ALUNA: Roberta de Albuquerque Cardoso robertaalbcardoso@hotmail.com ORIENTADOR: VALIYA M. HAMZA hamza@on.br

MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA OBSERVATÓRIO NACIONAL COORDENAÇÃO DE GEOFÍSICA EVOLUÇÃO TERMO-TECTÔNICA DA PLATAFORMA CONTINENTAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ALUNA: Roberta de Albuquerque Cardoso robertaalbcardoso@hotmail.com ORIENTADOR: VALIYA M. HAMZA hamza@on.br DISSERTAÇÃO DE MESTRADO ABRIL/2007

MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA OBSERVATÓRIO NACIONAL COORDENAÇÃO DE GEOFÍSICA EVOLUÇÃO TERMO-TECTÔNICA DA PLATAFORMA CONTINENTAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Banca Examinadora: Prof. Dr. Valiya Mannathal Hamza orientador (ON/MCT) Dra. Isabela Carmo Cenpes/Petrobrás Dr. Íris Escobar ON/MCT Rio de janeiro, 27 de abril de 2007.

AGRADECIMENTOS Ao Banco Nacional de Dados Oceanográficos da Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha Brasileira pela concessão de dados oceanográficos; À Petrobrás pela disponibilidade de dados de temperatura BHT e gradiente geotérmico de poços; À Agência Nacional do Petróleo pela disponibilidade de relatórios geológicos e perfis geofísicos de poços; Ao Profº Dr. Valiya Mannathal Hamza pelos cinco anos de ensinamento e orientação, neste projeto e durante a Iniciação Científica; À CAPES pela bolsa durante os dois anos de mestrado; Aos professores do Departamento de Geofísica, pelo ensinamento; Ao colega Carlos Henrique Alexandrino pela ajuda nas questões matemáticas e de programação; Aos demais colegas e amigos da Geofísica e Astronomia, pela companhia e amizade; À minha família e amigos pela paciência e compreensão.

RESUMO São enfoques principais desta dissertação a determinação do campo térmico atual e avaliação da história térmica e tectônica da bacia sedimentar de Campos e áreas vizinhas na região da plataforma continental da região sudeste do Brasil. Análise de dados de temperatura da água do mar permitiu o mapeamento da temperatura do fundo do mar na área de estudo. Também foram reavaliados os valores de temperaturas de poços de exploração a fim de determinar os gradientes geotérmicos atuais. Os valores encontrados estão na faixa de 24 a 41 o C/km, sendo assim típicos de margem continental passiva. Valores elevados de gradiente geotérmico (>34 ºC/km) foram encontrados na parte norte da bacia de Campos, próximo aos principais campos de petróleo e gás da região. Gradientes térmicos relativamente mais baixos são encontrados no sul da bacia. Valores representativos de condutividade térmica das formações sedimentares foram determinados utilizando dados experimentais e estimados, com base em perfis litológicos e geofísicos. Os valores de fluxo térmico encontrados estão no intervalo de 53 a 66 mw/m 2. Contudo, a disponibilidade limitada de dados de perfis litológicos permitiu determinações diretas de fluxo geotérmico em apenas seis localidades na bacia de Campos, impossibilitando a elaboração de mapas regionais de fluxo térmico. Com base no conhecimento de parâmetros geotérmicos e perfis geológicos de poços de exploração foram efetuadas avaliações da história térmica e tectônica da área de estudo. A história de subsidência tectônica foi determinada pelo Método Backstripping. Na determinação da subsidência termal foram utilizados dois modelos de extensão litosférica: uniforme de McKenzie (1978) e não-uniforme de Royden e Keen (1980). Os fatores de extensão estão entre 1.1 e 1.6 para o caso do modelo uniforme. O modelo não-uniforme indicou fatores de extensão da crosta na faixa de 1.1 e 1.7. e de 1.3 a 2.0 para o manto litosférico. Os modelos também permitiram avaliações do campo térmico durante a evolução da bacia. São observados valores de fluxo térmico superiores a 100 mw/m 2, na fase inicial com duração de até 20 Ma. Essas condições são compatíveis com as

de bacias de margem passiva originadas em rifte. Na fase intermediária, até cerca de 70 Ma, os valores de fluxo eram relativamente elevados, na faixa de 60 a 90mW/m 2. Para os últimos 60 Ma não foram encontradas evidências de mudanças significativas no campo térmico. Há indícios de que a evolução da plataforma na região da bacia de Campos ocorreu em duas fases principais: uma fase inicial de 130 a 68 Ma e outra de 68 Ma ao Recente. Também foram observadas algumas fases secundárias de menor intensidade. Os índices de maturação térmica, determinados com base no método Lopatin (1971), indicam que graus de maturação apropriados para geração de petróleo e gás foram alcançados apenas nos últimos 30 Ma. Portanto, a bacia de Campos se encontra caracterizada como uma bacia com geração tardia de hidrocarbonetos.

ABSTRACT The emphasis of the present thesis work is focused on determination of the present temperature field and evaluation of the thermal and tectonic history of the crust beneath the Campos Basin and neighboring areas on the continental platform in southeast Brazil. Marine temperature data collected during oceanographic expeditions were used in mapping bottom sea temperature on the study area. In addition, a reappraisal of bottom-hole temperature (BHT) data obtained from deep exploration wells was carried out in determining the current geothermal gradients. The values obtained are found to be in the range of 24 to 41 o C/km, being thus typical of the continental passive margin. High values (> 34 ºC/km) were found in the northern parts of Campos Basin, next to the main oil and gas fields. Lower values of geothermal gradients were found in the southern parts of this basin. Representative values of thermal conductivity of the main sedimentary formations were determined making use of experimental data as well as estimated values based on lithologic and geophysical logs. The heat flow values are found to fall in the interval of 53 to 66mW/m 2. However, the limited availability of lithologic logs allowed direct determination of heat flow for only six localities in the Campos Basin. As a result it has not been possible to derive regional heat flow maps. Nevertheless, the knowledge of geothermal parameters and lithologic profiles of deep wells have allowed determination of thermal and subsidence history for six localities in the study area. The history of tectonic subsidence was determined by adopting the well-known method of Backstripping. Two different methods were employed in estimating the thermal subsidence: the uniform stretching model proposed by McKenzie (1978) s and the non-uniform stretching model of Royden e Keen (1980). The extension factors of the lithosphere are found to fall in the range of 1.1 to 1.6 in the case of uniform model. In the case of non-uniform model the extension factors fall in the range of 1.1 to 1.7. for the crust and 1.3 to 2.0 for the subcrustal lithosphere

The subsidence models have also provided information on paleothermal conditions for the earlier periods of basin evolution. Thus the results point to a systematic decrease in heat flow since the early rifting episode. The paleo heat flow values are in excess of 100mW/m 2 for the early periods, with duration of less than 20Ma. Such conditions are believed to be typical of periods immediately following the rifting episode. Heat flow is found to be relatively moderate (in the range of 60 to 90mW/m 2 ) during the intermediate phase, with duration of 40 Ma. For the remaining periods, with duration of 60Ma, the heat flow values are found to be comparable to the present day values. There are indications that geologic evolution of the Campos basin took place in two distinct stages: an initial stage of 130 to 68Ma, followed by a second stage lasting from 68 to the present. The time-temperature indices calculated on the basis of Lopatin method indicate that thermal maturation stage compatible with oil and gas generation was reached only during the last 30 Ma. Hence Campos basin should be classified as late generation basin, for hydrocarbon evaluation purposes.

SUMÁRIO Agradecimentos Resumo Abstract Sumário Índice de Figuras Índice de Tabelas 1. Introdução...1 1.1. Importância Econômica da Área de Estudo...2 1.2. Objetivos...3 1.3. Desenvolvimento do Projeto...3 2. Características da Área de Estudo...5 2.1. Origem e Evolução da Plataforma Continental do Estado de Rio de Janeiro...6 2.2. Geologia Regional da Bacia de Campos e Correlações...9 2.3. Principais Diferenças entre as Bacias de Campos e de Santos...14 2.4. Eventos Magmáticos na Região Sudeste...15 3. Bases de Dados Geotérmicos...17 3.1. Temperaturas do Mar...17 3.2. B.H.T. de Poços de Petróleo...23 3.3. Perfis Litológicos...26 3.4. Perfis Geofísicos...29 3.4.1. Raios Gama...33 3.4.2. Resistividade Elétrica...33 3.4.3. Densidade...34 3.4.4. Perfil Sônico...35 3.5. Condutividade Térmica...36 3.5.1. Dados Experimentais e Tabelados...36 3.5.2. Estimativas de Condutividade Térmica com base em Perfis Geofísicos...38 3.5.2.1. Condutividade Térmica a partir de Perfis Sônicos...38 3.5.2.2. Condutividade Térmica a partir de Perfis de Densidade, Raios Gama e Resistividade...43 3.6. Porosidade e Densidade...46

4. Estado Térmico Atual da Plataforma Continental...48 4.1. Temperaturas do Fundo do Mar...48 4.2. Gradiente Geotérmico...51 4.3. Fluxo Geotérmico...56 4.4. Temperaturas no Topo do Embasamento...56 4.5. Temperaturas na Base da Crosta...58 5. Conceitos e Modelos Utilizados nos Estudos de Evolução Termotectônica de Bacias Sedimentares...61 5.1 Modelos de Compensação Isostática...61 5.1.1. Compensação Isostática Local...62 5.1.2. Compensação Isostática Regional...63 5.2. Modelos de Extensão Litosférica...64 5.2.1. Extensão Uniforme...66 5.2.2. Extensão Não-Uniforme...68 5.3. Reconstrução Geológica...69 5.3.1. Método Simplificado...70 5.3.2. Método Backstripping...71 5.4. Modelo de Evolução Térmica...74 5.5. Métodos para Avaliação de Maturação da Matéria Orgânica...76 5.5.1. Método Lopatin...76 5.5.2. Método McKenzie...80 6. Evolução Termo-tectônica da Bacia de Campos...81 6.1. Subsidência Tectônica...83 6.2. Subsidência Termal...91 6.2.1. Subsidência Termal Segundo o Modelo de Extensão Uniforme...91 6.2.2. Subsidência Termal Segundo o Modelo de Extensão Não- Uniforme...101 6.3. Paleofluxo Geotérmico...108 6.3.1. Paleofluxo Segundo o Modelo de Extensão Uniforme...108 6.3.2. Paleofluxo Segundo o Modelo de Extensão Não-Uniforme...113 6.4. Mudanças na Condutividade Térmica...119 6.5. Evolução de Temperaturas...121 6.6. Evolução da Maturação de Matéria Orgânica...128 7. Discussão e Conclusões...135 7.1. Desenvolvimento das Atividades...135

7.2. Inferências sobre a Evolução Geológica...136 7.3. Relevâncias sobre a História Térmica da Plataforma...140 7.4. Implicações para Ocorrência de Petróleo e Gás...144 7.5. Considerações Finais...144 Anexos...146 A.1. Tabela de valores de condutividade térmica...147 A.2. Tabela com parâmetros geotérmicos e dados dos poços utilizados...149 Referências Bibliográficas...152 Bibliografia...160 Websites Consultados...162

ÍNDICE DE FIGURAS Figura (1.1) Mapa de localização dos principais campos de petróleo e gás na Bacia de Campos...2 Figura (2.1) Mapa de localização das bacias de Campos e Santos...5 Figura (2.2) Esquema da evolução geodinâmica de margens divergentes do tipo Atlântico...7 Figura (2.3 a) Carta estratigráfica da Bacia de Campos...12 Figura (2.3b) Carta estratigráfica da Bacia de Santos...13 Figura (2.4) Seções geológicas esquemáticas das bacias de Campos e Santos...15 Figura (3.1) Distribuição geográfica dos dados oceanográficos disponibilizados pelo B.N.D.O. (Quadrado Marsden 376)...18 Figura (3.2) Mapa batimétrico da plataforma continental na região sudeste e a localização das medidas oceanográficas. Isovalores em metros...18 Figura (3.3a) Distribuição de temperaturas da água do mar em áreas costeiras do estado do Rio de Janeiro. Plataforma D28, 1993...19 Figura (3.3b) Distribuição de temperaturas da água do mar em áreas costeiras do estado do Rio de Janeiro. Plataforma D28, 1994...19 Figura (3.4a) Variação da temperatura da água do mar, em áreas distantes da costa sudeste. Nota-se que as temperaturas mantêm-se relativamente constantes em lâminas d água superiores a 1000m. Plataforma H10, 1973...20 Figura (3.4b) Variação da temperatura da água do mar, em áreas distantes da costa sudeste. Nota-se que as temperaturas mantêm-se relativamente constantes em lâminas d água superiores a 1000m. Plataforma H42, 1995...20 Figura (3.5) Variações na temperatura induzidas pro correntes marinhas, no mês de junho de 1966, na Bacia de Campos...22 (Figura 3.6) Mapa batimétrico da plataforma continental na região sudeste e a localização das medidas de lâmina de água de 76 poços de petróleo. Os contornos de isovalores estão em metros...22 Figura (3.7) Representação esquemática de perturbações nas temperaturas, causadas pelas atividades de perfuração...24

Figura (3.8a) Perfis litológicos elaborados com dados de Relatórios Geológicos de Poços, com descrição de amostras de calhas, para os poços RJS_5B, RJS_13 e RJS_23...27 Figura (3.8b) Perfis litológicos elaborados com dados de Relatórios Geológicos de Poços, com descrição de amostras de calhas, para os poços RJS_33, RJS_70 e RJS_99...28 Figura (3.9a) Conjunto de perfis geofísicos do poço RJS_91: densidade, raio gama e resistividade...30 Figura (3.9b) Conjunto de perfis geofísicos do poço RJS_105: densidade, raio gama e resistividade...31 Figura (3.9c) Conjunto de perfis geofísicos do poço RJS_125: densidade, raio gama e resistividade...32 Figura (3.10) Perfis de condutividade térmica elaborados com dados experimentais e tabelados, para os seis poços na Bacia de Campos...37 Figura (3.11a) Perfis de temperatura, sônico, de condutividade térmica medida, em vermelho e de condutividade térmica obtida pela equação (3.7), em verde do Poço RJS_33...40 Figura (3.11b) Perfis de temperatura, sônico, de condutividade térmica medida, em vermelho e de condutividade térmica obtida pela equação (3.7), em verde do Poço RJS_70...41 Figura (3.11c) Perfis de temperatura, sônico, de condutividade térmica medida, em vermelho e de condutividade térmica obtida pela equação (3.7), em verde do Poço RJS_99...42 Figura (3.12) Perfis de composição mineralógica obtidos pelo método de Doveton (1993), para os poços RJS_91, RJS_105 e RJS_125...45 Figura (4.1) Gráfico da relação empírica entre a profundidade (Z, em metros) e a temperatura na base da coluna de água (BWT, em ºC), para 1360 locais nas bacias de Campos e Santos...48 Figura (4.2) Mapa de temperaturas do fundo do mar na região das bacias de Campos e de Santos. Os contornos dos isovalores estão em C...50 Figura (4.3) Mapa da distribuição dos 1360 locais de medidas de temperatura do assoalho oceânico (em azul) e dos 76 poços de petróleo (em preto). Os contornos em C...51 Figura (4.4) Mapa de gradiente geotérmico corrigido da área de plataforma continental da região sudeste. Os contornos estão em unidade de ºC/km...52

Figura (4.5) Mapa de distribuição de temperaturas no topo do embasamento, correspondente à Fm Cabiúnas da Bacia de Campos. Isovalores em ºC. Os círculos azuis representam a localização dos 76 poços...58 Figura (4.6) Temperaturas na base da crosta na região da plataforma continental sudeste. Isovalores em ºC...60 Figura (5.1) Esquema do modelo de compensação isostática local de Airy (1985), onde ρ w é a densidade da água, ρ c da crosta, ρ m, do manto litosférico e ρ s, dos sedimentos...62 Figura (5.2) Esquema do modelo de compensação isostática local de Pratt (1985), onde ρ c é a densidade da crosta e ρ m a do manto litosférico...63 Figura (5.3) Esquema do modelo de compensação isostática regional/flexural, onde ρ w é a densidade da água, ρ c da crosta, ρ m, do manto litosférico e ρ s, dos sedimentos...63 Figura (5.4): Configuração da crosta e manto litosférico em três situações: A) condição de equilíbrio térmico; B) no caso de extensão uniforme, levando a um aumento linear de gradiente térmico e C) no caso de extensão não-uniforme, onde se observam dois comportamentos distintos do gradiente térmico na crosta e no manto litosférico. y é a espessura da crosta, a é a espessura da litosfera, não-estirados, o grau de estiramento litosférico, o grau de estiramento da crosta e do manto litosférico (C)...65 Figura (5.5) Fases de subsidência inicial e termal do Modelo de Extensão Uniforme de McKenzie (1978)...67 Figura (5.6) Modelo de extensão não-uniforme de Royden e Keen (1980), onde: a é a espessura da litosfera, Tm a temperatura na base da litosfera e Si a subsidência inicial...69 Figura (5.7) Esquema do Modelo Simplificado para avaliação da evolução tectônica. À esquerda depressão crustal preenchida por sedimentos de densidade ρ 1 e ρ 2 e à direita, depressão crustal preenchida por água de densidade ρ w...71 Figura (5.8): Esquema ilustrativo de backstripping em uma camada sedimentar de volume unitário V T, sendo V T = V p + V s, onde V p é o volume de poros e V s o volume de sólidos. Z 1 e Z 2 são, respectivamente, topo e base atuais da camada e Z 1 e Z 2 topo e base da camada logo após sua deposição, ou seja, após a retirada da camada superior mais nova (em cor branca)...72 Figura (5.9) Curvas de paleoprofundidades associadas às isotermas, determinando o tempo em que uma camada permaneceu entre certo intervalo de temperaturas...79 Figura (6.1) Mapa de localização dos seis poços utilizados na determinação da história termotectônica da plataforma continental...82

Figuras (6.2a-f) Curvas de subsidência tectônica das camadas sedimentares e do embasamento.a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...84 Figura (6.3) Estágios de descompactação obtidos pelo processo de backstripping, destacando a variação de espessura das camadas e suas paleoprofundidades...90 Figura (6.4a-f) Curvas teóricas dos graus de estiramento β pelo método de McKenzie (1978) e os dados de subsidência termal ajustados. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...93 Figura (6.5a-f) Curvas de subsidência tectônica obtidas pelo backstripping (em azul) e termal obtidas pelo método de extensão homogênea de McKenzie (1978) em vermelho. Os valores apresentados em vermelhos são os graus de estiramento β de cada fase. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...96 Figura (6.6) Variação da taxa de sedimentação dos poços na bacia de Campos ao longo do tempo...100 Figura (6.7a-f) Curvas teóricas dos graus de estiramento β e δ pelo método de Royden e Keen (1980) e os dados de subsidência termal ajustados. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...102 Figura (6.8a-f) Curvas de subsidência tectônica obtida pelo backstripping e termal obtida pelo método de extensão não-homogênea de Royden e Keen (1980). Os valores apresentados em verde são os graus de estiramento β e δ de cada fase. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...105 Figura (6.9) Variação temporal do fluxo térmico nos seis poços estudados, através do modelo de McKenzie (1978)...109 Figura (6.10a-f) Curvas de subsidência termal em vermelho e curvas de paleofluxo em vinho, segundo o modelo de extensão de McKenzie (1978). a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...110 Figura (6.11a) Variação temporal do fluxo térmico nos seis poços estudados, através do modelo de Royden e Keen (1980), partir da equação (6.8), não corrigida...115 Figura (6.11b) Variação temporal do fluxo térmico nos seis poços estudados, através do modelo de Royden e Keen (1980), a partir da equação (6.9), corrigida...115 Figura (6.12a-f) Curvas de subsidência termal em verde e curvas de paleofluxo em laranja, segundo o modelo de extensão de Royden e Keen (1980). a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...116

Figura (6.13a-f) Curvas de subsidência tectônica (linha preta) e isotermas (linha vermelha), a partir das paleotemperaturas das camadas, segundo o modelo de McKenzie (1978). a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...122 Figura (6.14a-f) Curvas de subsidência tectônica (linha preta) e isotermas (linha azul), determinadas a partir das paleotemperaturas das camadas sedimentares, segundo o modelo de Royden e Keen (1980). a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...125 Figura (6.15a-f) Índice TTI de Lopatin sobrepostos às curvas de subsidência tectônica e isotermas. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...132 Figura (7.1a-f) Comparação entre as curvas de subsidência termal obtidas pelos modelos de estiramento litosférico uniforme em vermelho (McKenzie, 1978) e nãouniforme em verde (Royden e Keen, 1980). a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...137 Figura (7.2a-f) Comparação entre as curvas de paleofluxo obtidas pelos modelos de estiramento litosférico uniforme em roxo (McKenzie, 1978) e não-uniforme em laranja (Royden e Keen, 1980). a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) RJS_33, e) RJS_70 e f) RJS_99...141

ÍNDICE DE TABELAS Tabela (2.1) Descrição das fases de evolução de bacias de margem tipo Atlântico, com exemplos para a plataforma continental sudeste...9 Tabela (2.2) Correlação entre as formações geológicas das bacias de Campos e Santos...10 Tabela (2.3) Magmatismo na plataforma continental sudeste e suas ocorrências...16 Tabela (3.1) Dados de localização, BHT originais e BHT corrigidos pela equação (3.1), para os 76 poços...25 Tabela (3.2) Tipos de perfis geofísicos obtidos de cada poço. Legenda: PL: perfil litológico, DT: perfil sônico, GR: raios-gama, ILD: resistividade, LLD: resistividade média, RHOB: densidade...29 Tabela (3.3) Valores de condutividade térmica média para as unidades estratigráficas da plataforma continental...38 Tabela (3.4) Valores da constante a utilizada na equação (3.7)...39 Tabela (3.5) Dados característicos de densidade (RHOB), raio gama (GR) e resistividade (ILD) para os minerais selecionados quartzo (Q), argilominerais (A) e carbonato (C)...43 Tabela (3.6) Dados de GR, ILD e RHOB do poço RJS_91 e o resultado obtido após a implantação do método...44 Tabela (3.7) Dados de porosidade inicial (ρ 0), densidade inicial (ρ 0, em kg/m 3 ) e do decréscimo da porosidade (c em 1/m). Fontes: Viana (1999) em vermelho, Hamza (1982) em azul, Kappelmeyer et al (2000) em laranja, Carmichael (1984) em verde, Nelson (1995) em roxo, U.S.G.S. em cinza e A.N.L. em rosa. Em preto são valores médios de acordo com a composição litológica...47 Tabela (4.1) Valores de gradiente geotérmico para os 97 poços nas bacias de Campos (4.1a), Santos (4.1b) e Pelotas (4.1c). J - valores calculados por Janhert (1987); Corr - valores corrigidos determinados pela equação (4.4); σ - desvio padrão supondo erro médio de 20 % nas medidas; Diferença (%) diferença entre os valores utilizados por Janhert (1987) e os valores calculados neste trabalho (valor corrigido)...53 Tabela (5.1) Valores de fator de multiplicação no método Lopatin...78

Tabela (5.2) Valores de calibração para o índice TTI (Waples, 1980) e sua correlação com outros métodos...80 Tabela (6.1) Valores dos parâmetros utilizados...82 Tabela (6.2a-f) Variações nas espessuras, porosidades e densidades das formações geológicas. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) poço RJS_33, e) poço RJS_70, f) poço RJS_99...87 Tabela (6.3) Taxas de sedimentação para cada fase de subsidência para os seis poços na plataforma continental...100 Tabela (6.4) Valores dos graus de estiramento obtidos pelos métodos de estiramento homogêneo (McKenzie, 1978) e não-homogêneo (Royden e Keen, 1980)...108 Tabela (6.5a-f) Dados da variação da condutividade térmica das formações geológicas devido à porosidade.k m é a condutividade térmica média da formação, ρ a porosidade e k g a condutividade térmica do grão. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) poço RJS_33, e) poço RJS_70, f) poço RJS_99...119 Tabela (6.6a-f) Valores de TTI parcial e acumulado para os seis poços estudados. a) poço RJS_5B, b) poço RJS_13, c) poço RJS_23, d) poço RJS_33, e) poço RJS_70, f) poço RJS_99...128

Capítulo 1 1 INTRODUÇÃO O trabalho realizado nesta dissertação de Mestrado é parte de um projeto geral de mapeamento do fluxo térmico terrestre da região sudeste do Brasil, iniciado pelo Observatório Nacional (ON/MCT) em 2000. As atividades realizadas no âmbito da dissertação englobam análises do campo geotérmico e evolução térmica da área da plataforma continental do estado do Rio de Janeiro e áreas emersas adjacentes. Essa região é de grande importância, pois abriga as maiores jazidas de petróleo e gás do país. As disponibilidades dos dados geotérmicos também são significativas diante dos resultados de gradiente geotérmico (Rossi Filho, 1981; Zembruscki e Kiang, 1989; Cardoso e Hamza 2003; Cardoso 2004) e de condutividade térmica (Marangoni e Hamza, 1983) das áreas de plataforma continental e dos dados de fluxo geotérmico das áreas emersas (Hurter, 1987; Hamza e Muñoz, 1996; Gomes, 2003). Estudos geotérmicos em bacias sedimentares do tipo margem passiva permitem a determinação do regime térmico crustal da zona de transição continente oceano, assim como a determinação das temperaturas atuais das camadas portadoras de hidrocarbonetos e avaliações dos efeitos de refração lateral de calor, sendo de importância significativa nas atividades de exploração geofísica das áreas de plataforma continental. Dados geotérmicos resultantes deste tipo de estudo servem como condições de contorno importantes nos modelos de simulação dos ambientes paleotermais e na obtenção das estimativas dos índices de maturação térmica das formações sedimentares. Estudos de avaliação da evolução tectônica e térmica de uma bacia sedimentar são de extrema importância no entendimento e conhecimento da situação geológica e econômica atuais de uma bacia. As informações resultantes destes estudos são de grande valia para a indústria de exploração de hidrocarbonetos, tendo em vista o alto custo e risco envolvidos neste processo. No entanto, vale ressaltar a grande dificuldade encontrada neste trabalho na obtenção de dados para a realização de um estudo mais abrangente. 1

Capítulo 1 1.1. IMPORTÂNCIA ECONÔMICA DA ÁREA DE ESTUDO A Bacia de Campos é responsável por cerca de 80% (10,3 bilhões de BOE) das reservas provadas de óleo do país. Até o ano de 2003, as reservas de óleo provadas nas bacias sedimentares brasileiras foram calculadas em 12,6 bilhões de barris de óleo equivalente (BOE). Quanto à produção de petróleo, no período de 2000 a outubro de 2006, cerca de 96% da produção nacional está na região do litoral do estado do Rio de Janeiro. A produção doméstica de petróleo neste período atingiu a marca de 3,24 bilhões de bep (barris equivalentes de petróleo). Em relação à produção de gás natural, neste mesmo período, a região sudeste contribuiu com cerca de 40 % da produção do país (aproximadamente 40,8 milhões de bep). As produções anuais de 2006 apresentadas são referentes a dados até o mês de outubro, explicando assim, a queda na produção apresentada nos gráficos. Recentemente, a Petrobrás atingiu a meta de alcançar a auto suficiência sustentável do Brasil em petróleo, reduzindo sua vulnerabilidade às flutuações internacionais do mercado. Isto se deve à descoberta do campo gigante de Albacora Leste, localizado a 120 quilômetros a partir do Cabo de São Tomé, no norte da Bacia de Campos. A Figura (1.1) apresenta o mapa de localização dos principais campos de hidrocarbonetos da Bacia de Campos. De acordo com a Petrobrás, estima-se que a produção média nacional chegará a 2.300.000 barris diários, enquanto o consumo ficará na casa dos 2.060.000 barris por dia, com investimentos de US$ 28 bilhões na área de exploração e produção para consolidar a auto-suficiência. Figura (1.1) Mapa de localização dos campos de petróleo e gás na Bacia de Campos. Fonte: BDEP/ANP. 2

Capítulo 1 1.2. OBJETIVOS O objetivo principal deste projeto é fazer uma avaliação da evolução tectônica e da história térmica da região da plataforma continental do estado do Rio de Janeiro, em áreas das bacias de Campos e Santos. Na avaliação da evolução da plataforma foram aplicados dois modelos de extensão litosférica, para verificar a aplicabilidade de cada um, no contexto da plataforma continental sudeste. As atividades previstas incluem: - Reavaliação dos dados geotérmicos disponíveis da região de estudo e incorporação das correções necessárias para a determinação dos gradientes geotérmicos; - Medições de condutividade térmica de amostras representativas das principais formações geológicas da bacia de Campos; - Determinação do fluxo geotérmico com base nos dados de gradiente térmico corrigido e de condutividade térmica representativa; - Elaboração dos mapas geotermais em escalas apropriadas; - Avaliação da história térmica da bacia, com base em dados geotérmicos e de descompactação. 1.3. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO Diante da grande abrangência das atividades propostas, o desenvolvimento do projeto foi dividido em etapas. A primeira etapa foi focalizada em pesquisas bibliográficas sobre a geologia regional das bacias de Campos e Santos, visando uma maior conhecimento e entendimento a respeito da origem e desenvolvimento da plataforma continental sudeste. A segunda etapa consistiu na aquisição de dados de temperatura da água do mar para determinação da temperatura do fundo oceânico. Foram realizadas análises de dados de propriedades térmicas de sedimentos marinhos e das formações geológicas profundas. Também foram obtidos dados de temperaturas de poços de petróleo, de gradiente geotérmico, além de perfis litológicos de poços. A terceira etapa teve os esforços dirigidos para a avaliação do campo térmico atual da plataforma continental, a partir da obtenção, análise e cálculo de dados de temperatura, gradiente, condutividade e fluxo térmico atuais. 3

Capítulo 1 Na quarta e última etapa, as atividades foram voltadas para o estudo do histórico de desenvolvimento da bacia, com base em dados estratigráficos e cronológicos das principais formações geológicas, além de perfis geofísicos. Nesta fase foram determinados os campos de paleotemperatura e paleofluxo, e suas implicações na geração de hidrocarbonetos, através da análise da evolução da maturação de matéria orgânica. 4