Plano de amostragem geoquímica por sedimentos ativos de corrente e concentrados de batéia com o uso de imagens SRTM, na bacia do rio Itapicuru – BA ^[1]

ARTIGO ORIGINAL

MELO, Belarmino Braga de ^[2], RAMOS, Maurício Moacir ^[3]

MELO, Belarmino Braga de, RAMOS, Maurício Moacir. Plano de amostragem geoquímica por sedimentos ativos de corrente e concentrados de batéia com o uso de imagens SRTM, na bacia do rio Itapicuru – BA. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 04, Ed. 03, Vol. 08, pp. 60-80. Março de 2019. ISSN: 2448-0959.

RESUMO

Fase inicial da pesquisa mineral, o presente estudo da amostragem geoquímica de sedimento ativo de corrente e concentrado de batéia, meio amplamente usado na prospecção mineral e estudos metalogénicos, visou, a partir de anomalias resultantes de análises químicas dessa amostragem, selecionar alvos potencialmente indicadores da ocorrência de depósitos minerais. O estudo foi realizado em nível regional na bacia do rio Itapicuru, com maior enfoque a sub-bacia do seu afluente, o rio Jacúria. Para tanto, foi feito uso do processamento digital das imagens gratuitas Shuttle Radar Topography Mission – SRTM, disponibilizadas gratuitamente pelo United States Geological Survey (USGS). Processando-as no software ArcGis e no seu conjunto de modelos de dados e ferramentas que fazem análises de dados geoespaciais e temporais de água denominado ArcHydro, foram gerados shapes geométricos de pontos, drenagens e polígonos da bacia e sub-bacias do rio Itapicuru. Os pontos, plotados sobre as drenagens da bacia em estudo, determinam os locais de amostragem. Os resultados analíticos das amostras coletadas indicando os elementos químicos e seus teores, somados aos dados físicos de distribuição e ambientes geológicos, submetidos à análise espacial integrada de analista geoquímico, individualizará anomalias, possibilitando diagnosticar e hierarquizar, no âmbito da pesquisa mineral, ambientes geológicos favoráveis às mineralizações.

Palavras-chave: Shuttle Radar Topography Mission, Sedimento ativo de corrente, Amostragem geoquímica.

1. INTRODUÇÃO

Este trabalho apresenta e discute os procedimentos do processamento digital das imagens Shuttle Radar Topography Mission – SRTM, para o estudo da distribuição espacial direcionado ao planejamento de um programa de amostragem geoquímica com o posicionando nas drenagens da bacia do rio Itapicuru/Ba, dos pontos de coleta de amostras de sedimentos ativos de corrente e concentrados de bateia.

A amostragem geoquímica por sedimentos ativos de corrente e concentrados de bateia, conjunto de técnicas utilizadas na prospecção mineral, que visam identificar áreas potenciais para a ocorrência de depósitos minerais, representa uma das etapas iniciais de uma campanha de prospecção geoquímica. A partir de uma bacia hidrográfica, conceituada como uma unidade fisiográfica, limitada por divisores topográficos, que recolhe a precipitação, agindo como um reservatório de água e sedimento, defluindo-se em uma seção fluvial única, denominada exutório (Von Sperling/2007).

Os sedimentos ativos de corrente são amostras constituídas de material fino, composição mineralógica variada, preferencialmente, localizados nas porções mais ativas dos leitos das drenagens. Os concentrados de bateia, denominação vulgar dos concentrados de minerais pesados, são constituídos de minerais densos, geralmente, de granulometria média a grossa; localizados nas partes onde se verificam a quebra nas velocidades das correntes, nos leitos das drenagens.

As imagens SRTM, são disponibilizadas gratuitamente pelo United States Geological Survey (USGS); processadas com o uso do software ArcGis, gerando shapes de pontos, drenagens e polígonos da bacia e sub-bacias do rio Itapicuru, a partir do módulo ArcToolbox>SpatialAnalyst>Hydrology e do software free ArcHydroTools. A bacia hidrográfica em estudo está completamente contida no fuso 24 e, portanto, os pontos de coleta, também chamados de estações de amostragem, são cadastrados em coordenadas planas UTM: “N” e “E”, plotados nas drenagens a montante dos vértices – encontro entre drenagens de 1ª e 2ª ordens – sentido anti-fluxo das correntes.

A localização e o posicionamento das amostras nas drenagens, efetivamente representativas, devem levar em consideração dados e informações relacionadas, entre outros temas, à geomorfologia, à topografia, ao clima, ao solo, à vegetação, ao antropismo e à geologia da bacia. A interpretação integrada dos dados geoquímicos obtidos das amostras coletadas – em conjunto com as demais informações – resultará na seleção efetiva de alvos prospectivos, potencialmente indicadores da ocorrência de depósitos minerais. Além da aplicação na exploração mineral, o estudo da distribuição espacial tem sofrido uma crescente adaptação às necessidades da sociedade, como uso no campo da gestão ambiental e de diversos tipos de doenças endêmicas, que estão sendo explicadas com esse enfoque.

O objetivo do trabalho foi a seleção efetiva de alvos prospectivos, potencialmente indicadores da ocorrência de depósitos minerais na bacia do rio Itapicuru. Para tanto, houve uma interpretação a partir da análise espacial geoestatística dos dados integrados: resultados analíticos das amostras coletadas com shapes de linhas, polígonos e pontos, os quais representam respectivamente as drenagens, microbacias e localização dos pontos amostrados. Visto que a amostragem dee representar uma situação geológica real, fez-se necessário a introdução da base geológica como parte dos dados integrados.

2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA

A bacia do rio Itapicuru, com uma área de 36.166,53 km², cerca de 350 km longitudinal por 130 km de largura, está localizada no centro nordeste do estado da Bahia e foi escolhida para este trabalho devido seu confirmado potencial mineralógico; quesito decisivo para o desenvolvimento de um estudo técnico de coleta de amostras de sedimentos ativos de corrente e concentrados de bateia.

A bacia do rio Itapicuru é composta por 31 municípios que a integram total ou parcialmente. Seus limites são: ao norte com as bacias dos rios Real, Vaza Barris, Curaçá e Poção, sendo estes dois últimos afluentes do rio São Francisco; a oeste, com a bacia do rio Salitre, também afluente da margem direita do São Francisco; ao sul, com as bacias dos rios Inhambupe e Jacuípe; e, a leste, com o Oceano Atlântico. Seu tributário principal, o rio Itapicuru, nasce a 766,0 m de altitude, no extremo oeste desta bacia, no município de Campo Formoso-Ba, Piemonte da Chapada Diamantina, e percorre 534,8 km até sua foz no oceano Atlântico, município do Conde (INEMA/2011), como pode ser visto na Figura 1.

Os municípios que integram total ou parcialmente a bacia do Itapecuru são: Acajutiba, Aporá, Biritinga, Campo Formoso, Canudos, Cícero Dantas, Conceição do Coité, Conde, Esplanada, Euclides da Cunha, Heliópolis, Inhambupe, Itapicuru, Jacobina, Jandaíra, Jaguarari, Miguel Calmon, Mirangaba, Quixabeira, Retirolândia, Ribeira do Amparo, Ribeira do Pombal, Rio Real, São José do Jacuípe, Sátiro Dias, Serrolândia, Teofilândia, Uauá, Valente e Várzea do Poço.

Pela grande dimensão da bacia do rio Itapicuru, optou-se de maneira didática a delimitar a critério do analista, a sub-bacia hidrográfica (SbH) do rio Jacúria, afluente margem direita do rio Itapicuru.

Numa análise multidisciplinar: drenagem, polígono das SbH, geologia, geomorfologia etc, plota-se os pontos para amostragem de sedimento ativo de corrente e concentrado de bateia. Posteriormente amostrados e analisados quimicamente, estes dados serão submetidos à geoestatística, que terá como resposta o potencial de mineralizações da bacia amostrada.

Este trabalho utilizou parâmetros do perímetro, clima, relevo, vegetação, geologia, fisiografia e economia da bacia do rio Itapicuru-Bahia do Projeto Regionalização de Vazões nas Bacias Hidrográficas Brasileiras (CPRM/2014).

Em referência ao clima na bacia do rio Itapicuru, a temperatura média anual desta é de 24 ºC, com precipitações anuais inferiores a 700 mm (SEI-BA/CRA, 2001). Na parte superior da região (Chapada da Diamantina), o clima torna-se mais ameno, com índices pluviométricos atingindo até 900 mm. O trecho leste da bacia do rio Itapicuru é do tipo úmido a subúmido, com precipitações variando de 1000 até 1400 mm (CPRM/2014).

O relevo da área da bacia do rio Itapicuru se caracteriza por apresentar-se suave em sua porção central/leste e ondulado a fortemente ondulado na extremidade oeste, com cotas acima de 750 m. Quanto à vegetação em sua parte central, predominam pastagens entremeadas por áreas com vegetação de Caatinga denominadas de florestas caducifólia e hipoxerofólia, que ocupam 80% da área total da bacia em altitudes abaixo de 400m. Na extremidade oeste da referida bacia, ocorrem matas de altitude e, na costa litorânea, espécies secundárias e remanescentes da Mata Atlântica (INEMA, 2011).

A área da bacia hidrográfica do rio Itapicuru está 90% localizada no Polígono das Secas. Sua caracterização socioeconômica (SRH/2001) compreende 31 municípios com uma população aproximada de 1,4 milhões (censo do IBGE/2010). As principais atividades econômicas são a agropecuária de subexistência e mineração, com explorações de ouro, cobre, cromo, manganês, esmeralda, calcário, mármores e granitos.

3. MATERIAIS, MÉTODOS E TÉCNICAS

3.1 AQUISIÇÃO DE DADOS EM MEIO ANALÓGICO

Inicia-se com o cadastro do usuário a partir do preenchimento de um formulário no site da USGS (figura 2).

Após efetuar o registro com sucesso, clique no link para retornar à página inicial do Earth Explorer e efetivar o login, no canto direito superior da página do referido site (figura 3).

Registrado, o mesmo terá acesso ao download das imagens SRTM de resolução espacial 30×30 m, 1” (um segundo) de arco (aproximadamente 30 m no equador), disponibilizadas gratuitamente para download.

Na home do site, uma maneira simplificada de localizar a área alvo da bacia do rio Itapicuru, é selecionar o link “User Map” e logo após clicar sobre o mapa (figura 2), delimitando os vértices do polígono da área de interesse. Em seguida, selecionar Data Set>digital elevation>SRTM; confirmado este comando, se executará: SRTM 1Arc-Second Global (resolução de arco de segundo = 30m)>Results, quando então as áreas se apresentarão sob forma de polígono e imagem respectivamente, conforme Figura 3. Daí o usuário poderá solicitar o download das imagens SRTM-30×30 m e, assim sucessivamente, até concluir o download das oito (08) imagens da área desejada, polígono da bacia hidrográfica do rio Itapicuru.

A missão SRTM, lançada a bordo do ônibus espacial Space Shuttle Endeavour, do Centro Espacial de Kennedy – EUA, realizou no período de 11 a 22 de fevereiro de 2000, com 16 órbitas por dia, um total de 176 voltas em torno da Terra. Esse satélite, denominado de ônibus espacial, mapeou mediante sistemas orbitais, com interferometria de radar de abertura sintética (InSAR), entre 60º de latitude norte e 54º de latitude sul, um total de 80% do relevo da superfície terrestre, gerando um gigantesco arquivo de base com12 TB (Tera Byte) de dados.

A missão SRTM foi coordenada pela NASA (National Aeronauticsand Space Administration/2000) e NIMA (National Imageryand Mapping Agency), com parceria das agências espaciais da Alemanha, a DLR (Deutsche Zentrumfür Luft-und Raumfhart) e da Itália, a ASI (Agenzia Spaziale Italiana), e, visou como resultados a formação de um MDE mundial, com edição, verificação e ajuste aos padrões norte-americanos de exatidão de mapas: NIMA (National Map Accuracy Standards); com geração de mapas planialtimétricos desenvolvidos pela NASA com distribuição pública posterior através da USGS (United States Geological Survey). Superando a topografia convencional, esse modelo tratado matematicamente permitiu reconstituir o relevo terrestre como nas cartas topográficas, só que de forma digital e homogênea.

Abaixo o fluxograma detalha todo o processo de obtenção das imagens SRTM (fluxograma 1).

Após o download das imagens SRTM, que entram no sistema de coordenadas lat/long e datum WGS 84; fez-se um mosaico com a disposição dessas imagens lado a lado, no layers do arcmap, onde cada imagem representa um quadrado com lado equivalente a um grau (1º), valor aproximado de 111,12 km, conforme visto na Figura 4, a seguir:

As imagens SRTM que entram no sistema de coordenadas lat/long e datum WGS 84 precisam ser transformadas para o sistema de coordenadas UTM e datum Sirgas 2000 24S e, a extensão “.hgt” necessariamente deve ser transformada para um formato mais universal, como o “.tiff”; isto se faz necessário para a aplicação a que as imagens se destinam. A maneira mais abreviada de realizar essas transformações é através do ArctoolBox> Data Management Tools> Projections and Transformation> Define Projection, exportá-las para o formato “.tiff” e sistema de coordenadas UTM e datum Sirgas 2000 24S. Concluída essa transformação, iniciou-se o processo de mosaic das referidas imagens SRTM: Arcmap>ArcToobox> data management tools >raster>rasterdataset>mosaicto new raster.

O ArcHydroTools é um conjunto de ferramentas para análises hidrológicas que facilitam a criação, manipulação e visualização de recursos Arc da Hydro e objetos, dentro do ambiente ArcMap. Este software foi desenvolvido pelo Centro de Pesquisa em Recursos Hídricos (Center Research in Water Resourcest – CRWR, 2006) na The University of Texas at Austin – EUA. Software free, com funcionalidade para construção da modelagem hidrográfica; sendo distribuído gratuitamente pelo Environmental Systems Research Institute (ESRI). Este software e seus tutoriais, podem ser acessados no endereço eletrônico https://blogs.esri.com/esri/arcgis/2012/07/16/arc-hydro-tools-for-10-1-beta-now-available.

Para a funcionalidade do software ArcHydro Tools é necessário a versão ArcInfo do ArcGIS com a extensão Spatial Analyst; versão esta, que juntamente com o ArcView, Editor Arc, é um dos três níveis de licença do ArcGIS Desktop.

A partir do mosaic (figura 4) gerou-se o Modelo Digital do Terreno-MDE; indicando a representação morfoaltimétrica da distribuição do relevo da superfície terrestre da bacia do rio Itapicuru Figura 5.

O Perfil longitudinal da calha do rio Itapicuru modificado, a partir do perfil do Projeto Disponibilidade Hídrica do Brasil-CPRM, indica a altimetria ao longo da nascente e foz do rio Itapicuru (gráfico 1).

3.2 EXTRAÇÃO DAS LINHAS DE DRENAGENS, POLÍGONOS DE BACIAS E SUB BACIAS A PARTIR DO MDE

Para tanto, utilizou-se as imagens SRTM; empregando como ferramenta de execução o software ArcGise o software free ArcHydroTools.

Partindo do MDE e utilizando como ferramenta o software ArcGis versão 10.3, módulo ArcToolbox>Spatial Analyst>Hydrology e o software free ArcHydroTools, extraiu-se a base planialtimétrica: shapes de pontos, linhas e polígonos; os quais representam respectivamente, os pontos de amostragem, as drenagens e o contornos da bacia do rio Itapicuru com suas sub-bacias hidrográficas (S_bH).

Como a bacia hidrográfica em estudo está completamente contida no fuso 24, os pontos de coleta, também chamados de estações de amostragem, devem ser cadastrados em coordenadas planas UTM: “N” e “E”, plotados a critério do analista geoquímico, a montante dos vértices, sentido anti-fluxo da corrente.

Dado a grande dimensão da bacia hidrográfica do rio Itapicuru (36.066 km²), fez necessário empregar o software aplicativo ArcHydroTools separadamente no MDE SRTM de cada uma das oito (08) imagens que compõem a figura 4, um mosaico das oito imagens SRTM com perímetro da bacia do rio Itapicuru, para, em seguida, fazer o merge apresentado na Figura 6, mapa da rede de drenagem e sub-bacias do rio Itapicuru.

Para melhor ordenamento empírico do trabalho, deve-se criar uma pasta em ApUtilities> Set Tarjet Loctions>Hydroconfy>Raster data, onde serão armazenados os resultados da sequência do processo de delimitação de bacias hidrográficas. O processo de extração da rede de drenagem terá início com a adição de uma a imagem de radar no layer do Arcmap; onde, utilizando o sottware aplicativo ArcHydroTools, começa o processo de extração das drenagens de forma sequencial, até os itens Drainag e Line Processing, descritos no fluxograma 2.

O resultado da execução sequencial do modo automático da ferramenta ArcHydroTools, a partir do MDE SRTM, é mostrado na figura 8 – geração da rede de drenagens e de polígonos em formato vetorial da bacia e sub-bacias do rio Itapicuru.

4. METODOLOGIA

Com o propósito de elaborar um plano de amostragem geoquímica por sedimentos ativos de corrente e concentrado de bateia sobre a bacia do rio Itapicuru; utilizou-se imagens SRTM, a partir das quais gerou-se um MDE, ao qual aplicou-se a ferramenta ArcHydroTools, e o módulo do Arcgis Spatial Analyst>Hydrology, originando shapes de linhas e polígonos, que correspondem respectivamente à rede de drenagem e contorno da bacia e sub-bacias do rio Itapicuru.

Formada essa base planialtimétrica, discute-se e interpreta-se a localização/posicionamento representativo dos pontos de coleta da amostragem de sedimento ativo de corrente e concentrado de bateia sobre as drenagens, levando em itens diversos como clima, solo, vegetação, antropismo, geologia etc., resultando num eficaz plano de amostragem geoquímica, com representatividade das amostras coletadas.

Locados os pontos e feita a coleta de campo, os resultados da análise química das amostras serão integrados com outros parâmetros da bacia: área, tamanho das drenagens, geologia (fonte do minério) etc., e submetidos à análise espacial geoestatística. Caso os resultados dessa análise sejam consistentes, aumenta o grau de potencialidades metalogenéticas do alvo, sendo este designado para etapas subsequentes de prospecção mineral.

As drenagens de cada imagem SRTM foram geradas separadamente, utilizando o software ArcHydro Tools e módulo ArcToolbox, na sequência, SpatialAnalyst> Hydrology> Fill> FlowDirection> FlowAccumulation> Condional> Con. Apenas um detalhe para grandes bacias em Con, é preciso inserir em “Input true raster or constant value” o número ”1” e em “Expression” a fórmula value> “10.000”. Após gerada a rede de drenagem de cada imagem, fez-se um merge desses shapes vetoriais de linhas, resultando as drenagens da bacia do rio Itapicuru (figura 8).

Concluídas as drenagens da bacia do rio Itapicuru gerou-se o polígono das suas sub-bacias na sequência Drainage Line Processing: Adjoint Catchment Processing>Drainage Point Processing>Batch Point Generation>Watershed Delineation; conforme mostrado na figura 8 – merge dos polígonos e drenagens da bacia do rio Itapicuru. De maneira didática, decidiu-se por enfatizar a S_bH do rio Jacúria, afluente do rio Itapicuru (Figura 9). Por tratar-se de trabalho de cunho geológico, fez-se uma referência às unidades litológicas da bacia do rio Itapicuru; geologia da Bahia 1:1.000.000.

Para calcular as coordenadas dos pontos de amostragem de sedimento ativo de corrente e concentrado de bateia, plotados a critério do analista, como também a área das sub-bacia e respectiva extensão da sua rede de drenagens, estando estas duas últimas obrigatoriamente em coordenadas UTM; deve-se adicionar os respectivos shapes na janela do ArcMap e, em seguida clicar-se o botão direito do mouse sobre o shape e seleciona o link Open AttributeTable>Add Field; em seguida, nomear o campo criado, selecionando a unidade da dimensão desejada. Feito isso, clica com o botão direito do mouse sobre o campo recém-gerado e seleciona a opção Calculate Geometry>Property, secionando o item que se pretende. Em Units, selecionar a unidade conforme a geometria dos shapes: pontos, linhas ou polígonos. Terminado o preenchimento de dados, finaliza com um Ok; no que o software executa os comandos, gravando os resultados solicitados na Attribute Table (ver Tabela 1). Outros campos podem ser acrescentados à tabela 1, como geologia/litologia, a critério do analista geoquímico.

Num comparativo da eficiência do método que gerou as áreas das microbacias do rio Itapicuru, verificou-se a área da bacia do rio Itapicuru de 36.166,53 km² (Companhia Brasileira de Pesquisa Mineral – CPRM/2013. Comparado à soma das áreas geradas pelos polígonos, a partir de imagens de radar SRTM (35.667,57 km²), resultou numa diferença de valor reduzido (0,49895 km²), ou seja, > 0,5 km².

5. DISCUSSÃO E INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS

Com o enfoque na S_bH do rio Jacúria, recortou-se os shapes de drenagens e áreas das microbacias da bacia do rio Itapicuru a partir do contorno do rio Jacúria e, adicionou-se sobre suas drenagens, shapes de pontos representado a critério do analista, os sedimentos ativos de corrente e concentrados de bateia. Dados que deram origem a tabela1: com localização dos pontos; classificação das amostras (CB, SC); área, número e dimensão das drenagens das microbacias amostradas; além da definição dos ambientes geológicos e, do elemento químico e teor, após os resultados analíticos das amostras coletadas. Um analista geoquímico ao analisar o colorário dessa tabela, atesta a funcionalidade dos dados gerados pela cartografia digital, já aplicada amplamente no planejamento geoquímico em hidrográficas.

Análises espaciais desse conjunto de valores, integrados a partir de critérios multidisciplinares, individualizam e possibilitam diagnosticar e hierarquizar, no âmbito da pesquisa mineral, ambientes geológicos favoráveis às mineralizações.

Outro modelo de realização de análises geológicas de mineralizações associadas é utilização do sistema de informações geográficas (SIG) através do uso das funcionalidades de análises espaciais executadas através do model builder do ArcToolBox do software ArcGis.

Além da aplicação na exploração mineral, o estudo da distribuição espacial tem sofrido uma crescente adaptação às necessidades da sociedade, como uso no campo da gestão ambiental e de diversos tipos de doenças endêmicas, que estão sendo explicadas com esse enfoque.

6. CONCLUSÕES

Deduzimos a possibilidade de geração de bases geradas por processos digitais, a partir de imagens de radar, em substituição aos métodos cartográficos convencionais. E que esses dados a partir de análise espaciais num processamento geoestatístico realizado por um analista geoquímico, geram sumário geoestatístico, matriz de correlação, estabelecendo limiares e definindo anomalias geoquímicas significativas – indicativas da ocorrência de depósitos minerais.

REFERÊNCIAS

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NOVAIS, Marcos Paulo Souza. Análise especial de bacias hidrográficas a partir de SIG: um estudo das bacias hidrográficas de Itapicuru – Bahia. SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 17., 2015, João Pessoa. Anais… João Pessoa: INPE 2015,p. 2627.

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SPERLING; M. Von. Estudo e Modelagem da Qualidade da Água de Rios. DESA/UFMG, 2007- 588 p.

http://www.earthexplorer.usgs.gov//doUnited States Geological Survey – USGS (figura 2)

^[1] Artigo realizado como Trabalho de Conclusão do Curso de Pós-graduação Geotecnologias-Soluções de Inteligências Geográficas – Faculdade Escola de Engenharia de Agrimensura.

^[2] Graduado em Geologia pela Universidade Federal da Bahia, pós-graduando em Geotecnologias-Soluções de Inteligências Geográficas – Faculdade Escola de Engenharia de Agrimensura.

^[3] Prof. Me. Maurício Moacir Ramos, graduado em Geologia pela Universidade Federal da Bahia, Mestre em Geoquímica pela Universidade Federal da Bahia, Orientador.

Enviado: Fevereiro, 2019.

Aprovado: Março, 2019.