UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL DA HALOTECTÔNICA NA
PORÇÃO CENTRAL DA BACIA DE SANTOS E
IMPLICAÇÕES PARA OS SISTEMAS PETROLÍFEROS
RESTAURATION STRUCTURALE DE LA TECTONIQUE
SALIFÈRE DE LA PARTIE CENTRALE DU BASSIN DE
SANTOS ET DES IMPLICATIONS POUR LES SYSTEMES
PETROLIERS
SÁVIO FRANCIS DE MELO GARCIA
PESQUISA SOB CO-TUTELA /
RECHERCHE SOUS COTUTELLE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EVOLUÇÃO CRUSTAL E RECURSOS
NATURAIS (ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: GEOLOGIA ESTRUTURAL / TECTÔNICA)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO, BRASIL
ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET INGÉNIERIE
UNIVERSITÉ DE CERGY-PONTOISE, FRANCE
ORIENTADORES :
PROF. DR. ANDRÉ DANDERFER FILHO (UFOP - BRASIL)
PROF. DR. DOMINIQUE FRIZON DE LAMOTTE (UCP - FRANCE)
Ouro Preto
i
RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL DA HALOTECTÔNICA NA
PORÇÃO CENTRAL DA BACIA DE SANTOS E
IMPLICAÇÕES PARA OS SISTEMAS PETROLÍFEROS
RESTAURATION STRUCTURALE DE LA TECTONIQUE
SALIFÈRE DE LA PARTIE CENTRALE DU BASSIN DE
SANTOS ET DES IMPLICATIONS POUR LES SYSTEMES
iii
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitor
João Luiz Martins
Vice-Reitor
Antenor Rodrigues Barbosa Júnior
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação
Tanus Jorge Nagem
ESCOLA DE MINAS
Diretor
José Geraldo Arantes de Azevedo Brito
Vice-Diretor
Wilson Trigueiro de Souza
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
v
UNIVERSITÉ DE CERGY-PONTOISE
PrésidenteFrançois GERMINET
Directeur de l'Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie Dominique LAURENT
UNITE DE FORMATION ET DE RECHERCHE SCIENCES ET TECHNIQUES Directeur
Jean-Luc BOURDON
DEPARTEMENT SCIENCES DE LA TERRE ET DE L’ENVIRONNEMENT Directrice
Beatriz MENENDEZ
LABORATOIRE GEOSCIENCES ET ENVIRONNEMENT Directeur
vii
CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 235
TESE DE DOUTORAMENTO
Nº 001
RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL DA HALOTECTÔNICA NA PORÇÃO
CENTRAL DA BACIA DE SANTOS E IMPLICAÇÕES PARA OS
SISTEMAS PETROLÍFEROS
RESTAURATION STRUCTURALE DE LA TECTONIQUE SALIFÈRE DE
LA PARTIE CENTRALE DU BASSIN DE SANTOS ET DES
IMPLICATIONS POUR LES SYSTEMES PETROLIERS
Sávio Francis de Melo Garcia
Coorientadores
André DANDERFER Filho
Dominique FRIZON DE LAMOTTE
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito
parcial à obtenção do Título de Doutor em Ciências Naturais, Área de Concentração: Geologia Estrutural
Thèse presentée, sous système de cotutelle, à l’Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie de l’Université de Cergy-Pontoise pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de Cergy-Pontoise en Sciences de
La Terre et de l’Univers, Zone de Recherche: Geologie Structurale
Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br
Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/
Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita
35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais
Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: [email protected]
Os direitos de tradução e reprodução reservados.
Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.
ISSN 85-230-0108-6
Depósito Legal na Biblioteca Nacional Edição 1ª
Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto
http://www.sisbin.ufop.br
G216r Garcia, Sávio Francis de Melo.
Restauração estrutural da halotectônica na porção central da Bacia de Santos e implicações para os sistemas petrolíferos = Restauration structurale de la tectonique salifère de la partie centrale du Bassin de Santos et des implications pour les systemes petroliers [manuscrito] / Sávio Francis de Melo Garcia – 2012.
xxviii, 206 f.: il. color.; tabs.
(Contribuições às Ciências da Terra. Série D, v. 28, n. 48) ISSN: 85-230-0108-6
Orientadores: Prof. Dr. André Danderfer Filho. Prof. Dr. Dominique Frizon de Lamotte.
Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. / Universitè de Cergy-Pontoise. Área de concentração: Geologia Estrutural e Tectônica.
ix
DEDICATÓRIA /
DÉDICACE
À família, maior alegria da vida. À ma famille, la plus grande joie de la vie.
Mulher amada, Gracinda Épouse bien-aimée,
Nossos filhos Ugo Gabriel &Alice Nos enfants
Avec l’ambition de me consacrer davantage à tel amour.
Aos meus pais João & Deli
(in memorian)
À mes parents
Na volta que o mundo dá Dans la ronde que le monde fait
(de Vicente Barreto e Paulo Cesar Pinheiro – traduction libre en Français depuis le Portuguais )
Um dia eu senti um desejo profundo de me aventurar nesse mundo pra ver onde o mundo vai dar. (...) Varei cordilheira, geleira e deserto. O mundo pra mim ficou perto e a terra parou de rodar. Com o tempo foi dando uma coisa em meu peito, um aperto difícil da gente explicar.
(...) Angústia de não se entender, um tédio que a gente nem crê, anseio de tudo esquecer e voltar. (...) Agora aprendi por que o mundo dá volta: quanto mais a gente se solta, mais fica no mesmo lugar.
AGRADECIMENTOS
/
REMERCIEMENTS
Muitos contribuíram para a pesquisa apresentada neste manuscrito, direta ou indiretamente. A todos eles, meus mais sinceros agradecimentos.
Meus agradecimentos vão, em primera mão, para a PETROBRAS, não apenas pela liberação e auxílio financeiro sem os quais não seria possível realizar esta pesquisa, mas sobretudo pelo suporte de seu maior patrimônio, seus empregados, colegas profissionais. Carregaram o piano durante minha liberação e ainda, quando puderam, me deram uma força com a pesquisa e o manuscrito.
Agradeço também à Universidade Federal de Ouro Preto, pela acolhida de minha pesquisa e oportunidade de transformá-la nesse manuscrito sob co-tutela.
Mes remerciements vont aussi à l’Université de Cergy-Pontoise, également, pour la chance de développer ma recherche et de realiser ce manuscript sous cotutelle.
Mes remerciements à la quatrième instituition à partager le soutien et accueil de ma recherche, l’IFP Energies Nouvelles.
Ao Prof. Dr. André Danderfer Filho, pela orientação e apoio durante a pesquisa, pela amizade construída.
À le Prof. Dr. Dominique Frizon de Lamotte Reges, par la direction et soutien, pas seulemnt pendant le séjour en France.
Aos meus muitos gerentes que compreenderam minha aposta e nela confiaram, em particular à Dra. Sylvia Anjos e, entre outros, aqueles mais imediatos Almério França, Luis Antônio Freitas, Henrique Penteado e João Cláudio de Jesus.
Agradecimento com particular carinho a Gilvan Hamsi e Anna Eliza Dias. Também para Carmo Severino, Flávio Gonzaga, Marta Guerra e João “Xico” Bach.
Um grand merci aux collègues connus em France, chez l’IFP EN, parmi eux Xavier Guichet et Fadi Nader.
xi
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS...x
LISTA DE FIGURAS ...xv
LISTA DE TABELAS...xxi
LISTA DE EQUAÇÕES... xxii
RESUMO ... xxiii
RESUMÉ...xxv
ABSTRACT ... xxvii
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ...1
1.1- CONTEXTO DO ESTUDO ...1
1.2- OBJETIVOS DA TESE...3
1.3- OBJETO E MODO DE INVESTIGAÇÃO ...4
1.4- ORGANIZAÇÃO DA TESE...5
1.5- ORGANIZATION OF THE MANUSCRIPT...6
CAPÍTULO 2 GEOLOGIA REGIONAL...7
2.1- INTRODUÇÃO ...7
2.2- ESTRATIGRAFIA ...8
2.2.1- Grupo Guaratiba ...8
2.2.1.1- Formação Camboriú ...10
2.2.1.2- Formação Piçarras ...10
2.2.1.3- Formação Itapema ...10
2.2.1.4- Formação Barra Velha...10
2.2.1.5- Formação Ariri ...11
2.2.2.1- Formação Florianopolis...11
2.2.2.2- Formação Guaruja ...11
2.2.2.3- Formação Itanhaém ...12
2.2.3 Grupo Frade ...12
2.2.3.1- Formação Santos ...12
2.2.3.2- Formação Juréia ...12
2.2.3.3- Formação Itajai-Açu...13
2.2.4 Grupo Itamambuca...13
2.2.4.2- Formação Iguape ... 13
2.2.4.3- Formação Marambaia ... 14
2.2.4.4- Formação Sepetiba... 14
2.3- ARCABOUÇO ESTRUTURAL... 14
2.3.1- Estruturação do embasamento da bacia ... 14
2.3.2- Estruturas da Bacia de Santos ... 18
2.3.2.1- Platô de São Paulo ... 19
2.3.2.2- Falhas Normais e Zonas de Transferência Associadas... 20
2.3.2.3- Magmatismo ... 23
2.3.2.4- Outras Estruturas ... 24
2.4- EVOLUÇÃO TECTONO-SEDIMENTAR ... 25
2.4.1- Evolução das fases rifte e pós-rifte ... 28
2.4.2- Sedimentação de Evaporitos ... 32
2.4.3- Evolução da fase de deriva continental... 34
2.4.3.1- A Instalação do Ambiente Marinho Franco... 34
2.4.3.2- Sedimentação Sob Nível de Mar Baixo... 35
2.4.3.3- Desaceleração da Deformação Halocinética... 36
2.5- GEOLOGICAL SETTINGS OVERVIEW ... 37
CAPÍTULO 3 RESTAURAÇÃO PALINSPÁSTICA DE SEÇÕES COMPARTIMENTADAS PELA HALOTECTÔNICA ... 39
3.1. INTRODUÇÃO... 39
3.2. FERRAMENTAS HISTÓRICAS DE RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL... 41
3.2.1. Restauração estrutural de seções ... 41
3.3.2. Restauração estrutural em multisseções, mapas e superfícies... 44
3.3.2. Restauração estrutural volumétrica ... 46
3.3.2. Estratificação mecânica da halocinese em margens passivas... 47
3.4. TÉCNICAS E PARAMETROS APLICADOS ... 50
3.4.1. Interpretação sísmica e construção de um modelo para restauração estrutural... 54
3.4.2. Remoção da camada superior... 58
3.4.3. Conservação material durante a restauração do sal... 59
3.4.4. Isostasia flexural... 60
3.4.5. Restauração geométrica da deformação ... 65
3.4.6. Paleosuperfícies... 67
xiii CAPÍTULO 4
STRUCTURAL MODELING BASED ON SEQUENTIAL RESTORATION OF
GRAVITATIONAL SALT DEFORMATION IN THE SANTOS BASIN...75
4.1 ABSTRACT...75
4.2 INTRODUCTION...76
4.3 GEOLOGICAL SETTING ...77
4.3.1 Stratigraphy...78
4.3.2 Regional structural framework...81
4.3.3 Structural implications of the salt tectonics ...83
4.4 METHODOLOGY...84
4.4.1 Backstripping with flexural isostatic compensation ...85
4.4.2 Structural block restoration...87
CAPÍTULO 5 ANÁLISE DE VOLUMES DE SAL EM RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL: UM EXEMPLO NA BACIA DE SANTOS...111
5.1 RESUMO ...111
5.2 ABSTRACT...112
5.3 INTRODUÇÃO ...112
5.4 CONTEXTO GEOLÓGICO DA BACIA DE SANTOS ...114
5.4.1 Estratigrafia...115
5.4.2 Arcabouço regional...116
5.5- MATERIAIS E MÉTODOS ...119
5.5.1- Dados geológicos...119
5.5.2- Ferramentas numéricas de restauração estrutural ...119
5.5.3- Procedimentos de restauração e análise estrutural...120
5.5.3.1- RESTAURAÇÃO DESACOPLADA DA DEFORMAÇÃO PELO SAL ...120
5.5.3.2- CONDICIONANTES ISOSTÁTICOS ...122
5.5.3.3- CONDICIONANTES PALEOTOPOGRÁFICOS...124
5.5.3.4- ANÁLISE ESPACIAL DA RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL...125
5.6- RESULTADOS ...125
5.6.1- Ensaio de isostasia flexural...125
5.6.2 Calibração paleobatimétrica...126
5.6.3 Arcabouço estrutural investigado...127
5.6.3 Restauração 2.5D ...130
5.6.3 Mudanças de volume ao longo do tempo...134
5.7 - DISCUSSÃO ...138
5.7.2 Restauração estrutural e integração 2D/3D ... 139
5.8 - CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS... 139
CAPÍTULO 6 ANÁLISE E DISCUSSÃO COMPLEMENTAR DOS RESULTADOS ... 141
6.1- INTRODUÇÃO ... 141
6.2- A RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL DA HALOCINESE NA BACIA DE SANTOS... 141
6.3- ENSAIOS DE RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL 2D ... 148
6.4- ENSAIOS DE RESTAURAÇÃO GEOHISTÓRICA 2D/1D... 152
6.5- ENSAIOS DE RESTAURAÇÃO ESTRUTURAL 3D ... 158
6.6- IMPACTOS SOBRE OS SISTEMAS PETROLÍFEROS... 167
6.7- COMENTÁRIOS GERAIS SOBRE OS RESULTADOS OBTIDOS ... 174
6.8- SUMMARY OF THE ADDITIONAL DISCUSSIONS... 176
CAPÍTULO 7 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS... 181
7.1 CONCLUSÕES GERAIS ... 181
7.1.1 Sobre materiais e métodos... 181
7.1.2 Sobre a evolução geológica da área de estudo ... 182
7.1.3 Sobre os sistemas petrolíferos ... 183
7.2 PERSPECTIVAS E SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS ... 184
REFERÊNCIAS ... 185
ANEXOS ANEXO I... 201
I.1 - Introduction ... 201
I.2 - Structural Modelling... 202
I.3 - 1D Geohistory modeling ... 204
xv
LISTA DE FIGURAS
/ LISTE DES FIGURES
Figura 1.1- Mapa de localização da área de estudo ...2
Figura 2.1- Carta estratigráfica da bacia de Santos...9
Figura 2.2- Mapa de relevo composto com batimetria e localização da área de estudo ...16
Figura 2.3- Mapa hipsométrico da Serra do Mar destacando bacia do rio Ribeira ...17
Figura 2.4- Mosaico de mapas com depocentros e falhas mapeados por diversos autores ...22
Figura 2.5- Mapa aeromagnético e seções estruturais esquemáticas ...23
Figura 2.6- Esquema de abertura do oceano Atlântico Sul modificado de Torsvik et al. (2009) ...26
Figura 2.7- Esquema de reconstituição de movimentos para a região da zona de fratura de Florianópolis modificado de Moulin et al. (2010) ...27
Figura 2.8- Mapa composto pela superposição da descontinuidade da Moho (modificado de Zalán et al. 2011), com o mapa de hipsometria (Heilbron et al. 2007) e o mapa geológico (CPRM-Codemig 2003), com destaque para os lineamentos estruturais NW-SE...30
Figura 2.9- Visão perspectiva da sísmica na borda leste do alto Externo de Santos (Carminatti et al. 2008) ...32
Figura 3.1- Ilustração das premissas fundamentais de preservação de área (A) e comprimento (B) na restauração de seções, modificado de Geiser (1988) ...42
Figura 3.2- Conservação de área na deformação extensional, modificada de Gibbs (1983) ...43
Figura 3.3- Diagramas de restauração de falhas normais, modificado de Gibbs (1984) ...43
Figura 3.4- Diagrama da cinemática do deslizamento diferencial entre estratos representado em linhas soltas, modificado de Geiser (1988) ...44
Figura 3.5- Resistência de rochas sedimentares sob distensão e compressão (modificado de Jackson & Vendeville 1994) ...48
Figura 3.6- Modelo com uma camada de sal de resistência constante entre camadas de resistência dependente da profundidade (modificado de Vendeville & Jackson 1993) ...49
Figura 3.8- Localização da área de estudo e das seções restauradas A-A’, B-B’, C-C’, D-D’ e
E-E’ sobrepostas ao topo estrutural do sal (extraído de Guerra & Underhill 2012) ... 51
Figura 3.9- Area de estudo sobre mapa do topo do sal (extraído de Guerra & Underhill 2012), indicando transporte tectônico e visão perspectiva indicando dois compartimentos halotectônicos na área de estudo (em detalhe) ... 52
Figura 3.10- Visão perspectiva das 5 seções restauradas (fora de escala) ... 53
Figura 3.11- Fluxograma geral de procedimentos e materiais empregados na pesquisa ... 55
Figura 3.12- Localização dos dados sísmicos e poços disponíveis e efetivamente utilizados ... 56
Figura 3.13- Seção D-D’ ilustrando qualidade dos dados sísmicos 2D (exagero vertical de 3 vezes) ... 57
Figura 3.14- Esquema de conservação material da camada de sal: (1) descompactação e isostasia flexural, (2) restauração da deformação halocinética e (3) correção da compensação isostática ... 60
Figura 3.15- Esquema de placa litosférica em equilíbrio sobre a astenosfera, modificado de Eales (2009) ... 61
Figura 3.16- Ensaio de compensação isostática flexural em caso sintético ... 64
Figura 3.17- Esquemas de modelos cinemáticos utilizados em restauração estrutural (modificado de Groshong 2006) ... 65
Figura 3.18- Representações da deformação flexural: (a) dobra por cisalhamento flexural, (b) dobra por deslizamento flexural e (c) dobra de fluxo (modificado de Twiss & Moores 1992) ... 66
Figura 3.19- Esquema de caracterização da batimetria típica da bacia de Santos... 68
Figura 3.20- Comparativo para ajuste batimétrico em um ponto da plataforma atual extraído das etapas de restauração 2D... 69
Figura 3.21- Esquema de restauração conservativa da camada de sal ... 72
Figura 3.22- Espessura de sal em pontos referenciais da plataforma ao longo do tempo ... 73
Figura 4.1- Regional location map outlining the study area including two restored cross-sections, six available wells and four studied pseudo-wells ... 77
xvii
Figura 4.4- Schematic block diagram of crustal thinning of the Santos Basin adapted from the
model of Lavier and Manatshal (2006) ...82
Figura 4.5- Cross-section B-B’ extrapolation based on the regional transect X-Y-Z from Carminatti et. al. (2008) ...86
Figura 4.6- Paleo-bathymetry model through time to the shelf, slope and continental rise regions ...88
Figura 4.7- The shelf break and foot of the slope points interpreted on the cross-section B-B’ ...90
Figura 4.8- Sequential sketches of the restoration steps exemplifying the first partial results for the section A-A’ ...92
Figura 4.9- Restoration outcomes of pre-salt stages for the cross-sections A-A’ and B-B’ ...94
Figura 4.10- Cross-sections A-A’ and B-B’ restored at the salt deposition stage ...96
Figura 4.11- Restored cross-sections A-A’ and B-B’ for the Albian to Cenomanian stages ...98
Figura 4.12- Restoration schematic model for the Albian carbonates ...99
Figura 4.13- Sedimentary progradation of the Late Cretaceous restored for the cross-sections A-A’ and B-B’ ...101
Figura 4.14- Restored cross-sections A-A’ and B-B’ at the Cenozoic stage ...103
Figura 4.15- Decompacted Miocene situation just after the removal of the uppermost layer with details of the present day seismic referential interpretation ...104
Figura 4.16- Geohistories 1D graphs based on the restored cross-sections A-A’ and B-B’ ...108
Figura 5.1- Mapa de localização e feições estruturais da bacia de Santos...113
Figura 5.2- Carta estratigráfica da bacia de Santos e horizontes usados na restauração estrutural, modificada de Moreira et al. (2007) ...115
Figura 5.3- Visão perspectiva das seções geológicas...117
Figura 5.4- Seção regional da bacia de Santos (XYZ) e projeção da área de estudos (BB’) ...118
Figura 5.5- Exemplo das etapas de restauração estrutural ...121
Figura 5.6- Esquema de efeitos de isostasia flexural sobre seção regional da bacia de Santos ...123
Figura 5.7- Pontos da quebra da plataforma e pé do talude, interpretados em sísmica...124
Figura 5.8- Perfis regionais de evolução paleobatimétrica ...125
Figura 5.10- Relevo do embasamento, projetada espessura da seção pré-sal ... 128
Figura 5.11- Base dos evaporitos, projetada espessura do sal... 128
Figura 5.12- Isópacas dos grupos Camburi (A), Frade (B) e Itamambuca (C) projetadas respectivos topos demonstrando a progradação da falha de Cabo Frio ... 129
Figura 5.13- Relevo do embasamento restaurado há 132 Ma, 113 Ma e no presente ... 130
Figura 5.14- Cenário restaurado há 113 Ma... 131
Figura 5.15- Cenário restaurado após deposição do sal ... 131
Figura 5.16- Cenário restaurado há 92 Ma ... 132
Figura 5.17- Cenário restaurado do topo do Cretáceo há 64 Ma... 133
Figura 5.18- Modelo baseado na interpretação sísmica ... 133
Figura 5.19- Áreas e volumes de sal no modelo 3D... 135
Figura 5.20- Redução de volume de sal versus o avanço em área do sal ao longo da deformação.... 136
Figura 5.21- Topo do sal em suas diferentes restaurações palinspásticas ... 136
Figura 5.22- Sequência de restauração há 0, 64, 92 e 112 Ma com detalhe da subsidência do embasamento restaurado, do passado ao presente, na base da figura ... 137
Figura 6.1- Localização de áreas investigadas por Caldas & Zalán (2009), Corrêa (2009) e Guerra & Underhill (2012) em relação à área de estudo ... 142
Figura 6.2- Restaurações de minibacia efetuadas por Caldas & Zalán (2009) e Corrêa (2009), modificada dos originais ... 143
Figura 6.3- Restauração da minibacia com conservação de área do sal ao longo da seção C-C’ comparada aos resultados de Caldas & Zalán (2009) e Corrêa (2009)... 145
Figura 6.4- Restauração do Albiano sob ponto de vista desta pesquisa e relações com Caldas (2007) e Corrêa (2009) ... 146
Figura 6.5- Correlação de variações de espessuras observadas por Corrêa (2009) com resultados obtidos na presente pesquisa ... 146
Figura 6.6- Correlação entre as variações de distensões observadas por Corrêa (2009) com os resultados obtidos na presente pesquisa ... 147
xix
Figura 6.8- Modelo sintético de aferição nos cálculos de descompactação construído no
programa RECON-MS ...149
Figura 6.9- Resultado da descompactação do modelo sintético confirmando
subdimensionamento nos cálculos ...149
Figura 6.10- Esquema de compactação lateral como resultado de compressão induzida por
tectônica gravitacional (modificado de Butler & Paton 2010) ...150
Figura 6.11- Diferentes esquemas de compensação isostática em margens passivas (composição modificada de Davison et al. 2012 e de Watts 1992) ...151
Figura 6.12- Esquema de construção de geohistória 1D a partir de resultados da restauração 2D ....153
Figura 6.13- Comparação entre geohistória construída por restauração 2D com outra preparada
sem restauração, por backstripping tradicional ...154
Figura 6.14- Subsidência observada na restauração de seções para 15 pontos nas regiões de
plataforma, talude e elevação continental em águas profundas ...155
Figura 6.15- Estimativa do estiramento nas regiões de plataforma, talude e águas profundas ...155
Figura 6.16- Taxas de sedimentação por geohistórias 1D para plataforma, talude e águas
profundas ...157
Figura 6.17- Os gráficos de geohistória de soterramento dos 4 pontos de controle considerados
no capítulo 4 ...158
Figura 6.18- Esquema da parametrização para restauração de superfície deformada para um domínio mais simples onde uma função estabelece relações de coordenadas entre os domínios deformado e restaurado (modificada de Titeux 2009) ...159
Figura 6.19- Modelos estruturais 2D/3D mostrando os principais elementos considerados na
restauração ...160
Figura 6.20- Primeira parte do esquema de restauração de superfície deformada para fins de ensaio: o topo da camada superior (fundo do mar) foi removido e a base deformada é restaurada para um plano de referência ...161
Figura 6.21- Segunda parte do esquema de restauração de superfície deformada: inversão do procedimento para restaurar a deformação até uma superfície de paleobatimetria de referência ...162
Figura 6.22- Ensaio de restauração de superfícies no GOCAD em quatro passos ...163
Figura 6.24- Resultados do ensaio realizado, com a visualização dos horizontes do topo do Sal, Albiano e Cenomaniano ... 165
Figura 6.25- Campo térmico qualitativo em torno de um diápiro ilustrado em seção (modificado de Garcia 2008) ... 168
Figura 6.26- Gráfico à esquerda com geohistória térmica do ponto de controle distal na seção A-A’ ilustrando o resfriamento relativo abaixo do sal. Gráfico à direita com resposta de maturação de uma geradora fictícia subjacente ao sal para cenários de sal
restaurado e não restaurado ... 169
Figura 6.27- Taxa de transformação do querogênio na plataforma, talude e águas profundas
obtida nos geohistórias 1D dos 15 pontos de controle ... 170
Figura 6.28- Restauração da porção proximal da seção D-D’ ilustrando a progradação
sedimentar ... 170
Figura 6.29- Base e topo do sal, restaurados há 112, 92, 64 e 0 Ma ilustrando desacoplamento da deformação ... 171
Figura 6.30- Restauração de minibacia no setor distal da área de estudo ilustrando inversão
estrutural do acamamento entre 79 e 34 Ma ... 172
Figura 6.31- Restauração de seções mostrando diferentes situações e momentos para formação
de janelas na camada de sal ... 174
Figura I.1- Section AA’ projected on a transect X-Y-Z, the study area, the sections AA’ and
BB’, important features and domains (modified from Carminatti et al. 2008) ... 203
Figura I.2- Geohistories for pseudo-wells 1, 2, and 3 show a clastic progradation to distal
xxi
LISTA DE TABELAS
/ LISTE DES TABLEAUX
Tabela 3.1- Propriedades atribuídas para as diferentes materiais tipo na restauração de seções ...59
Tabela 4.1- Facies parameters applied to decompaction and flexural isostatic compensation...85
Tabela 5.1- Áreas das cinco seções, área média e volumes no tempo presente ...134
Tabela 5.2- Medidas de áreas e volumes no modelo 3D...135
LISTA DE EQUAÇÕES
/ LISTE DES TABLEAUX
xxiii
RESUMO
A presente pesquisa consiste em investigar um caso real a complexa interação entre deformação halotectônica e a sedimentação subsequente na parte central da margem passiva da bacia de Santos bem como avaliar seus efeitos sobre os processos de geração, migração e acumulação de petróleo. Para construir um modelo estrutural robusto e inovador foram aplicadas técnicas de restauração estrutural sob condições de contorno integradas de forma inédita: conservação material de todas as rochas incluindo a camada de sal, o controle da compensação isostática associada à um modelo regional de paleobatimetria através do tempo e calibração de resultados por análise de geohistórias de soterramento 1D durante a realização das restaurações.
Os dados sísmicos e de poços disponíveis cobrem uma área onde a halocinese afeta os sistemas petrolíferos ativos. O maior depocentro da bacia está parcialmente inserido na área de investigação. Sua história de preenchimento sedimentar está associada ao desenvolvimento da falha de Cabo Frio e da lacuna de dezenas de quilômetros na ocorrência de sedimentos do Albiano. Minibacias submetidas à compressão halotectônica ocorrem em águas profundas. Neste contexto, os desafios da pesquisa é encontrar os meios para construir e restaurar o modelo estrutural.
Foram interpretados quinze horizontes para construir um modelo de superfícies. Cinco seções geológicas foram restauradas e extrapoladas para análise de volumes de sal e unidades encaixantes. A restauração remove sucessivamente a camada mais superficial e descompacta as camadas remanescentes devido a carga sedimentar removida. Os procedimentos consideram também a compensação flexural de uma litosfera elástica pouco resistente. A isostasia joga um importante papel no controle tectono-sedimentar. Sua interação com a batimetria, a geometria das falhas e o modelo da superfície deposional condicionam a subsidência local e regional. Dados bioestratigráficos e sismofaciológicos calibram a paleobatimetria absolut ao longo do tempo.
A restauração de seções diferencia a deformação da sequência da fase rifte de três outras depositadas acima do sal.
Várias geohistórias 1D reconstruíram diferentes situações ao longo da principal direção de transporte para controlar as espessuras de restauração nas seções. As ferramentas 1D e 2D mostraram claramente a movimentação do sal para além dos limites da área e também uma forte correlação entre a dinâmica halocinética e o espaço de acomodação sedimentar disponível.
procedimento na restauração de seções permitiu aferir melhor as relações batimétricas e isostáticas obtidas em uma segunda etapa da pesquisa.
A premissa de conservação material da camada de sal se mostrou uma ferramenta operacional coerente com os resultados. A quantificação volumétrica da movimentação do sal mostrou boa correlação com a distensão lateral muito mais acentuada da fase de deriva continental.
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RESUMÉ
Ce travail étudie la déformation salifère dans la partie centrale du Bassin de Santos sur
la marge Atlantique brésilienne et examine l'interaction complexe entre cette déformation et la
sédimentation, ainsi que ses effets sur les systèmes pétroliers. Les données sismiques et les
puits disponibles couvrent une zone où l'halocinèse affecte les systèmes pétroliers actifs. Le
principal dépôt-centre du bassin est partiellement dans la zone d’étude. L’histoire de
remplissage sédimentaire est liée au développement de la faille de Cabo Frio, qui induit un
absence des sédiments de l’Albien sur des dizaines de kilomètres. Des mini-bassins dus à la
compression salifère se produisent dans la partie la plus distale.
Il s'agit dans ce travail de trouver une méthode effective de construire et de restaurer
le modèle structural. Des certaines contraintes ont été établies et, de manière sans précédent
elles ont été appliquées dans un approache intégré pour batir un modèle robuste et cohèrent.
Ces hypothèses sont les suivantes : la conservation physique des roches (y compris le sel), la
compensation isostatique par flexion de la lithosphère, un modèle de bathymétrie au cours du
temps et le suivi des résultats par analyse de l’historie de subsidence et sedimentation pendant
la restauration structurale.
Quinze horizons stratigraphiques ont été interprétés. Cinq coupes géologiques ont été
restaurées et interpolées pour analyser l'évolution temporelle des volumes du sel et des unités
encaissantes. La restauration enlève successivement la couche la plus récente et décompacte
les couches sous-jacentes en fonction de la charge enlevée. La procédure de restauration
prend aussi en compte la compensation flexurale d'une lithosphère élastique et peu épaisse.
L'isostasie joue un rôle important dans le contrôle tectono-sédimentaire. Son interaction avec
la profondeur d'eau, la géométrie des failles et la surface de dépôt contrôle la subsidence
locale et régionale. Des données des puits et les facies sismiques aident à calibrer la
paléo-profondeur d'eau.
des hauts structuraux au centre de la zone étudiée et a montré comment les relations
structurales contrôlent la sédimentation. Deux dépôt-centres ont été unis par le déposition de
sel sur une topographie escarpée héritée du rifting. Le remplissage du compartiment le plus
subsident à l'ouest du modèle a permis des interprétations temporelles par rapport aux
structures orientées NE-SW et NNW-SSE. Deux façons de restaurer les coupes ont permis
d’évaluer l’incertitude sur la paléo-profondeur d'eau et ses relations avec l’isostasie.
L'hypothèse d'une préservation volumique du sel s'est avérée cohérente avec les résultats,
puisqu'elle a montré une bonne corrélation avec la distension latérale lors de la dérive
continentale.
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ABSTRACT
The present thesis consists in a real complex case study of halotectonic deformation in
the central portion of the Santos Basin passive margin, investigating the complex interactions
between deformation and sedimentation and evaluating its impacts on the petroleum systems.
Some boundary condictions were established and, following an unprecedented way, they were
applied in an integrated workflow to build a robust and coherent model. These assumptions
were: the physical conservation of the rocks (salt included), the isostatic compensation by
flexure of the lithosphere, a bathymetric model through time and the results monitoring by
analyse of the subsidence and sedimentation analysis during the structural restoration.
Seismic data set and exploration wells were input to the study, which cover an area
where halokinetics affect the active petroleum systems. The thickest depocenter of the Santos
basin is partially in the study area. The sedimentary infilling history is associated with the
Cabo Frio Fault development, linked with a gap of tens of kilometers in the Albian sediments
occurrence. Minibasins are under halotectonic compression towards deep waters. The
challenges of this work consists in find methods to build and then to restore the structural
model in an effective way.
Fifteen interpreted horizons were used to build a surface model. Five geological
cross-sections were restored and interpolated to get salt and overburden volumes. The restoration
successively removes the uppermost layer and decompacts the remaining layers through
sedimentary unloading. Restoration also considers the unloading isostatic compensation by
flexure of an elastic weak layered lithosphere. The isostasy plays an important role in the
tectono-sedimentary control. Its interaction with bathymetry, faults geometry and deposition
surface profile constrains the local and regional subsidence. Biostratigraphic data and seismic
pattern defined trough time the absolute paleobathymetry.
The cross-section restoration has differentiated the major rift phase sequence
deformation from three other drift phase sequences above the sal layer.
Several 1D geo-histories were reconstructed for different points along the main
direction of transport, to control the thickness variations in the 2D sections. 1D and 2D
restorations clearly show that salt moves out of the study area and that there is strong coupling
between the halotectonic dynamic and the change in the accommodation space.
of the investigated area and confirms the relation between structural evolution and
sedimentation. Two major depocenters were amalgamated by salt deposition over the
accentuated relief inherited from the larger vertical tectonic subsidence of the rift phase. The
sedimentary infilling reveals the temporal relations of NE-SW and NNW-SSE oriented
structures within the higher subsidence compartment in the western sector of the area. Two
different ways to restore the sections allowed the uncertainty estimation of the bathymetry and
isostatic relationships.
The salt layer material conservation assumption, an operational tool, was consistent
with the results. The salt volume balance over time showed a good correlation to lateral
extension of the continental drift stage.
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CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
“The past and history float free of each other, they are ages and miles apart. For the same object of enquiry can be read differently by different discursive practices whilst, internal to each, there are different interpretative readings over time and space.” Keith Jenkins, historiador
1.1- CONTEXTO DO ESTUDO
Os evaporitos são rochas com propriedades petrofísicas incomuns quando comparadas com outras rochas na crosta terrestre (Mohriak & Szatmari 2008). Essas propriedades fazem do sal um elemento fundamental na complexidade estrutural das bacias onde ocorrem (Lerche & Petersen 1995, Lewis 1997). Dentre suas características físico-químicas peculiares, algumas tais como o comportamento dúctil (Weijermars et al. 1993), pouca resistência sob compressão (Jackson & Vendeville 1994), densidade que quase não varia sob soterramento (Gussow 1968), baixa permeabilidade (Petersen & Lerche 1995), alta condutividade térmica (Petersen & Lerche 1996) e alta solubilidade (Anderson & Brown 1992) são de grande importância para a tectônica do sal. Os evaporitos são como substratos dúcteis para os sedimentos mais rígidos sobrepostos e a deformação do sal em margens passivas pode ser simplifica como um deslocamento de massas em direção à bacia, com distensão na região proximal e compressão no sopé da área deformada (Schaller & Dauzacker, 1986). Induzido pela sedimentação de plataforma, o sal se movimenta para a bacia profunda. A interação com a sobrecarga sedimentar produz em geral campos de tensão e deformação em variadas direções, com estruturas nem sempre fáceis de serem compreendidas. Tal deformação influencia a configuração dos sistemas deposicionais e altera as condições de geração, migração e acumulação de petróleo.
A bacia de Santos é a bacia na margem sudeste do Brasil que apresenta o volume mais significativo de sal. Até recentemente considerada fronteira exploratória, a bacia registra das mais expressivas descobertas de petróleo realizadas nas últimas décadas em todo o mundo. A área de estudo na porção central da bacia ocupa apenas cerca de 5.100 km2 dos 350.000 km2 da bacia (Figura 1.1), mas é bastante representativa da evolução regional. Atravessa o maior depocentro da bacia e apresenta estruturas halocinéticas de grande magnitude tanto de caráter distensivo como compressivo, diferenciadas ao longo da direção principal de transporte tectônico.
durante mais de 80% da história geológica da bacia, tempo durante o qual os sistemas petrolíferos se tornaram ativos (Garcia et al. 2005a). Rochas geradoras e reservatórios ocorrem estratigraficamente abaixo e acima da camada de evaporitos. Caminhos de migração, armadilhas e selo estão em geral controlados pela deformação do sal. As correlações entre espaço de acomodação para sedimentação, deformação do sal e soterramento da bacia contribuem para identificar situações favoráveis à geração, migração, acumulação e preservação de petróleo.
Figura 1.1 – Mapa de localização da área de estudo, dos principais elementos estruturais circunvizinhos, dos poços exploratórios e seções utilizados nesta pesquisa.
Figure 1.1 – Location map of the study area highlighting main structural elements, exploratory wells and cross-sections used in this thesis.
Um equilíbrio entre distensão nos setores mais proximais e compressão na parte mais distal é relativamente estabelecido (Worrall & Snelson 1989). Entretanto, a conservação material da camada de sal neste contexto é controversa (e.g. Rowan 1993, Peel et al. 1995). Ocorre que alguns sais são muito solúveis e a camada de sal pode sofrer perdas por dissolução e assim, o volume de sal no passado pode ter sido maior do que no presente.
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Cabo Frio há uma expressiva lacuna na ocorrência desses sedimentos e o estudo dessa falha produziu modelos evolutivos diferentes (e.g. Ge et al. 1997, Mohriak & Szatmari 2001). As minibacias, já no domínio de compressão mais distal além da citada falha, foram objeto de trabalhos de restauração (Caldas & Zalán 2009, Corrêa 2009). O trabalho de Guerra & Underhill (2012) propõe uma célula de deformação gravitacional com transporte tectônico aproximadamente de NNW para SSE na área investigada.
1.2- OBJETIVOS DA TESE
Essa tese se propõe a investigar uma complexa deformação geológica envolvendo halocinese na porção da bacia de Santos por ferramentas de restauração estrutural. Os interesses da pesquisa são restaurar de modo detalhado a área de estudos, compreender a deformação no passado, extrapolar os efeitos e as conseqüências para a evolução tectono-sedimentar da bacia e sobre os sistemas petrolíferos hoje ativos. Nesse sentido os principais objetivos da pesquisa podem ser assim resumidos:
(1) Descrever uma metodologia de restauração estrutural da deformação halocinética fortemente controlada pela geometria dos espaços;
(2) Conceber uma ferramenta de controle para evitar inconsistências da deformação ao longo do tempo;
(3) Avaliar os efeitos da restauração e da deformação sobre os sistemas petrolíferos e
(4) Analisar os resultados obtidos em diversas dimensões sob diferentes aspectos e aferir a consistência do modelo restaurado.
No que diz respeito à restauração estrutural propriamente dita, a pesquisa pretende investigar as possibilidades de quantificação e análise por caracterização geométrica espacial da deformação. A tese busca explorar as possibilidades da restauração de seções para construir cenários cinemáticos e, para tanto, experimenta condições de contorno associadas ao controle do espaço de acomodação sedimentar tais como isostasia e batimetria. Essas condições podem estabelecer limites espaciais para a interação entre sedimentação de sobrecarga e deformação do sal, provavelmente impressa no registro estratigráfico da bacia e nos modelos tectono-sedimentares elaborados a partir desse registro.
extrapolar as ferramentas 2D seria a forma de explorar mais rapidamente a deformação e de pensar nas soluções tridimensionais. Um dos objetivos é avaliar se diferenças entre uma abordagem simplificada (por exemplo, um 3D concebido apenas por backstripping com restauração de espessuras do sal ao longo do tempo) e uma abordagem restaurada em detalhe (com movimento lateral de massas) serão determinantes para uma avaliação dos sistemas petrolíferos ativos na bacia.
A pesquisa está sob a co-tutela das universidades Federal de Ouro Preto (Brasil) e Cergy-Pontoise (França). A Petrobras e o IFP Energies Nouvelles, em diferentes momentos da pesquisa, ofereceram recursos intramuros como computadores, programas e suporte técnico.
1.3- OBJETO E MODO DE INVESTIGAÇÃO
Uma pesquisa bibliográfica foi continuamente dirigida a uma busca de artigos, teses, dissertações e publicações científicas cujas palavras-chave incluíssem e/ou relacionassem bacia de Santos, tectônica de sal, restauração estrutural, deformação dúctil, sistemas petrolíferos e margens passivas.
Um conjunto de dados sísmicos 2D convertido para profundidade de um levantamento mais antigo foi efetivamente cedido para interpretação e construção do modelo estrutural. Além da sísmica, dados de seis poços exploratórios foram considerados para a caracterização geológica do modelo. A referência estratigráfica para amarração dos horizontes sísmicos aos poços foi a carta de Moreira et al. (2007).
Esse acervo possibilitou a elaboração de cinco seções geológicas para o trabalho de restauração estrutural. Em contextos estruturais complexos, o emprego dessa técnica facilita compreender a cinemática da deformação e construir modelos geológicos consistentes que minimizem os riscos exploratórios. A investigação por restauração estrutural de múltiplas seções paralelas integrou ferramentas 1D, 2D e 3D. Foram cinco seções geológicas com registro estratigráfico completo da área de estudo foram restauradas para investigar diferentes estilos de deformação, incluindo a evolução da Falha de Cabo Frio. O procedimento integrou a restauração 2D com tratamento e análise 3D através das seguintes etapas: (1) remoção de camadas, descompactação e compensação isostática flexural, (2) restauração desacoplada da tectônica do sal, (3) conservação material (inclusive do sal), (4) recomposição da sobrecarga sedimentar quando diferentes taxas de distensão afetam os domínios desacoplados, (5) calibração batimétrica do conjunto restaurado e (6) tratamento e análise espacial dos resultados.
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seções (RECON-MS, programa desenvolvido sob demanda da Petrobras pela empresa Tecgraf) proporciona maior detalhamento de fácies e fenômenos durante a restauração. Uma ferramenta 1D permite o acompanhamento da evolução das espessuras tectônicas na seção em restauração (gráficos gerados em planilha eletrônica). Esse procedimento gera geohistórias de subsidência e soterramento que oferecem uma visão local da deformação ao longo do tempo.
1.4- ORGANIZAÇÃO DA TESE
Esta tese está organizada em sete capítulos que podem ser agrupados em torno de três partes fundamentais: preparação, resultados e finalização.
A primeira parte inclui três capítulos. Este primeiro capítulo introduz a pesquisa, contextualiza os objetivos e organiza este manuscrito. O segundo capítulo trata do contexto geológico da Bacia de Santos e apresenta idéias de caráter regional para uma melhor compreensão do problema. O terceiro capítulo explica os métodos de investigação e marcos teóricos que orientam a abordagem do problema, sua pertinência e possibilidades de solução. Estes capítulos introduzem o problema, contextualizam sua importância, referenciam os modelos geológicos e justificam os procedimentos e instrumentos utilizados no tratamento e análise de dados.
A segunda parte é constituída por três capítulos dedicados ao estudo da deformação halocinética através da restauração estrutural no contexto da Bacia de Santos. Os capítulos 4 e 5, entitulados “Structural modeling based on sequential restoration of gravitational salt deformation in the Santos Basin (Brazil)” e “Análise de volumes de sal em restauração estrutural: um exemplo na Bacia de Santos”, são artigos publicados durante a pesquisa (Garcia et al. 2012a e 2012b). Neles a porção central da bacia é estudada enquanto parte representativa da evolução regional e permite reconstruir os principais eventos. No centro das atenções está a relação da deformação estrutural do sal com o histórico de preenchimento da bacia. O capítulo 6 dedicado à “Análise e discussão complementar dos resultados” faz referências aos variados ensaios realizados ao longo da pesquisa, soluções e modelos que permitiram reconstruir a evolução da bacia e que não foi possível incluir nos artigos. Esta segunda parte permite uma melhor compreensão da inter-relação entre a deformação do sal e fenômenos geológicos como isostasia e acomodação sedimentar.
1.5- ORGANIZATION OF THE MANUSCRIPT
This thesis is organized into seven chapters which can be grouped into three fundamental parts: Contextualization, Results and Conclusions. At the end of the more complex chapters there is a summary text in English.
The Contextualization comprises three chapters. The first one introduces the research itself, its goals and the manuscript organization. The second deals with the geological context of the Santos Basin. The third explains the research methods and theoretical remarks that have not only guided the proposed approach but also offered possible solutions. These chapters introduce the problem in the structural context, discuss the geological models and justify the procedures and tools employed.
The Results section consists of three chapters devoted to the structural restoration of the halotectonics in the Santos Basin context. Chapters 4 and 5 are papers published during the study, entitled "Structural modeling based on sequential restoration of gravitational Salt deformation in the Santos Basin, Brazil" (Garcia et al. 2012a) and "Análise de volumes de sal em restauração estrutural: um exemplo na Bacia de Santos” (Garcia et al. 2012b). The study area is a representative part of the major regional deformation events. Both papers focus on the investigation of the relationship between halotectonics and the sedimentary infilling through the structural restoration tools. The sixth chapter is dedicated to supplementary analyses and discussions about tests, solutions and models which, although were not included in the papers, also allowed a better understanding of the salt deformation, its relationship with other geological phenomena such as isostasy, sedimentary accommodation and, finally, a discussion about the impacts of the structural restoration on the petroleum systems analysis.
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CAPÍTULO 2
GEOLOGIA REGIONAL
Jamais se deve confundir um sítio com o discurso que o descreve. Marco Pólo, mercador e viajante
2.1- INTRODUÇÃO
A bacia de Santos se inclui dentre as bacias da margem continental do Oceano Atlântico Sul geradas pelo rifteamento do continente Gondwana Ocidental. Os processos relacionados com a separação afro-americana foram estudados por vários autores (e.g Almeida 1976, Asmus 1981, Ojeda 1982, Asmus & Baisch 1983, Chang et al. 1992, Pereira & Feijó 1994, Mohriak et al. 1995, Cainelli & Mohriak 1999), e são agrupados em três fases tectônicas tipicamente diferenciadas no registro sedimentar da bacia: rifte, pós-rifte e deriva continental. A evolução da fase rifte ocorre a partir dos primeiros pulsos tectônicos, envolvidos na separação dos continentes sulamericano e africano, desde o final do Neocomiano até o início do Aptiano. Esse estágio passa gradativamente para a fase pós-rifte, conhecida também como de fase de transição, com tectônica mais atenuada durante o Aptiano. Por último, durante a fase de deriva continental, uma bacia marinha é instalada com a abertura do Oceano Atlântico, desde o Albiano até o presente.
O registro sedimentar é normalmente definido por megassequências, separadas por discordâncias erosivas e intrinsicamente relacionadas às principais fases tectônicas acima apresentadas. O limite entre as fases é alvo de contínua discussão com discussões mais recentes voltadas para um diacronismo do rifteamento, espacialmente distribuído em escala de bacia (Zalán et al. 2009). A carta estratigráfica da bacia foi recentemente revisada por Moreira et al. (2007), com base na estratigrafia de sequências (Figura 2.1), balizando a investigação realizada na presente tese.
As significativas espessuras de sal aptiano depositadas durante a fase de transição são fundamentais para a evolução tectonossedimentar da bacia. O comportamento reológico diferencial dos evaporitos oferece as condições para o desenvolvimento de uma complexa tectônica gravitacional, fortemente controlada pelo relevo e estruturas frágeis preexistentes, por sua geometria original e pela acomodação da sobrecarga sedimentar depositada sobre eles (Garcia 1999, Garcia et al. 2005b).
falha exibe caráter regional e atravessa a área de estudos com orientação SW-NE e mergulho antitético para NW. Uma grande estrutura de sal se destaca no domínio proximal da área de estudo, onde também foi mapeado o baixo estrutural mais profundo da fase de rifteamento na bacia. As maiores espessuras de sedimento foram interpretadas imediatamente acima deste baixo, acentuado pelos efeitos isostáticos desta sobrecarga sedimentar (ver no capítulo 5 resultados isostáticos na restauração palinspástica). Essa espessura anomalamente alta de sedimento permitiu inferir um compartimento distinto o longo de toda a porção ocidental da área, limitado por um alto regional com eixo orientado segundo SW-NE. Uma estruturação inferida na direção NNW-SSE constitui um elemento adicional do arcabouço da bacia de Santos, e, de certa forma, define um limite longitudinal da região em questão. Esta estrutura é subparalela a zonas de transferência conhecidas na bacia de Santos (Demercian 1996, Meisling et al. 2001, Souza 2008) e que se dispõem aproximadamente paralelas às seções geológicas utilizadas para restauração.
2.2- ESTRATIGRAFIA
Uma série de trabalhos históricos como os de Asmus & Ponte (1973), Ojeda (1982), Pereira et al. (1986), Pereira & Macedo (1990), Chang et al. (1992), Pereira & Feijó (1994), Modica & Brush (2004) estabeleceu um conhecimento cronoestratigráfico da bacia de Santos baseado em um acervo exploratório relativamente imaturo, com dados de poucos poços e de algum levantamento sísmico. A partir de um grande volume de dados mais recente, este conhecimento foi revisado por Moreira et al. (2007) dando ênfase à individualização de sequências deposicionais. Estes autores mantêm o entendimento de que a bacia de Santos registra a evolução de margem passiva com os grandes processos tectônicos típicos bem identificados nas supersequências rifte, pós-rifte e deriva (drift). Assim, a descrição do arcabouço estratigráfico da bacia, apresentada a seguir, fundamenta-se no trabalho de Moreira et al. (2007, Figura 2.1).
2.2.1- Grupo Guaratiba
2.2.1.1-
Formação Camboriú
A Formação Camboriú compreende o mais antigo registro sedimentar conhecido da bacia, representando o seu embasamento econômico. Abrange os derrames de basalto, eocretácicos, soto-postos ao preenchimento sedimentar de praticamente toda a bacia (Pereira & Feijó 1994) e sobre-postos em discordância ao embasamento pré-cambriano. É composta por basalto verde escuro e cinza claro, holocristalino, de granulação média e textura ofítica, com plagioclásio e augita como principais constituintes e normalmente pouco alterados (Ojeda & Cesero 1973 apud Pereira & Feijó 1994).
2.2.1.2-
Formação Piçarras
Esta denominação foi introduzida na carta estratigráfica da bacia de Santos por Moreira et al. (2007) para representar o pacote sedimentar informalmente conhecido como sequência talco-estevensita. Depositada discordantemente sobre os basaltos da Formação Camboriú no Barremiano, a Formação Piçarras é composta nas regiões proximais por arenitos e conglomerados polímiticos típicos de leques aluviais, contendo fragmentos de basalto, quartzo e feldspato, e no ambiente lacustre mais distal por arenitos, siltitos e folhelhos de composição talco-estevensíticas.
2.2.1.3-
Formação Itapema
Os sedimentos que representam a Formação Itapema foram depositados do Neobarremiano ao Eoaptiano em discordância sobre os depósitos siliciclásticos da Formação Piçarras. São calcirruditos constituídos por fragmentos de conchas de pelecípodes, frequentemente dolomitizados ou silicificados, que ocorrem como intercalações nas porções mais distais com folhelhos escuros, ricos em matéria orgânica. Conglomerados e arenitos de leques aluviais representam as litologias mais proximais desta unidade. Segundo Moreira et al. (2007), o limite superior da Formação Itapema é definido na discordância da base do andar local Alagoas e representa o fim da supersequência rifte.
2.2.1.4-
Formação Barra Velha
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A sequência superior compreende arenitos e conglomerados de leques aluviais, restritos às regiões proximais, e calcários microbiais intercalados a folhelhos depositados durante o Neoaptiano.
2.2.1.5-
Formação Ariri
A idade do sal da Formação Ariri não é conhecida com precisão, mas os últimos evaporitos, depositados na margem sul da bacia, são posteriores às rochas vulcânicas datadas em 113,2 Ma (Davison 2007). Moreira et al. (2007) consideram a avaliação de Dias (1998) e reduzem o tempo estimado para a deposição da espessa camada de sal entre 0,7 e 1 Ma, no final do Aptiano. Estes autores consideram que a taxa de acumulação dos evaporitos é ainda imprecisa devido à alta mobilidade da halita. Os principais componentes desta unidade são halita e anidrita, mas ocorrem também sais mais solúveis como taquidrita, carnalita e, localmente, silvinita.
2.2.2- Grupo Camburi
De acordo com Moreira et al. (2007) a supersequência drift é subdividida em três grupos estratigráficos, quais sejam: Camburi, Frade e Itamambuca. Para estes autores esta supersequência representa o preenchimento do espaço gerado pela fase de subsidência térmica, com tectônica adiastrófica associada ao desenvolvimento da margem passiva da bacia; é constituída por sedimentos marinhos do Albiano ao Recente.
O Grupo Camburi ocorre na base da supersequência drift e engloba todos os sedimentos que foram depositados após a Formação Ariri até o topo do Cenomaniano. Compreende as formações Florianópolis, Guarujá e Itanhaém que variam desde depósitos proximais de leques aluviais, passando por carbonatos de plataforma até pelitos e arenitos batiais. Este grupo representa a instalação de um sistema marinho transgressivo que termina com a deposição de sedimentos anóxicos durante a transgressão turoniana. No entanto o ambiente é interpretado como hipersalino e com fortes indícios de restrição à circulação de águas por diversos autores, como descrevem Chang et al. (2008).
2.2.2.1-
Formação Florianopolis
A Formação Florianópolis corresponde às fácies proximais do Grupo Camburi sendo composta por conglomerados, arenitos e folhelhos associados a sistemas de leques aluviais e deltaicos.
2.2.2.2-
Formação Guaruja
com calcilutitos, calcirruditos oolíticos e/ou oncolíticos. Nas regiões de bacia mais profunda ocorrem calcilutitos e margas que gradam ou interdigitam com folhelhos escuros, onde Araújo et al. (2005) e Quintaes (2006) reconhecem intervalos potencialmente geradores. Seu limite superior é marcado pela entrada dos primeiros sedimentos arenosos da Formação Itanhaém, acima do folhelho glauconítico estratigráfico conhecido como marco radioativo Beta, que marca o final da transgressão marinha.
2.2.2.3-
Formação Itanhaém
A Formação Itanhaém foi assim denominada por Pereira & Feijó (1994) para designar os pelitos sobrepostos aos carbonatos da Formação Guarujá, anteriormente denominados de Guarujá Superior. Representa a parte distal do sistema deposicional após a extinção da plataforma carbonática da Formação Guarujá. A formação é composta de folhelhos, pelitos e, mais raramente, margas de origem marinha, distribuídas desde a plataforma até as regiões de bacia mais profunda.
O Membro Tombo é composto por depósitos arenosos decorrentes de fluxos gravitacionais densos que se encontram interacamadados na Formação Itanhaém.
2.2.3 Grupo Frade
Para Moreira et al. (2007) o Grupo Frade representa todo o sistema de leques aluviais até pelitos e arenitos batiais, depositados do topo do Cenomaniano até o limite Cretáceo/Paleógeno. A sua sucessão representa uma regressão marinha em que o limite da plataforma avançou costa afora atingindo um máximo de 200 km de avanço ao final do Cretáceo. Esta unidade engloba as formações Santos, Juréia e Itajaí-Açu.
2.2.3.1-
Formação Santos
Com base em dados bioestratigráficos e perfis elétricos, Moreira et al. (2007) propõem que a Formação Santos seja representada apenas pelos sedimentos continentais conglomeráticos de cor avermelhada, associados com sistemas de leques aluviais, e que as frações arenosas e pelíticas, também avermelhadas, sejam englobadas na Formação Juréia.
2.2.3.2-
Formação Juréia
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2.2.3.3-
Formação Itajai-Açu
A Formação Itajaí-Açu é caracterizada por uma espessa seção de clásticos finos (Ojeda & Aranha 1980 apud Pereira & Feijó 1994) notadamente folhelhos e argilitos cinza-escuros, além de siltitos, diamictitos e margas. Esse conjunto lítico foi depositado em ambiente de plataforma distal, talude e bacia, desde o Turoniano até o Maastrichtiano.
O Membro Ilha Bela, tal como definido por Pereira & Feijó (1994), reúne arenitos médios depositados em meio a uma seção pelítica da Formação Itajaí-Açu, através de fluxos turbidíticos, em geral canalizados e relacionados a escavações de talude e plataforma.
2.2.4 Grupo Itamambuca
O Grupo Itamambuca compreende todos os sedimentos depositados após o limite do Cretáceo, do Paleógeno até o Presente. Engloba desde depósitos de leques aluviais proximais até pelitos e arenitos batiais, com ocorrências de sedimentação mista carbonática próximo à quebra da plataforma. Esta unidade é composta pelas formações Ponta Grossa, Iguape, Marambaia e Sepetiba, descritas a seguir.
2.2.4.1
- Formação Ponta Aguda
A Formação Ponta Aguda foi estabelecida por Moreira et al. (2007) e representa os sedimentos siliciclásticos característicos de ambientes deposicionais de leques aluviais, marinho costeiro e de plataforma rasa. Constitui-se de conglomerados finos e quartzo-arenitos grossos a finos, avermelhados a acinzentados, comumente cimentados por carbonato; intercalados a sedimentos pelíticos. Esta unidade, cuja principal recorrência se estende do Eopaleógeno ao Mesopaleógeno, alcança espessuras de até 2.200 m. A partir do Eo-oligoceno, com a formação dos bancos algálicos da Formação Iguape, os sedimentos da Formação Ponta Aguda ficaram restritos as porções mais proximais da bacia.
2.2.4.2-
Formação Iguape
lateralmente com os siliciclásticos proximais da Formação Ponta Grossa e os pelitos distais da Formação Marambaia.
2.2.4.3-
Formação Marambaia
A Formação Marambaia compreende predominantemente siltitos e folhelhos, além de diamictitos, margas e os corpos arenosos do Membro Maresias, depositados nas regiões de plataforma distal, talude e bacia.
O Membro Maresias ocorre na forma de corpos arenosos interacamadados aos pelitos da Formação Marambaia. Tais corpos arenosos, compostos por arenitos cinza-esbranquiçados, são relacionados a fluxos gravitacionais turbidíticos. Estes sedimentos foram depositados ao longo de canais decamétricos, por vezes meandrantes, em posições além da quebra da plataforma no talude, ou sob a forma de leques em situações menos confinadas das regiões batial e abissal.
2.2.4.4-
Formação Sepetiba
A Formação Sepetiba ocorre a partir do Pleistoceno tendo como limite inferior uma discordância de 4,2 Ma do Eoplioceno. É representada pela sedimentação plataformal de arenitos cinza-esbranquiçados de granulometria grossa a fina, por vezes glauconíticos, bem como de coquinas de moluscos, briozoários e foraminíferos.
2.3- ARCABOUÇO ESTRUTURAL
Muitas feições regionais que foram consideradas em trabalhos publicados de diversos autores influenciaram a evolução da área de estudo. Estas feições são observadas tanto na área emersa circunvizinha à bacia de Santos quanto em trabalhos exploratórios na própria bacia. O levantamento bibliográfico realizado sobre estas feições permitiu delinear o arcabouço estrutural da bacia como suporte à análise estrutural da região investigada.
2.3.1- Estruturação do embasamento da bacia
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Segundo Almeida & Carneiro (1998) o embasamento costeiro da bacia de Santos engloba rochas e estruturas de colagens proterozóicas, vinculadas aos supercontinentes de Atlântica (Paleoproterozóico), Rodínia (Mesoproterozóico e Neoproterozóico) e Gondwana Ocidental (final do Neoproterozóico). Moreira et al. (2007) mencionam que a constituição desse embasamento, em particular, é marcada pela presença de granitos e gnaisses do Complexo Costeiro além de diversos metassedimentos da faixa Ribeira, parte integrante dos orógenos oriundos da amalgamação do Gondwana Ocidental. Já o Complexo Costeiro designa o domínio à leste da faixa Ribeira, junto à linha de costa.
Expressivas zonas de cisalhamento ao longo de mais de 1.400 km da margem na faixa Ribeira configuram um trend estrutural preferencial NE-SW, definido como principal orientação do arcabouço da bacia de Santos em trabalhos anteriores como Chang et al. (1992), Macedo (1987) e Mohriak (2004). Souza & Ebert (2005) identificaram sobre imagens de satélite da faixa Ribeira, desde o Paraná até o Norte do Estado do RJ, lineamentos NE-SW de caráter anastomosado e segmentos extensos, raramente curtos e retilíneos. Para estes autores tais lineamentos coincidem com estruturas dúcteis tais como zonas de cisalhamento, mudanças de reologia por contatos litológicos e foliações metamórficas. As principais drenagens na Província da Mantiqueira acompanham os trends estruturais do embasamento, com predomínio da direção NE/SW nos trechos mais longos (Souza et al. 2009). Riftes intracontinentais como a bacia de Taubaté (Almeida 1976) e o gráben da Guanabara (Zalán & Oliveira 2005) estão alinhados com lineamentos NE-SW, principais descontinuidades do embasamento, ao longo da zona costeira (Souza et al. 2009). No nordeste do Estado de Santa Catarina aflora o cinturão Dom Feliciano que apresenta estruturação disposta também segundo NE-SW. Suas principais zonas de cisalhamento alcançam a linha de costa seguindo este trend e se projetam mar adentro na bacia de Santos (Heilbron et al. 2004).
A expressão destes segmentos NW-SE na drenagem pode ser observada nos mapas físicos da região sudeste do Brasil e parecem controlar, de modo subordinado, processos erosivos como o que marca o limite sudoeste da serra da Mantiqueira na divisa entre Minas Gerais e São Paulo (Figura 2.2).
Figura 2.2 – Mapa de relevo composto (modificado de Mohriak 2001, com superposição do mapa hipsométrico da CPRM (Heilbron et al. 2007), com a área de estudo em destaque (polígono branco). Observar que os alinhamentos NW-SE (tracejados) separam diferentes domínios texturais de relevo no continente bem como expressões diferenciadas da batimetria no platô de São Paulo.
