GEOTHERMAL GRADIENT AND HEAT FLOW IN THE STATE OF RIO DE JANEIRO

Abstract

ABSTRACT

Results of geothermal studies carried out at 72 localities have been used in evaluation of temperature gradient and heat flow values of the upper crust in the state of Rio de Janeiro. The investigations included temperature logs in boreholes and wells, calculation of geothermal gradients, measurements of thermal conductivity and determination of heat flow density. In addition, estimates of temperature gradients and heat flow were also made for areas of thermo-mineral springs, based on the so-called geochemical methods. Analysis of these data sets, after incorporation of appropriate corrections (for the perturbing effects of drilling operations, topography and climate changes) has allowed for the first time a better understanding of the regional distribution of thermal gradients and heat flow within the study area. The results obtained indicate that geothermal gradient values are in the ranges of 14 to 26°C/km in Precambrian metamorphic terrain and 19 to 33°C/km in areas of Phanerozoic sedimentary basins. Most of the rock formations are characterized by thermal conductivity values varying from 2.2 to 3.6 Wm^-1K^-1. Consequently regionally averaged mean heat flow values are found to fall in the interval of 40 to 70 mW/m². Computer generated contour maps reveal that geothermal gradients and heat flow are systematically high in the western compared to the eastern parts of the state of Rio de Janeiro. There are indications that this geothermal anomaly is probably associated with the belt of Tertiary alkaline intrusives, between Itatiaia and Cabo Frio. Residual heat of large scale magma intrusions in the later part of the Tertiary period may be one of the possible mechanisms responsible for this thermal anomaly.

Keywords:Geothermal Gradient, Heat Flow, Rio de Janeiro.

RESUMO

Resultados de estudos geotérmicos efetuados em 72 localidades foram utilizados na avaliação de gradientes de temperatura e o fluxo geotérmico da crosta superior no Estado do Rio de Janeiro. As investigações incluíram a realização de perfilagens térmicas em furos e poços, determinação dos gradientes térmicos, medições de condutividades térmicas e estimativas da densidade do fluxo geotérmico. Como complementos, também foram estimados gradientes e fluxo geotérmico das áreas de ocorrências de fontes termo-minerais, utilizando métodos geoquímicos. Análises desses dados após a incorporação das correções apropriadas (efeitos de perfuração, topografia e variações climáticas recentes) tornaram possível pela primeira vez um melhor entendimento da distribuição regional de gradientes térmicos e do fluxo de calor na área de estudo. Os resultados obtidos indicam que os gradientes térmicos variam entre 14 e 26°C/km nas regiões metamórficas Pré-Cambrianas e de 19 a 33°C/km nas áreas de bacias sedimentares Fanerozóicas. Muitas das formações rochosas apresentaram condutividade térmica compreendida entre 2,2 e 3,6 Wm^-1K^-1. Conseqüentemente, os valores médios encontrados para o fluxo geotérmico regional situam-se no intervalo de 40 a 70 mW/m². Mapas de contorno, preparado a fim de examinar as variações regionais, revelam que o gradiente e o fluxo térmico são sistematicamente mais elevados na parte oeste da área de estudo, em comparação com aquelas encontradas na parte leste. Existem indicações de que a anomalia geotérmica na parte oeste está provavelmente associada com a faixa das intrusivas alcalinas Terciárias situadas entre a região de Itatiaia e Cabo Frio. O calor residual das intrusões magmático do período Terciário superior configura-se como um dos possíveis mecanismos responsáveis por esta anomalia térmica.

Palavras-chave:Gradiente Térmico, Fluxo Geotérmico, Rio de Janeiro.