DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
INFLUÊNCIA DA ZONA DE FRATURA ROMANCHE NO
ARCABOUÇO TECTONOESTRATIGRÁFICO DA BACIA DE
BARREIRINHAS, NE, BRASIL
Autor:
CARLA GABRIELA DO LAGO MONTENEGRO
Orientador:
PROF. DR. MOAB PRAXEDES GOMES (PPGG/UFRN)
Co-orientador:
PROF. DR. DAVID LOPES DE CASTRO (PPGG/UFRN)
Setembro de 2020 Natal/RN, Brasil
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFISICA
CARLA GABRIELA DO LAGO MONTENEGRO
INFLUÊNCIA DA ZONA DE FRATURA ROMANCHE NO ARCABOUÇO TECTONOESTRATIGRÁFICO DA BACIA DE BARREIRINHAS, NE, BRASIL
Dissertação apresentada em 08 de setembro de 2020 ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica (PPGG) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) como requisito à obtenção do Título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica, Área de Concentração Geodinâmica.
BANCA EXAMINADORA:
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PROF. DR. MOAB PRAXEDES GOMES Presidente e orientador (PPGG-UFRN)
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DR. DAVID LINO VASCONCELOS Membro externo (POSDOC-UFCG)
________________________________
DR. PEDRO XAVIER NETO Membro externo (PETROBRÁS)
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por ter me dado saúde e me abençoado ao longo de toda essa caminhada.
Ao meu orientador Moab por toda a paciência e incentivos, principalmente, nessa etapa final. Obrigada por ter agregado tanto! E aos demais autores do artigo pelas contribuições neste trabalho.
À minha família, que esteve comigo nos momentos mais difíceis.
A todos os meus amigos, que de alguma forma contribuíram para a finalização desse projeto.
Ao Programa de Pós Graduação em Geodinâmica e Geofísica- PPGG, pela infraestrutura oferecida para o desenvolvimento da pesquisa.
A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES pela Bolsa de Mestrado.
A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis- ANP pela disponibilidade de dados através do Banco de Dados de Exploração e Desenvolvimento –BDEP.
Ao projeto Barreirinhas (UFRN/PETROBRAS/CENPES/PDEP/GEOTEC - 2018/00087-2) pela infra estrutura e disponibilidade de dados.
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Ronaldo Xavier de Arruda - CCET
Montenegro, Carla Gabriela do Lago.
Influência da Zona de Fratura Romanche no arcabouço tectonoestratigráfico da Bacia de Barreirnhas, NE, Brasil / Carla Gabriela do Lago Montenegro. - Natal, 2020.
78f.: il.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica. Natal, 2020.
Orientador: Moab Praxedes Gomes. Coorientador: David Lopes de Castro.
1. Geodinâmica - Dissertação. 2. Barreirinhas - Dissertação. 3. Margem Equatorial Brasileira - Dissertação. 4. Zona de Fratura Romanche - Dissertação. 5. Interpretação sísmica - Dissertação. 6. Tectônica transtensional - Dissertação. I. Gomes, Moab Praxedes. II. Castro, David Lopes de. III. Título.
RN/UF/CCET CDU 551.2/.3
RESUMO
A Bacia de Barreirinhas encontra-se situada na porção central da Margem Equatorial Brasileira (MEB). Sua origem está ligada ao processo de rifteamento e fragmentação da Pangea Oeste no Eo-Cretáceo, quando a litosfera continental no norte da Bacia de Barreirinhas foi soerguida e fraturada por movimentos transformantes ao longo da Zona de Fratura Romanche (ZFR). Essa Bacia foi regida por um regime tectônico misto, ou seja, esforços distensionais, decorrentes do rompimento do Pangea, associados a esforços cisalhantes. O objetivo desse trabalho é investigar como a ZFR influenciou a história evolutiva e as principais estruturas da Bacia de Barreirinhas, além de favorecer o aporte de conhecimento sobre a região por meio da construção de modelos geofísicos e geológicos, que retratem estruturalmente e estratigraficamente a arquitetura interna das porções offshore e onshore da Bacia. Para isso, foi feita a interpretação de oito seções sísmicas 2D em conjunto com informações de cinco perfis geofísicos de poços. No intuito de auxiliar no processo de interpretação, atributos sísmicos foram utilizados para realçar tanto horizontes sismoestratigráficos, quanto feições estruturais. Os resultados mostram o predomínio de falhas lístricas de rejeito normal na sequência rifte e a presença de cinemática transtensional, representada por falhas em flor negativa, decorrente da movimentação dextral da ZFR durante a separação da América do Sul e África. Nas porções mais distais da Bacia emersa, observa-se que reativações da ZFR influenciaram falhas preexistentes do Aptiano até o Holoceno, e tem, portanto, um forte impacto na história evolutiva da MEB, em particular, a Bacia de Barreirinhas.
Palavras-chave: Barreirinhas; Margem Equatorial Brasileira; Zona de Fratura Romanche; Interpretação Sísmica; Tectônica Transtensional.
ABSTRACT
The Barreirinhas Basin is located in the central portion of the Brazilian Equatorial Margin (BEM). Its origin is linked to the rifting and fragmentation process of Pangea in the Eo-Cretaceous. It happened when the continental lithosphere in the north of the Barreinhas Basin was uplifted and fractured by transforming movements Romanche Fracture Zone (RFZ). This Basin was controlled by a mixed tectonic regime: distensional stresses, resulted from the separation of Pangea, associated with shearing stresses. The main objective is to investigate how the RFZ has influenciated the evolutionary history and the main structures of the Barreirinhas Basin. In addition, the study was important to favoring the contribution of knowledge about the region through the construction of geophysical and geological models, which structurally and stratigraphically portray the internal architecture offshore and onshore portions of the Basin. For this purpose, eight 2D seismic sections were interpreted together with information from five well geophysical profiles. In order to assist in the interpretation process, seismic attributes were used to highlight both seismic stratigraphic horizons and structural features. The results show the predominance of lytic faults of normal tailings in the rift sequence and the presence of transtensional kinematics, represented by negative flower structures, due to the dextral movement during the separation of South America and Africa. In the more distal portions of the emerged Basin, it is observed that reactivations of the RFZ influenced from Aptian previous faults to the Holocene, and therefore have a strong impact on the evolutionary history of the BEM, in particular, the Barreirinhas Basin.
Keywords: Barreirinhas; Brazilian Equatorial Margin; Romanche Fracture Zone; Seismic Interpretation; Transtensional Tectonics.
SUMÁRIO ... INTRODUÇÃO 11 1.1 Apresentação ... 11 1.2 Objetivos ... 11 1.3 Área de estudo ... 12
1.4 Relevância do tema e estado da arte ... 12
... CONTEXTUALIZAÇÃO GEOLÓGICA 18 2.1 Bacia de barreirinhas ... 18
2.1.1 Arcabouço geológico ... 18
2.1.2 Arcabouço tectônico ... 20
2.2 Margem Equatorial Brasileira ... 21
2.3 Zona de fratura Romanche ... 23
... MATERIAIS E MÉTODOS 25 3.1 Sísmica de reflexão ... 25 3.1.1 Fundamentação teórica ... 25 3.1.2 Interpretação sísmica ... 29 3.1.3 Perfilagem de poços ... 33 ... RESULTADOS 36 The Barreirinhas Basin internal architecture and the fingerprints of the transform movements along the Romanche Fracture Zone, Brazilian Equatorial Margin ... 36
Abstract ... 36
4.1- Introduction ... 37
4.2-Geological setting ... 40
4.3-Materials and methods... 42
4.4- Results ... 43
4.4.1-Seismic stratigraphy ... 43
4.4.2-Tectonic Framework ... 47
4.6- Conclusion ... 59 Acknowledgements ... 60 References ... 60 ... CONSIDERAÇÕES FINAIS 68 5.1 Considerações finais ... 68 REFERÊNCIAS ... 70
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1: Mapa geológico simplificado da Bacia de Barrerinhas, mostrando a localização das linhas sísmicas, poços e da ZFR (A ZFR, o limite da Bacia e a batimetria foram extraídos do Serviço Geológico Brasileiro (CPRM),Vasconcelos et al., 2004). ________________________________________________________ 12 Figura 1.2: Provícia do Golfo da Guiné, Oeste da África: Benin, Central, Costa do Marfim, Keta, Saltpond, Tano e principais zonas de fratura da região (Brownfield e Charpentier, 2006). ________________________________________________ 16 Figura 1.3: (a) Mapa batimétrico e topografia regional do Atlântico Equatorial, mostrando as margens conjugadas do Brasil e da Africa e as principais zonas de fratura. (b) Destaque para a Bacia de Barrerinhas, mostrando o arcabouço estutural (Os limites das Bacias foram adaptados da ANP) _________________________ 17 Figura 2.1: Carta estratigráfica da Bacia de Barreirinhas (Trodstorf Júnior et al. 2007). ________________________________________________________________ 20 Figura 2.2: Modelo geodinâmico esquemático da margem continental transformante (Mohriak, 2003). ___________________________________________________ 23 Figura 3.1: Representação esquemática do percurso das ondas sísmicas em subsuperfície. (Adaptado de Kearey, 2009). _____________________________ 27 Figura 3.2: Representação esquemática do modelo convolucional do traço sísmico (Yilmaz, 2001). ____________________________________________________ 28 Figura 3.3: Esquema de padrão de terminação dos refletores (Severiano Ribeiro, 2001). ___________________________________________________________ 31 Figura 3.4: Esquema dos padrões de geometria interna dos refletores (Severiano Ribeiro, 2001). ____________________________________________________ 32 Figura 4.1 (a) Regional topographic and bathymetric map of the Equatorial Atlantic showing Brazilian and African conjugate margins as well as the main oceanic fractures zones; (b) Zoomed in the Barreirinhas Basin, showing its structural map. (The Basin boundaries are adapted from ANP). ____________________________________ 39 Figura 4.2 Simplified geological map of the Barreirinhas Basin, showing the location of seismic lines and wells used in this study, and the Romanche Fracture Zone (RFZ) (The RFZ, Basin boundaries and the bathymetric contours were extracted from Serviço Geológico do Brasil (CPRM); Vasconcelos et al. 2004). ______________ 40
Figura 4.3 Barreirinhas Basin litho-, chrono-, and tectonostratigraphic columns with the representation of the units recognized in the study area (modified from Trosdtorf et al., 2007). ______________________________________________________ 41 Figura 4.4 Summary showing the major seismic facies of the acoustic basement (AB) and geological units (U1-U10), including seismic parameters description, interpretation, and the tectonic phase associated by major horizons (R1- R10 and R). ________________________________________________________________ 44 Figura 4.5 Correlation panel among the five wells showing interpreted seismic units, and gamma ray, and sonic logs. It is also showed three interpeted chronostratigraphic surfaces. _________________________________________________________ 47 Figura 4.6 Original seismic Profile L4 (a); with seismic interpretation (b); zoomed in image showing in detail the shallower graben1 (c); zoomed in image showing in detail the deeper graben 2 (d). _____________________________________________ 48 Figura 4.7 Original Seismic Profile L5 (a); with seismic interpretation, showing distal flowes structure, Tutóia High and Parnaíba strata (b); zoomed in image showing syn-rift sequence, delimited by R-R4, onlap termination on R3(Middle Albian top)(c); toplap termination under R4 (breakup discordance)(d). __________________________ 49 Figura 4.8 Original Seismic Profile L8 (a); with seismic interpretation, showing RFZ influence, and Parnaíba strata (b); zoomed in image showing a large flower structure and the tilting of U3 and U4(c); three different high basement regions (d) (e) (f). _ 51 Figura 4.9 Original Seismic Profile L7 (a); with seismic interpretation, showing syn- rift sequence on the shelf and ultra-deep sea waters, delimited by R-R4 (b); zoomed in image showing wipeout zone (c); zoomed in image showing a higher fault density of platform edge (d). __________________________________________________ 53 Figura 4.10 Original Seismic Profile L6 (a); with seismic interpretation, ¬showing syn- rift sequence on the shelf and ultra-deep sea waters, delimited by R-R4 (b); zoomed in image showing wipeout zone (c); zoomed in image showing a higher fault density of platform edge (d). ________________________________________________ 54
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INTRODUÇÃO
1.1 Apresentação
O presente trabalho constitui a Dissertação de Mestrado que integra os requisitos necessários para a obtenção do título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica pelo do Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica (PPGG) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Esta pesquisa foi desenvolvida sob a orientação do Prof. Dr. Moab Praxedes Gomes e coorientação do Prof. Dr. David Lopes de Castro com o intuito de caracterizar tectono-estratigraficamente a área onshore e offshore da Bacia de Barreirinhas e observar como a Zona de Fratura Romanche (ZFR) afetou a geologia da região. A partir destas informações foi produzido um artigo científico submetido aoJournal of South America.
Na presente dissertação, foi efetuada uma interpretação sísmica 2D a fim de caracterizar as principais estruturas do arcabouço tectônico da Bacia, observando como a tectônica transcorrente influnciou na evolução da Bacia de Barreirinhas, utilizando o software Petrel (2018) para fazer toda a interpretação sísmica e gerar os modelos geológicos.
As atividades desenvolvidas tiveram apoio do Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental – GGEMMA, e do projeto International Ocean Drilling Program – IODP. O estudo também conta com dados cedidos pela Agência Nacioanal do Petróleo - ANP.
1.2 Objetivos
O objetivo maior do projeto é construir para o arcabouço tectono-sedimentar, investigando o papel da ZFR na compartimentação e evolução estrtutural da Bacia de Barreirinhas, e atualizar o modelo geológico, de modo a contribuir para exploração econômica da região.
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1.3 Área de estudo
Esta pesquisa foi realizada nas porções offshore e onshore da Bacia de Barreirinhas, e nela utilizou-se 8 linhas sísmicas 2D e 5 poços exploratórios (Figura 1.1).
A Bacia de Barreirinhas cobre parte da costa do Estado do Maranhão e fica a leste da parte terminal da ZFR, sendo limitada a Noroeste pela Plataforma da Ilha de Santana e a Leste pelo Alto de Tutóia, a sul com o embasamento raso, através de falhas de borda que a separam da Plataforma de Sobradinho, e sua área total é aproximadamente 40.000 km² (10.000 km² porção onshore e 30.000 km² porção offshore) (Mohriak, 2003).
Figura 1.1: Mapa geológico simplificado da Bacia de Barrerinhas, mostrando a localização das linhas sísmicas, poços e da ZFR (A ZFR, o limite da Bacia e a batimetria foram extraídos do Serviço Geológico Brasileiro (CPRM),Vasconcelos et al., 2004).
1.4 Relevância do tema e estado da arte
As Bacias da Margem Equatorial Brasileira (MEB) resultam do processo de abertura do Oceano Atlântico Equatorial, decorrentes de esforços transformantes
13 entre a Margem Brasileira e Africana (Azevedo, 1991; Matos, 2000). O rifteamento e ruptura crustal, ocorridos no Cretáceo, mais precisamente do Aptiano ao Cenomianiano, foram responsáveis pela formação da margem equatorial de modo que as Bacias têm tectônica de natureza predominantemente distensiva associada a regimes transcorrentes (Matos, 2000).Um conjunto de Bacias influenciadas pelo regime transcorrentes surgiram na MEB (Lana e Milani, 1986; Matos 1992, 1999, 2000; Szatmari e Milani, 1999) e no Golfo da Guiné na África Ocidental ( Mascle e Blarez, 1987; Basile et al., 1993, 2005; Clift et al., 1997; Edwards et al., 1997) (Fig. 2). A MEB é composta cinco Bacias sedimentares, Bacia do Foz do Amazonas, Pará-Maranhão, Barreirinhas, Ceará e Potiguar (Matos, 1999); já as Bacias Deep Ivoire, Saltpond, Benin e Keta foram formadas no Golfo da Guiné (também chamada de Costa do Marfim-Gana). A Bacia do Deep Ivoire é composta pelas sub-Bacias da Costa do Marfim, Tano, Grand Bassam (Brownfield e Charpentier, 2006; Antobreh et al., 2009; Jianping et al., 2010; Lépinay et al., 2016).
O Atlântico Equatorial permaneceu fechado até o Aptiano (119 Ma), sendo a região equatorial fortemente influenciada por uma série de falhas transformantes, incluindo um deslocamento de 1000 km na ZFR (Binks e Fairhead, 1991).Tais esforços tiveram bastante relevância na evolução tectono-sedimentar das Bacias da MEB, incluindo-se a Bacia de Barreirinhas que é o alvo do estudo. É importante destacar que as movimentações de separação entre os continentes Africano e Sul-Americano não foram sincrônicas ao longo da margem equatorial, de modo que os movimentos de soerguimentos e subsidência foram coexistentes nas Bacias. De modo que essas Bacias sedimentares registraram uma história tectônica e estratigráfica complexa nas fases riftes e drifte em diferentes escalas. A geometria e o padrão estrutural das Bacias são semelhantes devido à sua cinemática rifte e pós-rifte associada às estruturas profundas das zonas de fratura (ZF) (por exemplo, ZF Charcot, ZFR e ZF São Paulo), que restringiam o limite continente-oceano e a fisiografia de margem (Attoh et al., 2003; Basile 2015; Lépinay et al., 2016). Além disso, a cinemática do sistema de falhas, magnitude dos deslocamentos, estruturas pré-existentes e preenchimentos de sedimentos podem produzir grandes variações na arquitetura das Bacias da MEB (Szarmari et al.,1987; Mohriak, 2000; Mohriak e Rosendahl, 2003).
O desenvolvimento da MEB herdou ambos os lineamentos Neoproterozóicos estruturais, com reativações tectônicas Mesozóicas e Cenozóicas (De Castro et al.
14 2012), e a influência da atividade tectônica da ZF que limita as margens da transformação e pode entrar no continente por vários quilômetros (De Castro et al., 2012; Vasconcelos et al., 2019). A ZF afetou a formação das Bacias principalmente as deformações pós-fissura (Attoh et al., 2003; De Castro et al., 2012; Andrade et al., 2018; Vasconcelos et al., 2019). A ZFR, que possui um dos maiores deslocamentos de falhas de cerca de 1000 km (Binks e Fairhead, 1991), limita diretamente a Bacia de Barrerinhas, dividindo suas porções onshore (à sul da ZFR) e offshore (à norte da ZFR). Tal Bacia é classificada como transtensional rômbica por Azevedo (1991), desenvolvida paralelamente à ZFR desde Aptiano (Trosdtorf Júnior et al., 2007). A ZFR também representa o principal limite de transformante entre as Bacias africanas conjugadas do Benin Embayment em terra e a Bacia do Tano em águas profundas (Gorini,1981; Tricart et al., 1988; Antobreh e al., 2009). Portanto, a relação espacial e temporal entre a ZFR e as Bacias adjacentes fornece chaves importantes para reconstruir a história da abertura inicial do oceano e da interação entre os controles tectônicos continente-oceano.
Além disso, contrariando o modelo prévio de margem passiva em plataforma tectonicamente estável, a evolução da margem Atlântica e, em particular, da equatorial, não finalizou com a formação dos riftes e abertura do Oceano Atlântico (Bezerra e Vita-Finze, 2000; De Castro et al., 2012; Bezerra et al., 2020). Reativações tectônicas continuaram a se manifestar nessa região após o Cretáceo, impactando na sedimentação Neógena e Quaternária das Bacias sedimentares, de modo que a implantação da margem passiva nessa região não foi capaz de cessar a atividade tectônica, a qual perdura até os dias atuais (Bezerra et al., 2014). Surge, então, mais uma justificativa para o estudo da evolução nas Bacias sedimentares de margem passiva transformante na parte equatorial do Brasil, já que se verifica uma lacuna científica ocasionada pela falta de uma investigação mais profunda dessa fase pós-rifte (Bezerra et al., 2014; Rosseti et al., 2011).
Outro gap científico deve-se ao fato de ter havido pouquíssimo investimento no estudo da Bacia de Barreirinhas, tendo em vista o insucesso exploratório entre as décadas de 1960 e 1980, de modo que o arcabouço geológico e estratigráfico da região é pouco conhecido. Por outro lado, a região da Provícia da Golfo da Guiné que é sua margem análoga tem se mostrado uma promissora fronteira exploratória (Figura 1.2 e Figura 1.3). Essa margem consiste em áreas costeiras e offshore da Costa do Marfim, Gana, Togo e Benin e na parte ocidental da Costa da Nigéria, e consiste nas
15 Bacias da Costa do Marfim, Tano, Central, Saltpond, Keta e o Benin, e passou por uma história complexa, que divide-se em estágios de desenvolvimento pré-transformante Proterozóico ao Neo-Jurássico), sin-pré-transformante (Neo-Jurássico ao Eo-Cretáceo) e pós-transformante (Neo-Cretáceo - Holoceno) (Brownfield e Charpentier, 2006).
Dessa forma, recentemente, a Bacia de Barreinhas tem despertado interesse devido ao seu potencial exploratório para hidrocarbonetos, representado pelas descobertas de turbiditos NeoCretácicos na sua análoga na Golfo do Guiné e na Guiana Francesa (Pellegrine e Severiano Ribeiro, 2018). O interesse é justificado em razão das margens Africanas e Sul-Americanas serem consideradas correlatas já que foram formadas dentro de um mesmo contexto tectônico transformante que culminou com a abertura do Oceano Atlântico durante o Cretáceo.
Por exemplo, o play Jubilee, localizado na Bacia do Tano, a qual é a Bacia análoga à Barrerinhas, corresponde a um dos mais importantes campos de petróleo na Bacia de Tano em Gana, o qual compreende leques turbidíticos do Cenomoniano-Turoniano, como rochas reservatório, e folhelhos do Neo-Cretáceo como rochas-fonte. A descoberta em Jubilee incentivou os investimentos na região do Golfo da Guiné, o que permitiu algumas descobertas de campos com as mesmas características na margem da Costa do Marfim, Serra Leoa e Libéria. Baseado na teoria das margens conjugadas, o mesmo play foi descoberto e testado com sucesso na região offshore da Guiana Francesa (Campo de Zaedyus), com reservatórios formados por arenitos turbidíticos. O sucesso da descoberta de Zaedyus sugere que pode haver um sistema petrolífero análogo ao Jubelee na margem Equatorial do lado Sul-Americano em águas profundas e ultraprofundas (Pellegrini e Severiano Ribeiro, 2018).
O entendimento da tectônica transformante, assim como a evolução das Bacias associadas a esse tipo de regime, torna-se, assim, de fundamental importância, tendo em vista que a MEB é considerada uma nova fronteira exploratória. Desse modo, faz-se necessário estudos ao longo de toda região focados na interpretação sismo-estratigráfica e sismo-geomorfológica para a análise offshore dessas Bacias das fáceis sísmicas e da geomorfologia sísmica, por exemplo, a fim de interpretar a arquitetura interna e externa dos elementos deposicionais em subsuperfície, e então
16 ajudar a identificação de possíveis plays relacionados aos arenitos turbidíticos em águas profundas e ultra-profundas (Pellegrini e Severiano Ribeiro, 2018).
Desse modo, por analogia é possível que este tipo de play também exista nas Bacias Equatoriais Brasileiras (Pellegrini e Severiano Ribeiro, 2018). Cabe, assim a comunidade científica tentar preencher essa lacuna a fim promover um enriquecimento de informações na carta estratigráfica da região, através de métodos de investigação diretos e indiretos.
Figura 1.2: Provícia do Golfo da Guiné, Oeste da África: Benin, Central, Costa do Marfim, Keta, Saltpond, Tano e principais zonas de fratura da região (Brownfield e Charpentier, 2006).
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Figura 1.3: (a) Mapa batimétrico e topografia regional do Atlântico Equatorial, mostrando as margens conjugadas do Brasil e da Africa e as principais zonas de fratura. (b) Destaque para a Bacia de Barrerinhas, mostrando o arcabouço estutural (Os limites das Bacias foram adaptados da ANP)
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CONTEXTUALIZAÇÃO GEOLÓGICA
2.1 Bacia de barreirinhas
2.1.1 Arcabouço geológico
A Bacia de Barreirinhas teve sua origem associada à separação dos continentes Americano e Sul-africano durante a ruptura Pangea, e se desenvolveu sobre a Bacia do Parnaíba (Soares Júnior et al., 2008). Ela é uma das representantes das Bacias de margem continental equatorial, tem natureza transtensional, resultante dos esforços distensivos e transcorrentes conjugados (Azevedo, 1991). Tal Bacia é associada à separação transtensiva dos continentes e se originou a partir do desenvolvimento de sistemas de falhas normais com direções E-W e NW-SE, com mergulho na direção norte (Soares Júnior et al., 2008) Essa Bacia tem direção aproximadamente E-W, com profundidade de 4 a 6 km (Azevedo, 1987; Matos, 2000) e é praticamente cortada ao meio pela ZFR (Trodstorf Júnior et al., 2007). Seu limite a leste é a Bacia do Ceará e a oeste é a Bacia Pará-Maranhão. Soares Júnior et al. (2008) afirmam que a Bacia de Barreirinhas é intensamente deformada, a sul da ZFR, por estruturas transtensionais Cenomanianas, que atenuam sua intensidade ao se aproximar da borda sul da Bacia. A norte da ZFR, a Bacia de Barreirinhas adquire um formato típico de Bacia de margem continental, passando quase que imperceptivelmente para a Bacia Pará-Maranhão (Trosdtorf Júnior et al., 2007).
Segundo Soares Júnior et al. (2008) e Trosdtorf Júnior et al. (2007), o preenchimento sedimentar da Bacia é bastante complexo, tendo seu início ainda no Paleozoico, antes da fragmentação do Pangea, seguindo-se de deposições rifte, de idade Aptiana e Neo-albiana com influência de tectônica transtensional, e, por fim, a fase drifte, de deposições do Neo-albiano ao recente, influenciadas por tectônica de subsidência termal.
A sedimentação da fase rifte ocorrida durante o Eoalbiano corresponde ao Grupo Canárias, e a de margem continental é representada pelos grupos Caju e Humberto de Campos e pelas formações Pirabas e Barreiras (Feijó, 1994). O Grupo Canárias é caracterizado por folhelhos escuros (formações Arpoador e Tutóia), arenitos grossos cinzentos (Formação Bom Gosto) e arenitos médios cinzentos (Formação Barro Duro), caracterizando depósitos de leques deltáicos em ambiente
19 marinho. Regali et al. (1985) definiram a idade Eo-mesoalbiana para este grupo com base na bioestratigrafia de foraminíferos plantônicos e palinomorfos (Soares Júnior et al., 2008). O Grupo Caju de idade Neoalbiana é essencialmente carbonático e de deposição Neocretácea, composto pelas formações Bonfim, Preguiças e Periá e representa a transição entre a sedimentação terrígena do Grupo Canárias e a sedimentação carbonática do Grupo Humberto de Campos (Pamplona, 1969). As duas primeiras são de ambiente nerítico de alta e baixa energia e são formadas por calcarenitos biocásticos e oncolíticos e calcilutitos, respectivamente. A Formação Periá é composta de folhelhos com calcarenitos subordinados, depositados em ambiente marinho raso (Regali et al., 1985; Feijó, 1994). O Grupo Humberto de Campos é formado pelas formações Areinhas, Ilha de Santana e Travosas, que se interdigitam lateralmente e formam um pacote depositado por um único sistema em ambientes marinho nerítico, batial e abissal. A Formação Areinhas tem clastos grossos depositado em zona nerítica, a Formação Ilha de Santana é composta por carbonatos de alta energia depositados em ambiente marinho nerítico e a Formação Travosas possui folhelhos escuros e arenitos finos depositados em ambiente marinho profundo de batial a abissal. A idade dessas formações foi definida por Regali et al. (1985) através de datações bioestratigráficas de palinomorfos como do Turoniano ao Oligoceno (Soares Júnior et al., 2008). As formações Pirabas e Barreiras representam unidades cronoestratigráficas mais recentes da Bacia de Barreirinhas. A deposição dessas unidades ocorreu no Neógeno sobre o Grupo Humberto de Campos, sendo a primeira marcada pela variação dos clastos grossos da formação Areinhas para uma extensa plataforma carbonática, a qual Holz (2012) associa a uma transgressão marinha. No entanto, a Formação Barreiras torna-se representativa de uma progradação dos sistemas deposicionais costeiros, os quais são explicados através de um estágio de regressão marinha por Trosdtorf Júnior et al. (2007).
20
Figura 2.1: Carta estratigráfica da Bacia de Barreirinhas (Trodstorf Júnior et al. 2007).
2.1.2 Arcabouço tectônico
As Bacias de margem equatorial são marcadas por um regime tectônico direcional ou oblíquo, associado a zonas de fraturas transformantes (Zálan et al., 1985; Basile et al., 2015; Davison et al., 2016; Tavares et al., 2019). O processo de rifteamento gerou quatro fases de evolução tectono-sedimentar: pré-rifte, sin-rifte, sag e drifte (Feijó, 1994; Pellegrini e Severiano Ribeiro, 2018). Todas as fases da evolução tectônica da área tiveram forte influência da cinemática transformante decorrente da ZFR (movimentação dextral), e as fases mais recentes (pós-rifte e driftes) foram também afetadas por esse regime tectônico transcorrente (Tavares, 2017).
A fase pré-rifte caracteriza-se pela sinéclise na qual se depositou a Bacia do Parnaíba, anterior a sedimentação de Barreirinhas. Tal fase é marcada pelo acúmulo de tensões devido ao estiramento da litosfera, responsável pela formação de uma Bacia do tipo sag (Milani et al., 2007). A Bacia do Parnaíba é das Bacias sedimentares brasileiras, em que a sucessão de rochas sedimentares e magmáticas podem ser dispostas em cinco supersequências (Vaz et al., 2007). O Grupo Canindé representa a correspondência estratigráfica da Bacia do Parnaíba presente na base da Bacia de
21 Barreirinhas. A Bacia de Parnaíba classifica-se como Bacia do tipo sinéclise de idade Paleozoica, cuja formação se deu por atividades termais posteriores ao ciclo Brasiliano e a uma lenta e constante subsidência associada a um fraco tectonismo no período da estabilização da plataforma (Almeida e Carneiro, 2004).
Já o estágio rifte, ocorrido durante a ruptura oceânica (breakup), foi marcado por subsidência mecânica e falhas lístricas normais dispostas no padrão backstepping (W-SW). Essa fase também foi marcada pela ativação e reativação das falhas transcorrentes durante todo o período de ruptura oceânica, estimulando a formação de blocos falhados e rotacionados, com depocentros relacionados a grábens rômbicos. Duas fases rifte são distinguíveis na evolução dessa Bacia (Trodstorf Júnior et al. 2007), na fase inicial do rifte (rifte II), o continente se rompeu e formou alguns grábens. Posteriormente, o oceano inundou o continente e ocorre um rifteamento posterior (rifte III), afetando a Bacia na parte distal (offshore) (Trodstorf Júnior et al. 2007).
A fase pós-rifte por sua vez caracteriza-se pelo alívio das tensões e uma diminuição do tectonismo local. Por fim, tem-se a sequência drifte, caracterizada pelo movimento de contínua separação dos continentes com a instalação de uma margem continental. Durante esse período observou-se o processo de basculamento que foi o grande responsável pelo aporte sedimentar (Szatmari, 1987; Trodstorf Júnior et al., 2007).
2.2 Margem Equatorial Brasileira
Em razão das diferentes características evolutivas, as margens continentais podem ser classificadas como: divergentes, quando controladas por rifteamento puro, ou transformantes, quando há a tectônica transcorrente atuando (Tavares, 2017). As margens passivas transformantes são caracterizadas por movimento cisalhante entre duas placas litosféricas ao longo de uma falha transformante, tem assim uma tectônica bastante complexa, gerando tanto transpressão como transtensão (Boillot, 1998; Andrade et al., 2018).
Nesse contexto, têm-se MEB que é classificada como uma margem do tipo transformante, conforme observado em modelo mostrado na Figura 2.2, a qual teve sua gênese ligada ao processo de separação dos continentes Sul-americano e
22 Africano, que iniciou com um sistema de falhas transformantes continente-continente (Azevedo, 1991; Matos, 2000; Condé et al., 2007). A extensão dos continentes resultou na formação de cinco Bacias sedimentares ao longo MEB: Foz do Amazonas, Pará-Maranhão, Ceará, Potiguar e Barreirinhas que é o alvo do presente estudo (Matos, 1999). O rifteamento e ruptura crustal, ocorridos no Cretáceo, mais precisamente do Aptiano ao Cenomianiano, foram responsáveis pela formação da margem de modo que as Bacias têm tectônica de natureza predominantemente distensiva associada a regimes transcorrentes (Matos, 2000).
A abertura oceânica, que ocorreu ao longo da linha do Proto-Atlântico Sul, quando a América do Sul começou a sua separação da África, controlou a evolução tectono-sedimentar das Bacias Brasileiras e da MEB. Desse modo, o Oceano Atlântico Equatorial foi criado em resposta a ruptura ocorrida no Cretáceo entre o Oeste Africano e o Norte do Brasil e engloba importantes estruturas como a ZFR (a mais expressiva zona de fratura oceânica do Atlântico), o Delta da Nigéria e o Leque submarino do Rio amazonas. O processo de separação dos dois continentes: Africano e Sul-Americano teve seu fim em 105 Ma (Mascle and Blarez, 1987; Mascle et al., 1988).
23
Figura 2.2: Modelo geodinâmico esquemático da margem continental transformante (Mohriak, 2003).
2.3 Zona de fratura Romanche
A ZFR é uma das Zonas de Fraturas Oceânicas (ZFO), as quais estão localizadas no limite de placas tectônicas e ligam seus limites convergentes e/ou divergentes, sendo, portanto, falhas de transferência (Wilson, 1965). A região onde as ZFO’s se instalam apresenta atividade sísmica intensa, já que ocorrem deslocamentos relativos entre as placas (Quental, 2002). As margens do Atlântico Equatorial entre a América do Sul e África, onde estão algumas das maiores ZFO’s do mundo como as zonas de fratura Romanche, São Paulo e Chain, parece ser uma zona de continua reativação de falhas antigas, já que, aparentemente, estas
24 estruturas continuam influenciando na arquitetura de Bacias sedimentares ao longo da MEB (Wilson, 1965; Almeida, 2006).
A ZFR é considerada uma das maiores zonas de fratura do mundo (950 km de extensão de rejeito) (Francheteau e Le Pichon, 1972; Gorini,1977). Tal zona intercepta a margem offshore Africana em Costa do Marfim e Gana e a margem
offshore do nordeste do Brasil (Brownfield e Charpentier, 2006).
A história evolutiva da ZFR tem início com uma falha transformante continente-continente durante o rifteamento das margens conjugadas da América do Sul e África (Bonatti et al., 1991), sendo inicialmente uma extensa faixa transtensional dextral (Davison et al., 2016). Porém, uma alteração na direção do movimento das placas durante o Albiano, levou a uma movimentação transpressional dextral, resultando em uma de zona de dobramentos e cinturões reversos (Zalán et al., 1985; Azevedo, 1987; Davison et al., 2016).
No entanto, existem poucas informações sobre a ZFR e sua possível interação com a plataforma continental e com o próprio continente. Mas, a hipótese de que ZFO’s continuam influenciando o ambiente tectônico depois de serem consideradas inativas vem sendo apontada e considerada por vários estudos (Almeida, 2006; Storti et al., 2007; Delescluse, 2012).
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MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Sísmica de reflexão
3.1.1 Fundamentação teórica
A sísmica é um método geofísico de imageamento amplamente utilizado em campanhas de exploração de óleo e gás, pois possibilita ao intérprete uma definição das feições geológicas compatíveis com o interesse de exploração (Thomas, 2004). Esse método consiste na emissão de ondas sísmicas, em terra ou em mar, e sua propagação através das camadas geológicas. As ondas são emitidas através de pulsos, disparados a partir de uma fonte sísmica e são registradas em tempo duplo de percurso pelos receptores (hidrofones ou geofones) de sinal (Figura 3.1).
As ondas ao longo da propagação em subsuperfície podem sofrer os fenômenos de refração ou reflexão, os quais fundamentam os métodos sísmicos de refração e reflexão, respectivamente (Kearey, 2009). O que determina as frações da energia da onda que serão refletidas ou refratadas nas interfaces geológicas é o coeficiente de reflexão, que é função do contraste de impedância. A impedância acústica é a propriedade do meio que se leva em consideração na investigação sísmica, sendo matematicamente definida pelo produto da densidade das rochas (⍴ₐ) pela velocidade de propagação das ondas sísmicas (v) nos meios geológicos (Equação 3.1) (Kearey, 2009). O fenômeno da reflexão só ocorre quando há contrastes representativos de impedância acústica entre os meios percorridos pelo sinal emitido (Souza, 2006).
Analisando o tempo de chegada das ondas emitidas em diferentes pontos, é possível determinar a distribuição de velocidade e localizar as interfaces onde as ondas são refletidas (Ayres Neto, 2000), ou seja, interfaces onde há contraste de impedâncias acústicas significativos. A superfície que delineia o contato entre dois meios diferentes, que é representada numa seção sísmica por uma linha continua, é denominada de refletor sísmico (Souza, 2006).
26 Essa velocidade de propagação de ondas acústicas em um meio é dada em função de suas constantes elásticas: módulo de Young (E), módulo de Poisson (n), módulo de rigidez (µ) e módulo de compressão (k). Tais constantes relacionam a quantidade de deformação sofrida por um material em função da força exercida sobre ele. As velocidades de propagação das ondas P (ondas longitudinais) e S (ondas transversais) são definidas pelas equações 3.2 e 3.3 (Ylmaz, 2001)
𝑉ₚ = √2 𝑘+4/3µ⍴ Equação 3.2 𝑉ₛ = √2 µ⍴ Equação 3.3
Em que Vp é a velocidade da onda P, Vs é a velocidade da onda S, ρ é a densidade do meio em que a onda se propaga, k é o módulo de compressibilidade e X é a rigidez do material percorrido.
O coeficiente de reflexão (Equação 3.4) é o fator que determina a quantidade de energia que será refletida e, portanto, registrada pelos receptores de sinal, influenciando diretamente na amplitude do sinal sísmico (Ylmaz, 2001). Ele é uma função da diferença de impedância acústica entre dois meios. A amplitude do sinal também é função de uma complexa interação de diversos outros fatores, podendo ser simplificada para ângulos incidentes normal a superfície refletora. Neste caso o coeficiente de reflexão, definido como a razão entre à amplitude do sinal refletido e à amplitude da onda incidente e dada pela equação 3.4 (Sharma, 1997)
𝑅 =𝐴₁
𝐴₀= 𝑍₂−𝑍₁
𝑍₂+𝑍₁ Equação 3.4
Onde R corresponde ao coeficiente de reflexão, 𝐴1 representa a amplitude da
onda refletida, a variável 𝐴0 retrata a amplitude da onda incidente e os valores de 𝑍1
27
Figura 3.1: Representação esquemática do percurso das ondas sísmicas em subsuperfície. (Adaptado de Kearey, 2009).
Na figura 3.1, pode-se observar como as ondas comportam-se através de sua propagação em um meio geológico: os pacotes de energia liberados por um pulso sísmico podem desenvolver três diferentes trajetórias: Onda Direta (OD), Onda Refletida (OR) e Onda Refratada (OR’) (Kearey, 2009). Os fatores que determinam as quantidades de energia que irão propagar-se por reflexão ou refração, dependem dos contrastes de impedância acústica entre dois meios, ou seja, dos coeficientes de reflexão e refração.
Nesse projeto, foram utilizadas linhas sísmicas pós-empilhadas, as quais foram adquiridas através do método da sísmica de reflexão. Uma investigação sísmica completa consiste em três etapas fundamentais: aquisição, processamento e interpretação sísmica. Segundo Kearey (2009), o produto final da etapa de aquisição é o dado registrado pelo receptor, o qual denomina-se de traço sísmico. O traço sísmico pode ser definido como a convolução do pulso de entrada com a função refletividade (Figura 3.2), sendo o resultado da interação do pulso sísmico com o meio geológico. O traço sísmico é a representação gráfica da medida dos tempos de propagação que um único receptor registra durante a reflexão, após o disparo da fonte sísmica. Um tiro sísmico produz um conjunto de traços. Os gráficos que exibem um ou mais traços sísmicos são chamados de sismograma.
Além disso, a aquisição sísmica pode ser tanto terrestre como marítima e nesses dois casos as ondas se propagam e refletem em várias camadas do subsolo, sendo medidas e registradas por sensores na superfície. Se a aquisição for realizada
28 em uma única linha, teremos que a seção vertical resulta em uma imagem bidimensional e a aquisição será do tipo 2D. Já para casos em que a aquisição é realizada por um conjunto de linhas paralelas ou uma rede bidimensional de sensores, a aquisição é do tipo 3D (Kearey, 2009).
Figura 3.2: Representação esquemática do modelo convolucional do traço sísmico (Yilmaz, 2001).
Devido ao fato de os sinais adquiridos não representarem unicamente informações referentes ao sinal sísmico, mas também ao ruído, tem-se como necessidade inicial a realização de um processo de tratamento do dado. Neste procedimento geofísico denominado de processamento, ocorre a priorização e consequente melhoria da razão sinal/ruído por meio de ferramentas computacionais. Tais ferramentas visam a atenuação da amplitude e remoção de sinais de não interesse, assim como correções topográficas e quando conveniente, a retirada de anomalias superficiais (Yilmaz, 2001).
O resultado obtido na etapa de processamento, por intermédio da utilização dos passos retratados anteriormente, consiste numa seção sísmica livre de efeitos adversos. Nesta etapa de processamento é possível evidenciar a retirada de múltiplas, a horizontalização dos refletores, como também a migração dos mesmos.
29 Tais procedimentos permitem ao intérprete a obtenção de informações mais confiáveis e fieis ao real modelo geológico de ocorrência em subsuperfície.
3.1.2 Interpretação sísmica
A função do intérprete consiste na análise dos dados anteriormente processados e, por meio desses, inferir o modelo geológico representativo da área em subsuperfície (Sheriff e Geldart, 1995).
A interpretação sísmica é a última etapa e seu objetivo é delinear as estruturas em subsuperfície através de uma análise da seção sísmica, de forma a criar um modelo geológico (Catuniano, 2006). Há duas vertentes na interpretação sísmica: a sismoestratigráfica e a sismoestrutural. Para realizar a interpretação sísmica e fornecer uma melhor confiabilidade aos resultados, alguns procedimentos foram realizados como: o uso de diferentes espectros de cores, a aplicação de atributos como o TecVa e o uso dos perfis geofísicos de poço.
3.1.2.1 Atributos e espectro de cores
Para a etapa de interpretação foram aplicados alguns atributos sísmicos através do software PETREL versão 2018. Esses atributos sísmicos são algoritmos relacionados às características dos traços sísmicos como amplitude, frequência, polaridade e fase, a fim de exaltar feições de interesse, de modo que a escolha do atributo está diretamente relacionada ao tipo de interpretação que se deseja realizar (Taner, 2001). Além da aplicação dos atributos, o espectro de cores utilizados pelo intérprete é fundamental, pois assim como os algorítmos, a escolha da paleta pode ajudar a ressaltar, como também omitir informações intrínsecas ao dado.
Neste trabalho as seções foram interpretadas utilizando-se principalmente o espectro de cor Seismic (default) e Black-Grey-White, sendo aplicados os atributos ao dado original. Utilizou-se atributos já existentes no software como Structural Smooth e Varience para enfatizar as descontinuidades e estruturas e Phase Cosseno para análise do padrão de terminação dos refletores. O principal atributo usado foi o descrito por Bulhões e Amorim (2005) a partir da sobreposição dos atributos Structural Smooth, RMS, Amplitude, Remove Bias e Phase Shift (tecVA), tal atributo fornece
30 uma característica de pseudo-relevo ao dado, sendo bem usual para visualização das principais estruturas, como também para a delimitação do embasamento.
3.1.2.2 Perfis de poço
Foram fornecidos pela ANP cinco poços (P1, P2, P3, P4, P5), em que os perfis geofísicos foram fornecidos no formato (dlis). A análise das respostas das curvas logs, dos topos de formação e das litologias em cada poço ajudou na delimitação das unidades sísmicas interpretadas.
3.1.2.3 Interpretação sismoestratigráfica
A sismoestratigrafia tem por objetivo agrupar os refletores sísmicos em pacotes que correspondem a intervalos geneticamente interligados, limitados cronoestratigraficamente, tais intervalos são chamados de sequência. Os limites dessas sequências são determinados a partir da análise dos refletores mais fortes (alto contraste de impedância), que normalmente representam as discordâncias ou as superfícies estratais (Della Fávera, 2001; Catuniano 2006).Um horizonte sísmico, também conhecido como refletor, é definido como uma reflexão com boa continuidade lateral (Duarte, 2000), o que indica a existência de uma interface entre duas camadas com propriedades físicas distintas, ou seja, elevado grau de contraste de impedância. Contrariamente ao senso comum, as reflexões sísmicas não correspondem necessariamente aos contatos litológicos, visto que normalmente estes contatos ocorrem de forma gradual (Holz, 2012). As reflexões representam principalmente as superfícies estratais e as discordâncias, superfícies que representam linhas de tempo, podendo possuir, portanto, conotação cronoestratigráfica. No entanto, tais horizontes podem representar também superfícies litoestratigráficos com grandes contrastes de impedância. O mapeamento de tais horizontes é uma das tarefas mais importantes na interpretação, pois fornece informações cronológicas sobre a geologia da área de estudo.
Para a definição das sismosequências, é fundamental observar os padrões de terminações dos refletores nos limites das sequências deposicionais, os quais podem ser concordantes ou discordantes (Figura 3.3) (Catuniano, 2019). O tipo de relação discordante é um melhor indicador de discordância gerada por erosão ou não
31 deposição. As terminações com o limite superior podem ser do tipo toplap ou truncamento erosional, já as terminações com o limite inferior da sismosequência podem ser do tipo onlap e downlap. A terminação toplap se dá de forma que os estratos tangenciam contra a discordância limite superior da sequência, ela resulta da não deposição ("bypass") ou ligeira erosão sedimentar. Já o truncamento erosional é caracterizado pela terminação lateral abrupta de estratos contra uma discordância erosiva no limite superior da sequência, ela é resultado de processos estruturais ou deposicionais tardios. A terminação em onlap é marcada pela terminação sucessiva de estratos, mergulho acima sobre uma superfície deposicional. Por fim tem-se o padrão downlap que é a terminação sucessiva de estratos, mergulho abaixo de uma superfície deposicional (Severiano Ribeiro, 2001).
Na interpretação estratigráfica é interessante também a análise das fácies sísmicas reconhecendo padrões de terminações dos refletores e suas inter-relações dentro das sismosequências. Fácies sísmica é definida como o conjunto de reflexões que apresenta característica ou padrão próprio, diferente daqueles dos conjuntos adjacentes dentro de uma sismossequência, elas representam uma mudança litofaciológica dentro da sucessão de estratos e como uma litofácies, e é o reflexo de processos sedimentares e não do sistema deposicional (Severiano Ribeiro, 2001). Mitchum Júnior et al. (1977), desenvolveram uma padronização para a geometria interna das fáceis sísmicas (Figura 3.4) que é o modelo mais utilizado na atualidade.
Figura 3.3: Esquema de padrão de terminação dos refletores (Severiano Ribeiro, 2001).
32
Figura 3.4: Esquema dos padrões de geometria interna dos refletores (Severiano Ribeiro, 2001).
3.1.2.4 Interpretação sismoestrutural
A análise sismoestrutural ocorre através da observação da geometria dos refletores para a identificação de falhas e outras estruturas tectônicas a partir das descontinuidades dos horizontes sísmicos. Essa vertente precupa-se com a delimitação das superfícies tectônicas do local (Robison e Treitel, 1980).
A interpretação estrutural das linhas em estudo, basicamente consistiu na delimitação de falhas as quais são descontinuidades com rejeito de deslocamento entre dois blocos com cinemática associada, essa região é dominada por um regime rúptil (Davis, 2011). Na sísmica, as falhas são determinadas com base da geometria
33 dos refletores, bem como nas regiões de ruptura das continuidades dos horizontes sísmicos. Tais rupturas são respostas às variações na velocidade de propagação das ondas decorrentes das mudanças litológicas ocorridas com a movimentação dos blocos (Fossen, 2010). De maneira geral, as falhas podem ser classificadas em normal, reversa e transcorrente dependendo do regime tectônico atuante, podendo ser, respectiamente, extensional, compressivo e cisalhante. Os regimes de tensão também podem ocorrer associados entre si, como é o caso dos regimes transpressionais (compressão + cisalhamento) e transtensionais (tensão + cisalhamento).
3.1.3 Perfilagem de poços
A aplicação dos métodos geológicos e geofísicos atuais podem mapear e sugerir a geologia local, no entanto, somente a a perfuração do poço confirmará se a interpretação está realmente correta. A perfilagem geofísica baseia-se em sinais elétricos, acústicos e/ou radioativos e consiste na representação gráfica entre a profundidade e as propriedades petrofísicas das rochas atravessadas por poço (Nery, 2013).
As rochas podem ser identificadas em função das propriedades elétricas (condutividade, polarização induzida, constante dielétrica ou potencial eletroquímico), acústicas (velocidade de propagação de ondas elásticas compressionais ou cisalhante, em relação a intervalos verticais das rochas), radioativas (naturais ou induzida), mecânicas e térmicas. Na petrofísica, geralmente, são utilizados os seguintes perfis de poço: caliper, potencial espontâneo, resistividade, indução, raio gama, raio gama espectral, sônico, densidade, porosidade neutrônica e perfis com imagens sônicas e de resistividade. (Nery, 2013).
Um conjunto de perfis geofísicos não fornece, diretamente, propriedades relevantes na avaliação do potencial econômico das camadas como: porosidade, permeabilidade, salinidade das águas interticiais, teor de argila, saturação fluída. Na realidade, tais propriedades são interpretadas a partir de sinais registrados por sensores, em forma de medições elétricas, acústicas, radiotivas, mecânica, térmicas (Nery, 2013).
34 Os perfis proporcionam padrões para correlação entre poços vizinhos, confecção de mapas geológicos, definição de geometria dos corpos e ambiente de sedimentação. As informações obtidas a partir dos perfis podem ser qualitativas como litologia, tipos de fluídos, salinidade das águas intersticial, fraturas, zonas de perdas de circulação, permeabilidade, quantidade de cimentações, seleção de zonas para canhoneio e produção de hidrocarbonetos, planejamentos de testes de avaliação, previsão de pressões anormais. Como também podem ser quantitativos como espessura das camadas, porosidades, resistividade, velociades acústicas, densidades, constantes elásticos, saturações fluídas, volumes de hidrocarbonetos residuais, cálculo de pressão dos poros.
Os dados de poços utilizados forneceram algumas informações de perfis logs como Raio Gama, Potênical Espontâneo, Caliper (CALI), SN, ITT, Sônico (DT), Densidade (RHOB). Os perfis mais efetivamente usados para a interpretação sísmicas foram os de Raio Gama, já que a análise das alterações nos padrões podem revelar mudanças nos ambientes deposicionais, através dos ciclos de transgressão e regressão e, consequentemente, possíveis contrastes significativos de impedância acústica e o sônico que serve para a calibração dos poços na sísmica.
O perfil de raio gama contém medições da radiação natural gama, emitidas pelas rochas ou sedimentos em um poço. Os diferentes tipos de rocha emitem diversas quantidades e espectros de radiação gama natural. Em particular, folhelhos emitem mais raios gama do que outras rochas sedimentares, dessa forma, a análise da curva de raios gamas é importante para a identificação dos folhelhos e não-folhelhos. Isso é bastante relevante, principalmente, para a indústria petrolífera, tendo em vista que um folhelho, normalmente, não é um reservatório e um não folhelho pode ser (Nery, 2013).
Já a ferramenta sônica consiste, basicamente, no registro do tempo decorrido entre o momento em que um pulso sonoro compressional é emitido por um transmissor. O perfil sônico é utilizado na construção de sismogramas sintéticos, que correspondem ao resultado da modelagem da resposta sísmica em determinada área e são obtidos usando-se um algoritmo próprio e tem por finalidade auxiliar na interpretação dos horizontes sísmicos, permitindo correlacionar esses horizontes com os níveis estratigráficos atravessados pelo poço perfurado, além de propiciar a criação de tabelas de conversão tempo vs profundidade, o que permite migrar toda
35 uma interpretação sísmica, que está no domínio do tempo, para o domínio do espaço (profundidade) (Russo, 2010).
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RESULTADOS
The Barreirinhas Basin internal architecture and the fingerprints of the transform movements along the Romanche Fracture Zone, Brazilian Equatorial Margin
Montenegro, C.G.L.; Gomes, M.P.; De Castro, D.L; Perez, Y.A; Oliveira, D.
Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brazil
Abstract
The Barreirinhas Basin, located in the Brazilian Equatorial Margin (BEM), originated from the fragmentation of Pangea in the Lower Cretaceous during the separation of South America and Africa. This Basin is strongly influenced by tectonic pulse of the Romanche reactivations to the south of the continental platform onshore and offshore architectural Basin, which point out a complex structural feature associated with equally complex evolution. A mixed tectonic regime associated with extensional and strike-slip movements influenced by the Romanche Fracture Zone RFZ dominated this Basin. This research aims to investigate the major structures in the central Barreirinhas Basin and how the RFZ influenced the evolutionary history, which structurally and stratigraphically represent the onshore and offshore Basin architecture. Based on deep seismic data, the onshore and offshore sections of Barreirinhas Basin was interpreted in terms of Basin infill, response to crustal structuration due to RFZ motion. Eight 2D seismic sections and five well profiles were interpreted, and seismic attributes were applied to enhance the seismic stratigraphic horizons and structural features.. The study characterize the Basin architecture, delimitate the main structures from rift to post-rift stages. The rift sequences are composed by four seismic units (U1-U4) delimited on top by the reflectors R4, and the post-rift sequence is composed by six seismic units (U5-U10) delimited between reflectors R4-R10. Our results also include some structures characteristic of transtensional regimes, which could be fingerprints of RFZ, such as, negative flowers faults, tilted blocks, and wipeout zones.The Basin structures were controlled by dextral movement during the separation of South America and Africa. Especially onshore,
37 there are evidence of transform movements along the RFZ, deforming the entire Basin infill from Aptian to Holocene. From this study we infer that the differences between the BEM Basins and the African margin are possibly due to the asymmetric geometry between them and the different forms of interaction with RFZ.
Keywords: Seismic Reflection, Oceanic Fracture Zone, Transform Margin,
Romanche, Barreirinhas Basin.
4.1- Introduction
The last stage of the Pangea breakup divided the Equatorial Atlantic margins in extensional and transform segments (e.g., Mascle 1976; Gorini 1981; Azevedo 1991; Condé et al. 2007; Antobreh et al. 2009; Lépinay et al. 2016). A series of strike-slip Basins were generated from Aptian to Cenomianian in the Brazilian Equatorial Margin (BEM) (Lana and Milani 1986; Matos 1992, 1999, 2000; Szatmari and Milani, 1999) and in the Gulf of Guinea in West Africa during Pangea breakup (Mascle and Blarez 1987; Basile et al. 1993, 2005; Clift et al. 1997; Edwards et al. 1997) (Fig. 1a). Five main sedimentary Basins, Foz do Amazonas, Pará-Maranhão, Barreirinhas, Ceará, and Potiguar, have been formed in BEM (Matos 1999) (Fig. 1a), and the African conjugate Basins, Deep Ivoire, Saltpond, Benin, and Keta, in the Gulf of Guinea (also called Côte D’Ivoire-Ghana Margin). The Deep Ivoire Basin is composed by the sub-Basins of Ivory Coast, Tano, Grand Bassam (Brownfield and Charpentier, 2006; Antobreh et al. 2009; Jianping et al. 2010; Lépinay et al. 2016;). These sedimentary Basins recorded a complex tectonic and stratigraphic history of rifting and transform motions in different scales. The Basins geometry and structural pattern are similar because of their rift and post-rift kinematics associated with deep-seated oceanic fracture zones (FZ) (e.g. Charcot, Chain, Romanche and Saint Paul FZ), which constrained the continent-ocean boundary and margin physiography (Basile 2015; Lépinay et al. 2016). The kinematics of fault systems, magnitude of displacements, pre-existing structures, and sedimentary infill might produce wide variations on the BEM Basins architecture (Szatmari et al. 1987; Mohriak 2000; Mohriak and Rosendahl, 2003).
38 The BEM development was controlled by both structural Neoproterozoic lineaments of the Brasiliano/Pan-African Orogenic Cycle (720–540 Ma), with Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivations (de Castro et al. 2012), and the influence of the active tectonic of FZ bounding the transform margins may enter the continent several kilometers (de Castro et al. 2012; Vasconcelos et al. 2019). The FZ affected the Basins formation from early rift process to later the post-rift deformations (de Castro et al. 2012; Andrade et al. 2018; Vasconcelos et al. 2019). The RFZ that has one of the major fault displacements worldwide of about 1000 km (Binks and Fairhead 1991), directly bounds the shallow-water (southern RFZ) and deep-water Barreirinhas Basin (northern RFZ) (Figs. 4.1 and 4.2). This marginal Basin is a transtensional rhombic Basin (Azevedo 1991), developed parallel to the RFZ since Aptian (Trosdtorf Júnior et al. 2007). The RFZ also represents the main transform boundary between the conjugate African Basins of the Benin Embayment landward and Tano Basin in deep-water (Gorini 1981; Tricart et al. 1989; Antobreh e al. 2009). Therefore, the spatial and temporal relationship between the RFZ and the adjacent Basins provide important keys for reconstruct the history of the early ocean opening and interplay between continent-ocean tectonic controls.
39
Figura 4.1 (a) Regional topographic and bathymetric map of the Equatorial Atlantic showing Brazilian and African conjugate margins as well as the main oceanic fractures zones; (b) Zoomed in the Barreirinhas Basin, showing its structural map. (The Basin boundaries are adapted from ANP).
This study aims to investigate the influence of RFZ on the Barreirinhas Basin geometry, fault pattern, and depositional framework. Seismic stratigraphic and 2D seismic structural interpretation and well logs on the onshore and offshore Barreirinhas Basin (Fig. 4.2) allow to characterize the Basin architecture, delimitate the main structures from rift to post-rift stages. Our results also include some structures characteristic of transtensional regimes, which could be fingerprints of RFZ, such as, negative flowers faults, tilted blocks, and wipeout zones.
40
Figura 4.2 Simplified geological map of the Barreirinhas Basin, showing the location of seismic lines and wells used in this study, and the Romanche Fracture Zone (RFZ) (The RFZ, Basin boundaries and the bathymetric contours were extracted from Serviço Geológico do Brasil (CPRM); Vasconcelos et al. 2004).
4.2-Geological setting
The Barreirinhas Basin underlain by the Paleozoic sag deposits of the Parnaíba Basin and Neoproterozoic basement units (Vaz et al. 2007; Soares Júnior et al. 2008; de Castro et al. 2014), which underwent into the rift stage during the Cambrian (rift I) (Trosdtorf Júnior et al. 2007) (Fig. 4.3). The Barreirinhas Basin is bounded eastward by the Ceará Basin and unclear boundaries westward by the Pará-Maranhão Basin (Fig. 4.1a). The Barreirinhas Basin elongates approximately E-W in an area of approximately 46.000 km2 with sequences up to 6 km thick (Azevedo 1987, 1991;
Matos 2000). The Sobradinho Fault Zone (SFZ) bounds the Basin at south (Fig. 4.1b). The RFZ cross the Basin center (Trosdtorf Júnior et al. 2007), deforms highly at southeast by Cenomanian transpression structures (Azevedo 1991; Soares Júnior et al. 2008) and, at north of the RFZ (Figs. 4.1b and 4.2), the Basin is a typical rift Basin of passive margin with thermal subsidence and normal faults dipping north.
Four tectonic stages marked the tectonic-sedimentary evolution of the Basin: pre-rift, rift, post-rift and drift (Feijó 1994; Pellegrine and Severiano Ribeiro 2018) (Fig.
41 3). The pre-rift stage underwent the high tensions in the lithosphere stretch, forming a sag-type Basin (Milani et al. 2007). The initial rift stage marked the continental breakup by mechanical subsidence and listric normal faults arranged backstepping pattern, with depocenters in rhombic grabens. In the initial rift phase (rift II), the continent (onshore) is failed and forms some grabens. Then the ocean floods the continent. A posterior rifting (rift III) occurs and affect the Basin distal part (offshore) (Trosdtorf Júnior et al. 2007). The decrease of local tectonism during the post-rift stage and drift was marked by the influence of RFZ movements with the installation of a transform margin, thermal subsidence, and large sediment input (Szatmari 1987;Trosdtorf Júnior et al. 2007). The RFZ have been active enforcing dextral movements during all these stages on the Barreirinhas evolution (Tavares 2017; Andrade et al. 2018).
Figura 4.3 Barreirinhas Basin litho-, chrono-, and tectonostratigraphic columns with the representation of the units recognized in the study area (modified from Trosdtorf et al., 2007).
The rifting occurred in Aptian and Neoalbian under influence of transtensional forces (Trosdtorf Júnior et al. 2007; Soares Júnior et al. 2008). During the Albian rift phase, marine sedimentation started with deposition of carbonate shales and
42 sandstones sequences of the Canária Group (Mesoalbian), comprising Arpoador, Tutóia, Bom Gosto and Barro Duro formations (Regali et al. 1985) (Fig. 4.3). Mixed carbonate-siliciclastic sedimentation dominated the continental margim, starting the drift phase, of depositing the Caju group (Turonian), composed by shallow water deposits of the Bonfim, Preguiças and Periá formations, and the Humberto de Campos (Oligocene) (Pamplona 1969). In the last phase, carbonate sedimentation returned with the Pirabas and Barreiras formations (Miocene to recent) (Feijó 1994; Trosdtorf Júnior et al. 2007).
4.3-Materials and methods
The data set comprises eight 2D reflection seismic lines, with approximately 600 km surveyed, and five borehole data provided by the Brazilian Agency of Petroleum, Natural Gas, and Biofuels (ANP). The seismic lines are post-stack time-migrated surveyed both onshore and offshore of the Barreirinhas Basin (Fig. 4.2). Four lines are onshore (L1, L2, L3, and L4), the line L5 extends from the coast to the shelf break, and the three lines are offshore (L6, L7 and L8). In addition, five wells (P1, P2, P3, P4 and P5) intercept the seismic.
Attributes and color spectra were applied in the seismic sections to optimize the interpretation process in the Petrel E&P software (Schlumberger Ltd.). The Structural Smooth and Variance attributes were used to emphasize discontinuities of reflectors and structural features and the Phase Cosine attribute for the analysis of the pattern of reflector terminations. Complementary attributes (Structural Smooth, RMS Amplitude, Remove Bias and Phase Shift), similar to the TecVA attribute (Bulhões and Amorim 2005), provided a characteristic of pseudo-relief aspect to the seismic sections. These attributes improved the visualization of the stratigraphy, structural features, and the delimitation of the acoustic basement.
Geological interpretation of the seismic units (Fig. 4.4) and the main structural features was based on the seismic patterns of the reflectors, such as inner and outside geometry configuration, continuity, amplitude, frequency, impedance contrast, and reflector terminations, according to the classical concepts of Mitchum Júnior and Vail (1977). Initially, chronostratigraphic information from five wells were plotted on the seismic lines. The well correlation used primarily the gamma ray and the sonic logs data (Fig. 4.5). Then, the most significant reflectors were mapped, in terms of
43 continuity, amplitude, and tied to the well data, which provided chronological meaning, and aided in defining the seismic sequences. In addition, well logs from borehole data were used to delimit and understand the seismic-sedimentary sequences corresponding formation tops.
4.4- Results
4.4.1-Seismic stratigraphy
The rift sequences are composed by four seismic units (U1-U4) delimited on top by the reflectors R4 (Figs. 4.4 and 4.6). The post-rift sequence is composed by six seismic units (U5-U10) delimited between reflectors R4-R10, including transitional sag and drift sequences (Fig. 4.4).
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Figura 4.4 Summary showing the major seismic facies of the acoustic basement (AB) and geological units (U1-U10), including seismic parameters description, interpretation, and the tectonic phase associated by major horizons (R1- R10 and R).
The top of the basement of the Barreirinhas Basin (R horizon) was mapped between the double travel times (TWT) of 0.5 and 3.8 s onshore (Fig. 4.6 to 4.8) and it is so deep as 9.0 s offshore (Figs. 4.9 and 4.10). This acoustic basement (AB)
