin, with higher concentrations of NO3 -, PO3 -, Cl- e K+.