UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica
TESE DE DOUTORADO
GEOMORFOLOGIA E ARQUITETURA INTERNA DO VALE INCISO DO
RIO AÇU NA BACIA POTIGUAR IMERSA (NE BRASIL)
Autor:
Moab Praxedes Gomes
Orientadora:
Profa. Dra. Helenice Vital (PPGG/UFRN)
Tese n.º 32 / PPGG
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica
TESE DE DOUTORADO
GEOMORFOLOGIA E ARQUITETURA INTERNA DO VALE INCISO DO
RIO AÇU NA BACIA POTIGUAR IMERSA (NE BRASIL)
Autor:
Moab Praxedes Gomes
Tese de Doutorado apresentada no dia 23 de novembro de 2012, ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica - PPGG da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, para obtenção do Título de Doutor em Geodinâmica e Geofísica, área de concentração Geofísica.
Comissão Examinadora:
Profa. Dra. Helenice Vital (PPPG/UFRN) - Presidente/Orientadora Prof. Dr. José Wilson de Paiva Macedo (DFTE/UFRN) - Examinador Interno
Prof. Dr. Leão Xavier Costa Neto (IFRN) - Examinador Externo Dr. Pedro Xavier Neto (PETROBRAS) - Examinador Externo
Dr. Luciano Henrique de Oliveira Caldas (PETROBRAS) - Examinador Externo
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA Programa De Pós-Graduação Em Geodinâmica E Geofísica
Esta Tese de Doutorado foi desenvolvida na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica, tendo sido subsidiada pelos seguintes agentes financiadores:
Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), Financiadora de estudos e Projetos – FINEP e PETROBRAS, por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor Petróleo e Gás (PRH-ANP/MCT);
Programa de Formação em Geologia, Geofísica e Informática para o Setor Petróleo e Gás na UFRN (PRH22);
PROJETO SISPLAT – “Mapeamento geológico/sedimentológico e caracterização geofísica da Plataforma Continental adjacente a Bacia Potiguar” (REDE 05/ FINEP/ CNPq/ CTPETRO /MARINHA DO BRASIL / PETROBRAS);
PROJETO POTMAR – “Caracterização geológico-geomorfológica e monitoramento da dinâmica costeira da Plataforma Continental da Bacia Potiguar” (REDE 05/ FINEP/ CNPq/ CTPETRO/ PETROBRAS);
PROJETO PROBRAL 337-10 (CAPES-DAAD): “Erosão Costeira – Estudos comparativos entre a costa norte-rio-grandense e a costa alemã”;
Programa Estratégico em Ciências do Mar 207-2010 (CAPES) “REDE RECIFES (UFRN-UFPE-UFBA) - Mapeamento e Caracterização de Recifes da Plataforma Continental Jurídica Brasileira”;
Auxilio PQ CNPq - Caracterização Geológica e Geofísica de áreas submersas rasas do Estado do Rio Grande do Norte (Processo no. 303481/2009-9).
“Thou didst cleave the earth with rivers.
The mountains saw thee, [and] they trembled: the overflowing of the water passed by: the deep uttered his voice, [and] lifted up his hands on high.”
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RESUMO
O arcabouço tectono-sedimentar de uma bacia marginal contém traços da história marinha e continental de certa porção do planeta Terra. A evolução de margens passivas, especificamente sobre plataformas continentais, tem sido intensamente estudada neste último século, devido o interesse científico e econômico. Adicionalmente, os últimos avanços das tecnologias de investigação dos estudos marinhos mudaram de descritivos para quantitativos e baseados em conjuntos de dados de diferentes fontes. Esta Tese apresenta a integração de dados multidisciplinares (imagens LandSat, gravimetria, altimetria, batimetria monofeixe, sonografia, sísmica rasa, sedimentologia, correntes e observações através de mergulho SCUBA) que permitiu a análise da expressão geomorfológica da Plataforma Continental norte do estado Rio Grande do Norte (NE, Brasil) e sua correlação com as suas últimas fases de sedimentação no contexto tectono-sedimentar da Bacia Potiguar imersa, incluindo as flutuações glacioeustásicas no Quaternário, exposição subaérea pré-Holoceno, o estabelecimento de correntes plataformais no Holoceno, e a reativação tectônica de falhas pré-Cenozóicas. Essa plataforma continental é rasa e estreita, podendo ser dividida em interna, média e externa, e abriga diversas feições geomorfológicas. Sobre ela encontra-se o vale inciso do Rio Açu, elemento chave no último registro estratigráfico transgressivo da plataforma. A morfologia do vale inciso do Rio Açu se alinha com o eixo central da Bacia Potiguar e é fortemente influenciada pela tectônica no contexto do Domínio da Margem Equatorial Atlântica, tendo controlado seu preenchimento sedimentar durante a transgressão, os processos hidrodinâmicos plataformais e a dispersão dos sedimentos carbonáticos e siliciclásticos em períodos de mar alto. Campos de recifes, com colônias coralinas, foram encontrados submersos entre 20 e 40 m, o que permitiu inferências sobre sedimentação mista das épocas Pleistocênica e Holocênica. Esses resultados contribuem para o estudo das condições paleo-ambientais do Quaternário, de análogos de reservatórios, de modelos deposicionais marinhos rasos tropicais e de alta energia, exploração de hidrocarbonetos, geotecnia, navegação e ambiental.
ii
ABSTRACT
The tectonic-sedimentary framework of a marginal basin contains traces of the marine and continental history of certain portion of planet Earth. The evolution of passive margins, specifically on continental shelves, has been intensively studied over the last century, because of the economic and scientific interests. Moreover, the recent methodological and technical advances in field data collection and analysis have transformed shallow marine studies from descriptive to quantitative and based on integration of different datasets. This Thesis presents the integration of multidisciplinary data (Landsat images, gravimetry, altimetry, singlebeam bathymetry, sonography, shallow seismic, sedimentology, current measurements and observations by SCUBA diving) which allowed the analysis of geomorphological expression of the northern Continental Shelf of the Rio Grande Norte state (NE-Brazil) and its correlation with their last phases of sedimentation in the context of the submerged Potiguar Basin, including sea-level fluctuations in the Quaternary, pre-Holocene subaerial exposure, the establishment of the Holocene currents on continental shelf, and pre-Cenozoic tectonic fault reactivation. This shelf is shallow, narrow and can be divided into inner, middle and outer shelf, and displays several geomorphological features. Its geometry and morphology is controlled by neotectonics. On it, there is an incised valley of the Rio Acu, a key element in the last stratigraphic record of Holocene transgression. The morphology of the Açu incised valley aligns with the central axis of Potiguar Basin and is strongly influenced by neotectonics in the context of the Domain Equatorial Atlantic Margin. The incised valley-fill was controlled by the morphology during transgression, as well as the morphology constraints the hydrodynamic processes and dispersal of siliciclastic and carbonate sediments during periods of highstand. Patch reefs, with coraline algae colonies were found between 20 and 40 m water depth. It allowed inferences about the mixed sedimentation in the Pleistocene and Holocene. These results contribute to the study of paleo-environmental conditions of the Quaternary, analogues reservoirs, shallow marine depositional models of high-energy tropical shelf, hydrocarbon exploration, geotechnical, environmental matters, navigation and others.
iii
AGRADECIMENTOS
Ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica - PPGG, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte-UFRN, pela possibilidade de integrar seu corpo discente.
A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), Financiadora de estudos e Projetos – FINEP e PETROBRAS, por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor Petróleo e Gás, PRH-ANP 22/MCT, pela concessão da Bolsa de Doutorado.
A CAPES pela concessão de bolsa Doutorado Sanduiche no Exterior (BEX4527/10-0), no período de 1 de outubro de 2010 a 30 de setembro de 2011, na Christian Albrecht Universidade de Kiel, Alemanha.
A FINEP, PETROBRAS, CAPES, DAAD e CNPq, através dos projetos SISPLAT-POTMAR-PETRORISCO (REDE 05-PETROMAR), PROBRAL 337-10, PE Ciências do Mar 207-10 e Auxilio PQ pelo suporte financeiro.
Expresso minha sincera gratidão a Professora Dra. Helenice Vital pela oportunidade e pelas contribuições no desenvolvimento desta Tese de Doutorado. Não apenas por este breve momento, mas por ter me acompanhado de perto desde a Graduação e Mestrado (juntamente com o Professor Dr. José Wilson do Departamento Física/UFRN), e agora no Doutorado, incentivando, confiando e sendo habilidosa em momentos de dificuldades. Se há alguém da UFRN a quem eu deva gratidão de maneira sobrepujante, este alguém é a pessoa Helenice Vital. Durante estes quase 10 anos aprendi mais que geofísica e geologia marinha, simplicidade e determinação estão entre as disciplinas que fui seu aluno.
Ao Professor Dr. José Wilson de Paiva Macedo pela atenção, incentivo e entusiasmo na pesquisa que me fizeram um estudante melhor. Ao professor Dr. Francisco Hilário R. Bezerra que apareceu no final da minha jornada de doutorando e me concedeu grandes contribuições na redação da Tese. Aos professores Dr. Karl Statteger e Dr. Klaus Schwarzer pelas orientações e contribuições na construção desta Tese durante o estágio na Universidade de Kiel na Alemanha. Ao meu amigo André, incluindo Karina, Mateus e Viviane, somos gratos por nos ter acolhido em Kiel, verdadeiramente Deus colocou vocês em nosso caminho para nos abençoar. Meu coração, o de Renata e o de Heloísa se enchem
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de gratidão ao me lembrar de vocês. Ainda aos novos amigos do Institut für
Geowissenschaften da Uni-Kiel, especialmente a Daniel. A geóloga britânica Anne
Osborne que além da amizade me prestou um acurado serviço linguístico na primeira adequação dos meus artigos para o inglês. A Eliane, Oseias e Sontje que se tornaram nossa família meio-alemã, e juntamente com Mario, Anne Osborne e Prakaijan que fizeram um ano se estender ao restante da vida.
A todos os professores e funcionários da UFRN integrados ao Departamento de Geologia e ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica, por participarem diretamente ou indiretamente da formação acadêmica de seus discentes. Agradeço aos meus amigos que fiz nesta pós-graduação pelas experiências acrescentadas, em especial aos amigos do GGEMMA, que são verdadeiros auxílios nas responsabilidades assumidas. Camila, Gustavo, Diego, Carol, Cleo, Everton, Guilherme, Mary e sua Luluzinha e Tiago, Narele, a Nicodemos, ao Dr. Werner Tabosa, dentre outros que mesmo numa breve passagem deixaram sua contribuição. Em especial a Canindé e a Estanislau Jr. meus braços direito e esquerdo nos campos tanto em cima como em baixo d’água, pois “mergulhar é preciso”.
Gostaria de dedicar todos os Gomes, M.P. ao meu pai Maurício F. Gomes para sua satisfação, ele tem me feito entender o ser pai, também a minha amada mãe Amilre P. Gomes para sua alegria, lutadora da felicidade de nossa família. Renata minha esposa e Heloísa minha filha, são fontes de alegria da minha existência e motivação a prosseguir, sem elas minha história seria outra, talvez nunca tivesse feito um mestrado ou um doutorado e nem seria metade do que sou hoje, certamente elas apareceram por ordem divina, jamais perderam um só momento da minha trajetória até aqui. Portanto nada mais justo que honrar quem merece honra. À Socorro Arnaud e Levi Lucena pela força aplicada nas nossas necessidades.
De todos esses que contribuíram para o fim dessa carreira, ainda há um. Este transcende a capacidade filosófica e científica humana de investigar e definir, a nossa dúvida é seu argumento mais simples, não se prende a tradições nem a concepções modernas, mas faz do sábio um pequeno aprendiz, ao orgulhoso o entrega aos seus próprios caminhos, e aos humildes Ele cuida sem que seja percebido. A Yahweh que é soberano sobre tudo, Autor da vida, ao Pai de amor, a minha mais profunda gratidão.
SUMÁRIO Resumo i Abstract ii Agradecimentos iii 1 Introdução 1 1.1 Apresentação 1 1.2 Trabalhos Pretéritos 5 1.3 Vales Incisos 6 1.3.1 Conceitos e Histórico 6 1.3.2 Origem e Evolução 8
1.2.3 Exemplos de Vales Incisos 12
2 Materiais e Métodos 14
2.1 Batimetria 14
2.1.1 Dados de Batimetria 15
2.1.2 Processamento dos Dados Batimétricos 15
2.2 Sonografia 16
2.2.1 Dados de Sonografia 17
2.2.2 Processamento dos Dados Sonográficos 19
2.3 Sísmica Rasa 20
2.3.1 Dados de Sísmica Rasa 21
2.3.2 Processamento dos Dados Sísmicos 23
2.4 Sensoriamento Remoto 24
2.5 Gravimetria 25
2.6 Sedimentologia 26
2.7 Hidrodinâmica 27
3 Revisão da compartimentação geomorfológica da Plataforma Continental Norte do Rio Grande do Norte, Brasil.
30 4 Controle Neotectônico da geometria e morfologia da plataforma continental
Brasileira: o exemplo da Bacia Potiguar (NE Brasil)
39 5 Side-scan sonar and surface sediment investigation of a mixed
carbonate-siliciclastic shelf: Açu Incised Valley area, NE Brazil
71 6 The Açu Incised Valley morphology at the shallow shelf of an Equatorial
‘Passive’ Margin (NE Brazil)
94 7 Açu Incised Valley-Fill responses to the geomorphic control during
Holocene transgression: a HR seismic reflection analysis at the Northeastern Brazilian Shelf
122
8 Considerações Finais 149
8.1 Sumário das Conclusões 149
8.2 Recomendações 152
1
1 Introdução
1.1 Apresentação
Um grande esforço tem sido realizado por diversas entidades brasileiras para equacionar as questões relativas ao Direito do Mar. Os tratados estabelecidos garantem direitos econômicos sobre os limites das águas jurisdicionais brasileiras. Por outro lado surgem os deveres e as responsabilidades de natureza política, ambiental e de segurança pública sobre uma área de cerca de 4,4 milhões de quilômetros quadrados, área denominada Amazônia Azul (Souza, 1999), que equivalem quase à metade da superfície do território nacional em terra firme.
A Convenção das Nações Unidas sobre o Direito do Mar (CNUDM) estabelece, por meio da Lei nº 8.617, de 4 de janeiro de 1993, as delimitações do Mar Territorial (12 milhas náuticas), da Zona Contígua (24 milhas náuticas) e da Zona Econômica Exclusiva (ZEE) (200 milhas náuticas)(1m.n.=1852 metros), e concedem ao Estado costeiro o pleno controle sobre a massa líquida, aérea, leito e subsolo. Quanto a plataforma continental, o CNUDM estabelece no art. 76:
A plataforma continental de um Estado costeiro compreende o leito e o subsolo das áreas submarinas que se estendem além do seu mar territorial, em toda a extensão do prolongamento natural do seu território terrestre, até ao bordo exterior da margem continental, ou até uma distância de 200 milhas marítimas das linhas de base, a partir das quais se mede a largura do mar territorial, nos casos em que o bordo exterior da margem continental não atinja essa distância.
Contudo, esse conceito reveste-se de um entendimento jurídico (Plataforma Continental Jurídica) e tem pouca relação com o conceito fisiográfico e geomorfológico de leito e subfundo da plataforma continental. Segundo o conceito jurídico de plataforma continental, o Estado costeiro pode englobar as feições fisiográficas da plataforma, talude, sopé e planície abissal (Souza, 1999), porém a fisiografia da plataforma pode estender-se para além da ZEE e exceder as 200 m.n.
O programa do Governo brasileiro que tem por finalidade a determinação da área oceânica compreendida além da zona econômica exclusiva é o Plano de Levantamento da Plataforma Continental Brasileira (LEPLAC), instituído pelo Decreto nº 98.145, de 15 de
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setembro de 1989. Conforme estabelecido pela CNUDM, o LEPLAC realizou a delimitação fisiográfica da plataforma continental, dando um novo limite para a ZEE além das 200 m.n., na qual o Brasil exercerá os direitos exclusivos de soberania para a exploração e o aproveitamento dos recursos naturais do leito e do subsolo de sua plataforma continental (Souza, 1999). Um dos seguimentos beneficiados pela extensão da ZEE é a indústria do petróleo, pois poderá ter licitação de blocos da Agência Nacional de Petróleo em águas profundas além das 200 m.n. e da plataforma continental geomorfológica.
A realização das investigações científicas sobre a plataforma continental com caráter de detalhe é de responsabilidade de cada Estado costeiro, tendo por principais agentes executores a indústria do petróleo, universidades e, recentemente, o serviço geológico brasileiro (CPRM). No Rio Grande do Norte, a Plataforma Continental Setentrional é a mais bem estudada. A pesquisa sobre essa plataforma é favorecida por se tratar de uma plataforma estreita e rasa, bem como pelo interesse acentuado da indústria do petróleo que se mantém ativa na Bacia Potiguar.
A Plataforma Continental norte do Rio Grande do Norte consiste na atual exposição imersa da Bacia Potiguar de idade Mesozóica-Cenozóica, que repousa discordantemente sobre um embasamento Proterozóico. A plataforma é composta por uma cobertura mista de sedimentos siliciclásticos, carbonato-siliciclásticos e carbonáticos (Vital et al., 2008), e abriga diversos compartimentos geomorfológicos, dunas submersas, bancos de recifes, arenitos de praia (beachrocks), vales incisos, dentre outros.
A área de estudo está inserida nesse contexto geológico e a principal feição de interesse é um vale que se estende linearmente da foz do Rio Açu até a quebra da plataforma, prolongando-se sobre o talude na forma de canhão submarino até profundidades superiores a 2000 m (Figura 1.1). Trata-se de um sistema de vale inciso alinhado com o eixo central da Bacia Potiguar instalado numa região controlada por falhas que emergem do embasamento e condicionam o arcabouço tectono-estratigráfico Cenozóico da área. Essa área encontra-se próxima a diversos campos de petróleo em atividade, entretanto há pouca informação disponível na literatura sobre este vale inciso, especialmente no âmbito da caracterização morfotectônica e sismoestratigráfica rasa desta feição.
Nesse contexto, o objetivo principal desta Tese é investigar a plataforma continental norte do RN com maior foco sobre o vale inciso do rio Rio Açu. Especificamente, contribuir com respostas a questões levantadas nesta Tese:
(i) Quais são as feições geomorfológicas e como se distribuem sobre a plataforma continental onde o vale inciso do Rio Açu encontra-se inserido?
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(ii) Existem evidências de atividade tectônica sobre a morfologia/geometria Quaternária nessa plataforma continental?
(iii) Como se encontra distribuído os sedimentos superficiais na plataforma adjacente ao vale inciso do Rio Açu? E o que esses sedimentos preservados na plataforma podem contar sobre a história da plataforma?
(iv) Quais os principais controles geomorfológicos e oceanográficos na distribuição sedimentar e das formas de fundo associados ao vale inciso do Rio Açu? (v) Como se deu o preenchimento do vale inciso do Rio Açu, qual sua correlação
com a transgressão Holocênica e sua resposta ao controle morfoestrutural da plataforma?
Figura 1.1 – (A) Mapa de localização da área de estudo sobre a Bacia Potiguar no norte do RN. Polígono em vermelho indica área da plataforma estudada, e em azul a área do vale
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Para atingir esses objetivos, os estudos desenvolvidos compreenderam o processamento e a interpretação de dados existentes de batimetria (monofeixe), gravimetria, imagens de satélite e dados sedimentológicos, bem como o imageamento do fundo marinho através da aquisição, processamento e análise de novos dados hidroacústicos de alta resolução utilizando perfilador de subfundo, sonar de varredura lateral, sensores oceanográficos, e filmagem submarina associada à coleta de sedimentos.
Esta Tese encontra-se organizada da seguinte forma: o Capítulo 1 apresenta os motivos para o estudo do tema, um breve resumo sobre a área de estudo, histórico e conceitos sobre vales incisos; o Capítulo 2 apresenta a metodologia utilizada e as áreas levantadas segundo o nível de detalhe e precisão de cada método.
Os Capítulos 3 a 7 estão organizados na forma de artigos, de forma a responder os objetivos específicos propostos, dos quais os Capítulos 3 e 4 são de cunho regional e abrangem toda a plataforma continental norte do RN, enquanto os Capítulos 5 a 7 apresentam detalhes sobre a área do vale inciso do Rio Açu.
O Capítulo 3 apresenta a compartimentação da plataforma com base em dados sedimentológicos, imagens multiespectrais e dados batimétricos, revisando feições de fundo e definindo ambientes da plataforma em escala regional; o Capítulo 4 fornece uma correlação entre dados batimétricos, gravimétricos e estruturais da Bacia Potiguar, e apresenta evidências de um controle estrutural sobre a geomorfologia e a sedimentação Quaternária na plataforma continental norte do RN.
O Capítulo 5 apresenta o imageamento sonográfico da região do vale inciso do Rio Açu e adjacências onde foram reconhecidos sete padrões sonográficos relacionados a texturas e formas de fundo associadas a diferentes fácies sedimentares, bem como a exposição de novos campos recifais encontrados; o Capítulo 6 caracteriza em detalhe a morfologia do vale inciso e fornece informações sobre a resposta da morfologia da plataforma aos processos hidrodinâmicos, tectônica e variação do nível do mar; no Capítulo 7, a arquitetura interna do vale inciso do Rio Açu é caracterizada utilizando a sismoestratigrafia rasa, e fornece novas informações sobre a evolução da plataforma no Quaternário.
Finalmente, no Capítulo 8 encontram-se um sumário dos resultados, as conclusões deste estudo e recomendações para pesquisas futuras. Os resultados e discussões apresentados baseiam-se principalmente na revisão de dados antigos e na integração dos novos dados, no esforço interpretativo e em aproximações aos modelos conceituais em consenso na literatura. Inevitavelmente, diversas questões surgiram durante a análise dos dados coletados, pretéritos e de outros trabalhos já realizados na área: controle morfo-tectônico e neotectônica; potencial
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de preservação na plataforma; influência da variação do nível do mar durante a última transgressão marinha e preenchimento do vale inciso; resposta das taxas de incisão e discordâncias regionais associadas; correlação entre horizontes e possíveis períodos de estabilização do nível do mar entre pulsos acendentes; dentre outras. Espera-se que tais informações sirvam como subsídio para as atividades de pesquisa da região, bem como ao desenvolvimento de modelos deposicionais marinhos rasos tropicais e de alta energia.
Esta pesquisa encontra-se inserida nos objetivos dos Projetos SISPLAT e POTMAR
(REDE 05/FINEP/CTPETRO/PETROBRAS/MB-SSN3), PROBRAL 337-10
(CAPES/DAAD), Rede Ciências do Mar 207-10 (CAPES), e Auxilio PQ número 303481/09-9 (CNPq). Constitui-se ainda numa contribuição ao INCT AmbTropic.
1.2 Trabalhos Pretéritos
Um dos trabalhos pioneiros sobre o vale inciso do Rio Açu na plataforma continental foi realizado por Costa Neto (1997). Este autor realizou batimetria e amostragem sedimentológica na região de plataforma interna, que resultou no primeiro mapa de fácies da área. As 151 amostras sedimentares, coletadas espaçadas em malha de 2 km, integram parte da base de dados do laboratório GGEMMA (Lab. de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental), as quais foram utilizadas nesta Tese. A batimetria utilizada foi extraída da navegação na campanha de amostragem o que permitiu analisar a morfologia do paleovale com um nível de detalhe regional e outras formas de fundo na vizinhança do vale.
Nos anos seguintes, o vale inciso do Rio Açu e a plataforma foram alvo de estudos em diferentes níveis estratigráficos com ênfase em diferentes áreas do conhecimento geológico. Pessoa Neto (2003) realizou a descrição estratigráfica com sísmica convencional da plataforma continental reconhecendo o vale inciso em épocas inferiores ao Mioceno, e Schwarzer et al. (2006) apresentaram o primeiro trabalho utilizando sísmica de alta resolução sobre o vale inciso do rio Açu sugerindo um limite Pleistoceno/Holoceno na seção imageada. Outros trabalhos sobre o vale inciso do rio Açu foram realizados pelo autor desta Tese discutindo de forma preliminar a morfologia e sismoestratigrafia, bem como métodos de aquisição e processamento de dados hidroacústicos de alta resolução (Gomes et al., 2008a, 2008b e 2011).
Em escala de plataforma, Vital et al. (2005a e 2008) elaboraram a caracterização da plataforma utilizando dados de sedimentologia e imagens de satélite que resultou na primeira carta sedimentológica para a plataforma norte do RN. Outros trabalhos no nível de plataforma
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e zona costeira que contribuem para melhor compreensão da área de estudo descrevem a variação do nível do mar, neotectônica, dinâmica oceânica, recifes e beachrocks, geomorfologia da plataforma, erosão costeira, sensibilidade ambiental dentre outros (eg. Viana et al., 1991; Testa & Bosence, 1999; Knoppers et al., 1999; Bezerra et al., 1998, 2003; Vital et al., 2003, 2005b, 2006, 2008, 2010a, b; Vital, 2009; Lima & Vital, 2006; Caldas et al., 2006; Stattegger et al., 2006; Lima et al., 2006; Tabosa & Vital, 2006; Gomes et al., 2007a, b; Gomes & Vital, 2010; Santos et al., 2007; Cabral Neto et al., 2010).
Em 2008, dados de perfilagem de subfundo foram coletados atendendo ao Projeto SISPLAT, uma parceria entre UFRN/CPRM/PETROBRAS/Marinha do Brasil, os quais serviram de base para a elaboração do primeiro fluxo de processamento aplicado em dados de sísmica rasa (Gomes, 2009; Gomes et al., 2011). Mais recentemente tem-se estudado sistematicamente a região estuarina do Rio Açu e a porção mais rasa da plataforma interna da região. Amostras de sedimento de fundo foram coletadas em malhas de 1 km cobrindo toda a região da foz e adjacências (Souza, 2008; Loureiro, 2009; Silva, 2010; Terra, 2012), o que permitiu maior detalhe em regiões de isóbata abaixo de 5 m. Esses trabalhos observaram uma predominância de sedimentos terrígenos na região a leste dos Rios Concha, Cavalos e Açu. Adicionalmente dados hidroacústicos de sonar de varredura lateral e perfilador acústico de correntes por efeito doppler foram coletados no intuito de caracterizar estes estuários (Rocha et al., 2009; Soares, et al., 2012).
1.3 Vales Incisos
1.3.1 Histórico e Conceitos
Inicialmente geólogos acreditavam que seria possível estimar a idade da terra observando as taxas de incisão dos vales (e.g. Lyell, 1830; Dana, 1880). Posteriormente surgiu um grande número de trabalhos reconhecendo discordâncias erosivas (e.g. Grabau, 1906; Blackwelder, 1909; Schuchert, 1927; Twenhofel, 1932; Krumbein, 1942; Shrock, 1948; Wheeler, 1958; Weller, 1960; Sloss, 1963; Weimer, 1984), sendo Weller (1960) o único a considerar essas discordâncias como incisão de vales e seus preenchimentos.
Vales podem ser definidos como baixos cursos alongados e relativamente largos bordejados por altos, usualmente formados por erosão fluvial ou por falhamentos (Bates & Jackson, 1987). Canais e paleocanais são geralmente menores que vales ou paleovales, entretanto ambos aumentam de tamanho em direção a zona de descarga (Schumm, 1977). Um
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vale inciso pode evoluir de profundos e estreitos para largos e rasos (Salisbury et al., 1968; Strong & Paola, 2008; Martin et al., 2011). O aprofundamento é seguido por alargamento do vale como resultado da taxa de incisão e instabilidade dos taludes nas margens dos vales, que depende da energia do rio e da resistência do material erodido (Schumm e Ethridge, 1994). Alguns autores notaram fatores que favorecem essa incisão fluvial ao longo do tempo, a saber: queda eustática do nível do mar; soerguimento tectônico (como resposta a queda do nível do mar) e falhamentos; mudanças climáticas resultando no aumento da descarga fluvial; captura de canais aumentando a descarga (Thorne, 1994; Shanley & McCabe, 1994; Dalrymple et al., 1994a, b).
Um sistema de vales incisos consiste em um vale inciso e seu preenchimento, podendo conter uma evidência completa de depósitos de mar baixo a alto em plataformas de talude ou de rampa incorporando preenchimento por depósitos fluviais, estuarinos, e marinhos (Allen & Posamentier, 1993; Belknap et al., 1994; Thomas & Anderson, 1994). Atualmente a definição mais reconhecida para Sistema de Vales Incisos é dada por Zaitlin:
Um vale fluvialmente erodido, morfologicamente mais alongado e mais largo que a forma de um único canal, e é caracterizado por uma abrupta mudança de fácies deposicionais em direção ao mar sobre um limite de sequência regionalmente mapeável em sua base. O preenchimento é tipicamente iniciado durante a subida do nível do mar subsequente, e pode conter os depósitos transgressivos e de mar alto (traduzido de Zaitlin et al, 1994).
Zaitlin et al. (op. cit.), e posteriormente Boyd et al. (2006), sintetizam: (i) o vale inciso é uma feição paleogeográfica negativa (erosional), sua base é um truncamento de estratos e serve de marco regional. O vale apresenta características de tamanho, forma e extensão regional, e discordância erosiva na base. Existe uma completa gradação de canais não incisos para incisos, através do sistema inciso arrasado para profundos vales entrelaçados; (ii) o leito e as margens representam um limite de sequência, que podem ser correlacionados por uma superfície erosiva (ou hiato) fora do vale na área de interflúvio (Plint et al., 1992). Essa superfície erosiva pode ser modificada por uma transgressão tardia, formando uma superfície erosiva transgressiva (Plint et al., 1992), ou uma combinação de superfície de inundação com limite de sequência (Van Wagoner et al.,1990). Nos interflúvios pode se desenvolver solos e horizontes de raízes (Leckie & Singh,1991; McCarthy & Plint, 1998); (iii) o preenchimento
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do vale inciso exibe na base a justaposição de depósitos mais proximais para mais distais. Nos casos em que a área encontra-se próxima da costa, a regressão costeira acompanha a incisão. O preenchimento posterior do vale ocorre total ou parcialmente durante a subida de nível de base e é acompanhado pela transgressão marinha. Este último estágio de deposição tipicamente resulta em fácies mais profundas (marinha, estuarina) sendo depositado sobre fácies mais rasas (terrestre). No caso do preenchimento do vale ser constituído exclusivamente de fácies fluvial, estas reflem a mudança de uma baixa acomodação para uma alta acomodação; (iv) como resultado de preenchimento em resposta a subida do nível de base, observa-se terminações em onlap dos depósitos na base e nas paredes no vale, mas não fora do vale; (v) superfícies da estratigrafia de sequência são reconhecidas como o limite de sequência na base, a superfície transgressiva no interior do preenchimento do vale.
Nas últimas décadas o termo Sistemas de Vales Incisos tem se popularizado devido sua importância na estratigrafia de sequência, destacando dois dos principais critérios para reconhecimento dos vales incisos: discordância erosiva e mudanças laterais de fácies entre o preenchimento do vale e suas margens (Van Wagoner et al., 1990; Zaitlin et al., 1994).
A definição do termo vale inciso é restrito a feições de erosão de grande abrangência e significância estratigráfica superior a um canal simples, especificamente ocorre a incisão dos vales incisos pela ação fluvial gerando discordâncias do tipo 1 durante queda do nível relativo do mar (Posamentier & Vail, 1988; Van Wagoner et al., 1990). Esse é um critério importante para identificação dos limites de sequência e tem contribuído para encontrar significantes reservas de hidrocarbonetos (e.g. Harms, 1966; Van Wagoner et al., 1990; Howard & Whitaker, 1990; Zaitlin & Shultz, 1990; Dolson et al., 1991; Brown, 1993; Renchen, 2009; Zaitlin, 2003).
1.3.2 Origem e Evolução
A incisão é entendida como sendo uma resposta à queda do nível de base (nível do mar), porém pode ser formada, independentemente, através do soerguimento isostático ou de mudanças climáticas, que produzam variações na descarga do rio ou no suprimento sedimentar em áreas longe da zona costeira. Neste caso o preenchimento se dá inteiramente por sedimentos terrígenos. A incisão ocorre quando a capacidade do rio excede o seu suprimento sedimentar e se propaga com o tempo (Blum & Törnqvist, 2000). Se o período de exposição da região pelo nível de base baixo for curto haverá a transição de sedimentos de sistemas fluviais não incisivos e não influenciados pela linha de base (Summerfield, 1985;
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Schumm et al., 1987; Schumm, 1993). Após a criação da extensão do vale, quando o nível de base torna a subir, os padrões de drenagens instalados na área do vale passam pelo processo de afogamento e espaço de acomodação é gerado, também ocorre uma mudança dos sistemas deposicionais fluviais para estuarinos e marinhos (Boyd et al., 2006).
Segundo Darlymple et al. (1994a, b), exidtem duas classes fundamentais de vales fluvialmente erodidos: os que são erodidos em resposta a queda relativa do nível do mar (ou soerguimento da zona costeira) e os que não estão relacionados as variações do nível do mar. Os vales pertencentes a primeira classe possuem limites de sequência e são influenciados por processos marinhos (e.g. Van Wagoner et al., 1990). Os pertencentes a segunda classe ocorrem no interior do continente e são erodidos devido ao soerguimento tectônico, ou devido ao aumento da descarga fluvial devido a variações climáticas. Esses são preenchidos por sedimentos continentais e não terão a mesma implicação estratigráfica que os vales incisos da primeira classe (Schumm et al., 1987; Blum, 1992). Esses vales incisos podem ser nomeados segundo as classes apresentadas como: de planície costeira (coastal-plain incised-valley), ou de piemonte (footslope ou piedmont), respectivamente (Zaitlin et al., 1994) (Figura 1.2).
Figura 1.2 - Esquema de uma zona costeira mostrando a distinção entre sistema de vales incisos piemonte e de planície costeira (modificado de Zaitlin et al., op. cit.).
Os sistemas de vales incisos piemonte são caracterizados por maior alcance fluvial que os sistemas de vales incisos de planície costeira, estão comumente associados a feições estruturais regionais no interior do continente e apresentam significante redução de gradiente (Hayes, 1986; Rosenthal, 1988; Sherwin, 1994; Dolson & Piombino, 1994; Ardies et al.,
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2002; Zaitlin et al., 2002). Seu preenchimento consiste de sedimentos fluviais mais grossos e imaturos, enquanto que nos sistemas de planície costeira o preenchimento consiste de sedimentos mais finos e maduros. Em ambos os sistemas os sedimentos marinhos são preservados na porção estuarina do preenchimento vale (Hayes e Sexton, 1989). Os sistemas de vale inciso de planície costeira são confinados ao baixo gradiente da planície costeira ou da plataforma (e.g. Pattison, 1991; MacEachern & Pemberton, 1994; Leckie & Singh, 1991).
Finalmente, a incisão de um vale sobre a região de planície costeira ou de plataforma continental exposta pela queda do nível do mar deve ser considerada primeiramente como resposta a diferença do perfil de equilíbrio entre o gradiente do sistema fluvial e o da plataforma. Essa geometria afeta significantemente a resposta do sistema fluvial a uma queda do nível do mar, e é controlada por uma série de fatores, que incluem o gradiente da plataforma e do talude, a energia do rio, a geologia do substrato e a taxa e magnitude da queda do nível de base (Wood et al., 1993).
Se o gradiente da plataforma for maior que o gradiente do rio, em situação de queda do nível do mar, a energia do fluxo fluvial e a capacidade de transporte pode aumentar levando à erosão e a formação de vales incisos e gerando um limite de sequências. Se os gradientes do rio e da plataforma forem iguais, o perfil de equilíbrio é mantido estendendo o rio através da plataforma. Se o gradiente da plataforma for menor que o do rio, ocorre uma redução da energia da corrente resultando na deposição dos sedimentos (Boyd et al., 2006). Em caso de subida relativa do nível do mar, rápidas ou lentas, poderá ocorrer o represamento e afogamento do vale fluvial formando estuários. De uma forma geral, o limite de sequência será reconhecido nos vales incisos pela justaposição de depósitos fluviais sobre depósitos costeiros ou marinhos, resultado da combinação entre as taxas de subida do nível de base e de aporte sedimentar (Boyd et al., op. cit.).
Tipicamente o preenchimento dos vales incisos ocorre durante a transgressão marinha e o nível de mar alto, e contêm uma complexa assembléia de sedimentos de sistemas fluviais, deltaicos, estuarinos e flúvio-marinhos. De acordo com Zaitlin et al. (1994) os depósitos de vales incisos mostram em seus segmentos a sucessão de ambientes e superfícies estratigráficas influenciadas pela mudanças cíclicas do espaço de acomodação, mudança no estilo fluvial, a magnitude e duração da variação do nível relativo do mar, a influência tectônica e do clima. O clima afeta a quantidade de descarga de fluxo e aporte sedimentar, que podem afetar significantemente a morfologia dos rios.
O sistema de vale inciso pode ser classificado como simples, caso haja apenas um limite de sequência e o vale seja preenchido pelos tratos de sistema de um único ciclo de
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variação do nível do mar (Rahmani, 1988; Wood & Hopkins, 1989). Se houverem múltiplas incisões, observadas em múltiplos limites de sequência e mútiplos ciclos de preenchimento, o sistema de vale inciso é classificado como composto (Darlymple et al., 1994a, b; Clark & Reinson, 1990).
Segundo Zaitlin et al. (1994) e Boyd et al. (2006) o preenchimento do vale inciso em zonas afetadas pela variação do nível do mar ocorre em três segmentos (Figura 1.3): Segmento 1, caracterizado por depósitos fluviais e estuarinos de mar baixo para transgressivo, recoberto por depósitos marinos transgressivos. Segmento 2, consiste num complexo vale estuarino afogado que existiu no período de máxima transgressão marinha, acomodando sucessões de mar baixo para transgressivo de depósitos fluviais e estuarinos, similar aos presentes no segmento 1. Segmento 3, onde é desenvolvido o limite transgressivo marinho-estuarino, estende-se ao ponto onde o nível relativo do mar é controlado pelo estilo fluvial. Esse segmento contém somente depósitos fluviais, entretanto, o estilo fluvial muda sistematicamente devido às taxas de variações do nível de base.
Figura 1.3 - Seção longitudinal dos segmentos de preenchimento de um vale inciso. A) Ambientes Deposicionais; B) Tratos de Sistemas (modificado de Boyd et al., 2006).
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1.3.3 Exemplos de Vales Incisos
Os vales incisos podem ser instalados em diferentes ambientes: glaciais, margem ativa e passiva, plataformas e planícies costeiras. Corner (2006) descreve os fiordes Noruegueses como vales incisos preenchidos em estágios deglaciais e pós-glaciais. Os principais controles na arquitetura deposicional e fácies sedimentares do preenchimento dos fiordes no tempo e no espaço são: morfologia do vale, variação do nível relativo do mar e suprimento sedimentar.
Os fiordes Noruegueses são depressões glaciais submergidas pelo mar com margens de alto declive e assoalho largo e irregular, estendidos por um longo perfil que compreende bacias profundas separadas por soleiras (sill), aumentando a profundidade para as regiões distais. A morfologia dos vales associada as taxas de queda relativa do nível do mar e suprimento sedimentar determina a direção dos depósitos. Quanto mais profunda as bacias mais proximais são os depósitos, os quais progradam para regiões mais distais formando discordâncias e concordâncias correlativas quanto maior for o arrasamento das bacias (Corner, op. cit.).
A variação do nível do mar é fortemente controlada pela atuação da isostasia, caracterizando a variação no nível do mar pela subida glacio-isostasica que excede a subida do nível do mar durante o período deglacial e pós-glacial, causando uma predominância do regime de queda relativa do nível do mar. Os depósitos do preenchimento derivam da erosão de rochas do embasamento durante o arrasto das geleiras em degelo, e posteriormente pelo retrabalhamento dos sedimentos dos terraços gerando depósitos fluviais, deltáicos, de praia e marinhos.
Os vales incisos também podem ser formados em regime de margem ativa, como abordado por Garcia & Herail (2005) sobre a interação entre tectônica ativa e a evolução das drenagens na Cordilheira Andina em que a tectônica controlou a evolução da rede de drenagens. Ele quantificou as taxas de incisão através de datações com Ar-Ar em rochas vulcânicas pré e sintectônicas preservadas na superfície topográfica dos vales Lluta, Azapa e Cardones, onde as maiores taxas de incisão foram observadas no período sintectônico. A morfologia destes vales é fortemente controlada por falhas ortogonais as drenagens de padrão paralelo, que provocaram a captura e a confluência dos rios fossilizando alguns rios e mudando a direção de outros. Nas mediações do curso dos rios há um anticlinal soerguido que estabilizou a incisão, porém sem formação de lagos, mas de espaço de acomodação para deposição fluvial. Durante a evolução morfotectônica as incisões são reativadas quando há reativação das falhas.
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Os vales incisos antigos podem se estender por centenas de quilômetros, como o Mississippy Valley (Krystinik,1989; Bowen & Weimer, 1997); o Basal Quartz do Cretáceo Inferior (Hayes et al., 1994; Lukie et al., 2002; Zaitlin et al., 2002; Leckie et al., 2005); vários vales compondo um vale inciso preenchido por 800 km na bacia sedimentar do oeste canadense; o vale pensilvaniano da Bacia de Illinois (Howard & Whitaker, 1988), o vale permiano do Texas (Bloomer, 1977), e outros (e.g. Sherwin, 1994; Martinsen et al., 1994; Porter & Sonnenberg, 1994; Plint, 2002). Têm-se vales incisos em plataformas como no Golfo do México (Simms et al., 2006), em Nova Jersey (Nordfojord et al., 2006), Baía de Biscay-França (Chaumillon et al., 2008), e Golfo de Papua (Crockett et al., 2008). Incisões localizadas são possíveis, em casos onde o nível do mar não expõe por completo a plataforma, por exemplo, porém distingui-las de ambientes estuarinos torna-se complicado (Boyd et al, 2006).
No Brasil, publicações sobre vales incisos ainda são escassas, especialmente vales formados sobre plataforma continental durante o Quaternário, onde é necessária a utilização de técnicas de geofísica rasa como a perfilagem sísmica de subfundo e batimetria multifeixe. Os poucos trabalhos existentes ainda usam os termos paleovale, paleocanal ou paleodrenagens, e pouca correlação há com os conceitos do tema. Entretanto, podemos citar alguns vales incisos sobre a plataforma continental e planície costeira do nordeste brasileiro, especificamente no Estado do Rio Grande do Norte, tais como: do Rio Apodi (Lima e Vital, 2006; Vital et al., 2010b), do Rio Açu (Schwarzer et al., 2006; Gomes et al., 2008a, b), do Rio Jundiaí (Nogueira et al., 2010), do Rio Potengi (Frazão & Vital, 2007; Bezerra et al., 1998), os quais apresentam como característica predominante, nessa região do Brasil, o aproveitamento do relevo estrutural preexistente.
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2 Materiais e Métodos
O acervo de dados multidisciplinares utilizado neste trabalho foi cedido pelos laboratórios de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental-GGEMMA, de Geoprocessamento-GEOPRO e pelo Grupo de Geofísica da UFRN, compreendendo dados batimétricos, altimétricos, gravimétricos e imagens de satélite sobre áreas plataformais e terrestres. Dados inéditos de sonografia, de perfilagem de subfundo e de correntes na plataforma em estudo foram adquiridos e integram o conjunto dos dados já existentes.
A batimentria mono-feixe, sonografia e a perfilagem de subfundo são as principais técnicas utilizadas no estudo a que se propõe esta Tese. Estas são métodos geofísicos de alta resolução, ou geofísica rasa, especificamente hidroacústicos, que juntamente com dados sedimentológicos e de sensoriamento remoto contribuem fortemente no estudo de superfície e subsuperfície em áreas plataformais.
2.1 Batimetria
A batimetria é a medição da profundidade do fundo dos rios, lagos, mares e oceanos a partir da superfície da água (Suguio, 1998), e sendo o equivalente a altimetria na porção emersa. Os dados batimétricos são utilizados no estudo de relevos de áreas submersas e podem ser representados através de pontos xyz, que representam as coordenadas (xy) e a espessura da coluna d’água (z). Historicamente a batimetria como método hidroacústico começou a se desenvolver a partir do Século 20 com as primeiras ecossondas. Atualmente os métodos batimétricos são bastante precisos e permitem a obtenção da profundidade pela medição da velocidade de propagação do som considerando a salinidade, pressão e temperatura da água, bem como as oscilações das marés. Ainda, o posicionamento de cada medida batimétrica pode ter precisão centimétrica se utilizada a correção diferencial (DGPS).
Ecobatímetros (ecossondas) mono ou multifeixe são equipamentos que emitem pulsos sonoros de alta frequência (normalmente kHz) e realizam a leitura do tempo de retorno desse sinal emitido e, segundo a velocidade do som na água, os convertem em profundidade (metros). Os sinais acústicos de alta frequência produzidos pelos ecobatímetros monofeixe são emitidos verticalmente dos transdutores para a superfície de fundo. Com exceção dos ecobatímetros de dupla frequência, o sinal emitido não penetra em subsuperfície sofrendo reflexão na primeira interface de impedância acústica. O sinal refletido pela superfície de fundo é captado pelo transdutor e são registradas pelo computador (Souza, 2006).
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2.1.1 Dados de Batimetria
Os dados batimétricos de diversos projetos de pesquisa abrangendo áreas da plataforma continental interna até o talude (Figura 2.1) foram cedidos pelo GGEMMA. A base de dados também conta com dados do LEPLAC (Plano de Levantamento da Plataforma Continental Brasileira). Os perfis batimétricos são perpendiculares a costa, foram adquiridos com o ecobatímetro do modelo Hydrotrac da marca Odom Hydrographic Systems, na frequência de 200 kHz com registro digital e analógico geoposicionado com DGPS. Os dados batimétricos reunidos representam 5 levantamentos, sendo os perfis batimétricos coletados pelo GGEMMA regularmente espaçados em 1 km, enquanto os dados do LEPLAC em uma malha quadrada de 4 km (Figura 2.1).
Figura 2.1 – Mapa de localização das estações batimétricas disponibilizado pelo GGEMMA (em maior densidade), referentes a 4 levantamentos (delimitados pelos polígonos vermelhos),
e pelo LEPLAC (grade regular de pontos).
2.1.2 Processamento dos Dados Batimétricos
Os dados batimétricos monofeixe constituem-se de conjuntos de dados bastantes heterogêneos (quanto às escalas de aquisição) e com diferentes sistemas de referência que necessitaram de correções. Estas correções foram inicialmente realizadas por Gomes et al.
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(2007a) por meio do software ArcGIS 9.3. Inicialmente todos os dados foram reduzidos a um sistema projetado e Datum comum (UTM_WGS84-24S), posteriormente integrados numa única tabela XYZ (ASCII) com cerca de 330 mil linhas. Uma filtragem dos dados foi realizada através de análises geoestatísticas, utilizando-se a extensão Geostatistical Analyst. O modelo estatístico adotado para a análise espacial baseou-se na utilização de variogramas pelo interpolador geoestatístico Kriging Ordinary, com saída do tipo Prediction Map. O modelo do semivariograma utilizado e ajustado foi o esquema Spherica (ou de Matheron), que permitiu identificar potenciais erros contidos nos dados. O resultado da análise geoestatística (validação cruzada) é mostrado por uma reta de regressão linear (Figura 2.2). O erro é função do afastamento dos pontos e da continuidade espacial prevista pelo interpolador, que pode derivar de um conjunto de pontos incorretos, que absolutamente não fazem parte da superfície e/ou de insuficiência do modelador geoestatístico para o dado. A filtragem dos dados foi feita admitindo erros de pequena grandeza (< 1 m) e excluindo atributos xyz considerados incoerentes.
Figura 2.2 – Validação Cruzada mostrando, numa reta de regressão linear, a correlação entre o modelo previsto e o dado medido. Pontos afastados da reta indicam erro previsto pela
krigagem aos dados medidos.
2.2 Sonografia
Os sistemas de side-scan sonar operam em faixas de frequência acústica variada na escala de kHz. Alguns sensores utilizam frequências entre 100 e 500 kHz, tendo aplicação em estudos de áreas rasas, como rios e plataforma continental. Outros sensores operam em frequências menores (entre 8 e 20 kHz) tendo aplicação em mapeamentos de ampla cobertura de áreas marítimas profundas. Estes sonares apresentam boa resolução geométrica e fornecem
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o imageamento de fundo da área de varredura do sensor (unilateral ou bilateral) (Souza, 2006; Ayres Neto, 2000).
O sinal acústico de alta frequência é emitido em intervalos de tempo regulares numa direção abaixo e perpendicular ao deslocamento do sensor. A captação do sinal de retorno ou retroespalhamento (backscatter) é influenciada pelas características do pulso incidente (frequência do pulso e da repetição da emissão do pulso), pelo arranjo geométrico do sistema sonográfico em relação ao fundo, a profundidade e as interações do sinal acústico com o fundo (Blondel, 2009).
O arranjo geométrico da aquisição do sonar de varredura lateral permite o imageamento do fundo imediatamente abaixo e da área lateral ao eixo de navegação fora do nadir (ground range), que corresponde à distância no terrento entre o sinal de retorno mais próximo (near range) e o mais distante (far range). O sensor é capaz de determinar distâncias relativas (necessita de correções) e permite mensurar dimensões de estruturas imageadas a partir da análise do tempo de viagem do pulso (emissão e retorno), bem como as diferenças de amplitude do sinal de retorno. Em geral, o uso de frequências maiores permite a observação detalhada das feições de fundo, tais como formas de leito centimétricas e as amplitudes das respostas dos alvos (Blondel, op. cit.).
2.2.1 Dados de Sonografia
Os dados sonográficos foram adquiridos em duas campanhas realizadas em março e em setembro de 2008 num período de 10 dias de mar com apoio do Navio Balizador Comandante Manhães - SSN3 (Figura 2.3) para atender ao projeto SISPLAT. Foi utilizado o sonar de varredura lateral modelo 272-TD da marca EdgeTech (Figura 2.4) com frequência de aquisição de 100 kHz. O resultado das campanhas foi o recobrimento da área de plataforma entre a costa e o talude que compreende o vale inciso do Rio Açu, perfazendo um total de 720 km numa área de 500 km² (Figura 2.5). Os dados foram processados através do software
SonarWiz 5.0. Um fluxo de processamento para dados de sonografia foi utilizado (Figura 2.6),
que permite realce de contraste por ganhos e filtros, correções de fundo e construção de mosaico. Posteriormente realizou-se a interpretação das formas de fundo associando-as às amostras superficiais de sedimentologia (ver Capítulo 5).
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Figura 2.3 – Imagem do Navio Balizador Comandante Manhães - H 20.
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Figura 2.5 – Mapa de localização dos dados de sonografia. Linhas paralelas representam dos dados adquiridos.
2.2.2 Processamento dos Dados Sonográficos
Alguns efeitos podem se incorporar aos dados como ruídos. O efeito Doopler ocorre devido à velocidade de deslocamento do sensor provocando uma variação de frequência registrada pelo sensor. A atenuação do sinal na imagem pode ocorrer pelo efeito do arranjo geométrico do levantamento, o qual proporciona perda de potência devido à geometria (inclinação), quanto mais distante do nadir menor a intensidade do sinal de retorno, bem como ao aumento da batimetria. Outras distorções geométricas também estão presentes devido a variação batimétrica, variação de velocidade e altitude do sensor. Em relevos íngremes,
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taludes próximos ao nadir podem parecer encurtados com os topos dos alvos imageados antes da base causando a inversão do relevo e sombras curtas. Uma das correções mais importantes é a conversão da imagem de projeção inclinada para projeção de solo (slant to ground range), necessária devido a visada lateral do sonar. A projeção inclinada provoca uma compressão da imagem com maior intensidade no alcance proximal. Essa correção utiliza os parâmetros da geometria do imageamento e promove uma reamostra dos pixels da imagem com espaçamento uniforme (Blondel, 2009).
O processamento realizado (Figura 2.6) é muito similar ao de radar de visada lateral e pode ser dividido em dois grupos de correções: geométricas (navegação, velocidade, offsets, remoção da coluna d'água, largura do imageamento, remoção e secções de linhas) e espectrais ou radiométricas (ganhos, realce de contraste, filtragem de ruídos).
Figura 2.6 – Fluxo de processamento para dados de sonar de varredura lateral.
2.3 Sísmica Rasa
Os levantamentos de sísmica rasa, ou perfilagem sísmica contínua, em áreas submersas visam compreender a propagação das ondas acústicas na água, na interface água-fundo marinho e nos estratos subjacentes, utilizando-se de sinais acústicos com espectros de maior frequência que a sísmica convencional (Souza, 2006). A resolução desse método
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sísmico é superior à sísmica convencional, e seu alcance de subfundo é de profundidades mais rasas (máximo de 70 metros para a área de estudo). Seus dados brutos possuem respostas e ruídos de aquisição que derivam das relações entre as propriedades do método e o ambiente de aplicação (interação das altas frequências com o meio atravessado, ruídos da embarcação, não compensação das ondas do mar, atenuação com a profundidade e com o tipo de material de fundo, registro de chegada múltipla de sinal, dentre outros).
O perfilador de subfundo é uma ferramenta geofísica de ecossonda de frequência inferior aos ecobatímetros. O tipo de pulso utilizado foi do tipo “chirp”, sua frequência varia entre o início e o fim do pulso. O sinal acústico é emitido verticalmente abaixo do transdutor e uma porção irá ser refletida a cada contraste de impedância entre as camadas de diferentes densidades. Devido à frequência relativamente baixa do transdutor, comparado a frequência dos ecobatímetros, a energia acústica consegue penetrar no fundo marinho e dependendo das características do fundo marinho várias camadas podem ser imageadas e observadas na seção sísmica.
2.3.1 Dados de Sísmica Rasa
Durante as campanhas de aquisição de dados hidroacústicos – atendendo ao Projeto SISPLAT realizadas em março do ano de 2008 – foram coletados um total de 150 km de linhas sísmicas perpendiculares e paralelas ao vale inciso do Rio Açu (Figura 2.7). O equipamento utilizado para a pesquisa foi o perfilador de subfundo X-Star da marca Edgetech (Figura 2.8), com bandas de frequência de pulsos entre 0.5-8 kHz, 8 repetições por segundo (8 Hz) do sinal emitido, rebocado pelo Navio Balizador Comandante Manhães (Figura 2.3) numa velocidade de aproximadamente 5 nós e gravado no formato original da EdgeTech (*.jsf). Devido a escala de aquisição esses dados permitiram uma visão preliminar da arquitetura interna do vale inciso do Rio Açu (ver Capítulo 7).
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Figura 2.7 – Mapa de localização dos dados de sísmica rasa. Linhas espessas representam dos dados adquiridos.
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2.3.2 Processamento dos Dados Sísmicos
Os dados foram processados utilizando a proposta de Gomes et al. (2011) de um fluxo de processamento específico para dados de sísmica de alta resolução, utilizando o módulo de processamento 2D-Data-Analysis do software ReflexWin 6.0 que permitiu ajustes de ganho, balanceamento espectral e atenuação de múltiplas, dentre outros processos para a obtenção de um resultado com qualidade superior ao dado bruto (Figura 2.9).
Figura 2.9 - Fluxograma de Processamento geral e com operações suplementares para os dados de perfilagem sísmica de subfundo de alta resolução.
Atualmente o processamento de dados de sísmica rasa ainda não é comumente aplicado, devido a alta qualidade do dado e a significante quantidade de informação sísmica fornecida pelo dado bruto. Entretanto, para trabalhos que requerem um maior detalhe das feições mapeadas, o processamento do dado promove resultados superiores ao dado bruto, como demonstrado neste trabalho.
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2.4 Sensoriamento Remoto
A região plataformal estudada possui águas claras (baixa turbidez observada nas imagens) na maior parte do ano o que favorece utilização de produtos de sensores sobre a plataforma. Entretanto, visando aperfeiçoar a visualização dessas imagens e a obtenção de informações mais relevantes sobre a superfície de fundo, aplicou-se uma metodologia alternativa, proposta por (Gomes et al., 2007b), para o realce das imagens em ambientes marinhos individualizados por padrões específicos de contraste, como: o terrestre, o marinho raso e profundo. Foram empregadas nesse trabalho imagens do sensor LandSat7 ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), disponibilizada pelo Laboratório de Geoprocessamento/PPGG, correspondentes à órbita 215/64 deslocada 130 Km a norte do imageamento datada de 11/06/2002, e as cenas 216/63 e 216/64 imageadas em 13/08/1999, compondo um mosaico com todas as bandas do visível e infravermelho (Figura 2.10), convenientemente tratadas utilizando as técnicas de processamento digital disponíveis no
ERMapper 6.4.
Figura 2.10 – Mosaico das cenas 216/63, 216/64 e 215/64 do sensor LandSat7 ETM+.
O processamento digital foi individualizado nos ambientes terra e mar por meio de “mascaras-polígonos”, o que permitiu diminuir a dispersão da variável estudada (reflectância)
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e aumentar a concentração proporcional dos valores na equalização dos histogramas. Considerando que o grau de correlação entre a variável nos ambientes marinhos e terrestres na região é baixo (independente), procurou-se fazer um realce de contraste separadamente para os pixels pertencentes a cada região. A validação dos resultados das composições e equalizações de histogramas tomou por base o nível de resolução e clareamento sobre a plataforma continental interna e externa, talude e sopé, e a preservação da qualidade das imagens em regiões próximas a linha de costa, superando as dificuldades de equalização local e global. O resultado final foi o balanço compensado dos histogramas aos ambientes individualizados, aumentando a precisão visual da parte imersa rasa da plataforma, de forma que os procedimentos fossem transferíveis ao mosaico de imagens da região (ver Capítulos 3, 5 e 6).
2.5 Gravimetria
A análise dos distúrbios do campo de gravidade terrestre pode ser feita através de um gravímetro, o qual é capaz de detectar as variações do campo gravitacional terrestre segundo as diferenças de densidades (anomalia Bouguer). Os valores obtidos pelo gravímetro envolvem diversas variáveis como a altitude, latitude, quantidade de massa, profundidade das estruturas, as marés (Sol-Lua), e a deriva instrumental (Sherrif & Geldart, 1995), portanto, necessitam de correções. Além disso, variações no campo gravitacional que refletem estruturas rasas da crosta superior geralmente estão mascaradas pela forte influência regional oriunda das diferenças de densidade do manto superior e crosta inferior. Essa influência regional pode ser eliminada pela equação direta: AResidual = ABouguer – ARegional, onde as
anomalias gravimétricas residuais podem ser obtidas extraindo-se a tendência gravimétrica regional das anomalias Bouguer.
Os dados gravimétricos compreendendo áreas marinhas e terrestres com 2085 estações gravimétricas utilizados nesta Tese foram cedidos pelo Grupo de Geofísica da UFRN, (Figura 2.11). Esses dados foram previamente corrigidos através de três programas em FORTRAN (Calculag, Bouguer e Seleção.exe) e em seguida foi realizada a separação das componentes regional e residual do campo gravimétrico (Gomes, 2003). Esses mesmos dados foram utilizados em diversas escalas de trabalhos (Beltrão et al., 1991; Dantas, 1998; De Castro et al., 1998). Nesta Tese foram abordados com detalhe em correlações com a morfologia da plataforma (ver Capítulo 4).
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Figura 2.11 – Mapa de distribuição dos dados gravimétricos. A linha em azul representa a linha de costa.
2.6 Sedimentologia
Os dados de sedimentologia utilizados compreendem a reunião de amostras sedimentares superficiais de fundo plataformal coletados nas últimas décadas (Figura 2.12) e sintetizados por Vital et al. (2005a e 2008). Essas amostras sedimentares foram coletadas utilizando uma draga do tipo Van Veen e posteriormente tratadas pelos mesmos procedimentos utilizados atualmente no Departamento de Geologia da UFRN (e.g., Souza, 2008; Loureiro, 2009; Silva, 2010; Terra, 2012): lavagem, secagem, peneiramento, ataque com acido, mufla, etc. e as amostras entre 2 mm e 2 µm foram medidas por meio do granulômetro a laser CILAS modelo 1180L. Os sedimentos foram então classificados segundo a proposta de Larsonneur (1977), adaptada por Dias (1996) e Freire et al. (1997), utilizando o programa Sistema de Análise Granulométrica - SAG (LAGEMAR/UFF). Esses dados foram integrados entre a plataforma interna e o talude e utilizados para confecção de cartas de distribuição granulométrica e de fácies. Foi utilizado o método de interpolação por Krigagem para se criar um mapa representativo da distribuição granulométrica que serviu de base para as discussões sobre a dinâmica e compartimentação morfo-sedimentar da plataforma, abordadas principalmente nos Capítulos 5 e 6.
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Figura 2.12 – Mapa de distribuição das amostras sedimentares da plataforma adjacente a região de Macau-RN (Bases de Dados do Laboratório GGEMMA).
2.7 Hidrodinâmica
Adicionalmente foram fundeados correntógrafos eletromagnéticos do tipo S4 durante os meses de junho e julho de 2012 por um curto período de tempo (intervalos máximos de 10 dias). O correntógrafo utilizado foi o InterOcean S4A Current Meter (InterOcean Systems, Inc., San Diego, CA) (Figura 2.13), calibrado para registro contínuo com uma média de 120
pings por minuto. O equipamento foi fundeado a uma altura de 1 m do leito marinho em
locais específicos da área de estudo, como o centro do vale inciso e algumas feições adjacentes às suas margens (recifes e corpos arenosos isolados) (Figura 2.14).
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Figura 2.13 – Imagem subaquática do fundeio do InterOcean S4A Current Meter sobre um campo de recifes. As setas indicam os sensores ortogonais.
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O S4 mede a voltagem resultante no movimento de um condutor (velocidade do fluxo da água) através de um campo magnético de acordo com a Lei de Faraday da indução eletromagnética. Dois pares ortogonais de eletrodos e uma bússola interna que medem duas componentes de velocidades horizontais e produzem um vetor resultante de corrente (InterOcean, 1985). Os dados são posteriormente corrigidos quanto aos valores espúrios que possam estar contidos nos dados e a declinação magnética que, segundo o International
Geomagnetic Reference Field (IGRF) (website do Observatório Nacional), é de 21,62W para
a cidade de Macau-RN em 2012 (ver Capítulo 6).
Durante essa mesma campanha, mergulhos com SCUBA foram realizados para observações diretas sobre feições encontradas nos dados estudados (ver Capítulo 5). Assim, esses dados serviram para validação de interpretações feitas com base nos dados de imagem de satélite, sonografia, batimetria e sedimentologia, no que diz respeito a processos sedimentares associados a hidrodinâmica da plataforma.
