Estratigrafia mecânica aplicada às rochas carbonáticas da Formação Irati (Permiano) na região do alto estrutural de Pitanga - SP, Bacia do Paraná

(1)

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO” INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS

ESTRATIGRAFIA MECÂNICA APLICADA ÀS

ROCHAS CARBONÁTICAS DA FORMAÇÃO IRATI

(PERMIANO) NA REGIÃO DO ALTO ESTRUTURAL

DE PITANGA - SP, BACIA DO PARANÁ

Rodrigo Irineu Cerri

Orientador: George Luiz Luvizotto

Relatório final apresentado à Comissão do Trabalho de Conclusão do Curso de Geologia do Instituto de Geociências e Ciências Exatas – UNESP, Campus de Rio Claro, como parte das exigências para o cumprimento da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso no ano letivo de 2015

(2)

UNESP - UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Instituto de Geociências e Ciências Exatas

Campus

de Rio Claro (SP)

Rodrigo Irineu Cerri

ESTRATIGRAFIA MECÂNICA APLICADA ÀS ROCHAS

CARBONÁTICAS DA FORMAÇÃO IRATI (PERMIANO) NA

REGIÃO DO ALTO ESTRUTURAL DE PITANGA - SP,

BACIA DO PARANÁ

Trabalho de Formatura apresentado ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas - Campus de Rio Claro, da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, para obtenção do grau de Geólogo.

Rio Claro - SP

(3)

Cerri, Rodrigo Irineu

Estratigrafia mecânica aplicada às rochas carbonáticas da Formação Irati (Permiano) na Região do Alto Estrutural de Pitanga - SP, Bacia do Paraná / Rodrigo Irineu Cerri. - Rio Claro, 2015

77 f. : il., figs., tabs., fots.

Trabalho de conclusão de curso (Geologia) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas Orientador: George Luiz Luvizotto

1. Geologia estratigráfica. 2. Hidrocarbonetos. 3. Fraturamento. 4. Tectônica experimental. I. Título. 551.7

C417e

(4)

Rodrigo Irineu Cerri

Estratigrafia Mecânica aplicada às rochas carbonáticas da

Formação Irati (Permiano) na Região do Alto Estrutural de

Pitanga - SP, Bacia do Paraná

Trabalho de Formatura apresentado ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas - Câmpus de Rio Claro, da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, para obtenção do grau de Geólogo.

Comissão Examinadora

Prof. Dr. George Luiz Luvizotto (orientador) Prof. Dr. Norberto Morales

Prof. Dr. Lucas Verissimo Warren

Rio Claro, 17 de Dezembro de 2015.

(5)

Agradecimentos

Aos meus pais, Irineu e Cleide, e ao meu irmão Ricardo que em toda a minha caminhada durante a graduação me deram apoio, amor e confiança. Sempre estiveram ao meu lado nos momentos bons e ruins, nas alegrias e dificuldades. Sem eles nada disso seria possível.

Agradeço minha namorada e amiga Jessica, pelo apoio, carinho, amor, paciência e suporte durante todos os anos da graduação.

Ao meu orientador e amigo Prof. Dr. George Luiz Luvizotto, que por 3 anos me orientou e ensinou, nos erros e acertos, a ser um geólogo cada vez melhor.

Ao Prof. Dr. Francisco M. W. Tognoli e a toda equipe do LASERCA pelo amizade e apoio dado durante a realização deste trabalho.

À FAPESP pela concessão de bolsa de Iniciação Científica (processo no. 2013/19878-6), apoio acadêmico e financeiro, indispensáveis para a realização deste trabalho de conclusão de curso.

Aos meus grandes amigos de graduação Pedro, Rodolfo, Andrey, André, Leonardo, Cle-berson, Felipe, Samuel e Danilo, entre tantos outros que entraram em minha vida durante a graduação, que ajudaram e apoiaram com suas amizades.

(6)

Sumário

Índice de Figuras vii

1 Introdução 1

1.1 Localização das Áreas de Estudos . . . 3

1.2 Objetivos . . . 4

1.3 Justificativas . . . 5

2 Materiais e Métodos 6 2.1 Trabalhos de Campo . . . 6

2.2 Laser Scanner 3D Terrestre . . . 7

2.2.1 Tratamento e Integração dos Dados . . . 7

2.2.2 Método dos Três Pontos . . . 10

2.2.3 Classificação de Intensidade de Retorno . . . 10

2.3 Tectônica Experimental - Experimentos com Caixa de Areia . . . 11

2.4 Análise de Calcinação . . . 14

3 Geologia Regional 15 3.1 Síntese do Contexto Geológico . . . 15

3.2 Estratigrafia da Região de Estudo . . . 16

3.2.1 Formação Irati . . . 16

3.3 Geologia Estrutural . . . 18

3.3.1 Contexto Estrutural Geral . . . 18

3.3.2 Quadro Regional . . . 20

3.4 Arcabouço Estratigráfico, Grau de Fraturamento e Estratigrafia Mecânica . . . 23

4 Resultados e Discussões 25 4.1 Padrão de Fraturamento e Estratigrafia Mecânica . . . 25

(7)

4.1.2 Pedreira Vitti . . . 32

4.1.3 Pedreira Bonança . . . 42

4.2 Análises com Laser Scanner 3D Terrestre . . . 48

4.2.1 Cálculo das Atitudes dos Planos de Fraturas - Laser Scanner 3D . . . . 49

4.3 Classificação da Intensidade de Retorno . . . 52

4.4 Tectônica Experimental - Experimentos com Caixa de Areia . . . 57

4.4.1 Experimento 1 . . . 58

4.4.2 Experimento 2 . . . 61

4.4.3 Experimento 3 . . . 65

4.5 Relação entre Tectônica Experimental e Estratigrafia Mecânica da Formação Irati 68 4.6 Análise de Calcinação . . . 69

5 Conclusões 71

(8)

Índice de Figuras

1.1 Localização das áreas estudas no Alto Estrutural de Pitanga no presente trabalho nos municípios de Rio Claro e Ipeúna (Fonte: Modificado de Godoy (2006) e Dourado et al. (2013)). . . 2 1.2 Mapa ilustrando a localização dos municípios de Rio Claro e distrito de

As-sistência, Piracicaba, Saltinho e Ipeúna destacados em vermelho. O Norte é paralelo à lateral da figura. Fonte: Google Maps (https://maps.google.com.br/, acesso em maio de 2015). . . 4

2.1 Equipamentos. A) Laser Scanner 3D Terrestre ILRIS; B) Receptor GPS - Top-con Modelo Hiper Lite RTK. Fonte: elaborado pelo autor. . . 7 2.2 Identificação de planos na nuvem de pontos. A) O plano fica evidenciado pela

maior densidade de pontos formando uma linha; B) O plano fica evidenciado pela regularidade da distância entre os pontos. . . 8 2.3 Caixa de Areia. Com a distensão, ocorre o abatimento da cunha central da caixa

e consequente fraturamento. . . 12 2.4 Caixa de Areia. No fundo da caixa está inserida a sequência de tiras de lixa.

Essas tiras, quando tracionadas, iniciam o processo de distensão do material. . . 13 2.5 Mecanismo de distensão utilizado. Composta por uma série de tiras de lixa

sobrepostas que quando tracionadas iniciam o processo de distensão. . . 13

3.1 Principais alinhamentos estruturais da Bacia do Paraná. Retirado de Godoy (2006). . . 19 3.2 Principais lineamentos e falhas da região de Rio Claro, Piracicaba e Ipeúna. O

Alto Estrutural de Pitanga está delimitado pelo círculo 1 (Modificado de Sousa (2002)). . . 22 3.3 Ilustração mostrando interfaces mecânicas, que podem ser tanto contatos

(9)

3.4 Ilustração mostrando que um camada de diferente reologia pode fazer com que as fraturas não se propaguem. Fonte: Cooke et al. (2006). . . 24

4.1 Localização e vias de acesso da Pedreira Partecal a partir de Rio Claro. . . 26 4.2 Painéis fotográficos NS e EW confeccionados na Pedreira Partecal. . . 27 4.3 Diagrama mostrando os planos de fratura levantados na frente NS. Total de 56

medidas. Máximos - 340/03; 350/50. . . 28 4.4 Diagrama mostrando os planos de fratura levantados na frente EW. Total de 41

medidas. Máximo - 252/08 . . . 29 4.5 Diagrama mostrando os planos de fratura levantados em ambas as frentes de

lavra. Total de 97 medidas. Máximos - 252/08; 162/02. . . 29 4.6 Diagrama mostrando os planos de fraturas levantados com ocorrência de óleo

em ambas as frentes de lavra. Total de 20 medidas. Máximos - 258/07; 298/03; 324/01. . . 30 4.7 Figura mostrando a direção da fratura (tracejado em amarelo) e a localização da

Interface Mecânica, que corresponde a camada de folhelho (tracejado verme-lho). Notar que o banco de calcário apresenta-se com coloração escura devido a presença de forte silicificação. . . 31 4.8 Localização da cava estudada dentro da Pedreira Partecal. . . 32 4.9 Figura de localização das duas interfaces mecânicas interpretadas na Pedreira

Vitti, acima do banco basal de calcário. . . 33 4.10 Imagem Google Earth Pro da região de Saltinho. Observar a estruturação das

drenagens e do Rio Tiête, com estruturas preferencialmente NE-SW e NW-SE, como exemplificado em vermelho. . . 34 4.11 Estereograma das fraturas referentes a família NW-SE. Total de 25 medidas.

Máximo - 48/90. . . 35 4.12 Estereograma das fraturas referentes a família NE-SW. Total de 27 medidas.

Máximo - 156/90. . . 36 4.13 Estereograma das fraturas referentes a família NNW-SSE. Total de 5 medidas.

Máximo - 256/90. . . 37 4.14 Estereograma de todas as fraturas medidas na Pedreira Vitti. Total de 56

medi-das. Máximos - 48/02; 153/02; 88/01. . . 37 4.15 Terminações das fraturas da família NE-SW (Pedreira Vitti): (A) Fraturas

(indi-cado em amarelo) tem sua terminação na primeira Interface Mecânica indicada em vermelho; (B) Fraturas (indicado em amarelo) tem sua terminação na se-gunda Interface Mecânica indicada em vermelho. . . 39 4.16 Terminações das fraturas da família NW-SE. As fraturas (indicadas em amarelo)

(10)

4.17 Ilustração do padrão de terminações das fraturas de cada família em relação as interfaces mecânicas. Azul = Família NNW-SSE; Vermelho = Família NE-SW; Amarelo = Família NW-SE . . . 41 4.18 Localização da Pedreira Bonança. Acesso é feito, a partir de Ipeúna, pela

rodo-via Wilson Finardi. . . 42 4.19 Estereograma das fraturas da família NE-SW medidas na Pedreira Bonança.

Total de 37 medidas. Máximo - 118/03. . . 43 4.20 Brecha, de direção NE-SW nos calcários da pedreira Bonança (Ipeúna).

Obser-var a presença de óleo nos interstícios da brecha em A, e de calcita de granula-ção grosseira em B. . . 44 4.21 Estereograma das fraturas da família NW-SE medidas na Pedreira Bonança.

Total de 33 medidas. Máximo - 52/01. . . 45 4.22 Estereograma de todas as fraturas medidas na Pedreira Bonança. Total de 70

medidas. Máximos - 118/03; 52/01. . . 45 4.23 Interface Mecânica da Pedreira Bonança (Ipeúna - SP), com espessura de

apro-ximadamente 30 - 40 centímetros, indicado entre as linhas em vermelho. . . 46 4.24 Interface Mecânica da Pedreira Bonança (Ipeúna - SP), com espessura de

apro-ximadamente 30 - 40 centímetros, indicada entre as linhas em vermelho, e di-reção de algumas fraturas que não a ultrapassam, indicadas em amarelo. Corte aproximadamente NS. . . 47 4.25 Figura indicando a nuvem de pontos geral da Pedreira Partecal obtidas através

do escaneamento com Laser Scanner Terrestre. O comprimento da cava é de aproximadamente 150 metros. A visada da imagem é aproximadamente NE. . . 48 4.26 (A) Plano de fratura dentro de uma nuvem de pontos. (B) Alinhamento de

pontos característico de um plano de fraturas. . . 50 4.27 Localização dos três planos de fraturas medidos com o método dos três pontos.

Nuvem de ponto corresponde a frente de lavra EW da Pedreira Partecal. . . 50 4.28 Oclusão causada por saliência no afloramento. Fonte: adaptado de Sturzenegger

e Stead (2009). . . 51 4.29 Mancha de óleo a ser "individulizada"com o agrupamento de intensidades. . . . 52 4.30 Resultado do Clustering para 3 grupos, com 40 interações. Destaca-se muito

bem as camadas de calcários relativamente mais "puros"e horizontais. . . 53 4.31 Resultado do Clustering para 4 grupos, com 40 interações. . . 54 4.32 Resultado do Clustering para 5 grupos, com 40 interações. . . 54 4.33 (A) Resultado do clustering para 4 grupos. (B) Foto da mancha de óleo.

Desta-cado em vermelho a orientação das juntas em ambas as figuras. . . 55 4.34 Figura comparativa entre fratura observada em uma nuvem de pontos e em uma

(11)

4.35 Figura comparativa entre fratura observada em uma nuvem de pontos e em uma fotografia. . . 56 4.36 Figura comparativa entre fratura observada em uma nuvem de pontos e em uma

fotografia. . . 56 4.37 Configuração inicial do Experimento 1. Contem camadas de gesso puro e cimento. 58 4.38 Figura que ilustra algumas das etapas de formação das fraturas do Experimento

1. Em (A) tem-se a formação de planos principais associados ao plano de aba-timento da caixa; (B) e (C) tem a formação de pares conjugados de fraturas. . . 60 4.39 Configuração inicial do Experimento 2. Contém camadas de gesso puro,

mis-tura de gesso e cimento e areia fina de coloração vermelho. . . 61 4.40 Configuração final de um sistema de falhas normais formado durante a

realiza-ção do Experimento 2. Progressivo aumento na distensão da Figura A para a Figura D, com formação de pares conjugados de fraturas. . . 63 4.41 Configuração final do Experimento 2, com todos os sistemas de falhas normais.

Observar o preenchimento de algumas fraturas com areia vermelha, marcando caminhos migratórios pra fluídos. . . 64 4.42 Configuração inicial do Experimento 3. Contem camadas da mistura de gesso

e cimento, areia fina de coloração vermelho e massaflubber. . . 65 4.43 Ilustração das etapas de distensão do Experimento 3. . . 67 4.44 Tabela contendo as informações de pesos iniciais, peso sem umidade,

(12)

Resumo

Este trabalho apresenta estudos relacionados ao padrão de fraturamento da Formação Irati nos municípios de Rio Claro, Ipeúna e Saltinho, Estado de São Paulo, inseridos no contexto do Alto Estrutural de Pitanga. A relação entre o fraturamento dos calcários basais do Membro As-sistência (Formação Irati), o comportamento mecânico e as espessuras dos diferentes litotipos foi estudado em um contexto integrado, levando-se em consideração os conceitos de Estrati-grafia Mecânica. O objetivo do trabalho é classificar e caracterizar o padrão de fraturamento da Formação Irati de modo a integrar os esforços tectônicos, resistência mecânica das rochas e a estratigrafia desta formação. Foram levantados dados sobre a persistência das famílias de fraturas ao longo das camadas de calcário e das Interfaces Mecânicas (camadas de folhelho). Os dados mostram que apenas algumas famílias de fraturas ultrapassam as Interfaces Mecâni-cas e que estas têm intima relação com os Sistemas de Falhas Passa Cinco - Cabeças e Ipeúna-Piracicaba, apresentando sempre direções NW-SE e, em grande maioria, impregnações de óleo em seus planos de fratura. Uma exceção ao caso é o padrão de fraturamento presente na re-gião de Ipeúna (Pedreira Bonança), onde nenhuma família de fratura persiste além da Interface Mecânica. É descrito na literatura falhamentos de direção NE-SW para esta área. Em campo, observam-se impregnações de óleo restritas principalmente aos planos de fraturas de direção NE-SW ou preenchendo a “matriz” das brechas de mesma direção, e secundariamente nas fra-turas de direção NW-SE. Como técnica auxiliar utilizou-se o Laser Scanner Terrestre, por meio do qual obteve-se imagem tridimensional das frentes de lavra e a atitude de planos de fraturas. Outro uso do Laser Scanner 3D terrestre é a capacidade de se identificar, através da análise da Classificação de Intensidade de Retorno, fraturas ou rochas que apresente-se impregnadas por hidrocarbonetos, bem como diferenciar litologias distintas. Destaca-se que a identificação de impregnação de hidrocarboneto por meio desta técnica não havia sido descrita na literatura. Para testar as hipóteses levantadas sobre Estratigrafia Mecânica utilizou-se experimentos em Caixa de Areia (Tectônica Experimental) para demonstrar como rochas com características reológicas distintas comportam-se ao se exercer esforços distensivos sobre elas. Os resultados obtidos nos experimentos corroboram as observações de campo, isto é, apenas fraturas de maior expressão atravessam as interfaces mecânicas.

(13)

Abstract

This work present data on the distribution of fractures in rocks from the Assitência Member (Irati Formation). The study was carried out in quarries near Rio Claro, Saltinho and Ipeúna. The Assistência member is characterised be the occurrence of a 2 - 3 meters thick layer of dolomitic carbonate at the base, overlaid by a sequence of alternating layers (15-30 cm) of black shale and carbonate. The aim is to characterise the distribution and formation of fractures, taking into account relationship between fracture development and the relative proportion of in-competent (shale) to in-competent (carbonate) strata within the vertical section. Results show that only major fractures extrapolate the mechanical boundaries presented by shale layers. Mechan-ical units have a significant influence on the vertMechan-ical fracture terminations and the overriding control on fracture height is the presence of the laterally continuous shales. In two of the stud-ied areas (quarries near Rio Claro and Saltinho), about 80% of the fracture heights terminate at the mechanical boundaries. In these areas, fractures that extrapolate the mechanical boundaries have NW—SE direction, the same orientation of importante faulting systems that occur in the area (Passa Cinco — Cabeças and Ipeúna — Piracicaba falting systems). Interestingly, most of these fracture planes are impregnated with oil. On exception is the the fracturing pattern observed in a quarry near Ipeúna, where all fratures terminate at the first mechanical boundary above the mais carbonate layer (30-40 cm thick shale). But, remarkably, some fractures with NE-SW direction that occur within the main carbonate layer are filled with a significant amount of high density oil. Furthermore, breccias occur along these structures and oil is present within the clasts. It is worth mentioning that NE—SW faults are described for this area. This is an interesting field analogue of a fractured carbonate reservoir. A Terrestrial Laser Scanner was used as an auxiliary tool to investigate the exposure in Rio Claro. With the 3D images obtained by this technique, it was possible to identify frature planes and determine atitudes. However, the most interesting result was the ability to detect impregnation of oil using the secondary pulse intensity of the laser. Although preliminary, these findings have never been described in the literature. In order to further assess the features observed in the field, a series of sandbox exper-iments were carried out. Different material were used to simulate carbonate (gypsum powder) and shale (sand and a non newtonian polymer) layers. The experiments were able to reproduce field observation and showed that only few fractures were able to extrapolate the mechanical units.

(14)

Capítulo

1

Introdução

A arquitetura estratigráfica exerce controle primordial no desenvolvimento de fraturas em rochas sedimentares, uma vez que dita a distribuição e a variabilidade de fácies sedimentares, as quais influenciam no estilo, intensidade e posicionamento das fraturas. Esta correlação entre fraturas e estratigrafia é denominada Estratigrafia Mecânica e é demonstrada pela correlação entre a intensidade de fraturamento e a espessura e reologia das camadas (e.g., McQuillan, 1973; Ladeira e Price, 1981; Bai e Pollard, 2000; Renshaw et al., 2003; Cooke et al., 2006). Zahm et al. (2009) discutem a importância de levar em consideração a estratigrafia de sequências em conjunto com os processos deformacionais para prever o padrão de fraturamento de um determinado pacote de rochas sedimentares. Cooke et al. (2006) discutem ainda que rochas com teores relativamente altos de argila trabalham como Interfaces Mecânicas, fazendo com que a deformação não se propague (maioria das fraturas não ultrapassa os folhelhos), diferentemente de materiais com baixo teor em argila, caso das rochas carbonáticas estudadas, que se fraturam e propagam facilmente a deformação.

(15)

1 Introdução

Figura 1.1: Localização das áreas estudas no Alto Estrutural de Pitanga no presente trabalho nos municípios de Rio Claro e Ipeúna (Fonte: Modificado de Godoy (2006) e Dourado et al. (2013)).

Na área de estudo, dois sistemas de falhas principais foram caracterizados por Sousa (1997) e Sousa (2002): (1) Sistema de Falhas Passa Cinco-Cabeça, com falhas normais de direção preferencial NW-SE e falhas isoladas com direções preferenciais N-S e NNE-SSW; (2) Sistema de Falhas Ipeúna-Piracicaba, com falhas normais com direção preferencial NW-SE e secun-dariamente NE-SW. Algumas destas falhas são preenchidas por rochas básicas associadas à Formação Serra Geral.

A necessidade de um conhecimento mais aprofundado sobre deformações em rochas carbo-náticas cresceu na última década em função da descoberta de importantes reservatórios de óleo e gás neste tipo de rocha. Cerca de 60% das reservas mundiais de óleo e 40% das reservas de gás estão contidas em rochas carbonáticas (Schlumberger Market Analysis, 2007, www.slb.com).

(16)

1.1 Localização das Áreas de Estudos 1 Introdução

barreiras de fluxo, compartimentando reservatórios. Portanto, sua presença e distribuição têm grande influência na configuração final das características permoporosas de reservatórios car-bonáticos.

O presente trabalho insere-se no contexto exposto acima, e visa investigar de forma inte-grada o padrão de fraturamento em rochas carbonáticas da Formação Irati, na região de Rio Claro, Saltinho e Ipeúna, Estado de São Paulo. Cabe-se ressaltar a frequente presença de hidro-carboneto nestas rochas, que ocorrem disseminados na rocha ou impregnando planos de fratura. Para alcançar os objetivos propostos foi utilizada, além de observações, descrições e análises de campo, a modelagem digital de afloramento (MDA) por meio de Laser Scanner 3D, bem como modelagem 3-D em escalas laboratoriais emcaixas de areia, para compreender o com-portamento entre a estratigrafia (litotipo) e os esforços deformacionais, e consequentemente os processos geológicos. Os resultados obtidos poderão ser utilizados como análogos, auxiliando na compreensão de reservatórios carbonáticos de hidrocarbonetos ou água. A presença de diver-sas pedreiras de exploração de rochas calcárias da Formação Irati nas proximidades das cidades de Rio Claro (distrito de Assistência), Saltinho e Ipeúna justifica a escolha desta área de estudo.

1.1 Localização das Áreas de Estudos

As áreas de estudos localizam-se nos município de Ipeúna, Saltinho e Rio Claro (Figura 1.2). Na região de Rio Claro (centro-leste do Estado de São Paulo), os afloramentos estudados estão localizados no distrito de Assistência, que se localiza a 8 km a sul de Rio Claro. Já na região de Piracicaba (noroeste do Estado de São Paulo), o estudo foi realizado no município de Saltinho a aproximadamente 15 km a sul do município de Piracicaba. No município de Ipeúna, e exposição estudada localiza-se aproximadamente 2 km a nordeste do centro da cidade.

(17)

1.2 Objetivos 1 Introdução

Figura 1.2: Mapa ilustrando a localização dos municípios de Rio Claro e distrito de Assistência, Piracicaba, Saltinho e Ipeúna destacados em vermelho. O Norte é paralelo à lateral da figura. Fonte: Google Maps (https://maps.google.com.br/, acesso em maio de 2015).

1.2 Objetivos

O presente trabalho tem como objetivo:

1. Aplicar conhecimentos sobre Estratigrafia Mecânica nas rochas na Formação Irati, para compreender o arranjo e padrão de fraturamento e suas relações com litotipos e a espes-sura das camadas (Interfaces Mecânicas);

2. Produzir modelos analógicos em laboratório, utilizando caixa de areia, que exemplifique como as camadas com características reológicas distintas se comportam em relação aos esforços tectônicos, ilustrando a propagação ou não das fraturas;

3. Através de Modelagens/Modelos Digitais de Afloramento (MDA), comparar os levanta-mentos feitos em campo (com bússola), bem como o modelo gerado em laboratório;

(18)

1.3 Justificativas 1 Introdução

1.3 Justificativas

A proposta do presente trabalho justifica-se pela necessidade de aprimorar o conhecimento sobre feições estruturais rúpteis e seu arranjo espacial, com o intuito de melhorar o conheci-mento sobre o armazenaconheci-mento e migração de hidrocarbonetos ou água em reservatórios car-bonáticos, além de aplicar o conhecimento sobre Estratigrafia Mecânica ainda muito pouco estudada e divulgada na literatura nacional.

(19)

Capítulo

2

Materiais e Métodos

O projeto foi desenvolvido junto ao Departamento de Petrologia e Metalogenia (DPM), do Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE) da UNESP - Rio Claro. Contou também com a participação dos Prof. Dr. Francisco Manoel Wohnrath Tognoli e Prof. Dr. Mauricio Veronez, docentes do Programa de Pós-Graduação em Geologia da Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS), que trabalham ativamente com a visualização e interpretação de Modelos Digitais de Afloramento. O Prof. Dr. Francisco Tognoli participou dos trabalhos de campo, disponibilizando e participando das etapas de aquisição com o Laser Scanner 3D. A operação do Laser Scanner 3D durante as atividades de campo, contou com a participação dos técnicos Marcos Turani e Evandro Kirsten, do LASERCA (Laboratório de Sensoriamento Remoto e Cartografia Digital) da UNISINOS.

2.1 Trabalhos de Campo

(20)

2.2 Laser Scanner 3D Terrestre 2 Materiais e Métodos

2.2 Laser Scanner 3D Terrestre

Utilizou-se para o trabalho os equipamentos: Laser Scanner 3D terrestre ILRIS da OPTECH e (Figura 2.1) receptores GPS de dupla frequência Topcon Modelo Hiper Lite RTK Plus. Foram também utilizados o programa PARSER do fabricante do LST e o programa de manipulação de nuvens de pontos Cyclone.

Figura 2.1: Equipamentos. A) Laser Scanner 3D Terrestre ILRIS; B) Receptor GPS - Topcon Modelo Hiper Lite RTK. Fonte: elaborado pelo autor.

Para a etapa de coleta de dados foi necessário definir, para o transporte de coordenadas, um ponto de referência próximo ao afloramento. Nesse local é realizado um rastreio durante 2 horas com o GPS Topcon Modelo Hiper Lite RTK Plus. O ponto de referência é ajustado pelo método dos Mínimos Quadrados com o auxílio dos pontos de controle das estações de monitoramento da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC). Com o auxílio do GPS RTK Rover posiciona-se duas estações para o levantamento com o LST.

Os arquivos originais (.raw) do Laser Scanner ILRIS são convertidos por meio do programa Parser, do próprio fabricante, para o formato LAS ou XYZ e assim, manipulados no programa Cyclone. As nuvens de pontos geradas pelo LST são unificadas e georreferênciadas. Com as coordenadas planas na projeção UTM - datum SIRGAS2000 da estação base e das estações de levantamento LST, é criado um arquivo de texto para a importação no Cyclone. Com a nuvem de pontos unificada e georreferenciada, é possível identificar os planos de fraturas.

2.2.1 Tratamento e Integração dos Dados

(21)

A) ou quando a nuvem é rotacionada e o plano fica evidenciado pela regularidade da distância entre os pontos (Figura 2.2 B).

(22)

As seleções são exportadas para arquivos em formato texto (.txt), com as coordenadas UTM-SIRGAS2000 dos pontos, para cálculo da atitude dos planos com o auxílio da planilha de cál-culo do Excel e do programa Scilab, que foi fornecido pela equipe da UNISINOS.

O método utilizado para encontrar a atitude dos planos de fraturas consiste em encontrar o eixo de máximo momento de inércia, polo do plano de melhor ajuste, estimando o momento de inércia de um conjunto de nós. Assume-se que, para estimar o momento de inércia de um conjunto de pontos, o plano de melhor ajuste passa pelo ponto de coordenadas x, y e z médios, o centro de massa dos nós. A partir do cálculo dos vetores que unem o centro de massa com cada nó é construída a matriz orientaçãoT:

Então, a partir desta matriz T, são encontrados autovetores (v1, v1, v3), sendo o autovalor

v1 associado com a orientação de máxima densidade dos vetores, o autovalor v3 associado a orientação de mínima densidade, e os correspondentes autovalores(λ1,λ2,λ3).

Desta forma, o maior momento de inércia é o polo de melhor ajuste do plano, ou seja, o vetor normal ao plano.

Após a aquisição dos dados da pedreira Partecal, no distrito de Assistência, foi realizado juntamente com a UNISINOS, na cidade de São Leopoldo - RS, o tratamento dos dados. Foram escaneados no total 4 frentes da pedreiras, de modo a observar o padrão de fraturamento e sua relação com a ocorrência ou não de óleo. Os dados brutos capturados pelo Laser Scanner, primeiramente são exportados no formato “.blk” com o auxilio dosoftware Parser do próprio equipamento. Logo após, esses dados são convertidos para o formato “.xyz”. O arquivo neste formato apresenta informações das coordenadas de cada ponto em relação a posição em que o laser se encontrava no momento da aquisição dos dados.

Após, os arquivos “.xyz” é salvo no formato “.tps”, para que osoftwareCyclone seja capaz de ler e interagir com tais arquivos.

Os pontos de GPS adquiridos simultaneamente a aquisição das nuvens de pontos do Laser Scanner, são processados com o método de triangulação, usando osoftwareTopcon Tools. Os pontos de GPS são triangulados utilizando duas estações GPS da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo) localizadas nos municípios Botucatu e São Carlos, Estado de São Paulo, gerando assim a localização exata das estações que foram escaneadas.

(23)

A forma de ocorrência dos planos de fratura na área estudada não favoreceu a identificação e medição de planos de fratura. Isto se deve ao fato de tanto o talude (frente de lavra) quanto as fraturas apresentarem-se subverticais. Todavia, esta dificuldade não impediu a realização das interpretações. Em alguma porções foi possível identificar e medir planos, utilizando o método dos três pontos, com base nos trabalhos de Souza et al. (2013) e Nagalli et al. (2011).

2.2.2 Método dos Três Pontos

Este método denominado de Método dos Três Pontos, utilizado para o cálculo das atitudes dos planos de fratura, consiste basicamente na identificação visual de 3 pontos que melhor representem o plano de fraturas na nuvem de pontos georreferenciada, e calcular a direção do mergulho e o mergulho com auxilio de ferramentas da geometria analítica (Nagalli et al., 2011; Souza et al., 2013). O Método dos Três Pontos é o método mais fácil e de resultado mais imediato do que os demais métodos presentes na literatura.

Este método consiste na análise e seleção visual de pelo menos 3 pontos mais representativos possíveis de um plano dentro da nuvem de pontos, sendo que para que haja uma diminuição de possíveis erros na hora da seleção, deve-se selecionar os pontos o mais distante possível (Nagalli et al., 2011). Nesse método assume-se que a superfície identificada na nuvem de pontos é plana e que os três pontos selecionados não são colineares, calcula-se o produto vetorial dos vetores entre os pontos. O vetor resultante é o vetor normal ao plano.

Para esse método, realizado na UNISINOS (Universidade do Vale do Rio dos Sinos), o autor contou ajuda do doutorando Marcelo Kehl de Souza, que possui vasta experiência em interpretação, análise, cálculos e medições de planos de fraturas com o Laser Scanner Terrestre.

2.2.3 Classificação de Intensidade de Retorno

Foram feitos junto à UNISINOS testes de Classificação de Intensidade de Retorno para o melhor entendimento da ocorrência de óleo no afloramento estudado. Através destes testes, foi possível verificar a resposta de intensidade das ocorrências de óleo e classificá-las de acordo com sua intensidade em grupos semelhantes dentro da nuvem de pontos.

Foi utilizado oClusteringou Agrupamento de Dados para esta classificação, com o auxílio dosoftware Mountain View, que utiliza o algoritmoK-means. O Agrupamento de Dados con-siste na organização de um conjunto de objetos em grupos com base em atributos semelhantes entre estes objetos ou com base em algum tipo de coerência entre os objetos. Deste modo, é de se esperar que objetos pertencentes a um mesmo grupo apresentem grande coerência ou semelhanças entre si e, consequentemente, objetos de grupos distintos apresentam baixa/fraca coerência ou semelhanças entre si (Horta, 2013).

(24)

2.3 Tectônica Experimental - Experimentos com Caixa de Areia 2 Materiais e Métodos

utilizando-se oClustering, é possível agrupar valores de Intensidade de Retorno (objetos) se-melhantes dentro de um intervalo/grupo.

2.3 Tectônica Experimental - Experimentos com Caixa de

Areia

Os experimentos em caixa de areia vêm sendo utilizados mundialmente como uma forma de compreender a evolução de estruturas tectônicas originadas em processos relativamente ra-sos. Os experimentos aqui conduzidos tiveram como base os trabalhos realizados pelo Instituto Geológico da Universidade RWTH Aachen da Alemanha. Trabalhos como os de van Gent et al. (2010) e Holland et al. (2011) utilizando pó de gesso (gypsum powder), são excelentes análogos dos experimentos propostos no presente projeto. Os experimentos foram realizados no Labo-ratório de Tectônica Experimental (LATEX) do Departamento de Petrologia e Metalogenia da Unesp de Rio Claro.

Foram conduzidos 3 experimentos utilizando-se basicamente quatro materiais com reologias distintas: pó de gesso, pó de cimento, areia fina e um polímero com características de fluído não newtoniano. Os dois primeiros apresentam reologia e caráter físico semelhantes, comportando-se de maneira rúptil durante os experimentos. As deformações nas camadas inconsolidadas de areia ocorrerem de forma rúptil (deslocamento entre os grãos de areia, com coesão dada pelo atrito entre os grãos), sendo que o produto final apresenta características de deformação plástica, isto é, não observa-se o rompimento da camada. Desta forma, a camada de areia foi utilizada para simular uma Interface Mecânica, capaz de inibir a prolongação de fraturas. Utiliza-se no presente trabalho o nomeflubberpara se referir ao polímero produzido a partir da mistura de bórax (Tetraborato de Sódio) com cola branca (cola com base PVA). Este polímero apresenta comportamento de fluído não newtoniano. O mesmo foi utilizado nos experimentos como uma Interface Mecânica capaz de conter de maneira significativa o prolongamento de fraturas.

Em relação aos estudos de campo, o gesso e o cimento visam simular o comportamento das camadas de calcário. A areia e oflubberforam utilizados para simular o comportamento das camadas de folhelho.

Assim, na confecção do experimento 1 utilizou-se intercalação de camadas de gesso puro e gesso + cimento, com o intuito de observar o comportamento do gesso ao fraturamento e formação de falhamentos; o experimento 2 utilizou-se uma camada de gesso + cimento, gesso puro e areia fina, para testar a hipótese de que a camada de areia pode se comportar como uma Interface Mecânica; e o experimento 3 utilizou-se gesso + cimento, areia fina eflubber, sendo que as duas ultimas serviriam como Interfaces Mecânicas.

(25)

horizontal, que coordena o tempo e distância em que se quer aplicar a deformação, o sistema se move. Ao se aplicar o esforço, o centro da caixa sofre um rebaixamento forçando a criação de uma força distensiva. Estes materiais são colocados de maneira mais uniforme e planar possível dentro da caixa, formando camadas tabulares intercaladas. Essas camadas são submetidas a esforços distensivos/trativos e analisados a diferença e o padrão de fraturas que se forma.

Figura 2.3: Caixa de Areia. Com a distensão, ocorre o abatimento da cunha central da caixa e consequente fraturamento.

(26)

Figura 2.4: Caixa de Areia. No fundo da caixa está inserida a sequência de tiras de lixa. Essas tiras, quando tracionadas, iniciam o processo de distensão do material.

(27)

2.4 Análise de Calcinação 2 Materiais e Métodos

2.4 Análise de Calcinação

Os ensaios de calcinação tem como objetivo a quantificação da perda de matéria orgânica, no caso do presente projeto hidrocarbonetos, após a queima das amostras de rocha na estufa.

A realização de queima em estufa (Análise de Calcinação), ajuda na determinação da quan-tidade de matéria orgânica em amostras impregnadas com óleo, confirmando ou não a presença de betume nas amostras da Formação Irati.

O método se resume a cinco etapas: (1) pesagem inicial das amostras; (2) retirada da umi-dade das amostras em uma estufa à 95◦C durante 4 horas; (3) pesagem das amostras após a

retirada da umidade; (4) queima das amostras durante 2 horas em uma temperatura de 500◦C,

(28)

Capítulo

3

Geologia Regional

São muitos os artigos que tratam da estratigrafia da Bacia do Paraná na região de estudo e da Formação Irati, podendo destacar os trabalhos de Zaine (1994), que trata da geologia da folha Rio Claro, e trabalhos de Hachiro et al. (1993); Hachiro e Coimbra (1993); Hachiro (1996), que trabalham com a Formação Irati no Estado de São Paulo. Em relação ao AEP, onde se insere a região de estudo, trabalhos como o de Riccomini (1992), Soares (1974), Sousa (1997, 2002), tratam muito bem a morfologia, estrutura e evolução tectônica do Alto Estrutural de Pitanga.

Os trabalhos de Bai e Pollard (2000), Cooke et al. (2006), Ladeira e Price (1981), Laubach et al. (2009) e Zahm et al. (2009), tratam da relação entre estratigrafia de sequências e padrão de fraturamento. Laubach et al. (2009) trata da resistência das rochas a deformações, comparando comportamento de rochas dúcteis e rúpteis em relação ao fraturamento, assim rochas dúcteis não irão propagar fraturas enquanto rochas rúpteis irão se fraturar, propagando as fraturas.

Apresenta-se a seguir a contextualização geológica da área elaborada com base em uma breve revisão bibliográfica.

3.1 Síntese do Contexto Geológico

(29)

3.2 Estratigrafia da Região de Estudo 3 Geologia Regional

que houvesse sedimentação, devido a pulsos orogênicos atuantes na borda ativa do Gondwana Ocidental. Soares (1991) ressalta a importância de um resfriamento na época da formação da bacia, provocado por um elevado fluxo de calor decorrente de uma litosfera termalmente jo-vem, juntamente com a presença de zonas de fraqueza herdadas pela justaposição de blocos litosféricos. Na interpretação do autor, isso geraria uma instabilidade isostática que provocaria subsidência da área, cuja depressão resultante favoreceu a deposição das várias unidades que preencheram inicialmente a Bacia do Paraná.

A implantação da Bacia do Paraná, segundo Milani (1997) e Milani e Ramos (1998), deu-se na forma de depressões alongadas na direção NE-SW, seguindo uma estrutura pré-existente do embasamento pré-cambriano. Esta zona de fraqueza do embasamento foi reativada sob o campo de tensão compressional originado na borda do continental pela chama Orogenia Oclóyica, do Neo-Ordoviciano, originando espaço de acomodação para a deposição da primeira unidade cratônica da bacia.

Milani (1997) e Milani e Ramos (1998) propõe subdividir a Bacia do Paraná em: (1) Su-persequência Rio Ivaí: formações Alto Garças, Iapó e Vila Maria; (2) SuSu-persequência Paraná: formações Furnas e Ponta Grossa; (3) Supersequência Gondwana I: Grupo Itararé e pelas forma-ções Dourados, Tatuí, Rio Bonito, Palermo, Irati, Corumbataí, Serra Alta, Teresina, Pirambóia, Rio do Rasto e Sanga do Cabral; (4) Supersequência Gondwana II: depósitos fluviais e lacus-trinos locais sendo eles a Formação Santa Maria; (5) Supersequência Gondwana III: formações Botucatu e Serra Geral; (6) Supersequência Bauru: grupos Bauru e Caiuá.

3.2 Estratigrafia da Região de Estudo

A Bacia do Paraná na área de estudo é representada pelas rochas sedimentares e vulcânicas da era Paleozoica (Grupo Itararé, e as formações Tatuí, Irati e Corumbataí), da era Mesozoica (formações Pirambóia, Botucatu e Serra Geral) e da era Cenozoica (Formação Rio Claro e outros depósitos sedimentares recentes).

Como os objetivos do estudo concentram-se na Formação Irati, inserida dentro do Grupo Passa Dois (Permiano), serão descritos com detalhe as rochas e processos apenas desta unidade.

3.2.1 Formação Irati

(30)

3.2 Estratigrafia da Região de Estudo 3 Geologia Regional

A Formação Irati é dividida em dois membros, sendo que a sequência de folhelhos e siltitos da base da formação constitui o Membro Taquaral, apresentando espessuras da ordem de 10 m no Estado de São Paulo, e de 20 m nos Estados do Paraná e Santa Catarina. A sequência de folhelhos e siltitos cinza escuro, folhelhos pretos pirobetuminosos, podendo apresentar marcas onduladas, e calcários associados do topo, com restos de mesossaurídeos restritos, constitui o Membro Assistência, com espessuras de até 40 m no centro da bacia (Barbosa e Almeida, 1949; Barbosa e Gomes, 1958). Esta alternância de folhelhos e calcários dolomíticos formam estratificações rítimicas, que são interpretadas por Amaral (1967, 1971) como sendo fruto de uma alternância climática entre fases secas (depositando calcários) e fases úmidas (depositando folhelhos).

Do ponto de vista estratigráfico, se encontra acima do Grupo Tubarão (Grupo Itararé e For-mação Tatuí), de idade permo-carbonífera, e abaixo da ForFor-mação Estrada Nova e Corumbataí, de idade permiana. Os contatos da Formação Irati com as unidades que ficam sobre ela (Fm. Corumbatai e Serra Alta), são interpretadas por alguns autores, como sendo um contato con-cordante entre as formações Irati e Corumbataí, e o contato com a Formação Tatuí, no estado de São Paulo, é considerado discondante, e é considerada como fruto da sedimentação em uma fase de grande estabilidade tectônica da bacia (Hachiro (1996)).

Para Schneider et al. (1974), a Formação Irati corresponde ao ápice do evento transgressivo que afetou o permo-carbonífero da bacia, admitindo-se um ambiente marinho de águas calmas para a porção basal e, marinho de águas rasas em áreas de plataforma, para a porção superior. Para Perinotto (1992), a Formação Palermo juntamente com o Membro Taquaral registram o máximo da transgressão marinha no Permiano.

Hachiro (1996) propôs a elevação da Formação Irati à hierarquia de subgrupo e os mem-bros Taquaral e Assistência à categoria de formação, sendo que a Formação Assistência seria subdividia em dois membros chamados, Morro Alto (inferior) e Ipeúna (superior).

(31)

3.3 Geologia Estrutural 3 Geologia Regional

Segundo Araújo (2001), a base do Membro Taquaral, no Estado de São Paulo, apresenta níveis de conglomerado que podem ser considerados como sendo “pavimentos transgressivos”. Assine et al. (2003) estudando a Formação Tatuí no Estado de São Paulo, verificaram que em diversos locais há a presença de delgados conglomerados descontínuos, clasto-sustentados, con-tendo restos de peixes e coprólitos, e salientaram que tal conglomerado poderia ser representante de um depósito residual (“lag” transgressivo) associado ao início da transgressão do Membro Taquaral.

3.3 Geologia Estrutural

A seguir serão discutidos questões da Geologia Estrutural, tanto regionalmente quando lo-calmente, para dar suporte as futuras discussões quanto ao padrão estrutural que será caracteri-zado pelo presente trabalho.

3.3.1 Contexto Estrutural Geral

A Bacia do Paraná apresenta diversos alinhamentos estruturais onde ocorre grande con-centração de falhas alinhadas e também altos estruturais, diques e “sills” de diabásio. Tais alinhamentos são tidos como reflexos das reativações de grandes estruturas pré-existentes no embasamento da bacia. O desenvolvimento Estrutural da Bacia do Paraná foi influenciado du-rante grande período de tempo por duas direções principais: N-NE e NW (Almeida, 1967) e, localmente por direções E-W, sendo a direção NW determinante para a orientação de estrutu-ras de grande porte, refletindo estrutuestrutu-ras antigas do embasamento, como as falhas de Itu, Piraí, Cururu e Cachoeira (Pires Neto, 1996). Nas regiões de Rio Claro e Piracicaba, Estado de São Paulo, estão presentes várias destas estruturas, como os altos estruturais de Pitanga, Pau d’Álho, Artemis e Jibóia, que fazem parte dos alinhamentos estruturais do Rio Tietê, Rio Mogi-Guaçu e Jacutinga.

(32)

Segundo Soares (1991), são reconhecidos cinco direções de alinhamentos: Paraná (N25E), Pitanga (N60E), Rio Ivaí (N45W), Rio Piriqui (N70W) e Goioxim (N20W). A direção Pitanga (N55 - 45E) é a mais importante, tendo extensão e deformação correspondendo a transcorrência principal, que foi reativada de forma paralela ao sistema de transcorrência sudeste (Cubatão, Jacutinga, etc.), com cinemática horária. A direção Paraná (N25 - 45E) corresponde a um leque de falhas de empurrão com alto ângulo até falhas mistas. As direções Piriqui e Ivaí correspondem a fraturas de extensão do sistema transcorrente Neoproterozóico.

Os principais alinhamentos reconhecidos são os do Rio Paranapanema, Rio Moji-Guaçu, Rio Tietê, com direções NW-SE, e o prolongamento da zona de falhas de Jacutinga, com direção NE-SW. A Figura 3.1 mostra os principais alinhamentos estruturais encontrados na Bacia do Paraná.

Figura 3.1: Principais alinhamentos estruturais da Bacia do Paraná. Retirado de Godoy (2006).

(33)

Formação Serra Geral, como por exemplo o Arco de Ponta Grossa.

Os alinhamentos estruturais tem papel fundamental para a formação e crescimento da bacia, sendo um fator ímpar para o controle da sedimentação, estruturação e erosão das unidades sedimentares desta bacia. Como estes alinhamentos são prolongamentos das descontinuidades que estão presentes no embasamento, atuaram como limites de blocos, delimitando portanto regiões com diferentes altitudes relativas, refletindo diretamente no controle sedimentar e nas espessuras das camadas sedimentares depositadas (Soares, 1991).

3.3.2 Quadro Regional

Soares (1974) discutiu duas hipóteses sobre a formação dos altos estruturais (Pitanga, Ar-temis, Jibóia e Pau D‘Álho), uma sendo tectônica e outra atectônica. O autor sugeriu o arque-amento das estruturas provocado por rochas intrusivas concordantes e compactação diferencial sobre irregularidades paleotopográficas e, para a hipótese tectônica, a implicação de esforços horizontais ou verticais. Estes esforços tectônicos deveriam estar ligados a Reativação Weal-deniana (Neo-Jurássico a Eo-Cretáceo), que ocorreram juntamente ou após os magmatismos basálticos. Fúlfaro et al. (1982) consideram o domeamento ocorrido nestes altos estruturais, como sendo contemporâneo ao soerguimento Jurássico-Cretácico da região costeira adjacente a Bacia de Santos.

Para Almeida (1981) a evolução da Bacia do Paraná teria sido influenciada por eventos tectônicos inicialmente compressivos durante o Paleozoico e posteriormente distensivos durante o Mesozoico, ligados aos processos de rompimento e separação da América do Sul e África. Segundo o autor, os falhamentos NW foram reativados no Juro-Cretáceo, os falhamentos NE não foram afetados e, no início do Triássico, os lineamentos E-W se desenvolveram provavel-mente relacionados aos processos envolvendo a abertura do Atlântico Sul, já que se apresentam paralelos às zonas de fraturas oceânicas.

Riccomini (1995) considera que os alinhamentos de direção WNW, NW e NNW reconhe-cidos na Bacia do Paraná influenciaram na distribuição destes altos estruturais, sendo que os altos estruturais de Pitanga, Jibóia, Artemis e Pau D‘Álho, estão localizados nas proximidades do cruzamento entre os alinhamentos Rio Mogi-Guaçu e Tietê, ambas com orientações NW-SE. Fúlfaro et al. (1982) consideram uma fase compressiva ativa no final do Permiano que originou a Estrutura de Pitanga e as falhas inversas associadas a ela, e no Neo-Jurássico a Eo-Cretáceo, estas estruturas foram reativadas.

(34)

Alto Estrutural de Pitanga (AEP)

O Alto Estrutural de Pitanga, também denominado de Domo de Pitanga em alguns trabalhos (e.g., Riccomini, 1992; Sousa, 1997), possui a morfologia de um domo, ou seja, um braquianti-clinal que se encontra no vale do rio Corumbataí, com os flancos de delimitados pelos sistemas de falha Passa Cinco - Cabeça e Ipeúna - Piracicaba. Uma das características principais desta estrutura, é o fato de que o Grupo Itararé aflorar rodeado por unidades mais superiores da bacia, podendo se observar praticamente toda a coluna estratigráfica da Bacia do Paraná.

Osistema de falhas Passa Cinco - Cabeçaé considerado o mais importante dentro do AEP, pois apresenta a maior diversidade de estruturas. Nela encontra-se um arranjo de falhas normais de direção preferencial NW-SE, e ainda falhas isoladas com orientação próxima a N-S e NNE-SSW. Algumas características principais como o preenchimento de falhas por rochas básicas, falhas que cortam sequências basais (Formação Combumbataí) e falhas que controlam a linha de afloramentos da Formação Rio Claro, podem ser observadas (Sousa, 2002). Osistema de falhas Ipeúna-Piracicabaapresenta arranjo de falhas normais com direção preferencial NW-SE e secundariamente NE-SW, e algumas falhas isoladas com direção N-S e E-W. Ocorrem também falhas direcionais de direção NW-SE, sendo a maioria de cinemática dextral com altos valores de mergulho. As falhas deste sistema exercem grande influência no controle de drenagem e relevo local, ao longo dos traços do Rio Corumbataí e de alguns dos seus afluentes (Sousa, 2002).

Segundo Sousa (1997), existem pelo menos três etapas para o desenvolvimento das falhas que geraram esta estrutura, sendo a primeira etapa marcada por um conjunto de falhas normais com distensão aproximada E-W, a segunda marcada por falhas sindeposicionais a Formação Rio Claro em uma tectônica distensiva e uma terceira etapa marcada por falhas inversas e trans-correntes que deformam a Formação Rio Claro.

Segundo Riccomini (1992) e Riccomini et al. (2005), o AEP teria sido originado a partir de 6 principais fases de movimentação tectônica, entre o Paleozoico e o Quaternário: (1) Eventos sísmicos que foram responsáveis pela injeção dos diques clásticos na Formação Corumbataí, por liquefação de depósitos marinhos, relacionados a reativação das Falhas de Jacutinga no Neo-Triássico; (2) Extensão na direção NE-SW com o alojamento de diques e soleiras no Eo-Cretáceo; (3) Transcorrência dextral gerando falhas transcorrentes com orientação NW-SE a WNW, NNE e ENE, falhas inversas e, localmente, dobras; (4) Compressão na direção NE-SW com a formação de falhas transcorrentes sinistrais de direção ENE, e também falhas transcor-rentes destrais de direção NNE e NNW; (5) e (6) Neotectônica no vale do Rio Passa Cinco, apresentando falhas normais e reversas de direção NE, relacionadas a uma tração NW-SE.

(35)

Estrutural de Pitanga, e outros altos presentes na região.

(36)

3.4 Arcabouço Estratigráfico, Grau de Fraturamento e

Estratigrafia Mecânica 3 Geologia Regional

O conjunto de falhas NW-SE é considerado como sendo de um evento pré a sin-magmátismo Serra Geral, devido a presença de falhas preenchidas por diabásio e algumas delas apresentam a formação de rochas de falha. Assim, as falhas normais NW-SE ganham importante papel na estruturação e em termos regionais, desempenhando grande papel na formação dos altos estruturais como o de Pitanga. Neste evento se enquadram os sistemas de falhas Passa Cinco -Cabeças e o Ipeúna - Piracicaba, formando o arranjo geométrico da Estrutura de Pitanga, que promovem o abatimento e soerguimento de blocos (Sousa, 2002). Segundo Riccomini (1989), as falhas de orientação NE-SW devem estar provavelmente ligadas à processos associados ao final do Mesozóico até o Mioceno do processo de abertura do Oceano Atlântico e a propagação de falhas distensivas para dentro do continente, formando o sistema de rifte continental do Sudeste brasileiro.

3.4 Arcabouço Estratigráfico, Grau de Fraturamento e

Estratigrafia Mecânica

Fraturas (juntas e falhas) são estruturas tectônicas onipresentes em maciços rochosos e re-presentam o efeito da deformação rúptil. Todavia a importância destas estruturas, principal-mente das juntas, é frequenteprincipal-mente subestimada. Cabe notar que tais estruturas podem fun-cionar como condutos para a percolação de fluidos, importantes tanto na migração de água e hidrocarbonetos em reservatórios quanto na migração daqueles responsáveis por dissolução e/ou cimentação da rocha.

A correlação entre fraturas e estratigrafia é denominada “Estratigrafia Mecânica” e é de-monstrada pela correlação entre a intensidade de fraturamento e a espessura das camadas (e.g., McQuillan, 1973; Ladeira e Price, 1981; Bai e Pollard, 2000; Renshaw et al., 2003; Cooke et al., 2006; Zahm et al., 2009). Todavia, para se prever a distribuição de fraturas é importante considerar-se, além da influência da estratigrafia (espessura das camadas), as propriedades físi-cas da rocha nas condições de pressão e temperatura em questão e os esforços atuantes.

O trabalho publicado por Zahm et al. (2009) discute a importância de se levar em conside-ração a estratigrafia de sequência em conjunto com os processos deformacionais para prever o padrão de fraturamento de um determinado pacote de rochas sedimentares. Os autores demons-traram por exemplo, que as deformações desenvolvem-se mais intensamente dentro de tratos de sistema transgressivos (TST- sigla em inglês) em comparação aos tratos de sistema de mar alto (HST- sigla em inglês). O diferente comportamento entre os tratos de sistema se deve às espes-suras das camadas (mais finas no TST) e a quantidade de material argiloso presente nas rochas (maior quantidade de material argiloso no TST). O método de trabalho aplicado nestes artigos serviu como base para a interpretação e discussão dos dados levantados no presente trabalho.

(37)

3.4 Arcabouço Estratigráfico, Grau de Fraturamento e

Estratigrafia Mecânica 3 Geologia Regional

competentes, ou incompetentes (argilitos, folhelhos, filitos, etc.), sendo que muitas vezes fratu-ras que se propagam nas rochas de maior competência são ”amortecidas” e não tem continuação pelas de menor competência. Assim, tomando como exemplo calcários e folhelhos, o folhelho tem papel de uma camada dúctil, deformando internamente e não se fraturando. Frequente-mente pode-se encontrar fraturas com terminações nos contatos entre folhelhos e calcários, onde as propriedades físicas das rochas mudam, sendo os contatos uma Interface Mecânica (Figura 3.3) (Cooke et al., 2006). As Interfaces Mecânicas podem ser tanto um contato estrati-gráfico, quanto uma camada que tenha propriedades físicas e mecânicas diferentes das rochas abaixo e acima (Figura 3.4), que resistem ao processo de fraturamento.

Figura 3.3: Ilustração mos-trando interfaces mecânicas, que podem ser tanto conta-tos estratigráficos quanto ca-madas que resiste ao fratura-mento. Fonte: Cooke et al. (2006).

Figura 3.4: Ilustração mostrando que um camada de diferente reologia pode fazer com que as fraturas não se propaguem. Fonte: Cooke et al. (2006).

(38)

Capítulo

4

Resultados e Discussões

Os resultados sobre Estratigrafia Mecânica e Grau de Fraturamento serão apresentados de acordo com os resultados obtidos em cada pedreira estudada, e em seguida, serão apresentadas as discussões dos dados integrados.

Serão também discutidos, em tópicos, os resultados ligados aos estudos com o Laser Scan-ner 3D Terrestre e os Experimentos com Caixa de Areia.

4.1 Padrão de Fraturamento e Estratigrafia Mecânica

Será discutido nesta seção o Padrão de Fraturamento e as questões referentes a Estratigrafia Mecânica nas Pedreiras Partecal (região de Rio Claro), Vitti (região de Piracicaba) e Bonança (região de Ipeúna). Para a análise da Estratigrafia Mecânica não são necessários grandes núme-ros de medidas de atitudes dos planos de fratura, mas sim a análise conjunta entre direção das fraturas e sua relação com as Interfaces Mecânicas.

Observando-se a Figura 3.2 podemos interpretar o quadro estrutural regional para cada re-gião dos municípios estudados, e suas respectivas pedreiras: Pedreira Partecal: observa-se a predominância de falhas e lineamentos de direção NW-SE;Pedreira Vitti: presença de falhas preenchidas por diabásio, com direções variando de NE-SW, NW-SE e E-W; Pedreira Bonança: há presença de lineamentos e falhas de direção NW-SE, e observa-se a existência de um grande falhamento de direção NE-SW influenciando o município de Ipeúna.

4.1.1 Pedreira Partecal

(39)

4.1 Padrão de Fraturamento e Estratigrafia Mecânica 4 Resultados e Discussões

Figura 4.1: Localização e vias de acesso da Pedreira Partecal a partir de Rio Claro.

No contexto do AEP, a área estudada se localiza na porção norte/nordeste da estrutura, sendo influenciada pelo Sistema de Falhas Passa Cinco-Cabeça. As fraturas medidas apresentam di-reção preferencial NW-SE, NNW e secundariamente NE-SW, o que concorda com a orientação preferencial das falhas presentes neste sistema (Figura 1.1).

Para esta pedreira, por apresentar duas frentes de lavra ortogonais entre si, uma com direção NS e outra EW, foram confeccionadas dois painéis fotográficos (Figura 4.2), com indicações de como se comportam as fraturas. Assim, as fraturas foram descritas em quatro grupos: (1) Fraturas com impregnação de óleo; (2) Fraturas que cortam Calcários e Folhelho; (3) Fraturas que cortam apenas Calcário; (4) Fraturas que cortam apenas Folhelho.

(40)

Figura

4.2:

Painéis

fotográficos

NS

e

EW

confeccionados

na

Pedreira

(41)

Padrão de Fraturamento

A partir das medidas estruturais levantadas em ambas as direções da frente de lavra (di-reções NS e EW), foram confeccionados estereogramas e diagramas de rosetas para analisar a quantidade de famílias de fraturas e a sua frequência de acordo com suas direções (Figuras 4.3, 4.4 e 4.5). Os diagramas obtidos individualmente para as frentes NS e EW (Figuras 4.3 e 4.4), mostram que os planos com direção perpendicular à direção da frente de lavra são mais proeminentes em relação aos planos que possuem direção fazendo baixo ângulo com a direção da frente (direção preferencial nas figuras forma ângulo aproximado de 90 graus). O fato da frente de lavra da Mineração Patercal possuir seções perpendiculares entre si teve papel funda-mental na escolha da área para se realizar o levantamento estrutural, proporcionando uma visão tridimensional das estruturas.

(42)

Figura 4.4: Diagrama mostrando os planos de fratura levantados na frente EW. Total de 41 medidas. Máximo - 252/08

Observando a Figura 4.5, nota-se o predomínio de fraturas subverticais e com direções NE e NNW. Alguns planos de médio ângulo de mergulho, com direção NE também estão presentes e são, preliminarmente, interpretados como pares conjugados (fraturas de cisalhamento).

Figura 4.5: Diagrama mostrando os planos de fratura levantados em ambas as frentes de lavra. Total de 97 medidas. Máximos - 252/08; 162/02.

(43)

Figura 4.6: Diagrama mostrando os planos de fraturas levantados com ocorrência de óleo em ambas as frentes de lavra. Total de 20 medidas. Máximos - 258/07; 298/03; 324/01.

Estratigrafia Mecânica

De uma maneira geral, para todas as pedreiras estudadas, observa-se na questão Estratigrafia Mecânica, e seguindo os conceitos de Cooke et al. (2006), a seguinte situação:

1. Interfaces Mecânicas: representadas normalmente pelas camadas de folhelho, com es-pessuras variando de 10 até 40 centímetros;

2. Unidade Mecânica: representada pelo banco de rocha carbonática da base do Membro Assistência (membro superior da Formação Irati), com espessura aflorante de aproxima-damente 2,0 a 3,0 metros;

3. Tipo de Interface Mecânica: camada de folhelho (camada com propriedades físicas e mecânicas distintas dos carbonatos) imediatamente acima do banco de carbonato basal.

(44)

(45)

As fraturas com direção NW-SE tendem a ter maior persistência ao longo das exposições do que as fraturas com direção NE-SW. A grande persistência e extensão das fraturas com direção NW-SE, que cortam tanto folhelhos quanto calcários, se correlaciona diretamente com a im-pregnação frequente de óleo nos planos de fratura, enquanto que as fraturas das demais famílias apresentam pequena persistência e pequena extensão, comumente não ultrapassando a Interface Mecânica, apresentando pouco óleo ou ausência do mesmo. Isso é demonstrado por Tsang (1984), onde pequenas fraturas produzem caminhos migratórios pouco efetivos, diminuindo assim a migração de efetivos volumes de fluidos, sendo eles água ou hidrocarbonetos.

4.1.2 Pedreira Vitti

A Pedreira Vitti localiza-se no município de Saltinho, localizada a 15 km do município de Piracicaba, tendo seu acesso pela SP-127. Foram estudadas as exposições de calcários da Cava da Indústria (Figura 4.8).

Figura 4.8: Localização da cava estudada dentro da Pedreira Partecal.

(46)

SP (Rio Claro) e de Ipeúna.

É importante ressaltar a presença, logo acima do banco de carbonatos (com espessura de aproximadamente 3 - 3,5 metros), de uma camada de folhelho relativamente mais espessa que a da Pedreira Partecal, apresentando aproximadamente 15 - 20 centímetros, que é interpretada como Interface Mecânica. A Interface Mecânica faz com que certas famílias de fraturas não se prolonguem ou prolonguem pouco após ela, ou seja, é uma camada onde ocorrem mudanças nas propriedades físicas e mecânicas das rochas, fazendo com que a deformação não se propague. Observou-se, no entanto, que existem pelo menos duas Interfaces Mecânicas nos afloramentos estudados nessa pedreira, que consistem em duas camadas de folhelho, uma logo acima do banco de calcários, denominada de Interface Mecânica I, e outra sotoposta a uma pequena camada de calcário, denominada Interface Mecânica II (Figura 4.9).

(47)

Padrão de Fraturamento

Foram observadas e medidas durante o trabalho de campo pelo menos duas famílias de fraturas bem marcadas, apresentando direção NW-SE e NE-SW predominantemente. Menos frequentemente e em menor escala aparecem fraturas com direção NNW-SSE e EW.

Na análise de fotos/imagens aéreas do Google Earth Pro (Figura 4.10), pode-se observar que as maiores e principais drenagens da região de Saltinho apresentam direções variando desde NE-SW / NNE-SSW até NW-SE / NNW-SSE, sendo que mais a sul, o Rio Tietê parece ter seu curso controlado por essas duas famílias de fraturas. De um modo geral, este rio apresenta forte influência de fraturas de direção NE-SW e secundariamente de fraturas de direção NW-SE.

Figura 4.10: Imagem Google Earth Pro da região de Saltinho. Observar a estruturação das dre-nagens e do Rio Tiête, com estruturas preferencialmente NE-SW e NW-SE, como exemplificado em vermelho.

As descontinuidades observadas são classificadas como juntas, não apresentando qualquer movimentação ou presença de hidrocarbonetos associados a elas.

Família de Fraturas NW-SE

As famílias de direção NW-SE (Figura 4.11) apresentam-se com mergulhos acima de 80 - 85 graus, com máximo valor de atitude do plano igual a 48/90. Apresentam espaçamento de aproximadamente 50 centímetros no banco basal de calcário, sendo que nas camadas de calcários mais finos que compõe as intercalações com folhelhos, o espaçamento desta família apresenta-se menor que 20 centímetros.

(48)

Nem todos os planos de fraturas da família NW cortam as interfaces mecânicas, porém, quando passam por elas, apresentam forte persistência ao longo de toda a altura do afloramento. Tais planos, extensos e pouco rugosos e sinuosos, são planos principais onde potencialmente podem ocorrer a percolação de fluidos (água e hidrocarbonetos).

Figura 4.11: Estereograma das fraturas referentes a família NW-SE. Total de 25 medidas. Má-ximo - 48/90.

Família de Fraturas NE-SW

A família de fraturas de direção NE-SW (Figura 4.12) apresentam alto ângulo de mergulho, que variam de 82 a 90 graus e com valor do máximo do plano igual a 156/90.

Apresenta espaçamento geral na faixa de 80 centímetros, sendo que este espaçamento coin-cide com a ocorrência de um plano principal de fraturas desta família, que atravessa todo o banco de calcário. Apresenta-se fechada e sem preenchimento, com planos que fraturas pouco rugosos a lisos.

(49)

Figura 4.12: Estereograma das fraturas referentes a família NE-SW. Total de 27 medidas. Má-ximo - 156/90.

Famílias de Fraturas NNW-SSE

A família de fratura NNW-SSE (Figura 4.13) apresenta menor expressão em relação a pe-netratividade e persistência, apresentando ângulo de mergulho acima de 85 graus, sendo obser-vada apenas em certos cortes das frentes de lavras, que favorecem o afloramento desta família de fraturas.

Esta família apresenta-se fechada, sem preenchimento e com planos de fraturas frequen-temente pouco rugosos a lisos. O espaçamento é heterogêneo, apresentando uma média de espaçamento por volta de 50 centímetros.

(50)

Figura 4.13: Estereograma das fraturas referentes a família NNW-SSE. Total de 5 medidas. Máximo - 256/90.

Análise Geral e Discussões

O estereograma geral das fraturas medidas na Pedreira Vitti está exposto na Figura 4.14, podendo observar a grande predominância de fraturas subverticais a verticais com direção NW-SE e NE-SW, e uma outra família pouco pronunciada e quase imperceptível de direção NS a NNW-SSE.

Figura 4.14: Estereograma de todas as fraturas medidas na Pedreira Vitti. Total de 56 medidas. Máximos - 48/02; 153/02; 88/01.

(51)

de Pitanga, sendo que as fraturas de mesma direção apresentam-se preenchidas frequentemente por óleo na região de Rio Claro (Pedreira Partecal).

A ausência de corpos ígneos na região de Saltinho pode ser um condicionante para a ausên-cia de impregnações de óleo nos planos de fraturas da família de direção NW-SE.

Nos afloramentos descritos, as fraturas de direção NW são mais persistentes que as de-mais, ultrapassando frequentemente as Interfaces Mecânicas I e II, ocorrendo tanto no banco de calcário quanto nas intercalações entre folhelho e calcário sobrejacentes, evidenciando que as fraturas NW não são barradas pela interface mecânica representada pela camada de folhelho imediatamente acima do banco de calcário.

Sousa (2002) calculou, para o conjunto de falhas com direção NW-SE, eixo de tensão prin-cipal máxima (σ1) na posição vertical, eixo de tensão principal intermediário (σ2) com atitude

NNW-SSE/horizontal e eixo de tensão principal mínima (σ3) com atitude ENE-WSW/horizontal,

com indicação de dois pulsos de movimentação, o primeiro associado à quebra continental me-sozoica e o segundo ao quadro de esforços vigente, neotectônico. Neste cenário, processos dis-tensivos de direção NE-SW levariam à abertura de fraturas posicionadas NW-SE, pelas quais o óleo migrou.

Estratigrafia Mecânica

Há grande relação entre o padrão de fraturamento e a ocorrência de determinado litotipo. Geralmente o que se observa na Pedreira Vitti são situações onde a camada de folhelho logo acima do banco basal de carbonatos se comporta como uma Interface Mecânica (Cooke et al., 2006), ou seja, uma camada relativamente mais dúctil que faz com que os esforços relacionados com a propagação e criação das fraturas não se propague e/ou se prolongue além dela.

Esta interface mecânica pode ser tanto contatos estratigráficos quanto camadas mais dúcteis e resistentes ao fraturamento (Cooke et al., 2006), que é o caso observado nas frentes de lavra das pedreiras estudadas.

Na Figura 3.3 observa-se justamente o comportamento geral das famílias de fraturas NE-SW e NNW-SSE, onde a grande maioria das fraturas tem suas terminações no contato entre o banco de carbonato e a camada de folhelho (Interface Mecânica I), sendo um ponto onde as propriedades físicas e mecânicas das rochas mudam. Deste modo a camada de folhelho se comporta como uma camada dúctil (Figura 3.4), não propagando os esforços das fraturas, correspondendo as duas camadas de folhelho, que foram denominadas de Interfaces Mecânicas I e II.

Família NE-SW A família de fraturas de direção NE-SW apresentam pouca continuidade em todo o afloramento, tendo suas terminação na Interface Mecânica I ou no máximo na Interface Mecânica II, como pode ser visto na Figura 4.15.

(52)

Mecâ-4.1 Padrão de Fraturamento e Estratigrafia Mecânica 4 Resultados e Discussões

Figura 4.15: Terminações das fraturas da família NE-SW (Pedreira Vitti): (A) Fraturas (indi-cado em amarelo) tem sua terminação na primeira Interface Mecânica indicada em vermelho; (B) Fraturas (indicado em amarelo) tem sua terminação na segunda Interface Mecânica indicada em vermelho.

Família NW-SE As fraturas da família NW-SE (Figura 4.16), que apresentam grandes per-sistências ao longo das frentes estudadas, ultrapassam as duas interfaces mecânicas observadas, tendo grande continuidade por todo o afloramento. Raramente é observado esta família persis-tindo pouco além das Interfaces Mecânicas, sendo que sempre ultrapassam as duas interfaces.

(53)

Figura 4.16: Terminações das fraturas da família NW-SE. As fraturas (indicadas em amarelo) ultrapassam as interfaces mecânicas I e II (indicados em vermelho) e apresentam grande exten-são e persistência ao longo da frente de lavra.

O padrão de fraturamento é controlado predominantemente pela reologia das rochas da For-mação Irati, uma vez que a persistência e extensão das fraturas são controladas pelas Interfaces Mecânicas I e II (Figura 4.17), que correspondem a rochas (folhelho) com diferentes reologias, com comportamento geralmente dúctil se comparado com as camadas de calcários.