MODELAGEM QUANTITATIVA FLEXURAL E CINEMÁTICA DE BACIAS SEDIMENTARES. Ricardo Perez Bedregal

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1 MODELAGEM QUANTITATIVA FLEXURAL E CINEMÁTICA DE BACIAS SEDIMENTARES Ricardo Perez Bedregal TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL. Aprovada por: Prof. Luiz Landau, D. Sc. Prof. Nelson Francisco Favilla Ebecken, D.Sc. Prof. Carlos Bandeira Siqueira de Mello, D.Sc. Prof. Flavio Luis Fernandes, D.Sc. Prof. Sidnei Pires Rostirolla, D.Sc. Prof. Alvaro Luiz Gayoso de Azeredo Coutinho, D.Sc. RIO DE JANEIRO - RJ - BRASIL MARÇO DE 2005

2 BEDREGAL, RICARDO PEREZ Modelagem quantitativa flexural e cinemática de bacias sedimentares. / Ricardo Perez Bedregal. [Rio de Janeiro] XIXX, 168p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc., Engenharia Civil, 2005) Tese Universidade Federal do Rio de Janeiro, COOPE 1. Modelagem de bacias sedimentares 2. Flexural e Cinemática 3. Camamu-Almada. 4. Margem Oeste Africana II. I. COPPE/UFRJ II. Título (série) ii

3 AGRADECIMENTOS Sou grato a todos aqueles que de alguma forma apoiaram, incentivaram e colaboraram na realização deste trabalho. Nesta oportunidade, dedico um especial agradecimento: - Ao caro amigo Garry Karner pela sugestão do tema de trabalho, pelo empenho junto às modelagens, pelas discussões e sugestões técnicas dadas durante toda o período de realização deste estudo; - ao Prof. Dr. Luiz Landau, pela orientação e, principalmente, pelo inestimável incentivo e enorme apoio dados desde o início do trabalho; - Aos estimados amigos Félix Gonçalves, Jason Carneiro e Juliano Kuchle pelo apoio em diversas fases deste trabalho; - Ao colega Elio Perez pelo apoio dado na etapa de modelagem gravimétrica e magnetométrica; - Ao geofísico e colega Ademilson Brito pelas discussões técnicas ao longo deste trabalho; - Ao designer Roberto Rocha pela edição da tese; - À toda a equipe do LAB2M pelo companheirismo, espírito de grupo e compromisso com a excelência; - A Patrícia, Victor, Maria Clara e Maria Carolina, meus amados esposa e filhos, um agradecimento especial pela paciência e apoio durante todo o doutorado. iii

4 Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.) MODELAGEM QUANTITATIVA FLEXURAL E CINEMÁTICA DE BACIAS SEDIMENTARES Ricardo Perez Bedregal Março/2005 Orientador: Prof. Luiz Landau, D. Sc. Programa: Engenharia Civil Durante um evento de distensão litosférica, os pacotes deposicionais e suas superfícies limítrofes são conseqüência da distribuição espacial e temporal do rifte ao longo da margem, e resultado das interações estruturais e sedimentológicas. Neste trabalho, objetivou-se mapear a distribuição e amplitude da tectônica distensional responsável pela preservação do registro sedimentar das bacias de Camamu-Almada, na margem leste brasileira, e de Congo-Gabão-Cabinda, na margem oeste africana. A distribuição regional e a espessura dos evaporitos sin-rifte e dos sedimentos pósrifte ao longo dessas margens não são consistentes com a fraca deformação rúptil Eocretácica observada. Sugere-se a existência de um descolamento intracrustal como compartimentador da deformação com a profundidade. O fluxo de calor máximo previsto ao final da fase rifte é da ordem de mw/m 2 em águas profundas e de mw/m2 na região costeira. Como conseqüência do extremo afinamento da crosta inferior e do manto litosférico, a viabilidade de rochas potencialmente geradoras sin-rifte e a prospectividade das regiões de águas profundas nas regiões estudadas dependerão, em grande parte, da delicada interação entre o resfriamento da litosfera distendida e o subseqüente soterramento de rochas potencialmente geradoras, ao longo do tempo. iv

5 Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor in Sciences (D.Sc.) QUANTITATIVE FLEXURAL AND CINEMATIC BASIN MODELING Ricardo Perez Bedregal Março/2005 Advisor: Prof. Luiz Landau, D. Sc. Department: Civil Engineering During a lithospheric extension event, depositional packages and their bounding surfaces are a consequence of the distribution, in time and space, of the rift system along the margin, and of the resultant structural and sedimentological interactions. The main goal of this work is to map the distribution and amplitude of the extensional tectonics responsible for the preservation of the sedimentary record of Camamu-Almada basin, in the Brazilian eastern margin, and Congo Gabão Cabinda basin, in the African west margin. Syn-rift evaporites and post-rift sediments regional distribution and thicknesses along those margins are not consistent with the observed weak brittle Early Cretaceous deformation. The existence of an intracrustal detachment is suggested, in order to explain the deformation compartmentalization along depth. Maximum heat flow modeled for the end of the rift phase, in both margins, is circa mw/m 2 in deep water and mw/m2 in the coast region. As a consequence of the extreme thinning of the lower crust and lithospheric mantle, the viability of potential source rocks and deep-water regions prospectivity in the Brazilian and African margins will mostly depend on the delicate interaction between the extended lithosphere cooling and subsequent burial of potential source rocks, in time. v

6 SUMÁRIO 1. Introdução 1 2. Objetivos 3 3. Base de Dados 4 4. Metodologia 4.1. Distensão Litosférica: Modelos Cinemáticos Formadores de Bacia Isostasia Modelos de distensão litosférica com isostasia local Distensão Uniforme Distensão Não-Uniforme Modelos de distensão litosférica com isostasia regional Sistemática computacional da modelagem Princípios de modelagem tridimensional de bacias: modelagem cinemática e flexural de bacias Modelagem gravimétrica tridimensional 4.2. Modelos Deposicionais e Evolutivos de Evaporitos Minerais Evaporíticos Ambientes Deposicionais Evaporíticos 4.3. Modelos Estratigráficos de Bacias Rifte Modelagem Quantitativa Flexural e Cinemática na Bacia de Camamu-Almada 5.1. Geologia Regional da Margem Leste Brasileira 5.2. Arcabouço tectônico da Bacia de Camamu-Almada Introdução Dados gravimétricos e magnetométricos Análise e modelagem gravimétricas Análise e modelagem magnetométricas 5.3. Arcabouço estratigráfico da Bacia de Camamu-Almada 5.4. Modelagem quantitativa flexural e cinemática da Bacia de Camamu-Almada Modelagem cinemática e flexural bidimensional da Bacia de Camamu-Almada Modelagem cinemática e flexural tridimensional da Bacia de Camamu-Almada vi

7 SUMÁRIO 6. Modelagem Quantitativa Flexural e Cinemática na Margem Oeste Africana 6.1. Geologia regional da Margem Leste Africana Compartimentação da Margem Leste Africana 6.2. Arcabouço tectônico da margem Oeste Africana 6.3. Análise estratigráfica da área modelada 6.4. Modelagem cinemática e flexural tridimensional das Bacias do Congo, Gabão e Cabinda Introdução Modelagem cinemática e flexural tridimensional Partição Vertical da Distensãp Litosférica em Margens Passivas 7.1. Evidências Geológicas de Trabalhos Anteriores Margem Noroeste Australiana Margem Oeste Africana 7.2. Evidências Geológicas de Partição da Distensão na Margem Leste Brasileira Implicações da Deformação Particionada da Litosfera na Geometria de Bacias Rifte em Desenvolvimento 8.1. Formação de Bacias SAG 8.2. Implicações Termais em Bacias Rifte Conclusões Referências Bibliográficas 162 vii

8 Índice de Figuras FIgura 3.1 -Localização das áreas de estudo. Os mapas da porção inferior da figura representam mapa de anomalia Bouguer Residual (escala em Mgal) FIgura Mapa base com os dados de poços utilizados neste trabalho. FIgura Mapa base com as linhas sismicas disponibilizadas para este trabalho FIgura Mapa base apresentando a área de abrangência de dados gravimétricos do levantamento GEOSAT usados neste trabalho. 8 FIgura Mapa base apresentando a área de abrangência da malha de dados gravimétricos do levantamento EG13, usados neste trabalho. 8 FIgura Mapa base apresentando a área de abrangência da malha de dados gravimétricos do levantamento GRAV TERRA,.usados neste trabalho. 9 FIgura Mapa base apresentando a área de abrangência da malha de dados magnetométricos utilizados neste trabalho. 9 Figura Modelos de isostasia de Airy e Pratt. Figura Mecanismos de compensação isostática a) local e b) regional. Figura Modelo de distensão da litosfera independente da profundidade. Grande distensão implica em grande subsidência pós-rifte, mas grandes subsidência e deformação rúptil sin-rifte (Modificado de Bedregal et. al. 2003). Figura Modelo de estiramento litosférico uniforme, com a estrutura termal da litosfera em cada fase (segundo McKenzie, 1978). Figura Modelo de duas camadas (modelo de distensão dependente da profundidade). Distensão independente da crosta e do manto litosférico. Requer deformação rúptil da placa superior (Modificado de Bedregal et. al. 2003). Figura Modelo de estiramento litosférico não-uniforme, com a estrutura termal da litosfera em cada fase (segundo Royden & Keen, 1980). Figura Cinemática e isostasia litosférica. A) Representação esquemática da extensão litosférica por cisalhamento simples, na crosta superior, e por deformação plástica (dúctil) na crosta inferior/manto litosférico, utilizada para a modelagem da deformação da litosfera. Deslocamentos ao longo de um plano de falha de borda produzem uma depressão topográfica que é controlada pelo rejeito horizontal da falha, E, e pela forma da falha (que neste exemplo, é lístrica solando na base da crosta). O grau de extensão do manto litosférico controla a distribuição e a quantidade de calor adicionado à litosfera durante a fase rifte; B) Com o avanço do processo de extensão, a placa superior colapsa e gera um anticlinal em rollover. A placa inferior (neste caso, o manto litosférico) afina e sofre uma advecção de calor em sua base. O fator de extensão δ(x) pode também ser parametrizado em termos da quantidade de deformação rúptil da placa superior, quando as falhas permeiam uma zona crustal mais fraca, com a deformação dúctil da crosta inferior e o manto litosférico sendo descritos por β(x). Neste exemplo, a zona de balanceamento de extensão do manto litosférico sofre uma separação espacial e se espalha mais que a zona de extensão crustal; C) O ajuste flexural da litosfera ao descarregamento crustal e à entrada de calor na base da litosfera são apresentados. A forma resultante da bacia rifte é dada pela integração da depressão cinemática e do rebound flexural total da litosfera. A configuração crustal é continuamente modificada através de cargas de sedimentos, compactação, rebound erosional e variações eustáticas. Modificado de Karner et al., viii

9 Índice de Figuras Figura Modelo de duas camadas (modelo de distensão dependente da profundidade). Distensão independente da crosta superior e do crosta inferior / manto litosférico. Requer deformação rúptil da placa superior e dúctil da placa inferior (Modificado de Bedregal et. al. 2003). 20 Figura Características estratigráficas e estruturais da deformação rúptil da litosfera e do estágio final de inversão. A) A fase rifte 1 compreende múltiplos deslocamentos ao longo de um único sistema de falhas de borda a oeste. O rejeito horizontal total da falha é de 5 km, com mergulho do plano de falha de 300, e a espessura elástica efetiva da litosfera, Te, à época do rifte, é de 20 km. O colapso e rotação do hangingwall resultam na geração de uma série de superfícies de onlap e uma cunha de sedimentos sin-rifte (conjunto de cores vermelhas a amarelas) que espessa em direção à falha de borda ; B) Interações estruturais e implicações induzidas por um sistema de falhas de borda que se desenvolve fora da zona de deformação anterior. O footwall da deformação anterior é agora parte do hangingwall da segunda fase rifte (fase rifte 2). O bloco de footwall sofre soerguimento e rotação, que causam retrabalhamento de sedimentos da fase sin-rifte 1. Assim como na fase inicial do rifte, ocorrem movimentações múltiplas ao longo do novo plano de falha de borda produzindo um pacote de sedimentos em onlap acima dos sedimentos da fase rifte 1 (cores azuis); C) Uma inversão induzida por compressão concentra-se no primeiro sistema de falhas de borda, causando a formação imediata de uma estrutura antiformal a leste da falha de borda, a qual também induz uma subsidência regional. Os sedimentos pós-inversão causam um onlap nos flancos da estrutura antiformal. (Modificado de Karner et. al. 1997) 22 Figura Cinemática e isostasia litosférica. Representação esquemática da distensão litosférica por cisalhamento simples, na crosta superior, e por deformação plástica (dúctil) na crosta inferior/manto litosférico, utilizada para a modelagem da deformação da litosfera (Modificado de Karner & Driscoll, 1993). Figura Modelo cinemático tridimensional generalizado da distensão litosférica utilizado para modelar a geometria e desenvolvimento das bacias rifte e suas topografias de flanco. As variáveischave são as seguintes: (1) a separação (offset) do traço de falha da borda; (2) a curvatura da falha; (3) o rejeito horizontal máximo; e (4) o desvio padrão do rejeito horizontal ao longo da falha, devido ao fato da extensão ter sido assumida como sendo normalmente distribuída ao longo da borda da falha. A extensão da direção de transporte é paralela ao eixo X. As curvas de contornos representam a distribuição dos números (x,y) adimensionais que caracterizam a distribuição e quantidade de distensão crustal da placa superior (Modificado de Karner & Driscoll, 1993). Figura Mapa de contorno estrutural da discordância que marca o início (onset) do rifte para um sistema de falhas de geometria apresentada na Figura O rejeito horizontal máximo é de 8 km, o sigma é de 60 km, a separação (offset) de falha é de 60 km, e a curvatura da falha é de 35 km. O intervalo de contorno é de 500 metros para a bacia e de 50 metros para a topografia dos flancos (Modificado de Karner & Driscoll, 1993) Figura Mapa de contorno da anomalia gravimétrica Bouguer crustal ou residual prevista para o modelo da Figura É a interação entre a geometria de falha e a anomalia gravimétrica Bouguer regional, juntamente com as interpretações sísmicas, que são utilizadas para calcular o (x,y), e assim obter a arquitetura da bacia e a topografia regional do rifte (Modificado de Karner & Driscoll, 1993). Figura minerais evaporíticos (modificado de Hardie, 1984) Figura Efeitos da evaporação da água do mar sobre a densidade e o volume da salmoura, e sobre o tipo de sal precipitado. Notar a progressiva concentração (não linear) necessária para a deposição de sais menos concentrados. Modificado de Leeder, 1999) 32 Figura Placa Sul-Americana e seus domínios tectono-sedimentares (extraído de Milani & Thomaz Filho, 2000). 42 Figura Domínio Atlântico Sul da margem divergente da América do Sul modificado de Milani & Thomaz Filho, 2000). 44

10 Índice de Figuras Figura Modelos evolutivos apresentando as fases pré-rifte, sin-rifte e pós-rifte da margem leste brasileira. Figura Mapa Bouguer da região de Camamu-Almada. Unidades em Mgals. Figura Mapa free-air da região de Camamu-Almada. Unidades em Mgals. Figura Mapa de anomalia magnética (campo total) da região de Camamu-Almada. Unidades em NanoTesla Figura Mapa apresentando as principais características tectônicas e estruturais da margem continental leste do Brasil, juntamente com as principais bacias que a compreendem. O mapa de base é a anomalia gravimétrica Bouguer residual da região. A zona de charneira da região costeira a oeste, identificada por uma fina linha vermelha, marca o limite oeste da extensão Neocomiana e separa os sedimentos da margem continental do embasamento Pré-Cambriano. A posição do limite crosta continental/oceânica é aproximadamente demarcada pela variação positivo/negativo no gradiente de anomalia gravimétrica, e está marcado por uma linha de cor azul clara Figura Mapa de anomalia gravimétrica Bouguer residual da Bacia de Camamu-Almada. Intensas anomalias negativas são interpretadas como depocentros sin-rifte. O limite oeste de sedimentação Mesozóica e Cenozóica é representado como uma linha preta. 52 Figura Mapa batimétrico e topográfico da Bacia de Camamu-Almada. 53 Figura Mapa de anomalia magnética do campo total (unidades em NanoTesla) e perfis modelados através do Método de Werner, na Bacia de Camamu-Almada. 56 Figura Mapa de contorno estrutural do embasamento magnético, obtido a partir da Deconvolução de Werner dos perfis 1-12 (figura 5.10). Unidade em metros. Também são mostrados os poços que atingiram o embasamento. 57 Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada x

11 Índice de Figuras Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. 59 Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada xi

12 Índice de Figuras Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. 63 Figura Perfil modelado através da deconvolução de Werner ao longo da área de estudo. No gráfico superior, a linha verde representa o perfil do campo total magnético anômalo (unidade em nano Tesla) enquanto que a linha vermelha representa a anomalia Bouguer residual (unidade em mgal). No gráfico inferior são apresentados a batimetria atual (linha azul) e a profundidade do embasamento magnético interpretado (linha preta). A posição dos círculos representa a estimativa da profundidade da fonte magnética pela deconvolução de Werner, e o seu tamanho representa a susceptibilidade magnética associada. Figura Localização da Bacia de Camamu-Almada na margem leste do Brasil, tendo como limite norte a Bacia do Recôncavo e Jacuípe, e limite sul a Bacia de Jequitinhonha. Modelo numérico de terreno gerado a partir da base de dados ETOPO2-GLOBE (2002) Figura Mapa de localização das bacias de Camamu e Almada e bacias adjacentes na costa do Estado da Bahia, com os respectivos altos estruturais limítrofes (modificado de Mello et al., 1995). 66 Figura Arcabouço estratigráfico da Bacia de Camamu-Almada apresentando as seqüências deposicionais reconhecidas por Kuchle (2003), e seus equivalentes litoestratigráficos. 67 Figura Linha Sismica de orientação dip, na região plataformal norte da bacia de Camamu- Almada, apresentando a estruturação da seção rifte. 68 Figura Linha Sismica de orientação dip, na região plataformal central da Bacia de Camamu- Almada, apresentando a estruturacao da seção rifte. 68 Figura Linha sísmica dip da Bacia de Camamu-Almada. A seção da plataforma continental consiste de unidades sin-rifte (SEQ-B1a B4), relativamente espessas, com mergulhos para leste, possuindo terminações em superfícies erosivas ou em finas camadas de evaporitos. A seção pós-rifte (SEQ-D) é pouco espessa, com a deposição de uma seção delgada das Formações Algodões e Urucutuca. Sobrepostas, discordantemente, sobre a Formação Urucutuca ocorrem as clinoformas das Formações Rio Doce e Barreiras. O horizonte que define o embasamento da bacia nas regiões de águas profundas é de difícil reconhecimento. Figura Linha sísmica dip da Bacia de Camamu-Almada mostrando arcabouço estruturalestratigráfico da bacia em sua porção sul. Mesmo ao longo do talude continental, a espessura das unidades pós-rifte é relativamente pouco espessa. Entretanto, o espaço de acomodação não preenchido (lâmina d água atual) é de 3500 a 3800 metros. Podem ser observados alguns diápiros de sal ao longo da seção. Figura Arcabouço estratigráfico da seçao rifte da Bacia de Camamu-Almada, juntamente com os padroes de empilhamento reconhecidos dentro das sequencias deposicionais mapeadas (modificado de Kuchle, 2003). Figura Linha sísmica dip da Bacia de Camamu-Almada. A seção da plataforma continental consiste de unidades sin-rifte, com mergulhos para leste, possuindo terminações em superfícies erosivas ou em finas camadas de evaporitos. A seção pós-rifte é pouco espessa, com a deposição de uma seção delgada das Formações Algodões e Urucutuca. xii

13 Índice de Figuras Figura Linha sísmica dip da Bacia de Camamu-Almada mostrando arcabouço estruturalestratigráfico da bacia na região de águas profundas. Mesmo ao longo do talude continental, a espessura das unidades pós-rifte é relativamente pouco espessa. Entretanto, o espaço de acomodação não preenchido (lâmina d água atual) é de 3500 a 3800 metros. 78 Figura Carta cronoestratigráfica da Bacia de Camamu-Almada (modificado de Netto, 1994), mostrando as linhas de tempo utilizadas (linhas vermelhas) na modelagem bidimensional da seção dip modelada. 79 Figura Unidades estratigráficas modeladas para a Bacia de Camamu-Almada e suas respectivas cores indicativas 82 Figura Mapa de anomalia gravimétrica Bouguer residual para a região da Bacia de Camamu-Almada e localização da seção geológica dip modelada. As falhas de embasamento mapeadas (ANP, 2003) em águas rasas são apresentadas como linhas marrons e o limite oeste da sedimentação Cenozóica e Mesozóica é apresentado como uma linha preta fina.a unidade dos dados gravimétricos é em mgal. 83 Figura Seção geológica (ver Figuras 5.21 e 5.22) interpretada em profundidade. A anomalia gravimétrica Bouguer residual correspondente à seção encontra-se superimposta, juntamente com a interpretação da profundidade do embasamento, determinado por Deconvolução de Werner. A localização geográfica da seção modelada é apresentada na Figura Figura Seção geológica (ver Figuras 5.21 e 5.22) interpretada em profundidade, e cronoestratigrafia modelada juntamente com a arquitetura da bacia, ao longo da região da Bacia de Camamu-Almada, no presente. A localização dos poços utilizados para definir idade e fácies sedimentares é apresentada como triângulos amarelos. O esquema de cores das seqüências deposicionais está atrelado à seção modelada (vide Figura 5.24). As unidades pré-rifte são apresentadas somente para enfatizar que a crosta continental está diretamente envolvida no processo de extensão modelado. A boa correlação entre as seções de profundidade observadas e modeladas indica que a simulação dos sistemas de deformação responsáveis pelo desenvolvimento da sedimentação sin-rifte e pós-rifte foi adequada. Figura Distribuição dos fatores de extensão cumulativos da placa superior e inferior, durante a fase rifte, ao longo da seção geológica modelada (Berriasiano ao NeoAptiano). A seção superior mostra a geometria do descolamento intracrustal modelado, juntamente com a geometria crustal original Figura Estrutura crustal resultante da Bacia de Camamu-Almada no perfil modelado. A geometria geral do descolamento, responsável pela compartimentação da extensão entre as placas superiores e inferiores durante a distensão NeoAptiana é também apresentada. O descolamento tem uma geometria ramp-flat-ramp, a qual aflorou próximo ao limite entre crosta continentaloceânica. 87 Figura 5.30a - Cronoestratigrafia, arquitetura da bacia, e paleoambiente modelados ao longo da seção geológica interpretada a partir do início do rifte Neocomiano até o Santoniano. A Tabela 5.2 e a Figura 5.23 apresentam a cronoestratigrafia e o significado tectônico dos principais pacotes estratigráficos. A estratigrafia modelada possui o sistema de cores apresentado na figura Figura 5.30b - Cronoestratigrafia, arquitetura da bacia, e paleoambiente modelados ao longo da seção geológica interpretada a partir do início do Santoniano até o presente. A Tabela 5.2 e a Figura 5.23 apresentam a cronoestratigrafia e o significado tectônico dos principais pacotes estratigráficos. A estratigrafia modelada possui o sistema de cores apresentado na figura xiii

14 Índice de Figuras Figura Variações paleobatimétricas previstas em função do espaço e tempo ao longo da seção modelada. A paleobatimetria controla a quantidade de espaço a ser preenchido ao longo da margem e/ou a quantidade de topografia (ou até mesmo batimetria) a ser erodida. 90 Figura Amplitude de denudação prevista ao longo da seção geológica modelada, na Bacia de Camamu-Almada, ao final do rifte (curva vermelha), durante a erosão Santoniana-Urucutuca (curva amarela) e durante a inversão Neógena (?) (curva azul). A denudação localizada, de 300 a 2100 metros, durante as fases rifte 1 a 3 removeu os altos intrabacinais e os flancos de rifte, a oeste, soerguidos flexuralmente. A erosão Santoniana resultou em 300 a 600 metros de erosão, concentrados na plataforma Albiana-Coniaciana. Em contraste, a denudação amplamente distribuída, de 600 a 900 metros, ao longo da plataforma e planície costeira ocorreu em resposta à inversão Neógena (?) da margem. 91 Figura Amplitude de denudação prevista ao longo da seção geológica modelada, na Bacia de Camamu-Almada, ao final do rifte (curva vermelha), durante a erosão Santoniana-Urucutuca (curva amarela) e durante a inversão Neógena (?) (curva azul). A denudação localizada, de 300 a 2100 metros, durante as fases rifte 1 a 3 removeu os altos intrabacinais e os flancos de rifte, a oeste, soerguidos flexuralmente. A erosão Santoniana resultou em 300 a 600 metros de erosão, concentrados na plataforma Albiana-Coniaciana. Em contraste, a denudação amplamente distribuída, de 600 a 900 metros, ao longo da plataforma e planície costeira ocorreu em resposta à inversão Neógena (?) da margem. 92 Figura Mapa apresentando a localização e a distribuição das principais falhas (em amarelo) de embasamento, da margem continental da Bacia de Camamu-Almada, definidas a partir da análise integrada dos dados de anomalia gravimétrica Bouguer residual. Unidade do mapa gravimétrico em mgal. 94 Figura Mapa mostrando os fatores de extensão crustal d (x,y) estimados para a Bacia de Camamu-Almada a partir das falhas do embasamento apresentadas na Figura O intervalo de contorno é de Figura Mapa da anomalia gravimétrica Bouguer residual calculada a partir do mapa da Figura Figura Modelo geométrico tri-dimensional da bacia rifte. Mapa de contorno estrutural da discordância que representa o início (onset) do rifte Neocomiano-Aptiano na Bacia de Camamu- Almada. O intervalo de contorno é de 500 metros. Os depocentros sin-rifte mais espessos são previstos de ocorrerem na região sul e central da Bacia de Almada, no limite leste da Bacia de Camamu, e ao longo do limite transtensivo no norte da Bacia de Camamu. Topografias significativas são desenvolvidas em toda a região costeira do sistema Camamu-Almada. 99 Figura Mapa de denudação acumulada da topografia sin-rifte modelada ao longo da região da Bacia de Camamu-Almada. Escala em metros. 101 Figura Mapa mostrando a localização dos principais locais de entrada de clásticos nas bacias rifte, à época do rifte. Escala do mapa em metros 102 Figura Mapa de fluxo de calor (mw/m2) do embasamento ao final da fase rifte 3, ao longo da região da Bacia de Camamu-Almada, causado pela deformação distensional responsável pelo sistema de bacias apresentado na Figura Figura 6.1: Bacias da Margem Oeste Africana, com seus respectivos setores (modificado de Coward et al., 1999). xiv

15 Índice de Figuras Figura Mapa gravimétrico bouguer residual, mostrando as principais feições crustais da margem continental oeste da África. A distensão é caracterizada pela formação de duas zonas de charneira (Leste - linha vermelha fina - e Atlântica - linha vermelha grossa). Notar o limite crosta oceânica-continental - linha azul grossa - delineado pelo forte gradiente positivo / negativo na anomalia gravimétrica. Escala em mgals. Valores > 40mGals são mostrados em branco (modificado de Karner et al., 2003) 110 Figura Comparação das cartas cronoestratigráficas da seção sin-rifte das bacias do Congo, Cabinda e Kwanza, na costa oeste Africana (modificado de Karner et al., 2003). Figura Linha sísmica terrestre próxima à zona de charneira Oriental ilustrando o estilo de deformação em semi-graben, controlada por falhas, acompanhado pelo desenvolvimento local de uma série de estruturas horst e graben. Refletores divergentes e rotacionados indicam subsidência diferencial e rotação de blocos. Modificado de Karner et al., Figura Seção sísmica na região da Charneira Atlântica (oeste da África), mostrando a geometria deposicional sin e pós-rifte. Notar que a subsidência durante a fase rifte (Neocomiano- Aptiano) para oeste da Charneira Atlântica é caracterizada por uma geometria tipo sag (modificado de Karner et al., 2003). 114 Figura Seção sísmica através do poço Falcão, norte de Angola. A seção sedimentar sin-rifte é caracterizada pelo desenvolvimento de uma bacia tipo sag (modificado de Karner et al., 2003). 114 Figura Estratigrafia e estrutura geral da margem do Congo. a) A figura superior apresenta uma seção geológica interpretada a partir de dados sísmicos e poços. b) A figura inferior apresenta uma seção modelada para o perfil interpretado acima (modificado de Karner et al., 1997). 116 Figura Mapa da área de estudo mostrando o sistema de coordenadas utilizado na modelagem flexural e cinemática de bacias sedimentares e o mapa Bouguer residual da área estudada. Escala do mapa Bouguer em mgals. 118 Figura Falhas do embasamento interpretadas (linhas vermelhas). Mapa Bouguer residual da área estudada. Escala do mapa Bouguer em MGal. 119 Figura Mapa de estiramento crustal resultante ao final da fase rifte, para a margem oeste africana. O intervalo de contorno é de Zona de charneira Oriental - linha vermelha. Linha de costa atual - linha azul. 120 Figura Mapa Bouguer residual da área de estudo, na margem oeste africana. Escala do mapa Bouguer em mgals. 122 Figura Modelo geométrico tri-dimensional da bacia, resultante do processo de rifteamento Neocomiano - Aptiano, para a margem oeste africana. O intervalo de contorno é de 800m. Zona de charneira Oriental - linha vermelha. Posição da zona de charneira do Atlântico (modificado de Karner et al., 2003) - Linha marron. Linha de costa atual - linha azul. 123 Figura Mapa da anomalia Bouguer calculada a partir do mapa da Figura Escala do mapa em mgals. Intervalo de contorno de 10 mgals. Zona de charneira Oriental - linha vermelha. Linha de costa atual - linha azul. 124 xv

16 Índice de Figuras Figura Mapa de denudação acumulada da topografia sin-rifte modelada ao longo da margem oeste africana. O intervalo de contorno é de 200m. Zona de charneira Oriental - linha verde escura. Linha de costa atual - linha azul. 126 Figura Mapa mostrando a localização dos principais locais de entrada de clásticos nas bacias rifte, ao final da fase rifte. O intervalo de contorno é de 800m. Zona de charneira Oriental - linha vermelha. Linha de costa atual - linha azul. 127 Figura Mapa de localização do Platô Exmouth, margem noroeste da Austrália. As linhas azuis localizam seções sísmicas descritas no texto (modificado de Karner & Driscoll, 1999). 131 Figura Mapa Bouguer residualdo Platô Exmouth (modificado de Karner & Driscoll, 1999). Escala do mapa Bouguer em mgal. Intervalo de contorno = 10mGal. 132 Figura Figura Carta Cronoestratigráfica da região do Platô Exmouth, costa noroeste da Austrália (modificado de Karner & Driscoll, 1999). 133 Figura 7.4 -Seção sismica da porção centro-sul do Platô Exmouth. Observa-se pequena distensão durante o Triassico e Jurássico. Até o Titoniano, a região encontrava-se estável, próxima ao nível do mar. Durante o Titoniano-Valaginiano, a área foi palco de rápida e significante subsidência não associada a falhas (modificado de Karner et al., 2003). 134 Figura 7.5 -Seção sismica mostrando a porção centro-oeste do Platô Exmouth. Notar a deposição de sedimentos Triássicos e Jurássicos em onlap sobre a Formação Mungaroo. A partir do Titoniano, observa-se o aumento do espaço deposicional, preenchido por uma grande seção deltáica. Notar também que as falhas normais de alto ângulo (vermelhas) estão limitadas à seção pré-titoniano (modificado de Karner & Driscoll, 1999). 134 Figura 7.6 -Modelo de distribuição, amplitude e evolução no tempo, da distensão necessária para simular a arquitetura e geometria deposicional na região do Platô Exmouth (modificado de Karner & Driscoll, 1999). 136 Figura 7.7 -Geometria geral, tipo rampa-platô-rampa, do descolamento estrutural responsável pela partição da distensão entre as placas superior e inferior durante o Titoniano-Valangianiano (modificado de Karner & Driscoll, 1999). 137 Figura 7.8 -Comparação das cartas cronoestratigráficas da seção sin-rifte das bacias do Congo, Cabinda e Kwanza, na costa oeste Africana (modificado de Karner et al., 2003). 139 Figura 7.9 -Mapa gravimétrico bouguer residual, mostrando as principais feições crustais da margem continental oeste da África. A distensão é caracterizada pela formação de duas zonas de charneira, Leste e Atlântica. Notar o limite crosta oceânica-continental (modificado de Karner et al., 2003).Unidades do mapa Bouguer em mgal. 140 Figura Seção sísmica na região da Charneira Atlântica (oeste da África), mostrando a geometria deposicional sin e pós-rifte. Notar que a subsidência durante a fase rifte (Neocomiano- Aptiano) para oeste da Charneira Atlântica é caracterizada por uma geometria tipo sag (modificado de Karner et al., 2003). 141 Figura Seção sísmica através do poço Falcão, norte de Angola. A seção sedimentar sin-rifte é caracterizada pelo desenvolvimento de uma bacia tipo sag (modificado de Karner et al., 2003). xvi 141

17 Índice de Figuras Figura Seção sísmica localizada entre as charneiras Leste e Atlântica na Bacia do Congo, margem oeste africana (modificado de Karner et al., 2003). 143 Figura Seção sísmica da Bacia de Campos, região do Alto de Badejo, ilustrando a geometria da seção sedimentar rifte (modificado de Karner, 2000). 143 Figura Mudanças no ambiente deposicional durante o final da fase rifte (Barremiano- Aptiano). Para reduzir a profundidade do lago na fase rifte e permitir a deposição de evaporitos e grande subsidência pós-rifte, faz-se necessário um grande aporte de calor na região de águas profundas, a partir da charneira Atlântica. (modificado de Karner et al., 2003) 144 Figura Simulação da evolução da margem oeste da África. Falhas normais do início do rifte passam a afinamento da crosta inferior e manto litosférico na região de águas profundas, a partir da Charneira Atlântica (modificado de Karner et al., 2003). 145 Figura Mapa apresentando as principais características tectônicas e estruturais da margem continental leste do Brasil. O mapa de base é a anomalia gravimétrica Bouguer residual da região. A zona de charneira da região costeira a oeste, identificada por uma fina linha vermelha, marca o limite oeste da extensão Neocomiana. A zona de Charneira Atlântica está marcada por uma linha vermelha. A posição do limite crosta continental/oceânica está marcada por uma linha de cor azul clara (modificado de Karner & Driscoll, 1999). 146 Figura Anomalia gravimétrica Bouguer residual da Bacia de Camamu-Almada.A posição do limite crosta continental/oceânica está delineada, aproximadamente, pelo forte gradiente positivo/ negativo da anomalia gravimétrica e é apresentado como uma linha preta grossa. O limite oeste de sedimentação Mesozóica e Cenozóica é representado como uma linha magenta. 147 Figura Arcabouço estratigráfico da Bacia de Camamu-Almada apresentando as seqüências deposicionais reconhecidas por Kuchle (2003), e seus equivalentes litoestratigráficos 149 Figura Seção sísmica dip na porção sul da Bacia de Camamu-Almada. Notar que as falhas normais existentes não controlam a geração de espaço para acumulação sedimentar durante a fase rifte. 150 Figura Seção sísmica, dip, na região de águas profundas na Bacia de Camamu-Almada, mostrando que falhamentos rúpteis não controlam a geração de espaço para acumulação sedimentar durante a fase rifte. 150 Figura Distribuição dos fatores de extensão cumulativos da placa superior e inferior, durante a fase rifte, ao longo da seção geológica modelada (Berriasiano ao NeoAptiano). A seção superior mostra a geometria do descolamento intracrustal modelado, juntamente com a geometria crustal original. 151 Figura Estrutura crustal resultante da Bacia de Camamu-Almada. A geometria geral do descolamento, responsável pela compartimentação da distensão entre as placas superiores e inferiores durante a extensão NeoAptiana é também apresentada. O descolamento tem uma geometria ramp-flat-ramp, a qual aflorou próximo ao limite entre crosta continental-oceânica (modificado de Bedregal, no prelo). 151 xvii

18 Índice de Figuras Figura Modelo conceitual de afinamento crustal na ausência de deformação rúptil. a) Sistema de falhas normais controladoras do sistema de bacias rifte. A atividade da falha gera espaço para acumulação de sedimentos na bacia e soerguimento no flanco do rifte. Cores quentes - sedimentos sin-rifte; cor azul - sedimentos pré-rifte. Distensão ocorrida num intervalo de tempo de 10 Ma. b) Modelo de afinamento crustal devido à distensão da crosta inferior e manto litosférico. Ajustes isostáticos flexurais geram uma bacia tipo sag com sedimentação sin-rifte (modificado de Karner et al., 2003). 153 Figura Seção ilustrando o fluxo de calor, em dois momentos, da evolução geológica no oeste da África. A forma da zona de descolamento controla não somente os ambientes sin-rifte, mas também a distribuição da distensão da crosta inferior e portanto o fluxo de calor durante o processo de distensão (modificado de Karner et al., 2003). 155 Figura 8.3 -Seção geológica modelada apresentando fluxo de calor do embasamento total, em mw/m2 : 1) no final da terceira fase rifte (linha laranja) ; 2) no final da fase rifte 4 (linha vermelha); 3) final do Albiano (linha verde); e 4) en presente (linha azul). É importante observar o aumento marcante de calor associado com o afinamento da crosta inferior e do manto litosférico, durante o processo de rifteamento no NeoAptiano. O valor de fluxo de calor de background do embasamento é assumido como sendo de 42 mw/m Figura 8.4 -História de maturação de rochas potencialmente geradoras sin-rifte em regiões de águas profundas da Bacia de Camamu-Almada. Os resultados de maturação, derivados da história térmica do Modelo de McKenzie (1978), indicam que há um rápido aumento da maturação durante a fase rifte, mas só a base da seqüência potencialmente geradora atinge a janela de óleo (%Ro entre 0,6 e 1,2), enquanto que os resultados de maturação da história térmica derivada do modelo flexural mostram que tanto a base quanto o topo da seqüência potencialmente geradora atingiram a zona de gás ao final da fase rifte. 157 xviii

19 Índice de Tabelas Tabela Parâmetros usados na modelagem flexural e cinemática da Bacia de Camamu- Almada. 91 Tabela Linhas de tempos, utilizadas na modelagem da seção ao longo da Bacia de Camamu- Almada, e seus respectivos significados tectônicos. Tabela Parâmetros usados na modelagem flexural e cinemática ao longo da margem oeste africana xixx

20 1 1. Introdução A evolução tectônica de uma bacia sedimentar está gravada no seu registro sedimentar, o qual é pontuado por discordâncias e suas superfícies correlatas. Caracterizar a duração e a distribuição dos eventos geradores dessas superfícies é de extrema importância para entender o desenvolvimento sin-tectônico e pós-tectônico de uma bacia sedimentar. Eventos de distensão continental, com formação de riftes e, eventualmente, como abertura de oceanos, são de grande importância na formação de bacias. Nesse tipo de evento, como por exemplo na separação entre América do Sul e África, a formação dos pacotes deposicionais e de suas superfícies limítrofes é conseqüência da evolução espacial e temporal da bacia rifte ao longo da margem continental, e do resultado das interações estruturais e sedimentológicas. Em particular, a relação estrutural entre eventos tectônicos múltiplos pode resultar em um padrão de empilhamento estratigráfico extremamente complexo, em resposta às mudanças das áreas-fonte de sedimentos (e.g., embasamento, sedimentos pré-rifte ou sin-rifte iniciais), fisiografia, modificação do padrão de drenagem, criação e destruição de zonas de acomodação, e eustasia. Apesar dessa complexidade, a coluna sedimentar preservada pode ser usada para direcionar e mapear a deformação da litosfera, por ser um registro dos movimentos verticais que nela ocorrem. Se o processo de rifteamento continental for completo, resulta na ruptura da litosfera distendida e formação de crosta oceânica. É durante o processo de rifteamento que o arcabouço estrutural e a segmentação da margem rifteada se desenvolve. Grandes deslocamentos ao longo de sistemas de falhas distensionais podem potencialmente permitir a acumulação de até 10km de seqüências deposicionais não marinhas. A distribuição e geometria de bacias tipo rifte ao longo de margens passivas tendem a ser assimétricas, tanto no sentido longitudinal à margem como no transversal. A assimetria longitudinal é responsável pela formação de zonas de charneira salientes e embaiamentos em ambos os lados das margens conjugadas. A assimetria transversal é representada pelo estilo meio-graben de deformação, característico de muitos sistemas de rifte. As distensões que ocorrem dentro da litosfera são assumidas como sendo acomodadas por uma combinação de processos rúpteis e dúcteis. O colapso rúptil da crosta, em resposta ao processo de distensão, resulta em afinamento da mesma, produzindo uma série de bacias rifte espacialmente discretas. No manto litosférico, a

21 2 distensão é acomodada por deformação plástica e provoca uma elevação passiva do limite litosfera/astenosfera, induzindo calor na base da litosfera afinada. A deformação rúptil da crosta superior leva à geração de morfologias tipo horsts e grabens. Em geral, o início do rifteamento é reconhecido por uma série de observações críticas: falhamento normal, divergência e rotação de refletores sísmicos indicativos de subsidência diferencial e rotação de blocos, e geometrias em cunha. A discordância que marca o início do rifte separa uma zona de refletores paralelos e concordantes, abaixo da discordância, de uma zona caracterizada por refletores divergentes, acima dela.

22 3 2. Objetivos O propósito primordial desta tese é o de mapear a distribuição e amplitude da tectônica distensional responsável pela preservação das sucessões sedimentares da bacia de Camamu-Almada, na margem leste brasileira, e das bacias de Congo, Cabinda e Gabão, na margem oeste africana. Utilizando as relações estratais observadas nas porções terrestres e emersas da sucessão rifte, é possível estabelecer uma relação quantitativa entre a tectônica deformadora da litosfera e as seqüências deposicionais resultantes. Deste modo, o objetivo supra-citado pode assim ser desmembrado: Reconstrução da história multi-fásica do rifte da Bacia de Camamu-Almada a partir da estratigrafia preservada; Modelar a geometria tridimensional das bacias rifte de Camamu-Almada, Congo, Cabinda e Gabão; Compreender o papel de descolamentos (detachment) intra-crustais no controle da geometria sin-rifte da bacia e dos paleoambientes de sedimentação, além de sua influência no desenvolvimento estratigráfico da sequência pós-rifte das bacias brasileiras e africanas; Estimar a história de fluxo de calor basal em função de espaço e tempo, consistente com a evolução geológica da bacia.