5º CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM PETRÓLEO E GÁS

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1 5º CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM PETRÓLEO E GÁS TÍTULO DO TRABALHO: CARACTERIZAÇÃO ORGANOFACIOLÓGICA DO INTERVALO FORMACIONAL RIO DA BATATEIRA SANTANA, BACIA DO ARARIPE AUTORES: Diego Marques de Brito 1 ; João Graciano Mendonça Filho 1 ; Joalice de Oliveira Mendonça 1 ; Antonio Donizetti de Oliveira 1 INSTITUIÇÃO: 1 Laboratório de Palinofácies e Fácies Orgânica (LAFO), Departamento de Geologia, Instituto de Geociências, UFRJ. ( Este Trabalho foi preparado para apresentação no 5 Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Petróleo e Gás- 5 PDPETRO, realizado pela a Associação Brasileira de P&D em Petróleo e Gás-ABPG, no período de 15 a 22 de outubro de 2009, em Fortaleza-CE. Esse Trabalho foi selecionado pelo Comitê Científico do evento para apresentação, seguindo as informações contidas no documento submetido pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho, como apresentado, não foi revisado pela ABPG. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões da Associação Brasileira de P&D em Petróleo e Gás. O(s) autor(es) tem conhecimento e aprovação de que este Trabalho seja publicado nos Anais do 5 PDPETRO.

2 CARACTERIZAÇÃO ORGANOFACIOLÓGICA DO INTERVALO FORMACIONAL RIO DA BATATEIRA SANTANA, BACIA DO ARARIPE Abstract: The Araripe basin is located in the Borborema Province, NE Brazil. This basis is considered has a Juro-Cretaceous age and was divided in the Mauriti, Brejo Santo, Missão Velha, Abaiara, Rio da Batateira, Santana, Arajara e Exú Formations. The main objective of this study is to characterise the organic facies using palynofacies and organic geochemistry data and to determine variations of these facies along of a sedimentary section from the Araripe Basin. Besides this, it is intended to determine the hydrocarbon generating potential and to obtain some information about the palaeoenvironmental conditions of the studied sedimentary section. In this study, were analysed 17 drilling-core samples from lacustrine deposits of the Rio da Batateira Formation as well as those with lacustrine/marine origin from the Santana Formation. It was carried out an organic facies characterisation through the microscopy techniques using transmitted white light and fluorescence associated to organic geochemistry analyses (Total Organic Carbon TOC and Sulphur content - ST). It was possible to observe in this work an organic composition variation with the predominance of woody (Phytoclast Group) and liptinitic (Amorphous Organic Matter Group) material associated to the occurrence of continental (sporomorphs) and marine (dinocysts) palynomorphs. The results of the geochemical analyses indicated TOC and ST contents reaching 2.46% and 0.45%, respectively. These results indicated that the studied sedimentary section presents an adequate organic matter to hydrocarbon generation (rich in hydrogen) with a low stage of thermal maturation. The palaeoenvironmental conditions were characterised as continental with marine influence in an arid to semi-arid climate. Keywords: Araripe Basin, Organic Matter, Paleoenvironment, Oil Generation. 1. INTRODUÇÃO A bacia do Araripe é a mais extensa dentre as bacias interiores do Nordeste do Brasil, está situada na Província Borborema, abrangendo aos estados do Ceará, Pernambuco e Piauí (Figura 1). É bastante conhecida do ponto de vista paleontológico por conter fósseis excepcionalmente preservados. Entretanto, em relação à fácies orgânicas (Palinofácies + Geoquímica Orgânica) ela é pouco conhecida. São poucos os estudos de palinofácies na bacia, podendo ser citados os trabalhos de Neumann et al., (2003) e Boudin et al., (1990). As formações Rio da Batateira e Santana estão inseridas na sequência neoaptiana-eoalbiana (andar local Alagoas) e registram o estágio pós-rift na bacia (Assine, 2007). Segundo Ponte & Appi (1996), a Formação Rio da Batateira é composta por arenitos, siltitos e folhelhos, com 200 metros de espessura em média. A formação Santana é dividida em três membros: o membro Crato, que é composto por folhelhos cinza a negros com espessura em média de até 80 metros; o membro Ipubí, composto por gipsita, anidrita e folhelhos escuros com até 30 metros de espessura em média e o membro Romualdo, composto por intercalações de folhelhos, margas, calcárias e lentes de arenitos. O reconhecimento de rochas sedimentares de ambiente lacustre é de extrema importância na indústria de petróleo, uma vez que as suas características podem estar relacionadas a intervalos potencialmente geradores de hidrocarbonetos. Desta forma, foram analisados os depósitos lacustres da

3 Formação Rio da Batateira e os de origem lacustre/marinho da Formação Santana, com o objetivo de caracterizar a faciologia orgânica e suas variações ao longo de uma seção sedimentar da bacia, buscando a determinação do seu potencial de geração de petróleo e a reconstrução paleoambiental desta seção. Figura 1- Mapa geológico da bacia do Araripe com a localização do poço 1-PS-12-CE, (modificado de Assine, 2007). 2. MATERIAL E MÉTODOS DE ESTUDO Para tal estudo foram utilizadas 17 amostras do testemunho de sondagem 1-PS-12-CE (Projeto Santana II, Scheid et. al., 1978) e confeccionadas lâminas organopalinológicas utilizando-se os procedimentos palinológicos padrões não oxidativos descritos por Tyson (1995), Mendonça Filho (1999) e Mendonça Filho et al. (2009) e análises geoquímicas de Carbono Orgânico Total (COT%) e Enxofre Total (ST%). A análise de palinofácies envolveu o exame quantitativo e qualitativo dos grupos e subgrupos de componentes do querogênio através da utilização de técnicas de microscopia sob luz branca transmitida e fluorescência, e obedeceu à classificação proposta por Tyson (1995), Mendonça Filho (1999) e Mendonça Filho et al. (2009). Após a contagem de 300 componentes orgânicos particulados, os valores absolutos foram recalculados para valores percentuais, normalizados a 100% e confeccionados diagramas binários para uma melhor visualização dos resultados. Esses dados foram submetidos à análise de agrupamento (análise cluster), entre os grupos e subgrupos do querogênio a observação de similaridades entre as amostras (Modo Q) utilizando o programa Statistic Basic versão RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Palinofácies A partir da análise de Palinofácies ao longo do testemunho foi possível observar a ocorrência dos três grupos principais do querogênio (Fitoclasto, Matéria Orgânica Amorfa - MOA e Palinomorfo). Foi observado o predomínio do grupo Fitoclasto (Tabela 1), representado principalmente pelo tipo não-opaco (algumas partículas apresentando fluorescência) seguido do tipo opaco (Estampa 1 : a, b). Este grupo corresponde aos fragmentos de tecidos de composição lenhosa derivados vegetais terrestres. Ocorrem também fitoclastos em estado amorfizado apresentando fluorescência amarelada e/ou alaranjada (Estampa 1: c, d), os outros componentes do grupo fitoclasto como as membranas (tecido sem estrutura celular de forma irregular com fluorescência amarelo-

4 esverdeada) e as cutículas (camada mais externa da epiderme foliar com coloração de amarelo claro a marrom claro sob luz branca transmitida e amarelo-alaranjado sob fluorescência) ocorrem em menor percentual, algumas cutículas apresentam estômatos muito bem preservados (Estampa 1: e - h). O grupo da MOA (composição liptinítica), está representado por uma matéria orgânica não estruturada com forma ou contorno irregular, ocorre de forma grumosa quando derivada provavelmente de ataque por bactérias (Estampa 1: i, j), com coloração variando do castanho claro ao marrom e fluorescência variando do amarelo-alaranjado ao laranja. Entretanto quando a MOA, provavelmente é produzida por bactérias (Estampa 1: k, l), ocorre finamente dispersa com coloração castanha muito clara sob luz branca transmitida e amarelo-esverdeada e/ou amarelo-alaranjada sob fluorescência, esta última ocorrendo somente nas amostras com maior teor de carbonatos. O grupo Palinomorfo está representado em grande parte pelos palinomorfos continentais com predomínio dos esporomorfos (grãos de pólens e esporos; Estampa 1: m - q) e ocorrências de algas de água doce dos gêneros Pediastrum e Botryococcus (Estampa 1: r - t). Os palinomorfos marinhos estão representados por dinoflagelados do gênero Subtilisphaera (Figura 2: u, v) e palinoforaminíferos. Foi observada a ocorrência de acritarcos retrabalhados da seção paleozóica (Estampa 1: x). Tanto a análise sob luz branca transmitida, quanto a observação da intensidade e coloração da fluorescência da MOA e dos Esporomorfos indicam uma baixa maturidade térmica para as amostras estudadas. 3.2 COT O material analisado apresentou teores variados de COT de 0,40 a 2,46%, que reflete tanto a elevada quantidade de matéria orgânica depositada, quanto o elevado grau de preservação. O Enxofre (ST) alcançou valores de até 0,73%. O resíduo insolúvel (RI) que compreende a fração não carbonática, indicou que as amostras são silicáticas com pouco teor de carbonato, pressupondo-se que todo carbonato existente na amostra foi eliminado na lavagem com HCl (Tabela 1). 3.3 ANÁLISES DE AGRUPAMENTO HIERÁRQUICO De acordo com o tratamento estatístico Modo-Q (Figura 3), as amostras foram subdivididas em quatro associações de palinofácies de acordo com a similaridade entre os grupos e subgrupos da matéria orgânica, que plotadas estratigraficamente no perfil, possibilitaram dividi-lo em seis intervalos (Figura 4). A associação de palinofácies I é caracterizada pelo predomínio do grupo MOA (82,45%). Os grupos Fitoclasto e Palinomorfo ocorrem em média com 15,55% e 3,0% respectivamente. A elevada abundância relativa de material amorfizado correlaciona-se com altos teores de COT e indicam um ambiente restrito e estagnado. As amostras PL 15, PL14, A2, A1 e PL10 compõem esta associação. A associação de palinofácies II é caracterizada pelo predomínio do grupo Fitoclasto, principalmente do tipo não-opaco não-bioestruturado, em média 56,10% do total da matéria orgânica. O grupo MOA ocorre com 34,03% e o grupo Palinomorfo com 9,87% do total da matéria orgânica. A elevada abundância relativa do grupo fitoclasto e a diminuição dos teores de COT podem indicar ambientes com maior circulação de águas oxigenadas (aporte flúvio-deltaico) e menor preservação de matéria orgânica em relação a palinofácies I. As amostras PL9, PL4, PL3 e PL2 compõem esta associação.

5 Tabela 1 - Valores percentuais dos principais grupos e subgrupos do querogênio e análises geoquímicas. Amostra Prof. (m) Fito MOA Palinomorfo Cont. Marinho COT% ST% RI% PL 1 107,50 82,91 2,85 12,03 14,24 0,79 0,36 83 PL 2 110,00 47,67 41,64 7,12 10,68 0,46 0,05 80 PL 3 113,00 55,04 36,69 7,49 0,78 0,82 0,02 80 PL 4 116,00 65,44 28,61 5,95 0,00 1,08 0,37 83 PL 5 120,00 99,12 0,00 0,88 0,00 1,01 0,21 84 PL 6 123,70 90,83 0,00 9,17 0,00 1,39 0,39 81 PL 7 127,00 75,53 3,32 8,16 12,99 1,18 0,28 81 PL 8 132,00 77,34 6,65 15,41 0,60 1,18 0,16 80 PL 9 136,00 56,27 29,15 11,66 2,92 1,40 0,13 80 PL ,00 29,33 65,64 3,07 1,96 2,20 0,17 79 A 1 139,60 13,11 81,69 1,37 3,83 2,35 0,26 82 A 2 143,00 18,92 78,08 2,70 0,30 2,46 0,25 81 PL ,50 58,46 41,25 0,30 0,00 4,98 0,52 73 A 3 201,00 97,48 0,00 2,52 0,00 0,66 0,45 87 PL ,70 7,54 91,01 1,45 0,00 5,46 0,73 63 PL ,00 81,45 0,00 18,55 0,00 0,40 0,17 87 A 4 222,40 93,16 3,70 2,56 0,57 1,88 0,67 84 (Prof. = Profundidade; Fito = Fitoclasto; MOA = Matéria Orgânica Amorfa; Cont. = Continental; COT = Carbono Orgânico Total; ST = Enxofre Total; RI = Resíduo Insolúvel). A associação de palinofácies III é caracterizada pelo predomínio do grupo Fitoclasto, principalmente os fitoclastos amorfizados, tendo em média 89,47% do total da matéria orgânica. O grupo Palinomorfo ocorre com 10,53% do total da matéria orgânica. A alta concentração de fitoclastos amorfizados e esporomorfos indicam um ambiente de baixa energia e proximidade à área fonte. As amostras PL16 e A3 compõem esta associação. A associação de palinofácies IV é caracterizada pelo predomínio do grupo Fitoclasto, principalmente do tipo não-opaco não-bioestruturado, tendo em média 86,48% do total da matéria orgânica. Os grupos MOA e Palinomorfo ocorrem em média com 2,75% e 10,77% do total da matéria orgânica, respectivamente. A maior ocorrência de fitoclastos opacos e de palinomorfos marinhos (dinocistos, Figura x) indica um ambiente de sedimentação com influência marinha e de alta energia. As amostras PL1, PL5, PL6, PL7, PL8 e A4 compõem esta associação. Para a interpretação paleoambiental, o testemunho foi dividido em seis intervalos a partir das associações de palinofácies geradas pelo agrupamento Modo-Q, com base na variação dos grupos e subgrupos da matéria orgânica. O intervalo 1 (222,40 m) é composto pela palinofácies IV. A elevada abundância relativa de fitoclasto não-opaco, ocorrendo juntamente com cutículas, membranas e grãos de pólen, indica um aporte fluvial intenso, onde a coluna d água mais oxigenada torna o ambiente oxidante, (teor de CaCO 3 de 1,88%). Algas do gênero Pediastrum e Scenedesmus ocorrem em baixa percentagem. A ocorrência de acritarcos do Paleozóico (Veryhachium) evidencia um retrabalhamento de rochas mais antigas. Desta forma, o predomínio de tecidos lenhosos sugere um ambiente de alta energia, onde essa grande quantidade de fitoclastos poderiam ter sido transportados para dentro do lago por sistemas flúvio-deltaicos ativos. O intervalo 2 (211,00-201,00 m) é composto pelas palinofácies I e II. OS elevados percentuais de fitoclastos amorfizados e de MOA indicam ambiente de menor energia, restrito e maior proximidade

6 da área fonte em relação ao intervalo 1. A alta intensidade de fluorescência dessas partículas indica, provavelmente, ambiente de sedimentação alcalino, variando de salino a hipersalino, com elevada atividade bacteriana. Este ambiente de menor energia também foi identificado por Moura (2007), que determinou uma Superfície de Fechamento a 213,5m neste testemunho, sendo esta superfície caracterizada por uma ausência no aporte fluvial que alimenta o sistema lacustre. Segundo o referido autor, esta superfície representa a transição de um sistema lacustre intermitente para um sistema lacustre fechado. A presença de algas do gênero Botryococcus reforça a idéia de uma coluna d água salina e pouco espessa. O predomínio do grão de pólen Classopollis em relação ao grupo esporomorfo (7,40% do total da matéria orgânica) sugere condições de clima árido. A análise de palinofácies indica um típico ambiente lacustre para este intervalo. I II III IV Figura 3 - Dendrograma da análise de agrupamento dos testemunho 1PS-12-CE. O intervalo 3 (145,50 136,00 m) é composto pela palinofácies I. O elevado percentual de MOA está relacionado à ambientes com condições redutoras, coluna d água anóxica e alta produtividade primária. Contudo, nota-se um aumento no percentual de esporomorfos e de fitoclastos da base para o topo do intervalo indicando mudanças nas condições de deposição da matéria orgânica particulada (da base para o topo a associação de componentes orgânicos indica um maior aporte fluvial e/ou pluvial, tornando a coluna d água mais oxigenada e o ambiente mais oxidante favorecendo a concentração de fitoclastos e uma menor taxa de preservação de MOA. Em relação ao intervalo 2, a redução do percentual de esporomorfos ( predomínio do grão de pólen Classopollis) reforçam a idéia de clima árido. A ocorrência de algas do gênero Botryococcus (20,0% do total de palinomorfos) na base deste intervalo indica uma maior salinidade da coluna d água. A partir da amostra A2 (143,0 m) começam a aparecer indícios das primeiras incursões marinhas na bacia, sendo representado por dinocistos do gênero Subtillisphaera e palinoforaminíferos. O percentual de dinocistos aumenta em direção ao topo deste intervalo, provavelmente por causa do favorecimento de nutrientes introduzidos nesse proto-oceano, proporcionando a proliferação dos dinocistos. O intervalo 4 (132,00-120,00 m) é composto pela palinofácies IV. O aumento na proporção de fitoclastos opacos e não-opacos, a baixa preservação da MOA e a redução no valor do COT em relação ao intervalo anterior, pode ter ocorrido devido a um maior transporte fluvial indicando ambiente de maior energia e mais oxidante. O predomínio do grão de pólen Classopollis na base deste intervalo indica um clima árido e na profundidade de 127,00m, ocorre o maior percentual de Subtillisphaera (12,99% do total da matéria orgânica), este pico de dinoflagelados pode ser entendido

7 como a ocorrência de um sistema fronteiriço de coluna d água estratificada, com maior luminosidade, um ambiente propício à proliferação dessa espécie de dinocisto. Em direção ao topo, o percentual de fitoclastos não-opacos aumenta em relação ao de fitoclastos opacos indicando uma sedimentação mais proximal em relação à área fonte e, não ocorrência de dinocistos, provavelmente, devido ao maior aporte fluvial a coluna d água tornou-se pouco salobra, aumentou a turbidez, tornando o ambiente desfavorável ao desenvolvimento destes dinocistos, visto que estes dinocistos são considerados autotróficos e dependem de luz para sobreviver. A não ocorrência de dinoflagelados pode ter ocorrido até mesmo por causa de uma possível regressão marinha, corroborando com a idéia de Assine (2007). O predomínio do grão de pólen Araucariacites em relação ao subgrupo dos esporomorfos aumenta em direção ao topo deste intervalo, reforçando a idéia de um clima mais úmido, com períodos de chuvas mais intensos, justificando a maior entrada de fitoclastos no ambiente. Este intervalo mostra uma associação típica de um ambiente marinho com influência deltáica. O intervalo 5 (116,00 110,00 m) é composto pela palinofácies II. A abundância de MOA (35,65% do total da matéria orgânica) neste intervalo indica um ambiente menos oxidante e mais calmo. A redução na percentagem de esporomorfos (6,59% do total da matéria orgânica com predomínio de Classopollis) e fitoclastos (56,05% do total da matéria orgânica) indica provavelmente um menor transporte fluvial e/ou pelo vento em relação ao intervalo anterior. A ocorrência de Subtillisphaera e de palinoforaminífero evidência o retorno das condições marinhas rasas propícias ao seu desenvolvimento, ocasionado talvez, por uma transgressão marinha ou pelo aumento da luminosidade na coluna d água devido à diminuição do aporte fluvial, tornando as condições favoráveis à preservação da MOA. O intervalo 6 (107,50 m) é composto pela palinofácies IV. O aumento na abundância de fitoclastos (82,91% do total da matéria orgânica) e esporomorfos (14,24% do total da matéria orgânica, principalmente do grão de pólen Araucariacites) em relação ao intervalo anterior pode ter ocorrido devido a um maior aporte fluvial e/ou pelo vento, indicando clima mais úmido e um ambiente de maior energia. Com a coluna d água mais óxica, ocorre uma maior degradação da MOA e favorece a preservação dos fitoclastos, pois segundo Tyson (1989) em ambientes mais oxidantes, somente o material mais refratário é preservado. Como no intervalo anterior, a presença de palinomorfos tipicamente marinhos (Subtillisphaera e palinoforaminíferos) evidencia as condições marinhas. Esse intervalo mostra uma associação típica de um ambiente marinho com influência deltáica 4 - CONCLUSÃO As variações das associações de palinofácies ao longo da seção sedimentar analisada da bacia do Araripe mostraram sucessivas mudanças nas condições de deposição da matéria orgânica sedimentar. Tais variações nas assembléias de componentes orgânicos particulados possivelmente foram controladas por mudanças climáticas (clima quente árido a semi-árido). A presença de Subtillisphaera no topo da seção mostra a forte influência marinha nesta bacia. A abundância de componentes orgânicos de composição liptinítica (MOA + Palinomorfo) no meio para o topo do intervalo mostram um potencial para geração de hidrocarbonetos, porém com baixa maturação térmica e teores medianos de COT. 5 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Agência Nacional do Petróleo (ANP) pelo apoio financeiro, e ao Laboratório de Palinofácies e Fáceis Orgânicas (LAFO).

8 Figura 4 Gráfico mostrando os três principais grupos da matéria orgânica, os dados geoquímicos e os intervalos. 6 BIBLIOGRAFIA Assine, L.M Bacia do Araripe. Boletim de Geociências da Petrobras, Rio de Janeiro 15 (2): , Mendonça Filho, J. G Aplicação de estudos de palinofácies e fácies orgânica em rochas do Paleozóico da Bacia do Paraná, Sul do Brasil Tese (Doutorado em Geociências), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2 volumes, 338 p. Mendonça Filho, J. G. ; Menezes, T. R. ; Mendonça, J. O. ; Oliveira, A. D. ; Carvalho, M. A. ; Santanna, A. J. ; Souza, J. T Palinofácies. In: Carvalho, I.S (ed.). No prelo. (Org.). Paleontologia. Rio de Janeiro. Moura, M. V Análise estratigráfica do andar Alagoas na borda leste da bacia do Araripe. 2007, 74 p. Dissertação (Mestrado em Geologia) Programa de Pós-graduação em Geologia, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. Neumann V. H., Borrego A. G., Cabrera L., Dino R Organic matter composition and distribution through the Aptian Albian lacustrine sequences of the Araripe Basin, northeastern Brazil. International Journal of Coal Geology, 54: 21 40, Pedrão E., Lana C. C Ecozona Subtillispaera e seu registro nas bacias brasileiras. Revista Universidade de Guarulhos Geociências V (nº especial): 81-85, Scheid, C.; Munis. M.B. & Paulino. J. Projeto Santana. Relatório Final Etapa II DNPM/CPRM, Recife, 1978, 136 p. Tyson, R. V Sedimentary Organic Matter. Organic facies and palynofacies. Chapman & Hall. Londres, 615 p.

9 Estampa 1 - FOTOS A e B - Fitoclasto não opaco; C e D - Fitoclasto Amorfizado; E e F - Membrana; G e H - Cutícula; I e J - Matéria Orgânica Amorfa derivada do retrabalhamento microbiológico; K e L: Matéria Orgânica Amorfa de provável origem bacteriana; M e N - Plicatela ; O e P - esporo trilete; Q: Araucariacites ; R: Pediastrum; S e T: Botryococcus; U e V: Subtilisphaera; X: Acritarco. Fotomicrografias: B, D, F, H, J, L, N, P, Q e T - sob Luz Branca Transmitida; A, C, E, G, I, K, M, O, R, S, U, V e X - sob Luz Azul/UV Incidente (Fluorescência).