Utilização de Seções Sísmicas 2D na Identificação de Zonas de Escapes de Fluidos

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1 ISSN Dezembro Nº Porto Alegre Utilização de Seções Sísmicas 2D na Identificação de Zonas de Escapes de Fluidos Rosa M.L.C.C. 1,2 ; Ayup-Zouain R.N. 1,2,4 & Barboza E.G. 1,2,3 1 Centro de Estudos de Geologia Costeira e Oceânica CECO/IG/UFRGS (mluiza7@hotmail.com); 2 Laboratório de Modelagem de Bacias LABMOD/IG/UFRGS; 3 Departamento de Paleontologia e Estratigrafia IG/UFRGS; 4 Departamento de Geodésia IG/UFRGS. RESUMO A partir da interpretação de seções sísmicas 2D podem ser identificadas feições de escapes de fluidos, os quais podem ser água, gás ou óleo. Essas feições, denominadas seepages, podem ser geradas devido à reativação de falhas, através da pressão gerada pela carga sedimentar e no processo de desestabilização de hidratos de gás. Os hidratos de gás são sólidos cristalinos formados por moléculas de água arranjadas em uma estrutura capaz de aprisionar moléculas de gás. Esses compostos são estáveis somente em determinadas condições de pressão e temperatura. Foram interpretadas seções sísmicas 2D da Bacia de Pelotas com o objetivo de identificar seepages e suas geometrias ocorrentes para correlacioná-los com os possíveis mecanismos geradores. Através do mapeamento e da compreensão dessas feições poderão ser determinadas áreas preferenciais para amostragem de sedimentos de fundo para avaliar a origem (termogênica ou biogênica) do gás e o potencial energético relacionado à ocorrência de hidrocarbonetos na área. ABSTRACT The interpretation of 2D seismic sections allows the identification of seeping features, which can be water, gas or oil. These features, called seepages, can be generated by the reactivation of faults, through the sedimentary pressure and in processes of gas hydrates run down. The gas hydrates are solid crystalline formed of water molecules in a structure able to imprison gas molecules. These composites are steady only in determined conditions of pressure and temperature. Had been interpreted 2D seismic sections of Pelotas Basin to identify seepages, their morphologies and to link them with the possible generating mechanisms. The mapping and the understanding of these features are useful to designate preferential sampling areas for evaluating the origin (thermogenic or biogenic) of the gas and the related potential to the occurrence of hydro-carbons in this basin. Palavras chave: seepages, gás natural, Bacia de Pelotas. Trabalho agraciado com o prêmio DESTAQUE DO XVIII SALÃO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UFRGS/2006.

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3 110 Utilização de Seções Sísmicas 2D na Identificação de Zonas de Escapes de Fluidos INTRODUÇÃO A utilização de seções sísmicas 2D permite a identificação de feições indicativas de escapes de fluidos, denominadas seepages. O mapeamento e o entendimento dessas feições são de extrema importância para determinar os tipos de fluidos em escape os quais podem ser água, gás e óleo. As zonas de escape podem auxiliar na determinação do potencial energético de uma bacia sedimentar à medida que são áreas preferenciais para a realização de amostragem de sedimentos de fundo. A análise dessas amostras indicará se os fluidos possuem correlação com a ocorrência de hidrocarbonetos em subsuperfície. A área de estudo está localizada na margem continental sul do Brasil, na parte submersa da Bacia de Pelotas, a qual é limitada a norte pela Plataforma de Florianópolis e a sul pelo Alto de Polônio (Fig. 1). Os seepages foram identificados com o objetivo de definir as geometrias ocorrentes e realizar uma correlação com os possíveis mecanismos geradores, utilizando para tanto comparações com exemplos da bibliografia. Figura 1. Mapa de localização da Bacia de Pelotas, limitada a norte pela Plataforma de Florianópolis e a sul pelo Alto de Polônio (batimetria BEDEP/ANP e imagem de satélite Landsat 7 ETM+ R7G4B2).

4 Rosa et al. 111 A reativação de falhas, a pressão gerada pela carga sedimentar e a desestabilização de hidratos de gás, são alguns dos mecanismos capazes de gerarem os seepages. Os hidratos de gás ou clatrato são sólidos cristalinos estáveis sob condições de alta pressão e baixa temperatura, compostos por moléculas de gás natural circundadas por moléculas de água (KVENVOLDEN, 1988; CRUICKSHANK & MASUTANI, 1999). Os fatores que definem tal estabilidade são preferencialmente encontrados junto aos sedimentos do fundo oceânico em taludes continentais em profundidades maiores que 500 m (KVENVOLDEN, 2001). Os estudos relacionados à presença dos hidratos de gás estão vinculados ao potencial dos referidos compostos como fonte de energia e ao possível efeito nas mudanças climáticas, já que muitas vezes estes compostos são formados por grandes quantidades de gás metano, que é adicionado a atmosfera em eventos de desestabilização. Outros estudos desenvolvidos na área incluem os trabalhos de CELMINS (1957), DELANEY (1965), MARTINS et al. (1967), BUTLER (1970), MARTINS et al. (1972), KOWSMANN et al. (1977), GONÇALVES et al. (1979), ASMUS (1983), MARTINS (1983), AYUP-ZOUAIN (1986), VILLWOCK et al. (1986), FONTANA (1990), AYUP-ZOUAIN (1991), FONTANA & MUSSUMECI (1994), VILLWOCK & TOMAZELLI (1995), FONTANA (1996), AYUP-ZOUAIN et al. (2000), TOMAZELLI & VILLWOCK (2000), ROSA et al. (2005), ROSA et al. (2006) e BARBOZA et al. (2006). CONTEXTO GEOLÓGICO A área de estudo está inserida no contexto geológico da Bacia de Pelotas a qual está situada na Província Costeira do Rio Grande do Sul. Definida por VILLWOCK (1984), essa província abrange os depósitos sedimentares da Bacia de Pelotas (Planície Costeira do Rio Grande do Sul e plataforma continental) e o embasamento (Bacia do Paraná e Escudo Uruguaio-Sul-Rio-Grandense). Na Figura 2 pode-se visualizar o mapa fisiográfico com as principais feições estruturais definidas para a Bacia de Pelotas. Figura 2. Mapa da fisiografia e das principais estruturas observadas na Bacia de Pelotas e área continental adjacente (modificado de URIEN & MARTINS, 1978, apud DILLENBURG, 1988 e BARBOZA, 1999).

5 112 Utilização de Seções Sísmicas 2D na Identificação de Zonas de Escapes de Fluidos FONTANA (1996) definiu, através de seções sísmicas 2D, 18 seqüências deposicionais (A a Q) para a Bacia de Pelotas. Essas seqüências podem ser agrupadas em três grandes unidades (BARBOZA et al., 2006). A primeira unidade (Seqüência A) representa a Fase Rifte. A segunda unidade representa a Cunha de Margem Passiva da Megasseqüência Transgressiva (Seqüências B a F), desenvolvida entre o Aptiano e o Paleoceno Superior. A terceira unidade é a Cunha de Margem Passiva da Megasseqüência Regressiva (Seqüências G a Q) a qual evoluiu deste o Paleoceno Superior até o Recente (Fig. 3). Figura 3. Interpretação sísmica na qual se visualizam as seqüências deposicionais definidas para a Bacia de Pelotas. A seqüência A representa a Fase Rifte. As seqüências B a F representam a cunha de margem passiva da megasseqüência transgressiva (Aptiano-Paleoceno superior). As seqüências G a Q mostram o desenvolvimento da cunha de margem passiva da megasseqüência regressiva (Paleoceno superior-recente). Modificado de FONTANA (1996) e BARBOZA et al. (2006). MATERIAIS E MÉTODOS Foram utilizadas 11 linhas sísmicas 2D (3 strike e 8 dip), nas quais foi constatada a ocorrência de feições indicativas de escape de fluidos (seepages), junto ao fundo oceânico. Essas feições foram identificadas no programa de interpretação sísmica Seis-X e alguns exemplos foram escolhidos para comparação com ocorrências em outras bacias a partir de uma pesquisa bibliográfica. INTERPRETAÇÃO SÍSMICA A partir da análise das seções sísmicas 2D foram identificadas algumas feições importantes as quais indicam a presença de gás com diferentes formas de ocorrência e de comportamento. Uma dessas feições é o refletor anômalo denominado bottom-simulating reflector (BSR), que marca o limite inferior da zona de estabilidade do hidrato de gás. Abaixo desta zona ocorre gás livre o qual fica trapeado pelos sedimentos hidrato-cimentados, gerando um contraste de impedância acústica o que é responsável pela geração do refletor anômalo BSR (HOVLAND & JUDD, 1988). É importante ressaltar que os hidratos de gás ocorrem preenchendo os poros dos sedimentos, os quais são denominados hidratocimentados. Isto acontece nos locais onde se encontram as condições de pressão e temperatura nas quais o hidrato atinge sua estabilidade. Desta forma, os sedimentos hidrato-cimentados não correspondem diretamente a um determinado estrato sedimentar, o que pode ser visualizado pelo caráter diácrono do refletor anômalo BSR (Figs. 4, 5 e 6). Foi identificada uma zona de branqueamento da seção sísmica (blanking) a qual segundo HOVLAND & JUDD (1988)

6 Rosa et al. 113 Figura 4. A seção sísmica superior representa um exemplo de seepage da área de estudo. Na seção inferior compara-se o exemplo com uma ocorrência no Mar de Barents (Oceano Ártico) onde visualiza-se uma cratera associada a uma zona de falha. (LONG et al., 1998). representa a parte da seção cujos sedimentos estão cimentados por hidrato de gás (Figs. 5 e 6). Nesta zona a cimentação por hidrato reduz o contraste de impedância acústica entre os estratos sedimentares resultando em uma redução nas amplitudes dos refletores sísmicos (LEE et al., 1993). Outra feição observada foram os bright spots que são difrações dentro do pacote sedimentar que representam uma reflexão de alta amplitude. Esta reflexão é gerada por sedimentos carregados de gás, formando um alto contraste de impedância acústica associado a uma alta densidade e/ou contraste de velocidades. Finalmente, foram identificados os seepages, o qual é o objetivo principal deste estudo (Figs. 4, 5 e 6). Os seepages representam uma feição gerada devido a processos de escape de fluidos (seeping) o qual pode ser água, gás ou óleo. Devido a um aumento na pressão desses fluidos junto aos sedimentos ou através de zonas de falhas ocorrem esses processos gerando na superfície oceânica uma cratera (pockmark) (HOVLAND & JUDD, 1988). Esta cratera é identificada em seções sísmicas como uma feição em V, a qual pode ser simétrica ou assimétrica, cuja extensão varia dependendo da magnitude do escape, a qual está relacionada

7 114 Utilização de Seções Sísmicas 2D na Identificação de Zonas de Escapes de Fluidos com a pressão de fluidos e com o processo envolvido. Outra explicação para a geração destes escapes é devido à desestabilização dos hidratos de gás. Como estes compostos são estáveis somente em determinadas condições de pressão e temperatura as variações destes fatores podem gerar tal desestabilização. O gás que antes se encontrava na forma de um sólido cristalino passa agora para a forma de gás livre, aumentando em torno de 170 vezes o seu volume (SLOAN, 1998). Este processo levaria a um violento processo de escape de gás e ao colapso dos estratos sedimentares na região, resultando na formação dos seepages. Na área de estudo foram escolhidos alguns exemplos de seepages a partir dos quais se realizaram comparações com a bibliografia, sendo observadas as geometrias ocorrentes e determinados os possíveis mecanismos geradores. Para a conversão nas seções sísmicas de tempo (ms) em profundidade (m) utilizou-se para a água do mar o valor de m/s e para os sedimentos m/s para a velocidade de propagação das ondas sísmicas (HORNBACH et al., 2002), pois na área de estudo não existem dados de poços estratigráficos para uma determinação mais precisa. Na Figura 4, observa-se um dos exemplos, o qual se encontra a aproximadamente m de profundidade de lâmina d água e possui geometria em V assimétrico. Este exemplo é comparado a uma ocorrência no Mar de Barents (Oceano Ártico) onde, segundo os autores, o escape foi gerado devido a fraturas posteriores a um evento de deglaciação. Nesta área hidratos de gás também são encontrados, havendo a possibilidade destas fraturas serem relacionadas a um processo de desestabilização dos hidratos ocorrido na deglaciação (LONG et al., 1998). Na Figura 5 observam-se três feições em V com profundidade em torno de m. Interpreta-se que um processo de escorregamento provocou o dobramento dos sedimentos, gerando zonas de fraqueza junto às quais atuaram os processos de escape. Figura 5. Seção sísmica da área de estudo com três seepages associados a uma zona de escorregamento. Na Figura 6 são observados dois seepages com geometria em V aproximadamente simétricos. Este exemplo pode ser comparado a ocorrências junto a Fossa da Noruega (HOVLAND & JUDD, 1988). Devido à diferença de resolução sísmica, na comparação são identificadas diversas feições, as quais não são visualizadas nas seções sísmicas da Bacia de Pelotas. Porém, acredita-se que tais feições possam estar presentes na área. As zonas de turbidez acústica (ATZ) e os refletores realçados (ER) relacionam-se a gás livre trapeado junto aos sedimentos. As janelas acústicas (AW) são associadas a zonas sem a presença de gás, em locais onde possivelmente já tenha ocorrido escape. Os domos intrasedimentares (ID) são feições interpretadas como tendo sido formadas devido à pressão de fluidos nos poros dos sedimentos, gerando um arqueamento dos estratos sedimentares e pockmarks na superfície (HOVLAND & JUDD, 1988).

8 Rosa et al. 115 Figura 6. Na seção sísmica superior são observados dois seepages em V aproximadamente simétricos os quais são comparados a ocorrência junto a Fossa da Noruega (HOVLAND & JUDD, 1988). Na seção inferior podem ser identificadas diversas feições relacionadas à ocorrência de gás no pacote sedimentar. Essas feições não são observadas nas seções da Bacia de Pelotas devido à escala e a resolução das seções, porém acredita-se que as mesmas também ocorram. Uma modelagem da batimetria oceânica na Noruega, realizada por HOVLAND et al. (2002) mostra a ocorrência de pockmarks tipo strings (pequenos pockmarks alinhados) associados a crateras maiores (Fig. 7). Na área de estudo na Bacia de Pelotas não existem dados batimétricos de alta resolução, o que poderia ser obtido com sonar de varredura lateral (side scan sonar), possibilitando a visualização e a modelagem dos seepages em planta e tridimensionalmente. CONCLUSÕES Após a identificação, análise e comparações dos seepages presentes na Bacia de Pelotas, foi possível verificar que essas feições estão associadas a escapes de fluidos - provavelmente gás, em zonas de falhas e/ou de desestabilização dos hidratos de gás. Através das seções sísmicas pode-se ter uma idéia da magnitude dos seepages na área de estudo, cujas dimensões envolvidas estão em torno de 300 m de extensão lateral. Estes locais são preferencialmente indicados para a realização de amostragens com a finalidade de analisar a origem dos fluidos -

9 116 Utilização de Seções Sísmicas 2D na Identificação de Zonas de Escapes de Fluidos termogênico ou biogênico o que possibilitará a avaliação real da presença de hidrocarbonetos na área. Para uma alocação mais precisa dos seepages com objetivo da realização de amostragem, recomenda-se a realização de levantamento de sonar de varredura lateral (side scan sonar), associado com sísmica de alta resolução, para visualização em planta das feições. Figura 7. Modelagem batimétrica realizada na Noruega a aproximadamente 300 m de profundidade onde ocorrem pockmarks do tipo strings. EV=5X. HOVLAND et al. (2002). REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ASMUS, H.E A Bacia de Pelotas no esquema evolutivo da margem continental brasileira. In: SIMPÓSIO SUL- BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 1, Porto Alegre, Anais... Porto Alegre: SBG, p AYUP-ZOUAIN, R.N Aspectos da dinâmica sedimentar no Rio de La Plata exterior e plataforma interna adjacente. Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Dissertação de Mestrado, 226 p. AYUP-ZOUAIN, R.N Avaliação das mudanças do nível do mar durante o Holoceno na plataforma continental adjacente ao Rio de La Plata. Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Tese de Doutorado, 364 p. AYUP-ZOUAIN, R.N.; CHEMALE Jr., F.; TOMAZELLI, L.J.; CORRÊA, I.C.S.; TOLDO Jr., E.E.; DILLENBURG, S.R.; De ROS, L.F. & BARBOZA, E.G Estado da Arte da Análise da Origem, da Dispersão Sedimentar e Eventos Erosivos Controladores da Sedimentação, na Área do Cone do Rio Grande. Projeto PETROBRAS-EXXON MOBIL. Relatório Interno. BARBOZA, E.G.; AYUP-ZOAUIN, R.N. & ROSA, M.L.C.C Cronoestratigrafia da Bacia de Pelotas: uma revisão das seqüências deposicionais na área do Cone do Rio Grande. Gravel, v.6(1), p BARBOZA E.G Terraços da Margem Leste da Laguna dos Patos, Litoral Médio do Rio Grande do Sul: Estratigrafia e Evolução Holocênica. Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Dissertação de Mestrado. 138 p. BUTLER, L.W Shallow structure of the continental margin southern Brazil and Uruguay. Geological Society of America Bulletin, New York, v.81, p

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