Pesquisa radiomêtrica no Maciço Poços de Caldas: relações entre taxa de dose e geologia ;

resultados preliminários

Radiometric investigations on the Poços de Caldas Plateau: relations between dose rate and geology;

preliminary results

P. Bossew 1, R.J. de Oliveira 2, G.F. Ribeiro 3, N.C. Da Silva 3

1 German Federal Office for Radiation Protection, Berlin2 Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL), campus Poços de Caldas3 CNEN, Laboratório Poços de Caldas (LAPOC)

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Conteúdo

• Complexo alcalino Poços de Caldas: uma anomalia geológica e radiomêtrica;

• Situação geológica / Geological setting;• A pesquisa de taxa de dose / The dose rate

survey;• Relações geologia ~ taxa de dose / geology ~

dose rate;• Modelagem espacial da taxa de dose• Anexo: Correlação taxa de dose ~ Rn indoor?

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Taxa de dose ambiental: metodologia

• Quantidade: Taxa equivalente ambiental, nSv/h

• Método: (car-borne), explicação em detalhe; Projeto Planalto Poços de Caldas, Vol. 1 (2009), p. 37 f.

• Contribuição cósmica e fundo interno (BG intrinsico; ca. 10 nSv/h) não subtraídos

• 522,000 valores

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Geologia regionalMaciço alcalino dePoços de Caldas(Cretáceo - Paleogene)

Embasamento cristalino(Neoproterozoico)

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Taxa de dose: padrão regional

Planalto de Poços de Caldas Grupo PinhalCorpos sieníticos

ComplexoVarginha

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Estrutura regional: autocorrelação

Complexo Poços de Caldas

Embasamento cristalino pré-cambriano, Complexo Varginha: paragnaisse, migmatito

Embasamento cristalino pré-cambriano, Grupo Pinhal: granito

Corpo Pedra Branca: sienito

Corpo Capituva: sienito

Unidades do embasamento cristalino: ± estacionárioComplexo Poços: Não

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Relevo & Morfologia

Zaine 2011, p.56

Google Earth

Lagos

Area urbana

campo

arborizado

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Geologia do PlanaltoGarda 1990, p.52

Ellert 1959

Mapas diferentes!Parcialmente não consistentes!

Garda 1990, p.49

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Geologia do Planalto - 2Unidades litológicas importantes

Rochas plutônicas:• Foiaito: Alkali feldspar, pobre em Q• Lujaurito / Chibinito: foiaito grosso, rico em eudalito

(Na,Ca,Ce,RE,Fe,Mn,Na,Zr-Silicate)Cret. sup. – paleogen.

Rochas vulcânicas e subvulcânicas:• Tinguaito: variedade de Fonolito; Alkali feldspar, nefelino,

foide, pobre em Q; análogo vulcânico ao sienito nefelinico• Fonolito: rocha extrusiva; pobre em Q• Tufo: rocha piroclasticaCret. med . – sup.

Sedimentos:• Arenitos, Si; erosão de rochas mais antigasCret. inf.

9 of xxx

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Geologia do Planalto - 3Alteração hidrotermal: Rochas Potássicas

• Formadas pela alteração hidrotermal via substituição isovolumétrica, principalmente dos fonolitos e tinguaítos e em menor grau dos nefelinas sienitos (foiaítos).

• Distribuem-se irregularmente por todo o planalto, porém podem apresentar como ocorrências continuas: Estruturas circulares no centro do maciço.

• Concentram a maior parte das manifestações radioativas da região.

• Preserva as características textural e estrutural da rocha matriz.

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Geologia do Planalto - 4

Mineração radioativa:• Conjunto de processos: fraturamentos, hidrotermalismo e

intemperismo, 3 tipos principais: • Zr-U (Caldasíto): Mais comum, ocorrência em depósitos

aluviais, eluviais e ainda como veios e lentes associados à tinguaítos alterados.

• Th-RE (Morro do Ferro): Oriunda da total alteração por processos hidrotermais e intempéricos, associada a veios de magnetitas

• U-Mo (Mina O -U): Zonas limitantes das estruturas anelares, tendo como rocha encaixante o tinguaítos exposto a zonas de esmagamento.

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Planalto: Estimação espacial (1)

Mapeamentosimplificado

block-OK, log10(DR)

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Planalto: geologias relevantes

Geologias com taxa de dose alta: Lujauritos e Rochas alteradas hidrotermalmente

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Diferenças entre unidades geológicas -1

Box-and-Whisker Plot

lnDR

Luja

foia

fono

hydr

sedi

ting

tufo

0 2 4 6 8 10

0

50

100

150

200

250

Sedi Tufo Fono Ting all Foia Hydro Luja

Med(Dose rate)

0

50

100

150

200

250

Sedi Tufo Fono Ting all Foia Hydro Luja

Med(Dose rate)

- Em média: taxas mais altas noLujaurito e rochas alteradas hidrotermalmente;

- Máximos absolutos: sobre Foiaítos(Morro do Ferro → classificação correta ??)

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Diferenças entre unidades geológicas-2

Variogramas por unidades geológicas

1. Processo não parecem estacionário → heterogeneidade dentro das unidades

2. Estrutura correlativa diferente entre as unidades!

Valores normalizados por geologia

Valores originais

Contribuição da geologia a variância total

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Heterogeneidade das unidades

lnDR

foia-1foia-101foia-102foia-104foia-11foia-12foia-16foia-17foia-2

foia-23foia-24foia-26foia-27foia-28foia-29foia-3

foia-30foia-33foia-5foia-6foia-7foia-8foia-9

3.6 4.6 5.6 6.6 7.6 8.6 9.6

Means and 95.0 Percent LSD Intervals

lnD

R

foia

-1fo

ia-1

01fo

ia-1

02fo

ia-1

04fo

ia-1

1fo

ia-1

2fo

ia-1

6fo

ia-1

7fo

ia-2

foia

-23

foia

-24

foia

-26

foia

-27

foia

-28

foia

-29

foia

-3fo

ia-3

0fo

ia-3

3fo

ia-5

foia

-6fo

ia-7

foia

-8fo

ia-9

4.4

4.7

5

5.3

5.6

5.9

cl2_ln

freq

uenc

y

4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 60

200

400

600

800

1000

foiaitos

cl2, foia-1

freq

uenc

y

0 50 100 150 200 250 3000

100

200

300

400

500

600

foia-1

cl2, foia-8

freq

uenc

y

0 100 200 300 400 500 6000

40

80

120

160

foia-8

heterogeneidadedas sub-unidades

Morro do Ferro

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Estimação espacial (2)

ordinary kriging with geology as external deterministic drift

1. transformln z → z’ = ln z – GM(z)|geo;

2. block OK on z’: z’* on grid 3. back-transform z’* → z*4. exp(z*) = GM over cell

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Cross validation

método:leave-1-out (Surfer), n=1000

• inclin. = 0.94 → little smoothing

• alguns outliers

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Anomalias radioativas - 1Garda 1990, p.81

mina Osamu Utsumi

morro de Ferro

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Anomalias radioativas - 2

20 of xxx

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Valores extremos

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Mapeamento local

Geologia: Mapa geológico-geotécnico do município de Poços de Caldas, UNESP et al. 2008

Parte da área urbana do municipio de Poços de Caldas

• Não existe correlação evidente da dose com geologia – pela classificação geológica accessivel;

• a parte S da cidade parece com nivel de dose mais alto de que o resto.

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Mapeamento local - 2

Exemplo: Santa Rita

block OK:AM ± SD = 75 ± 12 nSv/hMed ± Mad = 71 ± 7 nSv/hMin = 48, Max = 124dados:AM = 74 ± 16Min = 33, Max = 142

cross validation

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Valores medios nas áreas urbanas - 1cidade AM ± SD

(modelo)dados Projeto

Planalto

Poços de CaldasParte S (aeroporto)

108 ± 14125 ± 14

106 ± 19129 ± 17

118

Caldas 77 ± 8 80 ± 16 80

Andradas 61 ± 7 61 ± 16 67

Aguas da Prata 45 ± 4 47 ± 11

Ibituara 72 ± 4 80 ± 23 63

Santa Rita 75 ± 12 74 ± 16 55

NS Aparecida 41 99 ± 11

Laranjeiras 89 92 ± 11

LAPOC 168 135 ± 29

UNIFAL 47

Pocinhos 106 82 ± 7

Povoado X (BR ) 122 126 ± 20

Santana 51 68 ± 10

S Pedro 42 45 ± 5

Piau 45 57 ± 9

S Bento 40 43 ± 11

Campestrino 47 57 ± 15

AM(cell) ≈ GM * exp(SDK²/2)Tabela: AM(area) [AM(cell)]

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Valores medios nas áreas urbanas - 2

Validação:Scatter plot, dados originais vs. modelo, medias (AM) por cidade

Nota: o AM dos dados originais não é necessariamente = AM espacial!

Apesar de alguns outliers: resultado aceitável

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Conclusões1. Taxa de dose é relacionada com geologia – nas escalas grande,

media; escala pequena (ex. cidade Poços de C.): ?2. Geologias com níveis mais altos:

Lujaurito, Rochas alteradas hidrotermalmente3. Unidades geológicas são heterogêneas, pela escala disponível4. Mineralização local → anomalias radiométricas

(“non-stationary pockets”)5. Variabilidade alta do nível de taxa de dose,

<50 ... >10,000 nSv/h6. Mapeamento detalhado exige amostragem por malha fina7. Modelo por krigangem: Cross validation �8. Mas modelagem tem limites!

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Anexo: relação taxa de dose com Rn indoor??

y = 0.642x + 37.713R2 = 0.0893

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250 300

AM(DR)

AM

(Rn)

y = 0.5981x + 1.6938R2 = 0.0998

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

ln AM(DR)

ln A

M(R

n)

dados Rn: AM(sala, quarto; fase 1+2); apenas térreodados DR: AM(DR em redor de 100 m do valor Rn)

prima vista correlação muito baixa; mas merece mais pesquisa!