UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE AGRONOMIA DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
ESTRATIGRAFIA DE SEQUENCIAS: CONCEITOS FUNDAMENTAIS E APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO
MÁRCIO PARISOTTO ALUNO
FERNANDO MACHADO DE MELLO ORIENTADOR
MAIO DE 2007
ÍNDICE Resumo...................................................................................................................iii Lista de Figuras....................................................................................................... iv iv
Capítulo 1 – Introdução 1.1 – Apresentação............................................................................5 1.2 – Objetivo.....................................................................................6 1.3 – Histórico....................................................................................6 1.4 – Conceitos..................................................................................8 1.5 – Seqüência: Unidade Fundamental..........................................10
Capítulo 2 – Sismoestratigrafia 2.1 – Visão Geral..............................................................................13 2.2 – Interpretação Sismoestratigráfica............................................14 2.3 – Curva eustática e Arquitetura Deposicional.............................17
Capítulo 3 – Estratigrafia de Seqüências 3.1 – Introdução...............................................................................19 3.2 – Acomodação...........................................................................20 3.3 – Eustasia..................................................................................21 3.4 – Taxa de Variação Relativa do Nível do Mar................ ...........22 3.5 – Parasseqüências Conjunto de Parasseqüências...................23 3.6 – Limite de Seqüências.............................................................25 3.7 – Trato de Sistemas..................................................................29 3.7.1 – Trato de Sistema de Mar Baixo...........................................29 3.7.2 – Trato de Sistema Transgressivo.........................................33 3.7.3 – Trato de Sistema de Mar Alto.............................................35 3.8 – Tratos de Sistemas e Plays ...................................................36
Capítulo 4 – Conclusões......................................................................................37 Capítulo 5 – Referências Bibliográficas.............................................................38
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ÍNDICE Resumo...................................................................................................................iii Lista de Figuras....................................................................................................... iv iv
Capítulo 1 – Introdução 1.1 – Apresentação............................................................................5 1.2 – Objetivo.....................................................................................6 1.3 – Histórico....................................................................................6 1.4 – Conceitos..................................................................................8 1.5 – Seqüência: Unidade Fundamental..........................................10
Capítulo 2 – Sismoestratigrafia 2.1 – Visão Geral..............................................................................13 2.2 – Interpretação Sismoestratigráfica............................................14 2.3 – Curva eustática e Arquitetura Deposicional.............................17
Capítulo 3 – Estratigrafia de Seqüências 3.1 – Introdução...............................................................................19 3.2 – Acomodação...........................................................................20 3.3 – Eustasia..................................................................................21 3.4 – Taxa de Variação Relativa do Nível do Mar................ ...........22 3.5 – Parasseqüências Conjunto de Parasseqüências...................23 3.6 – Limite de Seqüências.............................................................25 3.7 – Trato de Sistemas..................................................................29 3.7.1 – Trato de Sistema de Mar Baixo...........................................29 3.7.2 – Trato de Sistema Transgressivo.........................................33 3.7.3 – Trato de Sistema de Mar Alto.............................................35 3.8 – Tratos de Sistemas e Plays ...................................................36
Capítulo 4 – Conclusões......................................................................................37 Capítulo 5 – Referências Bibliográficas.............................................................38
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RESUMO A Estratigrafia de Seqüências se fundamenta no registro sedimentar, apartir de ciclos eustáticos do nível do mar, e engloba tratos de sistemas que serão abordados com visão holística. O aperfeiçoamento na aquisição, processamento e inerpretação dos dados sísmicos proporcionados pela indústria do petróleo promovem modificações e atualizações de conceitos que acaretam em nova interpretação de litofácies nos sistemas deposicionais. A busca e análise dos métodos interpretativos das seqüências e sua geração serão abordados através de idéias e conceitos oriundos de pensamentos individuais e escolas, no âmbito de discussão e avaliação. A interpretação de litofácies deposicionais em cada trato de sistema constitui um conjunto de geometrias de reflexão/estratos esperados para cada trato. Dessa forma é possível inferir, dentro de algumas limitações, os paleoambientes deposicionais, e por conseguinte, os tratos de sistemas.
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LISTA DE FIGURAS Figura 01 - A seqüência genética de Galloway e a sua comparação com a seqüência da Exxon...........................................................................................................................................11
Figura 02 – Discordâncias.......................................... ....................................................... 15 Figura 03 – Geometrias estratais e terminações de refletores...........................................16 Figura 04 – Estágios da curva eustática........................................................... ..................17 Figura 05 – Modelos de fácies sísmica básicos.......................................... ........................17 Figura 06 – Modelos de terminações de refletores em seqüência hipotética.....................18 Figura 07 – Espaço disponível para potencial deposição: Acomodação............................20 Figura 08 – Eustasia e batimetria........................................................................................21 Figura 09 – Curva Eustática................................................................................................22 Figura 10 – Variação relativa do nível do mar............................... ......................................23 Figura 11 – Conjunto de parasseqüências............................................................ ..............24 Figura 12 – Limite de seqüência Tipo 1..................................................................... ..........25 Figura 13 – Limite de seqüência Tipo 2...............................................................................26 Figura 14 – Limite de seqüência Tipo 1 em plataforma carbonática...................................27 Figura 15 – Limite de seqüência Tipo 2 em plataforma carbonática...................................27 Figura 16 – Seqüências e modelos de tratos de sistemas deposicionais...........................28 Figura 17 – Trato de sistemas de mar baixo inicial...................................................... .......30 Figura 18 – Origem do limite de seqüência e formação de regressão forçada pela queda contínua do nível do mar.............................................................................................................31
Figura 19 – Trato de sistemas de nível baixo final.............................................. ................32 Figura 20 – Superfície de ravinamento................................................................ ................33 Figura 21 – Trato de sistemas transgressivo.......................................................................34 Figura 22 – Trato de sistemas de nível alto.................................................................... .....35 Figura 23 – Formação de limite de seqüência e novo desenvolvimento de trato de sistemas de nível baixo............................................................................................................................36
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CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 – Apresentação O surgimento da Estratigrafia de Seqüências veio possibilitar exatamente esta visão do todo na análise de bacias sedimentares, consolidando num só arcabouço as informações advindas de diversos campos da geologia sedimentar, tais como a sedimentologia, a bioestratigrafia, a paleogeografia, entre outros. O caráter revolucionário dentro das geociências, defendido por Miall,1992, e Della Fávera,1995, impulsiona a Estratigrafia de Seqüências como um ícone comparado com a Teoria de Tectônica de Placas. A sismoestratigrafia ou estratigrafia de seqüências, representada por frentes como a Escola da Exxon, especula os fatores determinantes para a configuração da arquitetura deposicional, pois as seções sísmicas nos fornecem a conjuntura atual das bacias sedimentares. No entanto, o entendimento da dinâmica da bacia, considerando os fatores tectônicos associados aos processos de sedimentação marinha, exposição e possível erosão, correntes marinhas profundas e correntes de marés, a ação do clima determinando o tipo de sedimentação, fatores estruturais determinando aumento no espaço de acomodação, além dos fatores clássicos como subsidência e taxa de variação relativa do nível do mar são fundamentais. Contudo, existe uma preocupação na inferência desses fatores, de modo a não haver precipitação e forçar uma concepção do modelo, justificando litofácies deposicionais por conta de eventos, por vezes não totalmente associáveis. A necessidade de discussão do assunto é pertinente, e começa pela denominação – modelo – hoje tida como um “método” de análise sísmica, visto àss propriedades intrínsecas à bacia.
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1.2 – Objetivo Esta pesquisa tem o intuito de trazer a tona princípios fundamentais da Estratigrafia de Seqüências, suas atualizações desde as divulgações no AAPG Memoir 26, através da proposta de Peter R. Vail. A divulgação dos conceitos básicos deste método de análise sísmica deve atingir a comunidade acadêmica de forma a estimular o raciocínio calcado na estratigrafia de eventos. Isso é suportado pelo fato de que os trabalhos iniciais foram desenvolvidos através do mapeamento regional de fácies no Paleozóico do Estado de Montana (EUA), e que, portanto, as particularidades
tectono-estratigráficas
daquela
bacia,
diferem
essencialmente das bacias da margem continental brasileira (vistos os controles eustáticos, subsidência, aporte sedimentar, clima). Além disso, o Brasil se revelou um país de grande potencial energético, e a prospecção de hidrocarbonetos exige cada vez mais alta resolução sísmica para suportar as atualizações do modelo proposto inicialmente. A análise da taxa de variação relativa do nível do mar sobre a ótica dos fatores controladores da arquitetura deposicional na conjuntura da plataforma continental brasileira de ser continuamente estudada com o objetivo de combater o delay de informações, e dessa forma, consolidar o Brasil como destaque na prospecção de hidrocarbonetos em águas profundas e ultraprofundas.
1.3 - Histórico A estratigrafia de seqüências é um tratamento estratigráfico que deriva basicamente da sismoestratigrafia. Esta última surgiu na década de 1960, com o desenvolvimento da sísmica digital multicanal, que teve contribuição de equipamentos eletrônicos durante a fase de aquisição de dados e o posterior processamento das informações, contribuindo para a interpretação das atuais seções geológicas.
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O centro de pesquisa de Houston, Texas, com destaque a Peter R.Vail e Robert Mitchum III, apresentaram trabalhos de grande difusão, provocando uma revolução científica conhecida como Estratigrafia de seqüências, esse grupo ficou conhecido como Exxon. Inicialmente, uma série de coincidências na variação do onlap costeiro chamou sua atenção, o que deu origem à proposta da variação do nível do mar como causa principal. Em 1977, no best seller da AAPG Memoir 26, a apresentação dessas teorias despertou interesse das indústrias petrolíferas. O modelo, basicamente, infere litologias associadas às variações eustáticas, consideradas globais e assim correlacionáveis. Dessa forma, em tempos de rebaixamento eustático, formar-se-iam os leques submarinos (rocha reservatório para hidrocarbonetos). Por outro lado, as fases de expansão eustática positiva, correspondendo à superfície de inundação máxima, haveria a formação de rochas geradoras. No mesmo evento Louis Frank Brown e William Fisher discordaram da opinião do grupo da Exxon. Estudos atuais do Pleistoceno indicam que os leques submarinos foram formados durante rebaixamento relativo do nível do mar. Esses modelos sofreram críticas e posteriores modificações, e atualmente Henry Posamentier, tem se destacado, propondo suas idéias através de método de trabalho ao invés de modelos, afastando a estratigrafia de seqüências de seus aspectos polêmicos. Sérgio Cainelli (1993) faz uma atualização de conceitos fundamentais que regem a estratigrafia de seqüências abordando concepções contraditórias com a determinação de superfícies limítrofes das seqüências e as discordâncias tipo 1 e tipo 2. Joel Carneiro de Castro (1999) analisa a estratigrafia de seqüências nos últimos 35 anos, enfatizando pormenores da evolução da sedimentologia de processos à estratigrafia de seqüências. Destaca a conotação litoestratigráfica (rocha pela rocha sem compromisso com o tempo) que foi dada aos sistemas, apesar do próprio termo ter uma conotação holística (partes de um todo) e, portanto cronoestrátigrafica (este tratamento veio mais tarde, com a estratigrafia de seqüências e seus tratos de sistemas). Apresentam ainda a evolução do conhecimento de alguns modelos deposicionais (delta, barra de plataforma e leque submarino), principalmente face os conceitos estratigráficos modernos. 7
No Brasil o avanço da estratigrafia foi influenciado fortemente pela Petrobrás, como reflexo, o aporte de publicações em português teve contribuições de grande importância no ano de 2001. Helio J.P. Severiano Ribeiro em Estratigrafia de Seqüências Fundamentos e aplicações, borda o tema com muita propriedade em todos os seus aspectos, apresentando novidades como a aplicação da micropaleontologia. Jorge C. Della Fávera em Fundamentos de Estratigrafia Moderna confronta o uniformitarismo à estratigrafia de eventos, com visão holística enfatiza o catastrofismo como base científica da sedimentação episódica. Nos últimos anos, praticamente todas as bacias brasileiras foram estudadas em termos de estratigrafia de seqüências. A pesquisa brasileira nessa área fornece grande utilidade no contingente dos trabalhos internacionais, onde tem se destacado em águas profundas e ultra -profundas.
1.4 – Conceitos: Sismoestratigrafia: é um método estratigráfico de interpretação de dados sísmicos, o qual permite uma melhor compreensão da evolução tectonosedimentar de uma bacia. (Severiano Ribeiro, 2001)
Eustasia: é o movimento de elevação ou queda global das águas oceânicas. Segundo Kendall & Lerche (1988), não é possível medir-se a eustasia, a menos que o nível d’água fosse aferido num poste fincado no centro da Terra. Entretanto, movimentos eustáticos são reais e podem ser inferidos a partir de vários métodos. (Della Fávera).
Subsidência: é o movimento de natureza tectônica que afeta o substrato das bacias.
Variação relativa do nível do mar: é a combinação entre a eustasia e a subsidência tectônica. Mais modernamente, Posamentier et al. (1988) introduzem a chamada taxa de variação relativa do nível do mar, que combina a taxa de variação eustática e a taxa de subsidência. 8
Acomodação: é o espaço disponível para a acumulação de sedimentos. Embora a subsidência seja a maior responsável por esta acumulação, esta ficaria modulada pela variação eustática. A disposição geométrica de uma seqüência dependerá da distribuição da acomodação no espaço e no tempo. (Della Fávera, 2001). Posamentier & Allen (1999) consideram inválida a discussão de ser a eustasia ou a tectônica o fator mais importante da acomodação, já que os sedimentos não sabem a diferença entre esses dois fatores.
Discordância: é uma superfície que separa estratos mais novos de mais antigos, ao longo da qual há evidência de truncamento erosivo subaério (em alguns lugares, erosão submarina correlata) ou então de uma exposição subaérea, com a indicação de um hiato significante. (Escola da Exxon, 1988).
Conformidade: é uma superfície de acamamento que separa estratos mais jovens de estratos antigos, ao longo da qual não há evidência de erosão (tanto subaérea como submarina) ou não deposição e onde não haja qualquer hiato significativo. (Della Fávera,2001)
Parasseqüência e conjunto de parasseqüências: é uma sucessão concordante
de
camadas
ou
conjunto
de
camadas
geneticamente
relacionadas, limitada pó superfícies de inundação marinhas e suas superfícies correlatas. (Della Fávera, 2001).
Tratos de sistema: é uma associação de sistemas deposicionais contemporâneos (Brown & Fisher, 1997). Por sua vez, sistema deposicional foi definido por Fisher & McGowen (1967) como os depósitos inter-relacionados de um determinado ambiente deposicional, vistos em três dimensões. Toplap: as reflexões/estratos terminam lateralmente, diminuindo gradualmente
de
espessura
mergulho
acima
e
ascendendo
ao
limite
superior
assintoticamente. O toplap evidencia um hiato não-deposicional e ocorre
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quando o nível de base é muito baixo, a ponto de impedir a continuidade da deposição mergulho acima de um estrato. (Severiano,2001). Onlap: quando
uma reflexão/estrato, inicialmente horizontal, termina
deposicionalmente contra uma superfície inicialmente inclinada ou quando uma reflexão/estrato com certa inclinação termina deposicionalmente mergulho acima contra uma superfície de maior inclinação. (modif..,Severiano,2001). Downlap: ocorre quando reflexão/estrato inclinado termina, mergulho abaixo,
contra uma superfície horizontal ou inclinada.
1.5 – Seqüência: unidade fundamental A abordagem da Estratigrafia de Seqüências em termos de interpretações de seções sísmicas baseia-se basicamente na identificação das terminações das reflexões/estratos e a sua posterior interpretação. O modelo interpretativo da Exxon passou, ao longo dos últimos 35 anos, por reajustes motivados pela melhora na resolução das seções sísmicas e pesquisas pelas indústrias petrolíferas devido ao aumento da demanda energética. Contudo, o referido método de análise estratigráfica mostrou-se próspero. A primeira referência ao termo seqüência ocorreu através do mapeamento regional de fácies no Paleozóico do Estado de Montana (Estados Unidos da América) desenvolvido por trabalhos de Sloss et al . (1949). Portanto, a identificação e delimitação de uma unidade fundamental sempre persistiram na sismoestratigrafia, por vezes em controvérsias. Nesse sentido, destaca-se a Seqüência estratigráfica genética (Galloway) e a Seqüência deposicional (Exxon). A grande divergência estaria na seleção dos limites e nos objetivos de interpretação. O grupo da Exxon usa essencialmente dados sísmicos, enquanto que a de Galloway enfatiza a sedimentologia, interpretando ambientes pelas feições internas e geometrias de fácies. Várias diferenças essenciais distinguem a seqüência estratigráfica genética da seqüência deposicional baseada em sísmica, particularmente porque esta última tem sido primariamente interpretada como refletindo um controle eustático ubíquio sobre 10
o preenchimento da bacia. Galloway admite a ação dos três controles em conjunto.
Explicação: Fácies litorânea Limite de seqüência estratigráfica genética e concordância correlativa Discordância limite da seqüência deposicional e concordância relativa Superfícies deposicionais 2
Sistemas deposicionais costeiros sucessivos Seqüência estratigráfica genética (Galloway) Seqüência deposicional (Exxon)
Figura 01 - A seqüência genética de Galloway e a sua comparação com a seqüência da Exxon (Galloway, 1989).
A arquitetura estratigráfica repetitiva é o produto da interação ativa entre o suprimento sedimentar, subsidência (e soerguimentos) da bacia e variação eustática do nível do mar. Cada uma dessas três variáveis pode dominar a evolução deposicional: além do mais, a arquitetura estratigráfica resultante vai ter o mesmo aspecto, qualquer que seja o controle dominante. (Della Fávera,2001).
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A denominação seqüência, antes seqüência deposicional, esta inserida no contexto da Estratigrafia de Eventos formando depósitos de Sedimentação Episódica (Della Fávera, 2001). Os depósitos de tempestitos, turbiditos, inunditos e sismitos podem ser interpretados como processos catastróficos ocorridos em curtos espaços de tempo, intercalados por longos períodos de “Bom Tempo”. Uma seqüência constitui um ciclo transgressivo-regressivo de 3ª ordem, composto de diversos tratos de sistemas deposicionais. Um trato de sistemas deposicionais foi definido inicialmente como um conjunto natural de sistemas deposicionais contemporâneos e interligados (Brown & Fisher, 1977 apud Severiano Ribeiro, 2001). Vail et al. (1977) definiu uma seqüência como uma unidade estratigráfica composta de uma sucessão relativamente concordante de estratos geneticamente relacionados e limitada, no topo e na base, por discordâncias ou suas conformidades correlatas. Vail et al. (1991), estudando as assinaturas estratigráficas da tectônica, da eustasia e da sedimentologia, estabeleceram as seguintes magnitudes para seqüências ou ciclos sedimentares: 1ª ordem - > 50 Ma 2ª ordem – 3 – 50 Ma 3ª ordem – 0,5 – 3 Ma 4ª ordem – 0,08 – 0,5 Ma 5ª ordem – 0,03 – 0,08 Ma 6ª ordem – 0,01 – 0,03 Ma
A ordem de grandeza de uma seqüência pode ser controlada durante um ciclo de Wilson, caracterizando seqüências de 1ª ordem, passando aos superciclos e superseqüências (2ª ordem) até as seqüências de 5ª e 6ª ordens, caracterizadas, atualmente, por ciclos sedimentares, por vezes consideradas como controladas pela excentricidade orbital da Terra. Nesse caso, refere-se às variações de Milankovitch.
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CAPÍTULO 2 SISMOESTRATIGRAFIA 2.1 – Visão Geral A influência da tecnologia computacional nos processos de aquisição, processamento e interpretação de dados sísmicos são notáveis, tendo em vista ao aumento na resolução das seções sísmicas possibilitando uma maior capacidade de inferência de tratos de sistemas e de seqüências. As reflexões sísmicas são os registros do tempo de percurso (ida e volta) de ondas sísmicas geradas artificialmente na superfície e refletidas em interfaces físicas das rochas. Essas interfaces demarcam o contraste de impedância acústica entre dois pacotes rochosos contíguos. A impedância acústica define-se como o produto da velocidade sísmica de um intervalo de rochas pela sua densidade. (Severiano, 2001). A interpretação sismoestratigráfica é realizada, basicamente por geólogos e geofísicos, no entanto, o objetivo fundamental é determinar o paleoambiente deposicional baseado nas terminações dos refletores. (Fig.03) Essa ferramenta provocou uma nova forma de visualização da arquitetura deposicional,
tendo
uma
preocupação
de
delimitar
as
seqüências
cronoestratigraficamente. Isso é possível através da concepção dos processos deposicionais serem calcados em estratigrafia de eventos. Em virtude da magnitude dos investimentos das companhias petrolíferas na aquisição de dados geológicos e geofísicos, a estratigrafia de seqüências consolida-se como um método exploratório de ideal aplicação em áreas marinhas profundas e destituídas de dados de poços e, por conseguinte uma incapacidade de realizar correlações. Nesse sentido, a inferência das litofácies e, portanto do paleoambiente deposicional, onde estes estão associados a determinados tratos de sistemas, fornece um arcabouço de grande valor na indústria do petróleo, pois o conhecimento preciso de ambientes e litofácies deposicionais torna possíveis predições mais refinadas de rochas reservatório, fonte e selos, além dos caminhos para a migração dos hidrocarbonetos.
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2.2 – Interpretação Sismoestratigráfica A sismoestratigrafia ou estratigrafia de seqüências, representada por frentes como a Escola da Exxon, especula os fatores determinantes para a configuração da arquitetura deposicional, pois as seções sísmicas nos fornecem a conjuntura atual das bacias sedimentares. No entanto, o entendimento da dinâmica da bacia, considerando os fatores tectônicos associados aos processos de sedimentação marinha, exposição e possível erosão, correntes marinhas profundas e correntes de marés, a ação do clima determinando o tipo de sedimentação, fatores estruturais determinando aumento no espaço de acomodação, além dos fatores clássicos como subsidência e taxa de variação relativa do nível do mar são fundamentais. Contudo, existe uma preocupação na inferência desses fatores, de modo a não haver precipitação e forçar uma concepção do modelo, justificando litofácies deposicionais por conta de eventos, por vezes não totalmente associáveis. Os trabalhos clássicos apresentados por Vail, Wagoner, Posamentier, Allen, Mitchum e demais pesquisadores sofreram ao longo dos últimos 3 0 anos aperfeiçoamentos por parte dos mesmos autores e também oriundas de outras escolas e cientistas. As mais importantes abordam os aspectos de delimitação das seqüências, como por exemplo, a definição do conceito de discordância, atualmente com uma relação estratigráfica envolvendo truncamento erosional. A figura 02 mostra as diferenças de inconformidades com aspectos de limites litoestratigráficos, por quanto, as figuras 05 e 06 delimitam as seqüências cronoestratigraficamente com caráter calcado na variação relativa do nível do mar.
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Figura 02 – Discordâncias (Boggs.,2001).
A determinação dos limites de seqüências do tipo 1 ou tipo 2, devem ser, na medida do possível suportadas por dados das mais variadas fontes de informações para se obter uma maior precisão na inferência da delimitação. Atualmente, a micropaleontologia presta grande auxílio na caracterização das seqüências, seus limites, suas superfícies mais importantes e seus tratos de sistemas. Com o mesmo intuito, a análise da petrografia orgânica nos estudos de estratigrafia de seqüências tem demonstrado relações interessantes, com possíveis inferências.
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A interpretação sísmica é facilitada quando, com o objetivo de determinar os padrões geométricos, se procuram locais onde dois ou mais refletores convirjam. A convergência é demarcada por setas apontando a terminação dos refletores, desta forma em escala de seqüência é possível visualizar as relações de estratos. Os principais tipos de terminações de estratos são descritos como toplap, onlap, truncamento, dowlap e offlap (Fig.03). Atualmente, esses termos têm sido incorporados na estratigrafia de seqüências a fim de configurar os modelos de empilhamento, dessa forma, inferindo as seqüências e tratos de sistemas.
Figura 03 – Geometrias estratais e terminações de refletores.
Os padrões de empilhamentos podem ser relacionados com a curva eustática, esta deve ser compreendida em termos de seus pontos de inflexão, e das variações das taxas de variações relativas do nível do mar. O modelo considera a subsidência com constante intensidade, dessa forma, seguindo o onset da queda do nível de base, representada na figura 04, ocorre um
aumento da queda eustática até atingir o ponto de inflexão F, (intersecção da curva com a reta do tempo). Após o ponto de inflexão, a queda eustática diminui a velocidade, se a taxa de subsidência for maior do que do que a queda eustática ocorre uma elevação da taxa relativa do nível do mar. Esse raciocínio nos leva a interpretação de que mesmo com a queda eustática, a taxa de variação relativa do nível do mar, ou seja, a taxa de acomodação pode ser positiva. Partindo do princípio de que a variação relativa do nível do mar é fator determinante na deposição sedimentar, a compreensão da oscilação eustática, 16
subsidência, aporte sedimentar e taxa de variação relativa do mar é fundamental para determinação dos processos relevantes durante a deposição.
2.3 – Curva eustática e a arquitetura deposicional
Figura 04 – Estágios da curva eustática.
As geometrias estratais estão associadas a momentos específicos das relações dos fatores deposicionais, da mesma forma, as fácies símicas, através do reconhecimento dos padrões de reflexões sísmicas e suas interrelações dentro das unidades sísmicas ou seqüências, possibilitam inferir seu posicionamento dentro de uma seqüência. (modif., Embry, 2007). (Fig.05).
Figura 05 – Modelos de fácies sísmica básicos. (Mitchum et al .,1997).
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A complexidade das relações discutidas acima, em termos de discordâncias, geometrias estratais, fácies sísmicas, com um acompanhamento representativo da curva eustática pode ser visualizado na figura 06, através de uma seqüência sísmica hipotética.
Figura 06 – Modelos de terminações de refletores em seqüência hipotética. (Vail et al .,1987).
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CAPÍTULO 3 ESTRATIGRAFIA DE SEQÜÊNCIAS 3.1 – Introdução Estratigrafia de Seqüências é o estudo de relações de rochas sedimentares dentro de um arcabouço cronoestratigráfico de estratos relacionados geneticamente, o qual é limitado por superfícies de erosão ou não-deposição, ou por suas concordâncias relativas. Superfícies de exposição ou de não deposição como indicadoras de discordâncias têm sido repensadas na atualidade. (Della Fávera, 2001). Posamentier e Allen (1999) não as consideram como discordâncias. O conceito de episódios deposicionais e a metodologia de análise de bacias em sistemas deposicionais foram desenvolvidos na região da costa do Golfo como um meio de analisar e interpretar a imensa espessura de sedimentos Mesozóico-Cenozóico ricos em óleo e gás. Os sistemas deposicionais e os tratos de sistemas são definidos, objetivamente, pelas geometrias dos estratos nas superfícies limítrofes, posição dentro de uma seqüência, e modelos internos de empilhamento de paraseqüências. Cada um é interpretado como um segmento da curva eustática. Vail e seus seguidores buscaram uma forma objetiva de derivar uma curva eustática a partir da curva global de deslocamento do onlap costeiro. Essa derivação teria que partir do melhor entendimento das relações dos fatores que controlam a arquitetura deposicional. A análise de bacias em termos de arquitetura deposicional, interpretada na curva eustática, evidencia uma interação entre taxas de eustasia, subsidência e aporte sedimentar, cujo resultado será a geração de uma seqüência com suas componentes internas.
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3.2 – Acomodação Na interpretação sismoestratigráfica busca-se desvendar de que forma os fatores controladores da arquitetura deposicional interagem para dar origem ao padrão estratal e a distribuição espacial de fácies. Nesse sentido, Posamentier et al . (1988), admitem ser importante dois fatores: a quantidade de espaço em disponibilidade para a deposição sedimentar e a taxa de variação de novos espaços adicionados. O primeiro fator é definido por Jervey (1988) apud Mail (1997) como acomodação, a qual se refere a todo espaço colocado em disponibilidade para potencial acumulação de sedimentos. A acomodação é função das flutuações eustáticas e da subsidência. (Figura 07).
Figura 07 – Espaço disponível para potencial deposição: Acomodação. (The open University).
O segundo fator, novos espaços adicionados, também denominados de taxa de acomodação, refere-se ao espaço que foi criado durante um determinado tempo, ou seja, uma taxa de variação espacial. A variação relativa do nível do mar é a alteração na distância vertical entre a posição da superfície do mar e um datum situado no fundo do mar ou próximo dele, como, por exemplo, o embasamento (Fig. 08). A variação relativa do nível do mar é independente da acumulação de sedimentos acima do datum, bem como, é o mais efetivo controle das variações na acomodação,
mais do que a própria eustasia.
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Segundo Kenall & Lerche (1988) apud Mail (1977), não é possível medirse a eustasia, a menos que o nível d’água fosse aferido num poste fincado no centro da Terra. Entretanto, movimentos eustáticos são reais e podem ser inferidos a partir de vários métodos.
3.3 – Eustasia A visualização da arquitetura deposicional pode ser acompanhada pela interpretação da curva eustática, onde seus dois pontos de inflexão, caracterizados pela queda eustática ( fall ) e subida eustática ( rise) denunciam um estágio de máxima intensidade. Além disso, o comportamento da subsidência em termos interpretativos é constante, no entanto, torna-se maior à medida que avança para o centro da bacia, caracterizando a linha de charneira.
Figura 08 – Eustasia e batimetria (Posamentier et al ., 1988).
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Della Fávera ressalta a importância da subsidência na sedimentação, enfatizando as falhas contemporâneas à sedimentação, como por exemplo, falhas de crescimento. A inter-relação entre eustasia e a subsidência gerando a acomodação, pode ser caracterizada pela taxa de variação relativa do nível do mar. Considera-se que a taxa de variação eustática é negativa num ponto de inflexão F (fall ) da curva eustática e positiva num ponto R ( rise) enquanto que a taxa de subsidência é sempre negativa.(fig. 09)
Figura 09 – Curva Eustática.
Dessa forma, a taxa de variação relativa do nível do mar será a taxa de variação eustática (positiva ou negativa) subtraída da taxa de subsidência (negativa) (fig.10). Por conseguinte, sempre que o valor absoluto da taxa de queda eustática for menor que a taxa subsidência, novos espaços estão sendo adicionados, ou seja, a taxa de acomodação será positiva, portanto ocorrerá uma subida relativa do nível do mar. Na situação inversa, quando o valor absoluto da taxa de queda eustática for maior do que a taxa de subsidência, haverá uma queda relativa do nível do mar, com exposição subaérea dessa parte da bacia.
3.4 – Taxa de variação relativa do nível do mar Segundo Vail (1987), a chave para o entendimento da estratigrafia é a perfeita compreensão das variações relativas do nível do mar (combinação da eustasia com a subsidência). A variação relativa do nível do mar cria 22
acomodação, ou seja, espaço disponível para o preenchimento sedimentar. Assim, para Vail (1987), a eustasia é o principal controle da variação relativa do nível do mar, a qual determina o padrão estratal de deposição de deposição e a distribuição de litofácies, enquanto que a subsidência tectônica controla principalmente a espessura dos sedimentos.
Figura 10 – Variação relativa do nível do mar (Posamentier et al., 1988).
3.5 – Parasseqüências e conjunto de parasseqüências Uma seqüência é considerada em ralação a um conjunto de unidades menores, onde aparece o conceito de parasseqüência. Van Wogoner et al. (1988) consideram a parasseqüência e o conjunto de parasseqüência as
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unidades como uma sucessão de camadas ou conjuntos de camadas relativamente concordantes, geneticamente relacionados, limitadas por superfícies de inundação marinha ou superfícies correlatas. Uma superfície de inundação marinha separa estratos mais antigos de amais jovens, na qual existem evidências de um abrupto aumento na profundidade da água. As parasseqüências, em geral, estão abaixo da resolução sísmica, sendo identificadas em perfis, testemunhos e afloramentos. (Severiano, 2001).
Figura 11 – Conjunto de parasseqüências (Posamentier & Allen1999).
Um conjunto de paraseqüências é definido como uma sucessão de parasseqüêcias geneticamente relacionadas, formando um padrão de empilhamento peculiar e limitado por maiores superfícies de inundação marinha ou suas correlatas. O padrão de empilhamento das parasseqüências dentro de um conjunto de parasseqüências pode ser progradacional,
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retrogradacional e agradacional, dependedo da razão entre a taxa de deposição e a taxa de acomodação. (Fig. 11)
3.6 – Limite de seqüência Na conceituação atual da estratigrafia de seqüências são propostos dois tipos de discordâncias: Tipo 1 e Tipo 2 (Vail & Toodd,1981 e Vail et al ., 1984). A discordância do Tipo 1 é uma superfície regional caracterizada por exposição subaérea e concomitante erosão subaérea, associada com rejuvenescimento de correntes, as quais escavam vales e canais na plataforma. Além disso, ocorre o deslocamento para baixo do onlap costeiro e onlap dos estratos subjacentes (Van Wogoner et al.,1987). Uma discordância
do Tipo 1 ocorre quando a taxa de queda eustática excede a taxa de subsidência no limite deposicional da linha do mar de costa ( depositional shoreline break ), resultando numa quebra relativa do nível do mar nessa
posição. (Severiano, 2001) (Fig. 12 e 14).
Figura 12 – Limite de seqüência Tipo 1. (Posamentier et al., 1988).
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A discordância Tipo 2 é uma superfície regional marcada por uma exposição subaérea e deslocamento para baixo da onlap costeiro para uma posição que não chega atingir o limite deposicional da linha de costa. Essa discordância é mais sutil e não apresenta rejuvenescimento de correntes. Ocorre uma lenta e ampla erosão subaérea, provocando uma gradual degradação da fisiografia. Esse tipo de discordância é caracterizado, principalmente, pela interrupção da sedimentação fluvial, sobre a qual depositam-se sedimentos de planície costeira.(Severiano 2001) (Fig. 13 e 15).
Figura 13 – Limite de seqüência Tipo 2 (Posamentier et al., 1988).
O limite de seqüência considerado refere-se ao limite inferior, portanto, o limite de seqüência Tipo 1, correspondente à seqüência Tipo 1, pode apresentar limite superior Tipo 1 ou Tipo 2. Da mesma forma, o limite de seqüência Tipo 2, correspondente à seqüência Tipo 2, pode apresentar limite superior Tipo 1 ou Tipo 2.
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Figura 14 – Limite de seqüência Tipo 1 em plataforma carbonática.(Doyle et al ., 1998)
Figura 15 – Limite de seqüência Tipo 2 em plataforma carbonática. (Doyle et al .,1998).
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Vail et al ., (1987) desenvolveram uma forma diagramática de representar as relações entre esses dois tipos de seqüências, com os tratos de sistemas e o timing de cada um deles em relação à curva eustática. (Fig.16).
Figura 16 – Seqüências e modelos de tratos de sistemas deposicionais (Vail., 1987).
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3.7 – Tratos de sistemas Uma seqüência compõe-se por uma sucessão de tratos de sistemas deposicionais e estes, por sua vez, constituem-se por sistemas deposicionais contemporâneos. O modelo da Exxon contém quatro tratos de sistemas básicos. Posamentier et al . (1988) e Posamentier e Vail (1988) desenvolveram blocos diagramas de margens continentais extencionais, baseado em simulação computacional de Jervey (1988). Devido à variabilidade dos controles da formação das seqüências, sua ocorrência, em caráter fiel ao modelo proposto é de difícil observação, no entanto, a sucessão de tratos pode estar incompleta ou ter uma geometria diferente da ilustrada pelo modelo. (modif. Della Fávera,2001). Nesse sentido Vail e seus seguidores sempre enfatizam que esses modelos têm uma aplicação geral e que devem ser modificados e ajustados para levar em consideração fatores locais de uma determinada bacia, tais como: suprimento sedimentar variável, clima, tectônica, etc. Ainda sobre a concepção do mesmo cientista, o padrão estratal de deposição e a distribuição de litofácies são controlados, ultimamente, pelas variações eustáticas. Assim, baseando-se nesse conceito, cada trato de sistema vincula-se a um determinado segmento da curva eustática, ressalvando que o momento exato de cada trato de sistemas numa determinada bacia depende da subsidência e do suprimento sedimentar locais.
3.7.1 – Trato de sistema de mar baixo – (Lowstand system tract – LST)
O trato de sistema de mar baixo ( Lowstand system tract – LST) divide-se em dois membros não contemporâneos: leques de mar baixo ( lowstand fans) e cunha de mar baixo ( lowstand wedge).
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Trato de sistema de mar baixo inicial ( early lowstand ) O trato de sistema de mar baixo inicial ( early lowstand ) ocorre quando o rebaixamento do nível relativo do mar resulta numa incisão fluvial marcando a instalação da discordância que constitui o limite de seqüência. (Fig. 17). Os leques de mar baixo ou sistemas turbidíticos são característicos de fisiografias com acentuadas quebras plataforma/talude e caracterizam a deposição durante o ponto de inflexão de uma rápida queda eustática. A plataforma ficando exposta à erosão da origem ao by-pass, região da plataforma que permite o transpasse de sedimentos através de vales dissecados na plataforma exposta, depositando diretamente no sopé do talude e fundo da bacia, caracterizando os leques de assoalho de bacia ( basin floor fan). (modif. Severiano, 2001).
Figura 17 – Trato de sistemas de mar baixo inicial. (Posamentier et al .,1988).
À medida que ocorre a queda relativa do nível do mar, nesse trato de sistema, o aumento do aporte sedimentar sendo maior do que a taxa de acomodação causa a migração da linha de praia bacia adentro, caracterizando uma regressão normal. Por outro lado, quando o nível do mar cai e a regressão
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continua se realizando, independentemente do aporte sedimentar, ocorre uma regressão forçada. (modif. Embry et al., 2007). (Fig.18). O trato de mar baixo pode ser acompanhado na curva eustática, com seu posicionamento situado sobre o ponto de inflexão de queda eustática (F). Arenitos do leque de assoalho da bacia, em forma de mound , como alguns turbiditos da Bacia de Campos, embora próximos do talude, constituem excelentes reservatórios de formam muitos campos gigantes. Essas areias em função de serem depositadas por correntes de turbidez, fluindo em direção às áreas baixas da bacia, adelgaçar-se-ão por sobre os altos contemporâneos, formando as trapas. (modif.Della Fávera,2001).
Figura 18 – Origem do limite de seqüência e formação de regressão forçada pela queda contínua do nível do mar (Posamentier & Allen, 1999)
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Trato de sistema de mar baixo tardio ( late lowstand ) O trato de sistema de mar baixo tardio ( late lowstand ) ocorre quando o nível relativo do mar atinge sua posição mais baixa, em situação de mar estacionário, cessando a incisão e recomeçando a deposição fluvial. Nessa fase ocorre a cunha de mar baixo ( lowstand wedge), caracterizada por um padrão de empilhamento progradacional de parasseqüências e f ormando onlap na direção do continente.(Fig.19).
Figura 19 – Trato de sistemas de nível baixo tardio (Posamentier et al .,1988).
Acima do trato de sistema de mar baixo (limite superior), observa-se uma
superfície
de
inundação
marinha
denominada
por
Superfície
Transgressiva – ST ( transgressive surface), posicionada no ponto de inflexão de subida eustática (R).
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3.7.2 – Trato de sistemas transgressivo (transgressive system tract – TST) O trato de sistemas transgressivo, marcado seu início pela superfície transgressiva é caracterizado por uma sucessão de parasseqüências retrogradacionais (Fig.11). Com o desenvolvimento da transgressão, os vales incisos são transformados em estuários, cessando a sedimentação fluvial. Ocorre depósitos residuais provenientes do retrabalhamento por ondas que podem cobrir a superfície de erosão transgressiva, gerando uma superfície de ravinamento. (Della Fávera) (Fig.20).
Figura 20 – Superfície de ravinamento (Posamentier et al .,1988).
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Nessa fase desenvolvem-se as superfícies de inundação máxima, separando o trato de sistemas transgressivo do trato de sistemas de mar alto. Ocorre máxima deposição de sedimentos continente adentro, por outro lado a região bacia adentro terá uma baixa taxa de sedimentação, caracterizando a denominada seção condensada, rica em depósitos hemipelágicos. Esses sedimentos são oriundos do processo de ressurgência marinha ( upwelling ), que provocam uma alta produtividade orgânica. (Fig.21).
Figura 21 – Trato de sistemas transgressivo (Posamentier et al .,1988).
A baixa taxa de deposição no talude e/ou sopé continental pode ser caracterizada por um hiato marinho, rico em estruturas de bioturbação, denunciando um caráter de vida marinha profunda, possibilitando a deposição de microfósseis e matéria orgânica. Dessa forma, verificam-se nessa fase os principais geradores de hidrocarbonetos. (modif. Embry et al., 2007).
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3.7.3 – Trato de sistema de mar alto (highstand system tract ) O trato de sistema de mar alto ( highstand ) é caracterizado por um conjunto de parasseqüências progradantes. (Fig.11). Na parte final deste trato, a taxa de subida do nível do mar reduz-se a zero ou mesmo pode cair lentamente, e a agradação dos sedimentos marinhos passa à progradação. (Fig. 22).
Figura 22 – Trato de sistemas de nível alto (Posamentier et al .,1988).
Seu estágio inicial é marcado inicialmente por depósitos durante um intervalo de subida lenta do nível do mar. Dessa forma as seções apresentamse progressivamente mais finas. (modif. Embry et al., 2007). Através da interpretação da curva eustática, pode se verificar uma diminuição progressiva da taxa de subida do nível relativo do mar , e esta última é menor do que a taxa de influxo sedimentar, denunciando um padrão progradacional. (Fig.11). Após essa fase, ocorre novamente, um trato de sistemas de nível baixo. Verifica-se um rebaixamento do nível do mar, por conseguinte, destruição do espaço de acomodação. O nível do mar cai para a quebra da plataforma com exposição e erosão da plataforma e formam-se os vales incisos, na região do talude e elevação continental ocorre à deposição de leques de assoalho de bacia. (Fig.23). 35
Figura 23 – Formação de limite de seqüência e novo desenvolvimento de trato de sistemas de nível baixo. (Posamentier.,1988).
3.8 – Tratos de sistemas e plays A porção faminta dos tratos de sistema transgressivo e da parte mais velha de mar alto caracteriza a ocorrência dos melhores geradores mundiais depositados em ambiente marinho. Alguns dos melhores reservatórios em areias costeiras se formam quando a taxa de acomodação aumenta rapidamente. O trato de sistema transgressivo, a fase inicial do trato de nível de mar alto e o de margem de plataforma apresentam altas taxas de acomodação, desenvolvendo por isso excelentes reservatórios, principalmente em trapas estruturais. Trapas estratigráficas podem se formar quando existem selos da parte superior do trato de sistemas transgressivo u da parte inferior do trato de nível alto que recobrem mounds de beach-ridges, areias onlapantes e truncamentos de sistema de nível de mar alto produzem comumente maus reservatórios. (modif. Della Fávera, 2001).
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CAPÍTULO 4 CONCLUSÕES As seqüências deposicionais correlacionam-se através das bacias sedimentares e provavelmente, segundo a escola da Exxon, correlacionam-se também globalmente. Determinados conjuntos de processos deposicionais e, por conseguinte certos ambientes e litofácies deposicionais estão associados com determinados tratos de sistema. Destarte, a identificação de tratos de sistema em dados sísmicos fornece um arcabouço para a predição mais adequada de ambientes e litofácies deposicionais. Isto é extremamente importante na indústria do petróleo, pois o conhecimento preciso de ambientes e litofácies deposicionais torna possíveis predições mais refinadas de rochas reservatório, fonte e selos, além de caminhos para a migração dos hidrocarbonetos. A compreensão da gênese de litofácies geradoras de petróleo, sob as condições de taxa variação relativa do nível do mar, controlados basicamente pela
subsidência,
aporte
sedimentar,
oscilação
eustática
contribui
substancialmente com informações aplicáveis, com a devida cautela, nas bacias brasileiras. Exemplo desse ambiente é a seção condensada conhecida como “marco azul” na Bacia de Campos (Oligoceno Inferior). Também na Bacia de Campos ocorrem campos gigantes, constituídos de excelentes reservatórios, os arenitos do leque de assoalho da bacia, em forma de mound, caracterizados por trato de sistema de mar baixo, basicamente, pela queda eustática associado à subsidência, exposição da quebra da plataforma e ocorrência dos leques submarinos. O aumento da taxa de acomodação proporciona alguns dos melhores reservatórios em areias costeiras. Isso pode ser conseguido durante trato de sistema transgressivo e fase inicial do trato de nível de mar alto. A curva eustática mostrou ser um fiel auxiliar no acompanhamento dos raciocínios em termos de taxa de variação relativa do nível do mar.
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CAPÍTULO 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BROWN, L. F. & FISHER, W.L. – Seismic-stratigraphic interpretacion of depositional systems: examples from Brazil rift and pull-apart basins. In: Payton, C. E., org.: Seismic Stratigraphy – Aplications to
Hydrocarbon Exploration, AAPG Mem. 26, pp. 213-248, 1977. CAINELLI, C. – Introdução a Estratigrafia de Seqüências. Apostila de curso durante III Simpósio de Geologia do Sudeste. Rio de Janeiro.:1993. CASTRO, J. C. – Progressos em Geologia Sedimentar: da Sedimentologia
de Processos à Estratigrafia de Eventos. REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 52 (3): 148-156, jul. set.1999. DELLA FÁVERA, J. C. – Fundamentos de Estratigrafia Moderna. Ed. UERJ,. Rio de Janeiro., 264 pg. 2001. DELLA FÁVERA, J. C. – Reconhecimento de novas fácies e ambientes
deposicionais na Bacia do Parnaíba. Anais do XXXI Cong. Bras. De Geologia, Camburiú, Seção de Breves Comunicações,1980. DELLA FÁVERA, J. C. & POSSATO, S. – The use of deposicional
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Change – an Integrated approach. SEPM, Spec. Publ.42, pp. 4769,1988. MIALL, D. A. – The Geology of Stratigraphic Sequences. Ed. Springer. University of Toronto. Canadá. 435 pg. 1997.
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