Tenth International Congress of the Brazilian Geophysical Society. Longitude Oeste (Graus) Copyright 2007, SBGf - Sociedade Brasileira de Geofísica

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1 Gradiente e Fluxo Geotérmico nas Regiões Norte e Noroeste da Bacia do Paraná Antonio Jorge de Lima Gomes* (ajlgomes@on.br) e Valiya M. Hamza (hamza@on.br) - Observatório Nacional/MCT, Brasil. Copyright 2007, SBGf - Sociedade Brasileira de Geofísica This paper was prepared for presentation at the 10 th International Congress of The Brazilian Geophysical Society held in Rio de Janeiro, Brazil, November Contents of this paper were reviewed by the Technical Committee of the 10 th International Congress of the Brazilian Geophysical Society and do not necessarily represent any position of the SBGf, its officers or members. Electronic reproduction, or storage of any part of this paper for commercial purposes without the written consent of the Brazilian Geophysical Society is prohibited. Resumo Como parte de um projeto de avaliação de recursos geotermais da Bacia do Paraná e com o objetivo de interpretar o campo térmico regional da porção Norte e Noroeste da Bacia, foram utilizados 199 dados geotérmicos, distribuídos em quatro países da América do Sul, sobretudo para um melhor entendimento geotérmico desta porção da Bacia. A distribuição destes dados compreendeu quatro Estados do Brasil (Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás e Bahia), e ainda, outros três Países da América do Sul (Bolívia, Paraguai e Argentina). Foram realizadas novas compilações de levantamentos realizados a partir da década de 1950, muitos já disponíveis em publicações e outros de relatórios técnicos institucionais, incluindo também dados de poços de petróleo com temperatura de fundo de poço BHT. A maior parte dos dados geotérmicos estudados e analisados faz parte integrante da Base de Dados do Laboratório de Geotermia do Observatório Nacional/MCT. Devido à baixa densidade de dados dos Estados do Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e Goiás (totalizando 49 locais no território brasileiro) utilizamos também resultados de levantamentos de três países vizinhos, sendo 52 dados da Bolívia, 35 do Paraguai e 63 da Argentina. A elaboração de mapas geotermais permitiu avaliações do gradiente térmico e do fluxo geotérmico em escala regional. Também foram utilizados os dados de condutividade térmica disponíveis na literatura. Os resultados obtidos indicam que esta região é caracterizada por gradientes geotérmicos situados num intervalo de 10 a 64 0 C/km e fluxo térmico compreendido entre 32 e 180 mw/m 2. Constata-se a existência de uma possível faixa anômala na direção Norte-Noroeste da Bacia do Paraná, apresentando valores de gradientes geotérmicos superiores a 20 0 C/km e fluxo térmico maior que 70 mw/m 2. Esta região de alto gradiente e fluxo térmico apresenta aspectos coincidentes com uma região de alta sismicidade. Introdução Diversas investigações geotérmicas vêm sendo realizadas na Bacia do Paraná e no seu entorno desde a década de Destacamos principalmente os trabalhos de Meister (1973), Vitorello et al (1978, 1980), Araújo (1978), Eston et al (1981), Hurter (1986), Hurter e Hamza (1987), Del Rey e Hamza (1989), Hurter e Pollack (1996) e Del Rey (1989). Posteriormente Hamza e Muñoz (1996), Hurter e Pollack (1996), Hamza et al (2005), e ainda Gomes e Hamza (2004, 2005 e 2006), nos quais, foram realizadas compilações de dados geotérmicos da Bacia do Paraná e também das áreas vizinhas. Como, nosso objetivo principal, neste trabalho, é mapear o campo térmico da área compreendida pela região Norte e Borda Noroeste da Bacia do Paraná, a compilação atual engloba medidas experimentais num total de 199 localidades, distribuídas em quatro Estados do Brasil e três Países da América do Sul. Foram utilizados também dados de fontes termais de Hurter et al (1987, 1983) com geotermômetros de SiO2, Na/k e Na-K-Ca. Para a determinação do fluxo utilizaram-se valores de condutividade térmica disponíveis na literatura. O mapeamento do gradiente e do fluxo geotérmico permitiu a avaliação das variações no campo térmico das regiões Norte e Noroeste da Bacia, assim como as localidades próximas às suas bordas adjacentes. Na Figura (1) apresentamos um mapa com os locais dos dados geotérmicos e sua distribuição em relação ao contorno da Bacia do Paraná na área de interesse deste estudo. Latitude Sul (Graus) Longitude Oeste (Graus) Figuras 1 Locais das medidas geotérmicas nas regiões Norte, Noroeste da Bacia do Paraná e áreas circunvizinhas. A linha em destaque é o contorno da Bacia na região de estudo. Geologia e Geofísica Regional A Bacia do Paraná é do tipo intracratônica com acumulação de rochas sedimentares e vulcânicas, com idades entre o Ordoviciano e o Cretáceo. Os principais trabalhos sobre a estratigrafia e a evolução da Bacia do Paraná foram efetuados por White (1908), Sanford e Lange (1960), Schneider et al (1974), Soares et al (1974), Almeida (1980) e Zalan et al (1990). As idades radiométricas das rochas do embasamento da situam-se entre 700 a 450 Ma, (Cordani et al, 1984) que Tenth International Congress of the Brazilian Geophysical Society

2 GRADIENTE E FLUXO GEOTÉRMICO NAS REGIÕES NORTE E NOROESTE DA BACIA DO PARANÁ 2 correspondem ao Ciclo Orogênico Brasiliano. De acordo com os valores apresentados por Quintas et al (1999) as maiores taxas de subsidência, com valores na faixa de 60 a 180m/Ma, ocorreram nos períodos de deposição das formações Rio do Rasto, Teresina, Irati e Palermo. Eston et al (1981, 1982 e 1983) realizaram estudos de evolução termomecânica da Bacia do Paraná com base em modelo de estiramento uniforme (MacKenzie, 1978) e no modelo de estiramento por intrusões (Royden e Keen, 1980). Outros estudos posteriores foram realizados por Caetano-Chang (1993), Oliveira (1987), Quintas (1995) e Quintas et al (1999). Hurter e Pollack (1996) realizaram um estudo de Fluxo Geotérmico com base em 51 dados de temperatura BHT de Poços de Petróleo localizados somente no interior da Bacia, no entanto, estes não apresentaram mapas de gradiente e de fluxo geotérmico da Bacia. Metodologia Adotada Foram utilizados quatro métodos distintos para a determinação do gradiente geotérmico, que são os seguintes: convencional (CVL), temperatura estável do fundo de poço (CBT), temperatura do fundo de poço de petróleo (BHT), geoquímicos (GCL). Os detalhes desses métodos encontram-se descritos nos trabalhos anteriores de Hamza e Muñoz (1996), Gomes e Hamza (2004, 2005 e 2006), e Hamza et al (2004 e 2005). O método convencional (CVL) foi utilizado para determinar o gradiente em intervalos de profundidades selecionados com base nos resultados obtidos de perfilagem térmica. As correções efetuadas incluem efeitos de mudanças climáticas e de topografia local. Nos poços rasos com indícios de perturbações térmicas são aplicadas correções para minimizar os efeitos de mudanças climáticas e de topografia local. O método de mínimos quadrados permite estimativas dos coeficientes de ajuste linear. O método de temperatura do fundo de poço de petróleo (BHT) foi utilizado para a determinação do gradiente e fluxo geotérmico em poços de petróleo. A relação utilizada para a determinação do gradiente térmico compreende o conhecimento da temperatura do fundo do poço, da temperatura média anual da superfície e da profundidade do poço. As medições das temperaturas BHT, efetuadas em poços de petróleo, precisam ser corrigidas dos efeitos perturbadores das atividades de perfuração. Nos casos em que se possui apenas uma medida de temperatura utiliza-se a relação empírica da AAPG (1976) para correção dos efeitos de perfuração. Na existência de medidas múltiplas de temperatura estas são corrigidas pelos métodos propostos por Lachenbruch e Brewer (1959) e Middleton (1980). O método (CBT), denominado de temperatura estável de fundo do poço, foi utilizado em casos onde o campo térmico do poço é afetado pelo movimento de fluidos no seu interior. O princípio do método é baseado no fato de que a perturbação térmica é praticamente nula na parte inferior do poço. geotermômetros de Sílica (SiO 2), Sódio-Potássio (Na-K), e Sódio-Potássio-Cálcio (Na-K-Ca). Resultados de Gradiente e Fluxo Térmico A base de dados compilados neste trabalho inclui determinações de gradiente e fluxo geotérmico em 199 localidades. Inclui dados apresentados em diversas publicações anteriores: Meister (1973), Vitorello et al (1978, 1980), Araújo (1978), Eston et al (1981), Hurter (1986), Hurter e Hamza (1987), Del Rey e Hamza (1989), Del Rey (1989), Hamza e Muñoz (1996), Hurter e Pollack (1996), Ferreira e Hamza (2003), Hamza et al (2005), e Gomes e Hamza (2004, 2005 e 2006). Os dados geotérmicos dos estados de Mato Grosso e de Mato Grosso do Sul, foram reavaliados no presente trabalho no contexto de melhorias no conhecimento de resistência térmica das formações sedimentares da bacia do Paraná. Os resultados desta reavaliação são apresentados, respectivamente, nas Tabelas (1) e (2). Nestas tabelas são apresentadas as coordenadas geográficas, valores do gradiente térmico (Γ), o método utilizado e valor do fluxo térmico (q) junto com seu desvio padrão (σ). Tabela (1) Gradiente e Fluxo Térmico no Estado do Mato Grosso Localidade Long. Lat. Γ (ºC/k m) Tipo q (mw/m 2 ) Médio Alto Araguaia -53, , ,2 Cvl 105 2,1 Araguainha -53, , ,8 Cvl 63 1,3 Araguainha -53,0167-6, ,8 Cvl 63 1,3 Cuiabá -56, , ,5 Cvl 58 1,2 Cuiabá -55, , ,5 Cvl 48 1,0 Juscimeira -53, , ,5 Cvl 120 2,4 Nortelandia -55, , ,4 Cvl 72 1,4 Nortelandia -56, , ,8 Cvl 72 1,4 Poconé -55, , ,2 Cvl 95 1,9 Ponte Branca -52, , ,5 Cvl 50 1,0 Ros. Oeste1-56, , ,4 Cvl 33 0,7 Ros. Oeste2-56, , ,8 Cvl 50 1,0 Tan. da Serra -57, , ,6 Cvl 68 1,4 Várz. Grande -56, , ,1 Cvl 55 1,1 Bar. Melgaço -55, , ,5 Gcl 113 3,4 Gen.Carneiro -52, , ,0 Gcl 84 2,5 Palmeiras -55, , ,3 Gcl 162 4,9 Rondonópolis -54, , ,4 Gcl 110 3,3 Jaciara -53, , ,8 Cbt 85 2,6 Tesouro -53, , ,2 Cbt 89 2,7 Alto Garças -53, , ,1 Bht 79 1,6 Alto Taquari -53, , ,4 Bht 45 0,9 σ No método geoquímico (GCL) as temperaturas dos reservatórios são estimadas através de uso de

3 ANTONIO JORGE DE LIMA GOMES E VALIYA MANNATHAL HAMZA 3 Tabela (2) Gradiente e Fluxo Térmico no Estado do Mato Grosso do Sul Localidade Long. Lat. Γ (ºC/km) Tipo q (mw/m 2 ) Médio Amambaí -55, , ,0 Bht 86 1,7 Campo Grande Chapadão do Sul -54, , ,6 Bht 53 1,1-52, , ,9 Bht 39 0,8 Dourados -54, , ,4 Bht 59 1,2 Ivinhema -53, , ,5 Bht 51 1,0 Ribas do Rio Pardo -53, , ,1 Bht 86 1,7 Na determinação do fluxo geotérmico foram utilizados os valores de condutividade térmica apresentados nos estudos anteriores. Uma síntese desses dados é apresentada na Tabela (3). Tabela (3) Condutividade Térmica das principais formações da Bacia do Paraná de Hamza et al (2005). Formação N Condutividade Térmica Média σ Serra Geral 473 1,81 0,31 Botucatu 226 4,04 0,77 Pirambóia 10 2,71 0,32 Serra Alta 8 1,9 0,17 Irati 43 2,34 0,34 Palermo 18 2,93 0,3 Tatuí 9 1,76 0,36 Rio Bonito 24 2,60 0,36 Itararé 93 2,78 0,55 Ponta Grossa 12 2,57 0,26 Embasamento 9 3,84 0,89 Mapeamento do Gradiente e Fluxo Geotérmico Mapas geotermais permitem avaliação de distribuição espacial dos parâmetros tais como temperatura, condutividade, gradiente ou fluxo térmico. Esta é uma das formas mais convenientes de apresentar e visualizar as características do regime térmico relacionado com as estruturas geológicas. As feições representadas por mapas estão diretamente relacionadas com a densidade e a distribuição geográfica dos dados. Com base nos resultados obtidos deste trabalho foram elaborados mapas de gradiente e de fluxo geotérmico. Pacotes gráficos comerciais foram utilizados na confecção de mapas de contornos computadorizados. Na elaboração dos mapas geotermais também foram incluídos dados de gradiente e de fluxo geotérmico das áreas vizinhas, localizadas na Bolivia, Paraguai e Argentina. Os resultados são apresentados nas figuras (2) e (3). σ O mapa do gradiente térmico (Figura 2) indica existência de valores relativamente elevados (entre 28ºC/km á 64ºC/km) ao longo de uma faixa na direção nordeste sudoeste, localizada na borda oeste da bacia do Paraná. O mapa indica também uma outra possível faixa paralela à região de anomalia térmica, situada a noroeste, onde os valores de gradientes térmicos são relativamente baixos. Feições semelhantes também são encontradas no mapa de fluxo geotérmico (Figura 3) com valores compreendidos entre 74 e 170mW/m 2. Os círculos constantes nestes mapas indicam locais de atividades sísmicas, relatados nos trabalhos de Berrocal et al (1984) e de Barros (2005). A distribuição de epicentros também parece indicar a possível existência de uma faixa de direção nordeste sudoeste. Conclusões Os resultados obtidos no presente trabalho indicam existência de uma anomalia geotérmica na borda oeste da bacia do Paraná cujos valores de gradientes térmicos estão no intervalo de 28ºC/km á 64ºC/km. Há indícios de que esta anomalia se estende para a região oeste da bacia do Paraná, com ramificações para áreas localizadas na bacia adjacente de Chaco-Paraná. As limitações de dados não permitem delimitações das eventuais ramificações desta anomalia na Bolivia, Paraguai e Argentina, merecendo uma melhor investigação geotérmica. Constata-se que grande parte desta região apresenta potencialidade de exploração de recursos geotermais de baixa entalpia. Referências American Association of Petroleum Geologists (AAPG), Basic data file from AAPG Geothermal Survey of North America: Univ. of Oklahoma, Norman. Almeida, F.F.M., Tectônica da Bacia do Paraná no Brasil. Relatório da Paulipetro n 14091, São Paulo, 187p. Araújo, R. L. C., Pesquisas de fluxo térmico na chaminé alcalina de Poços de Caldas, Tese de Mestrado, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil. Caetano-Chang, M. R. WU, F.T., A composição faciológica das formações Pirambóia e Botucatu no centro-leste paulista e a delimitação do contato entre as unidades. In: Simpósio Sobre Cronoestratigrafia da Bacia do Paraná, Rio Claro: Universidade Estadual Paulista, p. 93. Barros, L.V., Determinação dos parâmetros de fonte do sismo de 10/03/98 de Porto dos Gaúchos/MT por análise espectral de sinais. 9 IC da SBGf, Salvador. Berrocal, J., Assumpção, M.; Antezana, R.; Dias Neto, C.M.; Ortega, R.; França. H.; Veloso,. J.A.V. 1984, Sismicidade do Brasil, SP, Brasil, IAG/USP/CNEN, 320 p. Cordani, U.G.; Tassinari, C.G.G.; Kawashita, K., A Serra dos Carajás como região limítrofe entre províncias tectônicas. Ciências da Terra, 9:6-11.

4 GRADIENTE E FLUXO GEOTÉRMICO NAS REGIÕES NORTE E NOROESTE DA BACIA DO PARANÁ 4 Del Rey, A.C. and Hamza, V.M., Terrestrial Heat Flow variations in the northeastern parts of the state of São Paulo : A case for transport of geothermal heat by interfracture fluid flows, In Hydrogeological Regimes and their subsurface thermal effects, Geophysical Monograph, 47, American Geophysical Union, p Del Rey, A.C., Estudo Hidrogeotérmico da região de Águas de Lindóia, Amparo e Socorro no Nordeste do Estado de São Paulo. Tese não publicada, USP. Eston, S.M., Hamza, V.M. e Becker, E.A., 1981, Pesquisas Geotérmicas na Exploração de Hidrocarbonetos na Bacia do Paraná, Relatório , Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo-IPT. Eston, S.M., Hamza, V.M., Becker, E.A., Furumoto, S., Pesquisas Geotérmicas na Exploração de Hidrocarbonetos na Bacia do Paraná, Parte1. Eston, S.M., Hamza, V.M., Becker, E.A., Furumoto, S., Pesquisas Geotérmicas na exploração de hidrocarbonetos na Bacia do Paraná, Parte2. Gomes, A.J.L., Hamza, V.M., 2003, Avaliação de Recursos Geotermais do Estado do Rio de Janeiro, 8 o. IC da SBGf, Rio de Janeiro. Gomes, A.J.L. e Hamza, V.M., Mapeamento de Gradientes Geotérmicos no Estado de São Paulo, In: 1º SRSBGf, Cd-rom, São Paulo, de setembro, 4p. Gomes, A.J.L. and HAMZA, V.M., Gradiente e Fluxo Geotérmico do Estado de Santa Catarina, 9 o ICSBGf, 6p., Cd-rom, Salvador, Brasil. Gomes, A.J.L. and HAMZA, V.M., Gradiente e Fluxo Geotérmico no Estado do Paraná, 2 o ISRBGf, 6p., Cd-rom, Natal, Brasil. Hamza, V.M. and Muñoz, M., Heat Flow map of South America, Geothermics, Vol. 25, nº 6, pp Hamza, V.M., Silva Dias, F.J.S., Gomes, A.J.L. and Terceros, Z.G.D., Numerical and Functional Representations of Regional Heat Flow in South America, PEPI, Volume 152, 4, p Hurter, S.J., Eston, S.M. e Hamza, V.M., 1983, Coleção Brasileira de Dados Geotérmicos Série 2 Fontes Termais. Publicação No. 1233, Instituto. de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo s/a IPT, pp Hurter, S.J., The use of chemical geothermometry and heat loss models in estimating terrestrial heat flow for low temperature hydrothermal systems. Rev. Bras. Geofisica 6, Hurter, S.J. e Hamza, V.M., Aplicação de Geotermômetros Químicos em águas de Fontes Brasileiras na determinação do Fluxo Geotérmico, Dissertação de Mestrado, IAG/USP, São Paulo. Hurter, S.J. and Pollack, H.N., Terrestrial heat flow in the Paraná basin, Southern Brazil, J. Geophysics. Res., 101, p Lachenbruch, A. H. and Morgan, P., Continental extension, magmatism, and elevation: Formal relations and rules of thumb: Tectonophysics, v. 174, p McKenzie, D.P Some remarks on the development of sedimentary basins. Earth and Planetary Science Letters, 40, pp Meister, E.M., 1973, Gradientes geotérmicos nas bacias sedimentares Brasileiras, Boletim Técnico Petrobrás, 16 (4), Oliveira, L.O.A Aspectos da evolução termomecânica da Bacia do Paraná no Brasil. Dissertação. Universidade Federal de Ouro Preto, Escola de Minas. 179p. Quintas, M.C.L., Mantovani, M. M., Zalán, P. V., Contribuição ao Estudo da Evolução Mecânica da Bacia do Paraná, Revista Brasileira de Geociências 29 (2): , junho de Royden, L. e Keen, C.E., Rifting process and thermal evolution of the continental margin of Eastern Canada determined from subsidence curves, Earth and Planetary Science Letters, Volume 51, Issue 2, p Sanford, R.M., Lage, F.W., Basin Study approach to oil evaluation of Paraná migeossyncline, south Brazil, AAPG Bull., Tulsa, 44 (8). Schneider, R.L.; Muhlmann, H.E., Medeiros, R.A.; Daemon R.F., Nogueira, A.A., Revisão estratigráfica da Bacia do Paraná. In: Congresso Brasileiro De Geologia, 28, Porto Alegre. Anais. p Soares, P.C,, Landim, P.M.B. e Fúlfaro, V.J., 1974, Avaliação Preliminar da Evolução Geotectônica das Bacias Intracratônicas Brasileiras, Anais do 28º Congresso Brasileiro de Geologia, Porto Alegre, v.4, p Verma, S.P., Santoyo, E., New improved equations for Na/K and SiO 2 Geothermometers by error propagation, World Geothermical Congress, Florence, Italy, pp Vitorello, I., Hamza, V.M.; Pollack, H.N. and Araújo, R.L.C., Geothermal Investigations in Brazil, Rev. Brasil. Geociências, vol. 8, pp Vitorello, I., Hamza, V.M. and Pollack, H.N., Terrestrial Heat Flow in the Brazilian Highlands, Journal of Geophysical Research, vol. 85, pp White, I.C., Relatório final da Comissão de Estudos das Minas de Carvão de Pedra do Brasil. Rio de Janeiro : DNPM, Parte I, p ; Parte II, p (ed. Fac-similar).

5 ANTONIO JORGE DE LIMA GOMES E VALIYA MANNATHAL HAMZA ºC/Km 62 Latitude Sul (Graus) Longitude Oeste (Graus) Figura 2 - Distribuição Regional de Gradiente Geotérmico nas regiões das bordas Noroeste e Norte da Bacia do Paraná com o contorno da Bacia. Os triângulos mostram os locais de medida e os círculos pontos de sismicidade.

6 GRADIENTE E FLUXO GEOTÉRMICO NAS REGIÕES NORTE E NOROESTE DA BACIA DO PARANÁ -8 mw/m Latitude Sul (Graus) Longitude Oeste (Graus) Figura 3 Distribuição Regional de Fluxo Geotérmico nas regiões das bordas Noroeste e Norte da Bacia do Paraná com o contorno da Bacia. Os triângulos mostram os locais de medida e os círculos pontos de sismicidade.