Mapeamento litológico por correlação entre dados de aeromagnetometria e aerogradiometria gravimétrica 3D-FTG no quadrilátero ferrífero, Minas Gerais, Brasil

Mapeamento litológico por correlação entre dados de aeromagnetometria e aerogradiometria gravimétrica 3D-FTG no quadrilátero ferrífero, Minas Gerais, Brasil

Marco Antonio Braga^I; Dionísio Uendro Carlos^II; Tiago de Almeida^III; Henrique Dayan^IV; Rodrigo Rocha Sousa^V; Carlos A. Braga^VI

^IVale, Gerência de Exploração Mineral de Ferrosos, GAEMF, Av. de Ligação, 3580, Águas Claras, Centro de Tecnologia de Ferrosos, 34000-000 Nova Lima, MG, Brasil. Tel.: [phone] - E-mail: [e-mail]

^IIVale, Gerência de Exploração Mineral de Ferrosos, GAEMF, Av. de Ligação, 3580, Águas Claras, Centro de Tecnologia de Ferrosos, 34000-000 Nova Lima, MG, Brasil. Tel.: [phone] - E-mail: [e-mail]

^IIIVale, Gerência de Exploração Mineral de Ferrosos, GAEMF, Av. de Ligação, 3580, Águas Claras, Centro de Tecnologia de Ferrosos, 34000-000 Nova Lima, MG, Brasil. Tel.: [phone] - E-mail: [e-mail]

^IVUFRJ, Instituto de Geociências, Departamento de Geologia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil - E-mail: [e-mail]

^VVale, Gerência de Exploração Mineral de Ferrosos, GAEMF, Av. de Ligação, 3580, Águas Claras, Centro de Tecnologia de Ferrosos, 34000-000 Nova Lima, MG, Brasil. Tel.: [phone] - E-mail: [e-mail]

^VIVale, Gerência de Geotecnia, Escritório Central Cauê, Itabira, MG, Brasil - E-mail: [e-mail]

RESUMO

O presente trabalho de pesquisa apresenta uma aplicação da relação de Poisson que pode ser utilizada em dados de magnetometria e gradiometria gravimétrica utilizando o exemplo na mesma região. A razão entre o contraste de suscetibilidade e o contraste de densidade (mapa litogeofísico) pode ser calculada. Como um teste destas técnicas, aplicamos esta relação nos dados de magnetometria e gradiometria gravimétrica 3D-FTG coletados na área do Baú-Gandarela no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brasil. A idéia principal foi estabelecer prioridades para prospecção de hematita na região supracitada. O mapa litogeofísico produzido mostra as regiões onde já existe uma mina de hematita e estabelece áreas para prospecção do minério.

Palavras-chave: aerogradiometria gravimétrica, magnetometria, mapa litogeofísico, Quadrilátero Ferrífero, hematita.

ABSTRACT

We report here an application of the Poisson relation useful when a joint magnetic and gravity gradient survey has been made. Susceptibility contrast to density contrast ratio map (which we call the "pseudolithologic" map) can be estimated. As a test of these techniques we have applied to gravity gradiometry and magnetic airborne surveys collected over Baú-Gandarela area in Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais State, Brazil. The main idea here is to highlight the prospecting of hematites bodies in the area. The computed pseudolithologic map clearly distinguishes the regions of the map that we already have a hematite mine and hematites bodies.

Keywords: gravity gradiometry, magnetometry, pseudolithologic map, Quadrilátero Ferrífero, hematite.

INTRODUÇÃO

Os métodos gravimétricos e magnetométricos guardam semelhanças entre si e obedecem a Teoria do Campo Potencial, permitindo que transformações lineares semelhantes possam ser aplicadas a ambas. Seus campos físicos são fonte natural passiva sempre presente, pronta para ser medida.

A gravimetria, regida pela lei da gravitação de Newton, permite o estudo de diminutas variações do campo gravitacional terrestre causadas pela distribuição de massas no subsolo, ou melhor, pela presença de rochas de diferentes densidades (Dransfield et al., 1994).

O método da magnetometria mede distorções locais no campo magnético terrestre geradas pela concentração de minerais magnéticos nas rochas ou a zonas de falha (Dransfield etal., 1994).

Tomando como base o trabalho de Dransfield et al. (1994), que reporta a utilização da relação de Poisson para dados de magnetometria e gradiometria gravimétrica, é possível criar uma mapa litológico a partir da combinação desses dados, visando otimizar a pesquisa de hematita nas áreas de minério de ferro.

CONTEXTO GEOLÓGICO

Geologia regional

O Quadrilátero Ferrífero está inserido na Província São Francisco, como pode ser observado na Figura 1, situando-se no extremo sul da área ocupada pelo Cráton de mesmo nome e corresponde a um fragmento crustal poupado, em parte, da Orogênese Brasiliana, o qual abriga em seus domínios jazidas de ferro, ouro e outrosrecursos minerais (Almeida, 1977; Almeida & Hassuy, 1984).

Estratigrafia

As unidades litoestratigráficas que integram o Quadrilátero Ferrífero são: os Complexos Metamórficos, o Supergrupo Rio dasVelhas, o Supergrupo Minas e o Grupo Itacolomi (Fig. 2). Localmente ocorrem bacias terciárias como Fonseca e Gandarela (Alkmim & Marshak, 1998).

O Supergrupo Minas representa uma seqüência metassedimentar de idade paleoproterozóica constituída por filitos, xistos, quartzitos, dolomitos e itabiritos, assentada discordantementesobre rochas do embasamento ou do Supergrupo Rio das Velhas (Derby, 1906; Harder & Chamberlin, 1915; Guimarães, 1931, 1951; Lacourt, 1936; Dorr, 1969; Ladeira, 1980; Marshak & Alkmim, 1989; Chemale Jr. et al., 1991; Alkmim & Marshak, 1998).

O Grupo Itabira constitui a seqüência química intermediária, sendo também dividido em duas formações: Cauê e Gandarela. A Formação Cauê está na base do grupo e é formada quase que exclusivamente por itabiritos e corpos ricos em hematita, sendo explotada como minério de ferro. Estes itabiritos podem ser diferenciados pela mineralogia, granulometria e composição química. Na borda leste do Quadrilátero Ferrífero, devido aos dobramentos e falhamentos, em regime de encurtamento crustal, os itabiritos têm grande volume. Acima e em contato gradacional está a Formação Gandarela constituída por dolomito, formação ferrífera, marga, filito dolomítico e filito.

ÁREA DO LEVANTAMENTO GEOFÍSICO

Localização

Os levantamentos aerogeofísicos magnetométrico e 3D-FTG foram realizados na aba sul do Sinclinal do Gandarela que está situado na região leste do Quadrilátero Ferrífero (Fig. 3), nos municípios de Santa Bárbara e Barão de Cocais, estado de Minas Gerais, aproximadamente a 120 km de Belo Horizonte.

A área dos levantamentos geofísicos 3D-FTG e magnetometria (Fig. 3) recobre rochas mapeadas como sendo do Supergrupo Minas e do Supergrupo Rio das Velhas.

O Supergrupo Minas é o alvo principal desta prospecção, pois nele se encontram as hematitas e itabiritos da Formação Cauê do Grupo Itabira.

O mapa geológico da região do Baú-Gandarela contém o detalhamento das litologias que compõem os Grupos Itabira, Piracicaba e Caraça, e as litologias do Supergrupo Rio das Velhas, Modelo de Dorr (1969) (Figs. 2 e ⁴).

Segundo medições de susceptibilidade magnética e densidade realizadas no laboratório da Vale a hematita da região do Baú-Gandarela é antiferromagnética e possui densidade de 4.7 g/cm³, sendo que seu contraste de densidade para com as rochas encaixantes varia de 1.5 a 2.11 g/cm³.

MATERIAIS E MÉTODOS

Planejamento da aquisição de dados

A Figura 5 apresenta as linhas de vôo do levantamento de aerogradiometria gravimétrica e magnetometria, as mesmas foram orientadas na direção NE-SW. A altura do vôo foi de 80 metros, com espaçamento entre linhas de aproximadamente 100 metros, visando mapear os corpos de hematita, em um total de 54 linhas levantadas que recobriram 927 km e aproximadamente 93 km². Foi empregada uma aeronave Caravan C-208, com velocidade de cruzeiro de 300 km/h, velocidade em operação geofísica de260 km/h.

Relação de Poisson

O tensor de gradiente de gravidade é a segunda derivada do potencial gravitacional (Dransfield et al., 1994).

O campo magnético pode ser determinado similarmente como sendo a primeira derivada do potencial magnético.

Considerando como fonte um corpo homogêneo com contraste de densidade ρ e contraste de suscetibilidade representado por k; esse corpo foi magnetizado por indução pelo campo magnético terrestre, H . H pode ser expresso em termos de magnitude e o vetor a = (cos(t)cos(δ),cos(t)sin(δ), sin(t)). O ângulo t é a inclinação e δ a declinação do campo. A relação de Poisson entre as componentes B_i (x) e Γ_ij(x) dos campos magnéticos e gravimétricos gradiométricos com a fonte homogênea no ponto x pode ser escrito por:

onde G é a constante gravitacional. Essa relação pode ser expressa pela aceleração gravitacional, g_i,

onde M é o vetor de magnetização. Grant & West (1965) escreveram a Equação 2 em função de α, a "direção de magnetização", definida por

As medidas do campo magnético em geofísica de exploração quase sempre são da magnitude do campo total, da qual se extrai a projeção do vetor B na direção a; este campo magnético projetado foi denotado B(x). A relação de Poisson para B(x)é então:

O campo pseudo-magnético

A relação de Poisson mostra que o campo gravimétrico gradiométrico para uma fonte particular pode ser usado para gerar um vetor do campo pseudo-magnético, β, definido pela relação:

onde λ representa a razão entre o contraste de suscetibilidade e o contraste de densidade para cada tipo de rocha e é dado por:

onde k é a suscetibilidade, ρ a densidade, H o campo magnético e G a constante gravitacional.

Existem muitas razões para que o campo pseudo-magnético e o campo magnético medido sejam diferentes: o campo magnético medido sofre influência da remanescência, desmagnetização e anisotropia, não incluídas na definição do campo pseudo-magnético. Porém há bastante semelhança entre ambos os campos (Fig. 9).

Diante de todas as considerações anteriores, é possível esperar que, usando medidas de ambos os campos magnético e gravimétrico gradiométrico, poderemos separar os efeitos causados por uma fonte, comparando o campo magnético medido com o campo pseudo-magnético gerado pelo gradiente de gravidade e o valor de λ para aquela fonte. Gunn (1975) desenvolveu uma técnica com base no filtro de Wiener, para uso em perfis de dados magnéticos e dados de gradiente da gravidade.

Através do campo magnético B e do campo de gradiente de gravidade Γ que um campo magnético filtrado.

pode ser construído, onde λ é um parâmetro de filtro a serescolhido.

Esta técnica é chamada de filtro pseudo-magnético, Baranov (1957). Para usar este método no campo magnético total, foi usado o filtro análogo abaixo,

A relação de Poisson dada pela Equação 1 mostra que o gradiente de gravidade observado pode ser transformado em um campo magnético. Esta observação foi explorada no filtro pseudo-magnético. Além disso, também fica claro que em (1) podem ser usadas as medidas de B e Γ para calcular a razão entre contraste de suscetibilidade e contraste de densidade, λ, e assim chegar diretamente ao conhecimento de propriedades físicas que poderiam identificar os diferentes tipos de rochas. Esta capacidade poderia representar um avanço significante em geofísica de campopotencial. A estimativa de λ é o primeiro passo do processo, se os valores de λ forem desconhecidos.

O método mais simples de calcular λ é dividindo o campo magnético medido, pelo campo pseudo-magnético, Equação 4, calculado através do gradiente de gravidade.

Um mapa de valores calculados de λ exibirá uma estimativa da relação de contraste de suscetibilidade e contraste de densidade a cada ponto. Isto pode prover informação sobre ascaracterísticas litológicas da rocha fonte, cujas propriedadesdominam os campos daquele ponto. Este o mapa é chamado de litogeofísico.

O mapa da componente Free-Air, T_zz_FA (Fig. 6), mostra o resultado do levantamento de aerogradiometria gravimétrica na região do Baú-Gandarela, T_zz reflete diretamente a geologia da subsuperfície, revela as variações do campo gravitacional terrestre causadas pela distribuição de massas no subsolo, ou melhor, pela presença de rochas de diferentes densidades. Esses dados serão utilizados na implementação da relação de Poisson dada por (1) estimando o mapa do campo pseudo-magnético (4).

O mapa de Campo Magnético Total (Fig. 7) mostra o resultado do levantamento de aeromagnetometria na região do Baú-Gandarela e revela as distorções locais no campo magnético terrestre geradas pela concentração de minerais magnéticos nas rochas. Esses dados serão utilizados na implementação da relação de Poisson dada em (1) e para estimar o mapa pseudo-litológico.

O mapa do campo pseudo-magnético (Fig. 8), foi calculado a partir da relação de Poisson que mostra que o campo gravimétrico gradiométrico para uma fonte particular pode ser usado para gerar um vetor do campo pseudo-magnético, β, definido pela relação dada em (4).

Esses dados serão utilizados na implementação da relação de Poisson de (1) na tentativa de estimar o mapa pseudo-litológico.

É possível perceber na Figura 9 que as grandes feições, separadas pelas linhas pontilhadas, do mapa do campo total (a) foram preservadas no mapa do campo pseudo-magnético (b). As diferenças entre ambos deve-se ao fator que o campo magnético medido sofre influência da remanescência, desmagnetização e anisotropia, não incluídas na definição do campo pseudo-magnético.

O mapa litogeofísico (Fig. 10) foi calculado a partir da razão entre e o campo magnético medido (Fig. 7) e o campo pseudo-magnético (Fig. 8) calculado a partir do campo gravimétrico gradiométrico. O mapa litogeofísico foi utilizado juntamente com o mapa geológico para a interpretação da geologia da região do Baú-Gandarela.

Interpretação dos dados

Comparando o mapa pseudo-litológico com o mapa geológicoda região do Baú-Gandarela é possível perceber que a Mina do Baú (detalhe Fig. 11) que é uma mina de hematita aparece claramente com sinal de λ menor que 1, ou seja, os valores que indicarão onde prospectar hematita serão os valores menores que 1 (cores verde e azul) dentro da formação ferrífera do mapa pseudo-litológico.

CONCLUSÕES

Utilizando a relação de Poisson para dados de magnetometria e gradiometria um mapa litogeofísico foi criado.

Os resultados são animadores, uma nova ferramenta de prospecção poderá ser utilizada, visto que a Mina do Baú foi detectada no mapa litogeofísico e as áreas em azul já estão sendo prospectadas para hematita e algumas fontes potenciais deste minério estão sendo avaliadas.

Foi possível perceber que as diferenças entre o mapa do campo total e o mapa do campo pseudo-magnético, devem-se ao fato de que o campo magnético medido sofre influência da remanescência, desmagnetização e anisotropia, não incluídas na definição do campo pseudo-magnético.

Esta técnica pode ser utilizada no auxílio a prospecção deoutros bens minerais principalmente aqueles onde haja contraste de densidade e susceptibilidade magnética.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Vale S.A., especialmente à Diretoria de Ferrosos pela oportunidade de publicação deste trabalho.

Recebido em 3 outubro, 2008 / Aceito em 5 maio, 2009

Received on October 3, 2008 / Accepted on May 5, 2009

NOTAS SOBRE OS AUTORES

Marco Antonio Braga. Doutor e Mestre em Geologia com ênfase em Geofísica Aplicada pela Universidade Federal do Rio de Janeiro/Colorado School of Mines em 2009. Especialista em métodos geofísicos aplicados à exploração de minério de ferro. Atualmente é coordenador de geofísica da área de Ferrosos da Vale.

Dionísio Uendro Carlos. Bacharel e Mestre em Geofísica pelo IAG/USP, respectivamente em 2002 e 2006. Especialista em aerogamaespectrometria, tendo desenvolvido os primeiros blocos de concreto radioativo para calibração de detectores gama portáteis e aerotransportados da América Latina. Atualmente trabalha na Vale, realizando processamento de dados de aerogradiometria 3D-FTG e aeromagnetometria.

Tiago de Almeida. Mestrando em Geofísica Aplicada pela UFRGS. É especialista em métodos geofísicos aplicados ao minério de ferro.

Henrique Dayan. Ph.D. pela Universidade de Leeds, Inglaterra, 1981; Geologia Estrutural / Zonas de Cisalhamento. Atualmente é professor de Geologia Estruturalda UFRJ.

Rodrigo Rocha Sousa. Técnico em Geologia & Mineração pelo CEFET-RN no ano de 2003. Tendo especialização em SIG, atualmente trabalha para a Vale na Gerência de Exploração Mineral de Ferrosos.

Carlos Alberto Braga. Geólogo pela UFRJ, especialista em Geofísica Aplicada à Geotecnia e barragens. Atualmente trabalha na área de Geotecnia e barragensda Vale.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  01 Dez 2009
• Data do Fascículo
  Jun 2009

Histórico

• Aceito
  05 Maio 2009
• Revisado
  03 Out 2008
• Recebido
  03 Out 2008