AVALIAÇÃO DO BACKGROUND E LIMIARES NOS SEDIMENTOS SUPERFICIAIS EM ÁREA DE PERFURAÇÃO EXPLORATÓRIA MARÍTIMA NA BACIA DE CAMPOS, RIO DE JANEIRO BRASIL. Milene Fornari 1 & Iran Carlos Stalliviere Corrêa 2 1 Programa de Pós-Graduação em Geociências-UFRGS PPGEO (milenefornari@yahoo.com.br); 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Geociência, CECO UFRGS. Abstract. This study was originated from the MAPEM project Envioronmental Monitoring of Offshore Drilling for Petroleum Exploration (shallow water). The study was executed in area of continental upper slope, south of Campos Basin, near Cabo Frio, under 200 meters depth. Aiming to understand the envioronmental before of drilling. To this is, superficial sediments 48 samples were collected in the region around the activity. The sediment analysis generated data about sizegran, carbonate (CaCo 3 ), organic carbon content (TOC) and clay-mineral composition. They were compared according to their spatial variation. The area backgroud and limiares defined the medium levels of all variaples that were analyzed indentifying the natural envioronmental conditions. Palavras-chave: [Background, Sedimentos, Argilomineral] 1. Introdução O presente trabalho propõe, a partir de cálculos de background e limiares, caracterizar as condições ambientais sedimentares de uma área em talude superior (200m de profundidade), antes da influência da atividade de perfuração (Figura 1A). Para tanto foi utilizado dados de sedimento, argilomineral, carbonato de cálcio e carbono orgânico total, gerados pelo projeto MAPEM (2004), durante o primeiro cruzeiro oceanográfico ao sul da Bacia de Campos a 50 km da cidade de Cabo Frio (Figura 1A). Desta forma se estará identificando o ambiente natural, ou seja, identificando os níveis naturais de seus componentes, suas fontes predominantes e possíveis alterações devido a impactos antrópicos. 2. Métodos Quarenta e oito estações de monitoramento, coletadas nas distâncias de 50, 100, 150, 300 e 500 metros do poço central, foram distribuídas de forma concêntrica radial na região próxima ao poço a ser perfurado, (Figura 1B). As amostragens foram realizadas por box-corer, posicionados por um sistema hidroacústico (USBL). A localização dos pontos amostrados se deu pela associação de dois sistemas de posicionamento, um sistema de posicionamento global instalado à embarcação, o DGPS (Differential Global Position System), e um sistema de posicionamento relativo entre a embarcação e o equipamento de amostragem, o software Hydropro. Para as análises mineralógicas (difração Raio-X) e de carbono orgânico total (COT) (Allison, 1965) foram obtidas subamostras dos primeiros 2 cm superiores, enquanto que para a análise granulométrica (Wentworth 1922) e de carbonato de cálcio (CaCO 3 ) (eliminação por adição de ácido clorídrico HCl 20%) coletou-se os primeiros 10 cm (apud MAPEM, 2004). 1
2.1. Cálculo de Background, Limiares e Indicadores O background indica a abundância de um elemento em um material particular, representado pela média do conteúdo do elemento (Govett, 1985). Para o cálculo de background, utilizou-se os dados do primeiro cruzeiro oceanográfico, anterior a perfuração, segundo o método, descritos por Govett (1985) e Demore (2005): Já o limiar, que é o valor de limite superior na concentração de uma variável aceitável dentro de um intervalo de probabilidade, foi calculado através de duas equações proposta por Loring (1991). Uma forma amplamente utilizada para se avaliar o limiar de uma população background é a média mais 2 vezes o desvio padrão (no qual se espera que apenas uma amostra a cada 40 exceda o limiar confiança de 97,5%). Um limiar mais restritivo pode ser obtido através da média mais 3 vezes o desvio padrão (no qual se espera que apenas uma amostra a cada 40 exceda o limiar confiança de 99,85%). A interpolação dos dados foi realizada através do método Kriging, utilizando o software Surfer 8.0. 3. Resultados e Discussão Na Tabela 1 são apresentados os valores de background, limiares, mínimo, máximo e desvio padrão para as variáveis granulométricas, mineralógicas, carbonato de cálcio (CaCO 3 ) e carbono orgânico total (COT). Simultaneamente, na Tabela 1, são comparados os valores obtidos no presente trabalho com aqueles apresentados por outros autores, cujo os valores são considerados normais. Segundo Demore (2005), uma anomalia não pode ser reconhecida sem que o background possa ser definido. Entretanto ressalta-se que o conteúdo de qualquer elemento em qualquer material geológico não pode ser representado apenas por um simples número, pois existe uma variabilidade inerente no conteúdo de um elemento. Em termos estatísticos, reconhecer uma amostra anômala depende de se estabelecer um intervalo dentro de uma probabilidade estatística que ocorre nas amostras do background (população background - Cruzeiro I) e calcular (para algum nível de confiança conhecido) um limite superior aceitável limiar da variação do background. O valor do background ou concentração natural de uma região poderá variar para cada componente, segundo a área fonte, o fator de enriquecimento e a granulometria. A análise microscópica revelou que o material amostrado é heterogêneo em sua composição. É comum a presença de material terrígeno, autigênico e biogênico. Foi possível identificar junto aos sedimentos, nódulos de manganês e carbonato clástico sedimentado. Porém predomina os foraminíferos e as algas calcárias, representando até 80% do material amostrado. Segundo Chester et al (2003) em ambientes de talude superior são comuns variações granulométricas, porém em concentrações semelhantes desde areia até argilas. A figura 2A, inlustra a concentração média para as classes granulométricas analisadas. Hà predominância é de sedimentos arenosos, o qual representa 58% da mostra total. Os sedimentos finos (silte e argila) atingiram porcentagens de 38%, enquanto que a granulometria, tamanho cascalho (fração mais grossa), representa 4%. A proporção entre as classes granulométricas leva a classificar os sedimentos como arenosos. Tais dados são condizentes com aqueles apresentados por Viana et al (1998), o qual ressalta que a base do talude superior na Bacia de Campos, aproximadamente 250m de profundidade, é um importante ambiente de deposição de 2
areias bem retrabalhadas pela corrente BC e a SACW, como mostra figura 1D, com presença de areias siliciclásticas e bioclásticas. Esta tendência a sedimentos de granulometria arenosa indica que se trata de uma ambiente de importante hidrodinâmica. Os valores apresentados na Tabela 1 para a área monitorada difere daqueles da bibliografia de referência. Esta diferença pode estar relacionada a hidrodinâmica e a morfologia. Na figura 1C podemos observar que para área em estudo a morfologia é pouco expressiva, praticamente planoinclinada. Demore (2005), que estudou uma área com a mesma malha na Bacia de Campos, porém em região de talude continental médio, caracterizou o ambiente como homogêneo, predominando a classe granulométrica de finos, além de ressaltar a presença de cânion com intensos fluxos gravitacionais. Quanto aos teores de carbonato de cálcio (CaCO 3 ), estes apresentaram valores dentro do esperado, com concentração máxima de 52% e mínima de 31%. Como apresentado na Tabela 1 os valores de background do CaCO 3 são semelhante aqueles da bibliografia consultada, Demore (2005), Biscaye et al. (1976) e Lisitzin (1971). Além disso, Viana et al (1998) já havia chamado a atenção para a presença de banco de carbonato na porção externa da plataforma na profundidade dos 200m, sendo comum o transporte desses carbonatos e das areias siliciclásticas para a região do talude superior. Contribuindo desta forma com aquelas porcentagens de 52% na concentração do carbonato de cálcio. A distribuição sedimentar e a concentração do carbonato, além de estar sujeita a influência das correntes e da morfologia de fundo, esta diretamente relacionada ao fenômeno de ressurgência, como descrito por Turcq et al (1999) e Mesquita et al (1979).Segundo estes autores na região de Cabo Frio existe uma condição microclimática específica que afeta o padrão de sedimentação na área, assim como a concentração de carbonato de cálcio e carbono orgânico total (COT). Como ressalta Turcq et al (1999) o fenômeno de ressurgência promove o aumento na taxa de sedimentação dos carbonatos de cálcio, assim como proporcionam o aumento na taxa do carbono orgânico total (COT). Na área monitorada o COT variou de 0,44% a 1,99%. Mciver (1975), afirma que em águas marinhas os sedimentos usualmente contém menos de 0,2% de COT porém em zonas de ressurgência podem ultrapassar 1%. Para Stheinhauer (1992) os sedimentos da plataforma e do talude continental superior são enriquecidos por carbono orgânico total, enquanto que em direção ao talude inferior, maior profundidade, os valores tendem a diminuir. No presente estudo, diferente dos valores apresentados por Demore (2005) (Tabela 1), o qual relaciona as taxas de COT exclusivamente ao aporte continental, parece existir contribuição do fenômeno de ressurgênca pois os valores estão muito próximo daquele apontado por Mciver (1975), chegando estes em algumas estações ultrapassarem os valores de 1%. Ainda a proximidade da plataforma continental, 50Km, poderá estar contribuindo com as taxas de COT. Foram analisados os quatros principais grupos de argilominerais, caolinita, esmectita, ilita e gibbsita. Os valores das variáveis em análise são muito próximo daqueles encontrados por Demore (2005) para a região do talude médio, (Tabela 1). A proporção relativa média para cada argilomineral analisado são ilustradas na figura 2B. Suas proporções relativas apresentaram predomínio dos grupos da caolinita (57%) e esmectita (37%). Já o grupo da ilita (5%) e a gibbsita (1%) foram considerados secundários. Na figura 2C são apresentados os gráficos que ilustram a distribuição dos argilominerais. 3
O grupo da caolinita ocorre em concentração superior a 50% em todas as estações amostradas. Através da figura 2C pode-se observar que existem pequenas manchas mais escuras indicando maior concentração de caolinita. Possivelmente essa porcentagem de caolinita esteja diretamente relacionada ao aporte fluvial do Rio São Francisco e alcança a área em estudo devido o transporte da CB a qual se desloca paralelamente a plataforma continental brasileira. Demore (2005) já havia chamado atenção para o aporte de caolinita através do Rio São Francisco para uma área mais ao Norte da Bacia de Campos e em talude médio Entretanto é necessário considerar que a predominância da caolinita nessa região é previsível. Uma vez que ela está relacionada a argilomineral de baixas latitudes gerada em condições climáticas de alta pluviosidade que possibilitam o intenso intemperismo químico e alçam o oceano através do fluxo fluvial, como já havia sido descrito por Biscaye, (1965); Griffin et al. (1968) e Petscick et al. (1996). O grupo da esmectita foi o segundo em predominância, numa média de 37% entre os argilominerais. Elevada concentração de esmectita, gerada pelo intemperismo de rochas basálticas e de vidro vulcânicos, foi observada em regiões abissais do Atlântico Sul associada à ambientes vulcânicos da Cordilheira Meso- Atlântica, de formação autigênica (Petscick et al, 1996 e Griffin et al. 1968). Entretanto, segundo Petscick et al. (1996) a esmectita apresenta alta concentração na Bacia Central do Brasil, entre 30 e 60 S, tendo seus máximos próximo às regiões de vulcanismo submarino. Outra importante contribuição são os solos tropicais que segundo Thiry (2000) são formados principalmente por caolinita e esmesctita sendo esse os principais indicadores de reconstrução paleoclimática. Outro fator que poderá estar influenciando o aporte de esmectita para área monitorada é o fenômeno de ressurgência que provoca o deslocamento de massas de água das regiões mais profundas para a superfície e conseqüentemente movimentam os sedimentos transportando o argilomineral esmectita para a área monitorada. Como é explicado por Thiry (2000) a esmectita é encontrada em diferentes locais devido o intenso transporte das correntes marinhas. Isso poderá justificar os valores significativos de background para esmectita (Tabela 1). Enquanto o gráfico de distribuição dos argilominerais mostra algumas manchas mais centralizadas para a caolinita, o de esmectita mostra uma tendência a maior concentração em direção a borda do gráfico, contrário a caolinita. Esse padrão de concentração é esperado, pois a tendência geral é que quando a concentração de um argilomineral aumenta o outro diminui. Segundo a concentração e distribuição da caolinita e esmectita, podemos dizer que a área em estudo recebe material tanto de origem continental como marinha, sendo portanto considerada uma região intermediária, assim como aquela área estudada por Demore (2005) em região de talude continental médio. A ilita representa o argilomineral no qual se inclui as micas e seus derivados, Griffin et al (1978). As concentrações encontradas foram bastante baixas, numa média de 5%, revelando um baixo aporte de ilita na região e/ou uma diluição devido à alta predominância de caolinita e esmectita.. A gibbsita apresenta uma distribuição nos oceanos com forte associação à caolinita, com relativa abundância em sedimentos marinhos profundos de regiões tropicais, indicando a origem continental desses minerais (Biscaye, 1965). A gibbsita pertence ao grupo das esmectitas, mas foi analisada separadamente para o conhecimento do seu background, 4
pois, reflete a concentração de bentonita, argilomineral presente nos fluidos de perfuração. A gibbsita teve como teor médio a porcentagem relativa de 1%, durante o cruzeiro I. Os valores de background encontrado neste estudos e os valores de referência apresentaram certas diferenças que podem ser atribuídas às diferentes escalas dos estudos, às interpolações dos dados de referência e à heterogeneidade espacial nas distribuições. Porém houve uma forte proximidade em termos de valor de background, daqueles apresentadas por Demore (2005) e Petschick et al. (1996), (Tabela 1). 4. Conclusões No presente estudo foi descrito com base em cálculos de background e limiares a caracterização sedimentar de uma área em talude superior antes de ocorrer a perfuração de um poço exploratório. Está caracterização permitiu afirmar que os sedimentos superficiais da área de aproximadamente 500 m no entorno do poço a ser perfurado é predominantemente de granulometria arenosa, com teores elevados de CaCO 3 e COT. Os quais foram relacionados a ressurgência. A predominância de caolinita e esmectita identificam um ambiente que recebe material tanto de origem continental como marinha. Sendo portanto uma área de considerável hidrodinâmica, sujeita a intenso transporte de material. 5. Referências BISCAYE, P.E. 1965. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean. Geological Society of American Bulletin76: 803-832. BISCAYE, P.E; P.E; KOLLA, V.; TUREKIAN, K.K. 1976. Distribution of calcium carbonate in surfacae sediments of the Atlantic Ocean.Geiophys.J.81:2595-2603. CHESTER, R. 2003. Marine Geochemestry. Ed. Blackwell Publishing.2ed.506p. DEMORE, J.P. 2005. Avaliação das alteraçõeas ambientais causada por perfuração exploratória em talude continental a partir de dados geoquímicos bacia de Campos, Basil. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio grande do Sul-UFRGS. 100 p. GOVETT, G.J.S. 1985. Rock geochemistry in mineral exploration. Elsevier Science Publishers. Handbook of exploration geochemistry 3:112-128. GRIFFIN, J.J.; WIDOM, H.; GOLDBERG, E.D. 1968. The distribuition of clay monerals in the world ocean. Deep Sea Research 15: 433-459. LISITZIN A.P. 1971. Distribution of carbonate microfossilis in suspention and in bottom sediments.the micropaleontology of the oceans. London: Cambridge University Press.8: 173-196. MAPEM. 2004. Relatório Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Esploratória Marítimas Águas Rasas. TOLDO JR., E.; AYUP-ZOUAIN, P.N. (Ed). 2004. Porto Alegre. UFRGS/ Igeo, 451p. 1 CD-ROM. MCIVER, R. 1975. Hidrocarbon occurence from JOIDES (Deep Sea Drilling Project). Proc. World Petrology Congr.9: 269-280. PETSHICK, R.; KUHN, G.; GINGELE, F. 1996. Clay mineral distribuition in surface sediment of the South Atlantic: sources, transport, and 5
relation to oceanography. Marine Geology,130: 203-229. LORING, D.H.1991.Normalization of heavy. Journal of Marine Scince, 48:10-115. THIRY, M. 2000. Paleoclimatic interpretation of clay minerals in marine deposits: na outlook from the continental origin. Earth- Science Reviews, v. 49 p.201-221. VIANA, A. R.; FAUGÉRS,J.C.; KOWSMANN, R.O; LIMA, J.A.M.; CADDAH, L. F. G.; RIZZO, J. G. 1998. Hydrology, morphology and sedimentology of the Campos continental margin, offshore Brazil. Sedimentary Geology.115:133-157. CLASSES GRANULOMÉTRICAS ARGILOMINERAIS (fração > 0,02 mm) Cascalho Areia Silte Argila Valores encontrados neste estudo (Cruzeiro I) Background 11,91 80,07 38,34 28,35 69,25 52,78 7,96 ND 2,3 40 0,8 Lim. I (97,5%) 20,28 102,3 2 54,2 40,59 81,44 68,57 11,4 ND 3,19 43,26 1,01 Lim. II (99,85%) 24,46 113,4 4 62,13 46,71 87,53 76,48 13,12 ND 3,64 45,63 1,12 Mínimo 0 8,83 13,16 2,62 46,233 19,313 2,345 ND 0,819 31,25 0,41 Máximo 20,84 75,73 63,84 46,97 70,56 50,15 10,57 ND 2,44 43,75 0,93 Desvio padrão 4,18 11,12 7,92 6,11 6,09 7,897 1,721 ND 0,445 3,18 0,10 Valores da bibliografia consultada Griffin et al., 1968* ( média do Atlântico Sul) 30-40 0-20 40-50 0-10 - - - Petschick et al., 1996* (amostrado de profundidade > 4000 m) < 70 20-30 20-30 0-5 - - - Biscaye et al., 1976* - - - - - 25-50 - Lisitzin, 1971* (+- 800m de profundidade) - - - - - 30-70 - Demore 2005 ( Talude Médio) 64,15 31,3 3,28 1,26 40 1,27 Tabela 1 Valores de background e limiares para a granulometria, argilomineral, CaCO 3 e COT das amostras coletadas no Cruzeiro I e valores comparativos da bibliografia consultada.n.d. = Não detectado.cot = Carbono Orgânico Total.* Intervalos de isovalores no qual se localiza a área em estudo. Caolinita Esmectita Ilita Clorita Gibbsita CaCO3 COT 6
D C A B Figura 1 Em A localização da área de estudo destacando a área amostrada. De A para B, ampliação da malha de amostragem, o azul destaca a malha do Cruzeiro 1, distribuída de forma concêntrica radial. De B para C vista em 3D da morfologia do talude continental superior na área amostrada. Em D adaptado de Viana et al (1998), estratificação das massas de água na margem continental brasileira, destaque para BC (Corrente do Brasil) e a SACW (Água Central do Atlântico Sul) responsáveis pelo padrão de circulação na área em estudo. A Gibsita 1% Ilita 5% B ARGILA 16% CASCALHO 4% Esmectita 37% Caolinita 57% SILTE 22% AREIA 58% 90% C CAOLINITA 78% 68% ESMECTITA 5% GIBSITA 4.5% 4% 9 ILITA 70% 58% 3.5% 50% 30% 48% 38% 28% 18% 3% 2.5% 2% 1.5% 1% 6 3 10% 8% 0.5% 0% 0 Figura 2 Em A composição granulométrica média das amostras. Em B proporção relativa média dos argilominerais e em C distribuição espacial da concentração dos argilominerais. 7