DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ANÁLISE ESTRATIGRÁFICA E HIDROGEOLÓGICA DA
FORMAÇÃO SÃO SEBASTIÃO NO CAMPO DE ARAÇÁS, BACIA
DO RECÔNCAVO – BAHIA.
Salvador, Bahia
2008
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE PÓS GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA
ANÁLISE ESTRATIGRÁFICA E HIDROGEOLÓGICA DA
FORMAÇÃO SÃO SEBASTIÃO NO CAMPO DE ARAÇÁS,
BACIA DO RECÔNCAVO - BAHIA
.por
AGLAIA TRINDADE BRANDÃO
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Submetida em satisfação parcial dos requisitos ao grau de MESTRE EM CIÊNCIAS
GEOLOGIA à
Câmara de Ensino de Pós-Graduação e Pesquisa da Universidade Federal da Bahia
Prof. Dr. Olivar Antônio Lima de Lima Orientador
iii
TERMO DE APROVAÇÃO
Aglaia Trindade Brandão
ANÁLISE ESTRATIGRÁFICA E HIDROGEOLÓGICA DA
FORMAÇÃO SÃO SEBASTIÃO NO CAMPO DE ARAÇÁS, BACIA
DO RECÔNCAVO – BAHIA.
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Submetida em satisfação parcial dos requisitos ao grau de MESTRE EM CIÊNCIAS
GEOLOGIA à
Câmara de Ensino de Pós-Graduação e Pesquisa da
Universidade Federal da Bahia
Aprovado: Comissão Examinadora: ... Dr. Olivar A. L. de Lima (orientador) ... Dr. Claiton Marlon dos Santos Scherer ... Msc. Geraldo Girão Nery
FICHA CATALOGRÁFICA
BRANDÃO, A. T.
Análise Estratigráfica e Hidrogeológica da Formação São Sebastião no Campo de Araçás, Bacia do Recôncavo - Bahia. [Salvador, Bahia] 2008.
XVIII, 124 f.: il.: 29,7 cm (Instituto de Geociências- Universidade Federal da Bahia, Mestrado em Hidrogeologia e Meio Ambiente).
Dissertação – Universidade Federal da Bahia, realizada no Instituto de Geociências, 2008 Orientador: Olivar Antônio Lima de Lima
1. Estudo hidrogeológico. 2. Estratigrafia e sedimentologia. 3. Petrofisica de poços, 4-Modelagem Geológica.
v
“Os eruditos são aqueles que leram nos livros; mas os pensadores, os gênios, os iluminadores do mundo e os promotores do gênero humano são aqueles que leram diretamente no livro do mundo."
AGRADECIMENTOS
Para a realização desta dissertação, contamos com a colaboração da PETROBRAS que cedeu dados de perfis de poços, fotografias aéreas, testemunhos, software Anasete, lâminas petrográficas, além da paciência e boa vontade de geólogos e técnicos nas etapas de campo e escritório, sempre estimulando e colaborando com sugestões e críticas. Agradecimentos especiais aos geólogos Ricardo Vaqueiro, Rosely Perroni, Luiz Ferradans, Luciano Magnavita, Paulo Soeiro e Cristiano Sombra, e aos demais colegas de trabalho pelo incentivo e compreensão.
Agradecimentos especiais aos professores Olivar Lima (UFBA), Ângela Leal (UFBA), Luiz Fernando De Ros (UFRGS) e Claiton Scherer (UFRGS), pelos ensinamentos e colaborações que contribuíram ao enriquecimento deste trabalho.
Aos funcionários da UFBA, especialmente a Nilthon e Lene sempre presentes nos momentos de desencontros, ajudando e colaborando.
À minha mãe, avós, tias e amigos, e a todos que de forma direta ou indireta, ajudaram com palavras de incentivo e apoio. Aos meus amores Márcio, Leninha, Mel, Fox Lu e Pam.
vii RESUMO
O processo de exploração de petróleo na Bacia do Recôncavo se iniciou em 1941 no campo de Candeias. Porém, foi a partir da década de 1960 que a produção de hidrocarbonetos foi alavancada com a descoberta de novos campos e zonas produtoras. O campo de Araçás foi descoberto em 1967, sendo um dos campos mais importantes desta Bacia. A Formação São Sebastião foi depositada no período Cretáceo possuindo idade variando do Barremiano Inferior ao Aptiano Inferior, com duração de 15 m.a. Possui 1900m de espessura máxima conhecida e espessuras médias em torno de 550m. Esta formação é considerada um importante aqüífero da bacia, sendo explorado para consumo humano, animal, agrícola e industrial. No campo de Araçás a Formação São Sebastião se comporta ora como aqüífero livre, ora como confinado. Possui água doce do topo até uma profundidade média de 745m e na sua parte basal, a água se torna de salobra a salgada. Perfis geofísicos de poços tais como SP, ILD, SN e RILD, ajudaram a identificar o tipo de fluido presente na formação, pois tanto a curva SP como as resistividades profundas (ILD/RILD) e rasas (SN) refletem a diferença da resistividade entre a água da formação (Rw) e aquela usada no fluido de
perfuração (Rmf). Desta maneira pôde-se: (i) mapear o contato água doce/água salgada, (ii)
individualizar litologias, (iii) calcular parâmetros petrofísicos tais como volume de argila (Vsh), (iv) salinidade e (v) resistividade da água de formação (Rw). Afloramentos, dados de
testemunhos e lâminas petrográficas da Formação São Sebastião, auxiliaram na construção de um modelo deposicional para esta formação. Os resultados indicam que os arenitos foram depositados em um sistema fluvio-deltáico e sofreram uma diagênese de médio grau, sendo constituídos por intercalações de folhelho e siltitos, onde dominaram os processos autocíclicos sobre os alocíclicos. A partir dos estudos petrofísicos e estratigráficos foi possível realizar um modelo geológico 3D, onde pôde-se correlacionar os marcos estruturais (marco D e marco F), interpretados para cada poço, e os contatos água doce/água salgada, possibilitando assim, realizar o calculo do volume de água doce existente na formação são Sebastião na região de estudo. Dados de análises químicas de amostras de águas superficiais e subterrâneas foram tratados em gráficos convencionais que atestam se tratarem de água de boa qualidade química.
ABSTRACT
The oil exploration works in the Recôncavo basin was started during the year’s 40 with the discovery of Candeias oil field. However, it was during the 60´s that oil production was really increased, with the discovery of many news fields. The Araçás field has started in 1967, and is one of the most important oil fild in Recôncavo basin. São Sebastião Formation was deposited during the Cretaceous, having ages from the Barremian to the Low Aptian, with a time span of approximately 15 millions years. It has a maximum thickness of about 1900m but reaches an average thickness of 550m within the Araçás field. This dominant sandstone formation is also considered an important groundwater reservoir in the Recôncavo basin, being extensively used for humans, animals and industries water supplies. In Araçás area it occurs both as a water-table aquifer and as a semi-confined aquifer, and contains fresh water from the surface to about 745m depths. On its basal portion the groundwater become increasingly salty. Geophysical logs of spontaneous potential (SP), deep induction resistivity (RILD/ILD) and short normal resistivity (SN) were used to identify the water quality inside the sandstones bodies, as these logs reflect the contrast between the native groundwater (Rw) and the water used in
the drilling fluids (Rmf). Thus it was possible: (i) to construct a configuration map for the
fresh/salt water interface within the São Sebastião Formation; (ii) to interpret and correlate the lithological changes within this formation; and (iii) to compute the petrophysical parameters for the sandstones such as the clay volume content (Vsh), and the resistivity and
equivalent salinity of their native formation waters. Analysis of outcrops, of drill cores from some oil wells and of thin sections of this formation helped us to build a conceptual model for its deposition in the area. These results have shown that these medium level diagenetic sandstones were deposited on fluvial-deltaic systems in which autocyclic processes have dominated the allocyclic ones. From these stratigraphic and petrophysical results it was composed a 3D geological model for the sandstones units included between two distinct electric markers (marks B and F), and the volume of fresh water having excellent chemical quality.
ix ÍNDICE
FICHA CATALOGRÁFICA iii
AGRADECIMENTOS iv
RESUMO v
ABSTRACT vi
INDICE vii
LISTA DE FIGURAS viii
LISTA DE TABELAS iv
LISTA DE FOTOGRAFIAS x
1. INTRODUÇÃO 1
1.1 JUSTIFICATIVA 2 1.2 OBJETIVOS 2
1.3 HISTÓRICO EXPLORATÓRIO DA BACIA DO RECÔNCAVO 4
2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA ÁREA EM ESTUDO 8
2.1 LOCALIZAÇÃO, DIMENSÕES E ACESSO 8
2.2 ASPECTOS FÍSICOS 9
2.3 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS 12
2.3.1 Trabalhos Anteriores 12
2.3.2 Arcabouço Estrutural 13
2.3.3 Estratigrafia e Sedimentologia 19
2.3.3.1 Litoestratigrafia e Sistemas deposicionais 21
2.3.3.2 Estratigrafia de seqüências da Bacia do Recôncavo 23
2.3.3.3 Sistemas petrolíferos da Bacia do Recôncavo 24
3. METODOLOGIA E BASES METODOLÓGICAS 26
3.1 PERFILAGEM GEOFÍSICA DE POÇOS E PARÂMETROS PETROFÍSICOS 28
3.1.1 Interpretação Qualitativa 30
3.1.2 Interpretação Quantitativa 31
3.2 CONCEITOS BÁSICOS DE ESTRATIGRAFIA DE SEQÜÊNCIAS 34
3.2.2 Principais Superfícies da Estratigrafia de Seqüências 39
3.2.3 Modelos de Seqüência 39
4.0 RESULTADOS GEOLÓGICOS E GEOFÍSICOS 42
4.1 GEOLOGIA 42
4.1.1 Mapeamento Geológico de superfície 42
4.2 GEOMORFOLOGIA 45
4.3 RESULTADOS GEOFÍSICOS E PETROFÍSICOS 51
4.3.3 Mapa do zoneamento da água doce/salgada 55
4.4 ANÁLISE ESTRATIGRÁFICA E ESTRUTURAL 57
4.4.1 Marcos Cronoestratigráficos do Andar Buracica 59
4.4.2 Sismofácies e significados 64
4.4.3. Modelo deposicional para a Formação São Sebastião 64
4.4.4 Estudos de Afloramento 66
4.4.5 Análise dos testemunhos 68
4.4.5.1 Correlação Rocha X Perfil e Estratigrafia de Seqüências 78
4.4.6 Modelo conceitual 81
4.4.7 Modelo Geológico 3D 85
4.5 ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS 97
4.5.1 Análise Hidrográfica 98
4.5.2 Análise Hidrogeológica 100
4.5.2.1 Tipos de aqüíferos e recarga 100
4.6 HIDROQUÍMICA 101
4.6.1 Trabalhos de campo 101
4.6.2 Análises de laboratório 101
4.6.3 Classificação das águas 104
5. DISCUSSÕES E CONCLUSÕES 108
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 111
7. ANEXOS 119
7.1 Anexo 1: Seção Strike 1 120
xi
7.4 Anexo IV: Seção Strike 2 123
LISTA DE FIGURAS
Figura 01: Principais descobertas da Bacia do Recôncavo. (Modificado de FIGUEIREDO et al, 1994).
5
Figura 02: Localização dos principais campos de petróleo da Bacia do Recôncavo. (Modificado de FIGUEIREDO et al, 1994).
6
Figura 03: Mapa de localização aproximada da área de estudo (em vermelho), mostrando os principais acessos á área (DNIT 2002).
8
Figura 04: Balanço Hídrico referente à estação Alagoinhas: períodos mais chuvosos entre abril e agosto, e períodos de estiagem de setembro a março.
9
Figura 05: Mapa esquemático mostrando as principais bacias hidrográficas Brasileiras, (Modificado de ANA 2007).
10
Figura 06: Mapa esquemático da subdivisão das regiões administrativas da água e das bacias hidrográficas do Estado da Bahia, segundo o Manual de Outorga 1997, modificado de SRH 2007.
11
Figura 07: Mapas de localização, limites e arcabouço estrutural da Bacia do Recôncavo. (Modificado de MILHOMEM et al, 2003).
14
Figura 08: Seção estrutural esquemática NW-SE da Bacia do Recôncavo. (MAGNAVITA et al, 2005).
15
Figura 09: Mapa Bouguer da Bacia do Recôncavo, evidenciando o depocentro da bacia. (FIGUEIREDO et al, 1994).
16
Figura 10: Mapa estrutural da Bacia do Recôncavo, mostrando a falha de borda (Falha de Salvador), falhas de transferência (Falhas de Mata-Catu e Itanagra-Araçás), os altos estruturais (Patioba, Aporá, Dom João e Salvador), os baixos estruturais (Camaçari, Alagoinhas, Miranga e Quiambina), além das plataformas (Cassarongongo, São Domingos, Pedra do Salgado e Patioba). (Modificado de FIGUEIREDO et al, 1994).
18
Figura 11: Carta estratigráfica da Bacia do Recôncavo. O retângulo em vermelho destaca o intervalo estudado. EMB (embasamento); AFL (Afligidos); CZ (Cazumba); PD (Pedrão); ALI (Aliança); CG (Capianga); BP (Boipeba); SER (Sergi); ITA (Itaparica); AG (Água grande); CAN(Candeias); TA (Tauá); GO (Gomo); MAR (Maracangalha); CAR (Caruaçu); PIT (Pitanga); MAF (Marfim); CT (Catu); SAN (Santiago); POJ (Pojuca); SS (São Sebastião); SAV (Salvador); MAS (Marizal); SAB (Sabiá); BAR (Barreiras). (CAIXETA et al, 1994).
20
Figura 12: Relação da curva SP com o Rw e o Rmf. Note a presença da zona de invasão (em laranja).
xiii
Figura 14: Perfil de equilíbrio de um rio ajustado para o nível de base de um lago e nível de base do mar. (Modificado de PRESS E SIEVER (1986)).
35
Figura 15: Curva Transgressivo-Regressiva (T-R), onde RN= Regressão Normal e RF=Regressão Forçada. (Modificado de POSAMENTIER, et al, 1992).
37
Figura 16: Retrogradação: fácies de sistemas deposicionais mais profundos sobre mais rasos. (Modificado de CATUNEANU, 2002).
37
Figura 17: Progradação: fácies de sistemas deposicionais mais rasos sobre mais profundos. SIM= Superfície de Inundação Máxima. (Modificado de CATUNEANU, 2002).
38
Figura 18: Terminações características em refletores sísmicos. (Modificado de EMERY & MYERS (1996)).
38
Figura 19: Modelos de Seqüência. (Modificado de CATUNEANU, 2002). 40 Figura 20: Mosaico com fotografias aéreas da área em estudo. O quadrado em vermelho representa a área onde foi realizado o modelo Geológico 3D.
43
Figura 21: Mapa Geológico da área em estudo. 44 Figura 22: Modelo Digital de Terreno da área em estudo (MDT). 46 Figura 23: Mapa de declividade do terreno na área em estudo. 47 Figura 24: Mapa Geomorfológico da região em estudo mostrando os principais tipos de modelado.
48
Figura 25: Mapa dos Domínios Geoambientais da Região de estudo. (A) Domínio dos Pediplanos; (B) Domínio das Áreas Úmidas; (C) Domínio de Relevo Ondulado e (D) Áreas de Preservação e Áreas de Proteção Permanente, (APP’s).
49
Figura 26: Unidades Geoambientais da Região de estudo: (A) Domínio dos Pediplanos, (A1) Pediplanos com Cerrado, (A2) Pediplanos com Floresta Ombrófila Densa, (A3) Pediplanos com Floresta Ombrófila Densa Degradada, (A4) Pediplanos com áreas antropisadas; (B) Domínio das Áreas Úmidas, (B1)Área Úmida Assoreada, (B2)Área Úmida com Floresta Ombrófila Densa Aluvial, (B3) Área Úmida com áreas antropisadas; (C) Domínio de Relêvo Ondulado, (C1) Morrotes com Vertentes Acentuadas, (C2) Morrotes Abaulados com Cerrado, (C3) Morrotes Abaulados com Floresta Ombrófila Densa, (C4)Morrotes com áreas antropisadas; (D) Áreas de Preservação, (D1)Áreas Reflorestadas, (D2)Áreas de Preservação Permanente (APPs).
50
Figura 27: Em azul: zona de água doce e em vermelho: zona de água salgada. SP (folhelho) = zona de maior argilosidade; SP (arenito) = zona com arenito sem argilosidade; SSP = deflexão do SP estático. Observar as deflexões da curva do SP para a direita na zona de água doce, e para a esquerda na zona de água salgada. Observar a deflexão das curvas SN e ILD (em zona de água doce o SN<ILD e na zona de água salgada, SN>ILD).
Figura 28: Exemplo de correção da curva SP. À esquerda a curva SP sem o fator de correção e á direita com o fator de correção. Note que o efeito da argilosidade foi atenuado após aplicar o fator de correção. A linha azul tracejada indica o contato água doce/água salgada.
52
Figura 29: Interpretação quantitativa de perfis, através do SP e suas correções. Da esquerda para a direita: Parâmetros quantitativos: SP, SP corrigido (SPC); relação do ILD e SN, em zonas de água doce (ILD>SN); RW; RW corrigido (RwC); Salinidade(Sal); Salinidade corrigida (SalC) e Vsh; Parâmetros qualitativos: litologia (verde =folhelho, amarelo=arenito); e a detecção dos limites de água doce (em linha azul tracejada).
53
Figura 30: Exemplo de cálculos petrofísicos, usando dados de perfis geofísicos em planilha eletrônica.
54
Figura 31: Mapa estrutural do contato água doce/água salgada da Formação São Sebastião. 56 Figura 32: Mapa da Bacia do Recôncavo, mostrando as principais direções das paleocorrentes da Formação São Sebastião, através das setas em vermelho. Note que para a região em estudo, as principais paleocorrentes são NNW/SSE, conforme indicam as setas em vermelho e o diagrama de roseta. Modificado de POTTER et al, 1977.
58
Figura 33: Correlação das cartas estratigráficas das bacias do Recôncavo, Tucano - Jatobá, Sergipe e Alagoas.
59
Figura 34: Mapa do topo estrutural do marco B. 62 Figura 35: Mapa do topo estrutural do marco F. 63 Figura 36: Seção sísmica processada em profundidade na direção geral NE/SW. Áreas em vermelho mostram padrões de sismofácies plano paralelo, e áreas em verde mostram padrões caóticos e free.
64
Figura 37: Modelo esquemático de deposição em rios entrelaçados. 65 Figura 38: Analise seqüencial de testemunhos. Seqüência dos três testemunhos do poço estudado, de cima para baixo é exibido os testemunhos 1, 2 e 3 respectivamente.
69
Figura 39: Analise seqüencial de testemunhos do testemunho 01. Testemunho mais ao topo do poço estudado.
70
Figura 40: Analise seqüencial de testemunhos do testemunho 02. Testemunho intermediário do poço estudado.
71
Figura 41: Analise seqüencial de testemunhos do testemunho 03. Testemunho mais à base do
poço estudado. 72
Figura 42: Relação da porosidade (PHIH1) x permeabilidade (KH1) obtidos através de plug dos testemunhos. (a) = Relação PHIH1 x KH1 na fácies Afm; (b) = Relação PHIH1 x KH1 na fácies Afp; (c) = Relação PHIH1 x KH1 na fácies Amx; (d) = Relação PHIH1 x KH1 na
xv
Figura 43: Foto montagem de três testemunhos: da direita para a esquerda estão localizados os testemunhos 3, 2 e 1 respectivamente. Afm=Arenito fino maciço; Afp=Arenito fino com estratificação plano paralela a baixo ângulo; Amx= Arenito médio com estratificação cruzada acanalada. F= Sistema fluvial; D= Sistema deltáico. As linhas verde, amarela e azul indicam mudança de fácies.
76
Figura 44: Seção estratigráfica com datum no marco F, mostrando as interpretações obtidas nos testemunhos, e interpretadas para poços vizinhos. Os testemunhos 3, 2 e 1 estão representados em vermelho no poço testemunhado, sendo o testemunho 3 o mais profundo e o 1 o mais raso. Em laranja é mostrado o sistema deltaico e em amarelo o sistema fluvial.
80
Figura 45: Modelo Regional esquemático para a deposição da Formação São Sebastião. 82 Figura 46: Testemunho 01 (T1) com lâmina a 191,65m, e testemunho 02 ( T2) com lâmina a 366m. Fotomicrografia 01: Grãos de quartzo apresentando crescimento de quartzo (Qz) e fragmentos de argila (A) descontínuos entre os grãos (caolinita e clorita). Fotomicrografia 02: Micas (M) (biotitas e moscovitas microcristalinos) deformadas pela compactação dos grãos de quartzo.
84
Figura 47: Modelo estrutural para o marco F da Formação São Sebastião. Intervalo de contorno 30m.
86
Figura 48: Modelo estrutural para o marco B da Formação São Sebastião. Intervalo de contorno 30m.
87
Figura 49: Seção E-W mostrando no modelo Geológico 3D, em rosa do marco F ao marco B; em roxo do marco B até o limite de água doce/água salgada; em azul o limite água doce água salgada; e em vermelho do limite água doce/água salgada, à base da Formação São Sebastião.
88
Figura 50: (a) Curvas de proporções verticais, do intervalo do marco F ao marco B, mostrando que para o modelo foram utilizadas duas fácies: areia (amarelo) e argila (verde), distribuídas em 30 layers para uma espessura de 240m. (b) Cálculo de variogramas experimentais, utilizando-se de parâmetros geoestatísticos para modelo geológico 3D.
89
Figura 51: Modelo Geológico 3D de fácies da Formação São Sebastião da área em estudo. Em verde: folhelho; em amarelo: arenito.
90
Figura 52: Gráfico SP x Salinidade. Indica presença de duas zonas com salinidades distintas: a zona em azul, presença de água doce, e a em vermelho, presença de água salgada.
91
Figura 53: Modelo Geológico 3D para propriedade Vsh modelada segundo a interpretação de fácies.
92
Figura 54: Modelo Geológico 3D para propriedade Rw modelada segundo a interpretação de fácies.
93
Figura 55: Modelo Geológico 3D para propriedade Salinidade modelada segundo a interpretação de fácies.
Figura 56: Histogramas mostrando a distribuição das fácies (a), salinidade (b), Rw (c) e Vsh (d).
95
Figura 57: Modelo Geológico 3D da Formação São Sebastião, mostrando apenas as seções de arenito, exibindo os contatos água doce/água salgada.
96
Figura 58: Mapa de sub-bacias hidrográficas da região em estudo, e pontos de amostragem de água.
98
Figura 59: Mapa de sub-bacias hidrográficas e MDT da região em estudo. 99 Figura 60: Resultado das análises físico-químicas da primeira etapa de campo (08/09/2005). 102 Figura 61: Resultado das análises físico-químicas da primeira etapa de campo (21/12/2005). 102 Figura 62: Diagrama de PIPER (1944) de classificação de águas. Amostras de 09/05. 105 Figura 63: Diagrama de PIPER (1944) de classificação de águas. Amostras de 12/05. 106 Figura 64: Diagrama de PIPER (1944) de classificação de águas. Amostras de poços coletados.
xvii
LISTA DE TABELAS
Tabela 01: terminologia das hierarquias de seqüências em termos de ordem e suas durações correspondentes. (Modificado de VAIL 1991).
34
Tabela 02: Tabela de fácies para a Formação São Sebastião do Campo de Araçás. 77 Tabela 03: Tabela de associações de fácies para a Formação São Sebastião do Campo de Araçás.
78
Tabela 04: Comparação dos volumes obtidos através dos métodos de médias e através do modelo 3D.
97
Tabela 05: parâmetros de detecção utilizados na analise do dia 08/09/2005. 103 Tabela 06: parâmetros de detecção utilizados na analise do dia 21/12/2005. 103
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Foto 01: Mapa de localização dos afloramentos 1 e 2 e Foto-montagem de afloramento situado na região sul da Bacia do Recôncavo (Próximo á cidade de Camaçari).
66
Foto 02: Foto-montagem de afloramento situado na região central da Bacia do Recôncavo (Próximo á cidade de Alagoinhas).
