INVERSION OF ELECTRICAL RESISTIVITY SOUNDINGS FOR THE INVESTIGATION OF AQUIFERS IN THE ACARAÚ-ITAREMA REGION, CEARÁ, BRAZIL

Abstract

ABSTRACT. The main objectives of this study were to develop a robust scheme for the automatic inversion of electrical sounding measurements, and to perform a regional geoelectric reconnaissance survey for investigating the groundwater availability and quality in a 1,280 km² sedimentary basin located in the Acaraú-Itarema region, Ceará, Brazil. An algorithm was developed for the automatic inversion of vertical electrical soundings (VESs) for the Schlumberger array of electrodes. The algorithm included the finite distances between the potential electrodes and uses the least absolutes method and the linearized Marquardt-Levenberg technique. The procedure was found to be more robust and efficient than the technique that uses the traditional least squares method. A total of 134 VESs were performed in the area. Ninety-six VESs are located in an area of major interest in this study. They were conducted on friable sedimentary rocks of the Barreiras Formation. Below the high resistivity cover, these electrical soundings show resistivities related to water-saturated layers that extend to the crystalline basement. Based on the inversion of the geoelectrical data and the information available a priori, summary maps were prepared to characterize the geometry of the aquifer system in the study area. The thickness of the aquifer varies from a few meters in the south to approximately 240 meters to the north. The permanent water reserve is estimated at 7.1×10⁹ m³, with a renewable reserve of 4.0×10⁸ m³/year. Thus, a considerable water volume is available for exploitation in the area.

Keywords: geoelectrical soundings, groundwater, least absolute fitting.

RESUMO. Os principais objetivos deste trabalho foram o desenvolvimento de um esquema robusto para inverter dados de sondagens elétricas verticais, bem como realizar um levantamento geoelétrico regional para investigar a disponibilidade e qualidade dos recursos de água subterrânea, numa área sedimentar com 1.280 km², localizada na região de Acaraú-Itarema, Ceará, Brasil. Foi desenvolvido um algoritmo para inversão automática das sondagens elétricas verticais (SEVs), obtidas com o arranjo Schlumberger. Neste algoritmo estão incluídas as distâncias finitas entre os eletrodos de potencial. Foi usado o método dos mínimos absolutos e a técnica linearizada de Marquardt-Levenberg. Este procedimento mostrou-se mais robusto e eficiente que aquele obtido com o método tradicional dos mínimos quadrados. Um total de 134 sondagens elétricas foram executadas na área. Noventa e seis SEVs estão localizadas em área de maior interesse neste estudo. Foram executadas sobre rochas sedimentares friáveis pertencentes à Formação Barreiras. Abaixo de uma cobertura resistiva, estas sondagens elétricas apresentam resistividades compatíveis com camadas saturadas em água, que se estendem até o substrato cristalino. Baseados na inversão dos dados geoelétricos e nas informações a priori disponíveis, foram elaborados mapas sintéticos de caracterização geométrica do sistema aquífero na área de investigação. A espessura do aquífero varia de alguns metros no setor sul da área até aproximadamente 240 m no setor norte. A reserva permanente de água é estimada em 7,1×10⁹ m³, com uma reserva renovável de 4,0×10⁸ m³/ano. Assim, um volume hídrico considerável está disponível para a explotação na área.

Palavras-chave: sondagens elétricas, água subterrânea, ajuste por mínimos absolutos.