universidade federal rural do rio de janeiro instituto de - R1

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
ra
Ob
INSTITUTO DE AGRONOMIA
CURSO DE GEOLOGIA
Grupo de pesquisa Enxame de Diques da Serra do Mar - EDSM-rifte
C
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Modelagem Termal de Intrusões de Diabásio e suas Influências em
Sistemas Petrolíferos da Bacia do Solimões
Orientador
Artur Corval
Dezembro de 2010
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200704013-1
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Helder Lopes do Valle
Modelagem Termal de Intrusões de Diabásio e suas Influências em Sistemas
Petrolíferos da Bacia do Solimões
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Helder Lopes do Valle
Trabalho apresentado à Universidade
Federal Rural do Rio de Janeiro como
on
requisito parcial para obtenção do
título de Bacharel em Geologia
Seropédica, Dezembro de 2010
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su
Orientador: Dr. Artur Corval
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer primeiramente a Deus e a minha mãe que juntos zelam por mim e tem
me guiado através da minha vida, me ajudando em momentos difíceis.
Ob
Agradeço a Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro por acolher a todos como seu
novo lar, não apenas no período aqui vivenciado, mas pelas lembranças e experiências que serão
sempre recordados com muita alegria.
ra
A minha família, meu pai, meu irmão que sempre me apoiaram em todos os momentos de
minha vida. A minha outra família que também está em meu coração que me acolheu e suportou
durante todos esses anos. Obrigado pela convivência!
pa
Aos meus queridos amigos Flávia, Jéssica, Juliana, Renato, Mariane, Nicole, Vitor
(Ipatinga), e muitos outros que completariam muitas páginas se aqui os citasse, estes que me
aturaram durante toda nossa convivência, todo tempo que passamos juntos serão lembrados para
sempre. A todos vocês que estiveram presentes quando precisei, aos meus bons amigos, minha
C
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família Ruralina.
Ao meu orientador Artur Corval pela ajuda, disposição e paciência em desenvolver um
trabalho em que foram dedicados tempo e dedicação ao transmitir seus ensinamentos. Ao Dr
Sérgio Valente, por todas as lições geológicas e vitais passadas a minha pessoa durante o
período em que fui seu bolsista.
on
A todas as pessoas que estão e estiveram presentes em minha vida um grande obrigado,
pois sem vocês eu não teria chegado até aqui.
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I
RESUMO
O objetivo geral desta monografia foi elaborar modelos termais relacionados às intrusões
tabulares concordantes e suas influências em sistemas petrolíferos da Bacia do Solimões. Além
disso, comparações com modelos termais ora existentes para bacia estudada são realizadas. Este
Ob
projeto se justifica devido à crescente necessidade da geração de novos dados para um melhor
entendimento dos processos magmáticos presentes nas bacias paleozóicas brasileiras e, assim,
compreender e desenvolver quais os métodos de exploração e prospecção de hidrocarbonetos
mais adaptáveis às referidas bacias com ênfase na Bacia do Solimões.
ra
A Bacia do Solimões, cuja área é de cerca de 440.000 km², localiza-se na região norte do
Brasil, no Estado do Amazonas, é subdividida pelo Arco de Carauari nas sub-bacias do
Jandiatuba, a oeste, e do Juruá, a leste. Seus limites geológicos são: ao norte, o Escudo das
pa
Guianas; a oeste, o Arco de Iquitos; a leste, o Arco de Purus e ao sul, o Escudo Brasileiro. A bacia
está compreendida entre os paralelos 2° e 8°S e meridianos 62° e 72°O.
Modelos térmicos foram elaborados entre as soleiras e as rochas encaixantes na área
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estudada, considerando o tempo e o fluxo térmico entre as intrusões e as rochas hospedeiras.
Para isso, utilizou-se a solução analítica da equação do calor, a qual utilizamos no software
MATLAB que gerou gráficos detalhando a relação fluxo de calor, tempo e distância.
Os resultados da modelagem indicaram uma nítida relação na geração de gás por meio da
queima do óleo maturado em períodos de tempo posteriores à intrusão das diferentes soleiras
foram determinados.
on
modeladas. Valores percentuais que representariam essa taxa de conversão do óleo em gás
A interpretação dos modelos térmicos propostos permite observar a existência de uma
su
migração considerável nos horizontes de geração de gás e óleo nos momentos iniciais após a
intrusão. Esta migração é provocada muito provavelmente pelo avanço da frente de fluxo térmico
em direção a rocha encaixante.
lta
Finalmente, o presente estudo revela que existe uma notável relação entre a influência
térmica imposta pela intrusão e a sua espessura. Portanto, tal influência pode ser favorável a
tornar algumas regiões da rocha encaixante (em intervalos de distância distintos), em regiões
potenciais geradoras de hidrocarbonetos.
II
ABSTRACT
The main objective of this thesis was to develop thermal models related to tabular
concordant intrusions and their influence on petroleum systems of the Solimões Basin. Also,
comparisons with existents thermal models for the study area were made. This project is justified
Ob
due to the increasing need of generating new data to better understand the magmatic processes
present in the Brazilian Paleozoic basins and, thus, understand and develop what methods of
exploration and exploitation of hydrocarbons are more adaptable to such basins with emphasis on
the Basin Solimões.
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The Solimões Basin, whose area is about 440,000 km ², located in northern Brazil, State
of Amazonas, is subdivided by the Arch of Carauari in sub-basins of Jandiatuba, to west, and the
Jurua, to east . Its geological boundaries are: north, the Guyana Shield, to west, the Arch of
pa
Iquitos, to east, the Purus Arch and to south, the Brazilian Shield. The basin lies between the
parallels 8 ° and 2 ° S and meridians 62 ° and 72 ° W.
Thermal models were made between sills and host rocks in the study area, considering
C
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the time and heat flow between intrusions and the host rocks. For this were used analytical solution
of the heat equation, which were used with MATLAB which generated graphics detailing the
relationship between heat flow, time and distance.
The model results indicated a clear relationship in the gas generation caused by the oil
burn in periods of time after the modeled sills intrusions. Percentage values which represents the
on
oil to gas conversion rate were determinated.
The interpretation of the proposed thermal models reveals the existence of a considerable
gas and oil horizons migration in the early moments just after the intrusion. That migration is
su
probably due to the advance of the heat flow front toward to the host rock.
Finally, the present study shows that there is a notable relationship between the thermal
lta
influence imposed by the intrusion and its thickness. Therefore, this influence should be favorable
to make some regions of the host rock (distinct distance intervals) in potential hydrocarbon
generating regions.
III
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1: Mapa de localização das bacias paleozóicas do Solimões, Amazonas e Parnaíba. Os
altos estruturais e arcos estão indicados: 1 – Arco de Purus, 2 – Alto de Carauari, 3 – Arco de
Ob
Iquitos. A Província do Urucu também está indicada no mapa........................................................ 3
Figura 1.2: Mapa de localização das províncias produtoras de óleo, gás e condensado na Bacia
do Solimões. ...................................................................................................................................4
ra
Figura 2. 1: Províncias geocronológicas do Cráton Amazônico...................................................... 6
Figura 2. 2: Carta litoestratigráfica da Bacia do Solimões. ............................................................. 8
Figura 2. 3: Seção geológica esquemática da Bacia do Solimões. Em destaque: as Províncias do
Juruá e a Província do Urucu e seus respectivos poços. .............................................................. 11
pa
Figura 2. 4: Geração das estruturas em resposta aos esforços compressivos de grande
magnitude e zonas de transcorrência destrais. 1 – Megacisalhamento do Solimões, transcorrência
destral; 2 - Arco de Iquitos; 3 - Arco de Carauari; 4 - Arco de Purus. ............................................ 11
Figura 2. 5: Carta de eventos para o sistema petrolífero Jandiatuba-Juruá ou Barreirinha-
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Itaiatuba........................................................................................................................................ 14
Figura 2. 6: Mapa de maturação termal para as rochas geradoras da Formação Jandiatuba, notar
as áreas de maturidade elevada (campo de óleo do rio Urucu) e supermaturo (campo de gás do
Juruá). .......................................................................................................................................... 15
Figura 2. 7: Seção geológica do atual modelo de acumulação petrolífero Jandiatuba-Juruá na
região do Urucu, baseado na atual carta estratigráfica. ................................................................ 16
on
Figura 2. 8: Perfil com reflectância da vitrinita (Ro) e sua relação com o nível de profundidade da
soleira em relação às rochas geradora e reservatório. Reparar que Ro diminui com a profundidade
e com o aumento da distância da soleira. ..................................................................................... 17
su
Figura 3.1:(a) Modelo geológico das seções dos poços PAPA 1460, com soleira de espessura
igual a 4 m, e RN 1696, com 27 m de espessura da soleira. Notar a variação dos parâmetros
térmicos devido às diferentes litologias. (b) Geometria do modelo numérico dos poços PAPA 1460
e RN 1696. λIrati e κIrati representam os parâmetros físicos dos folhelhos da Formação Irati
lta
(rocha encaixante). λsol e κsol representam as propriedades físicas das soleiras (em vermelho) de
4 m e 27 m de espessura, respectivamente.................................................................................. 25
Figura 3. 2: Perfis de distribuição da temperatura para diferentes tempos (anos) após a intrusão
da soleira de 4 m de espessura do poço PAPA 1460. O eixo horizontal está na mesma escala da
seção do poço referido.................................................................................................................. 26
Figura 3.3: Perfis de distribuição da temperatura (acima) e de densidade na soleira (abaixo) na
simulação para o poço PAPA 1460 Bacia do Paraná. A espessura da soleira é marcada pela cor
IV
azul. Em (a), t ~ 0,01 ano. Em (b), t ~ 0,08 ano. Notar a solidificação parcial da soleira em t0,01, a
qual que se inicia nas bordas (ρ = 2900 kg/m3), em direção ao centro da soleira (que possui a
densidade do magma basáltico, igual a 2700 kg/m3). Em (a), quase toda a soleira é composta por
magma, sendo que apenas uma pequena espessura nas bordas apresenta a densidade do
diabásio solidificado. A solidificação quase total se dá em (b), quando as temperaturas dentro da
Ob
soleira são iguais ou menores que 980°C (temperatura de solidificação do magma).................... 28
Figura 3. 4: Modelo termal para uma intrusão com 166 metros de espessura apresentando
diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada na Bacia do
Solimões. ...................................................................................................................................... 29
Figura 3. 5: Relação entre temperatura e distância para o resfriamento do dique TR-SV-6, com
ra
espessura de 20 m. As diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. ............................ 30
Figura 3. 6: Relação entre temperatura e distância para o resfriamento do dique TR-SV-5, com
espessura de 50 m. As diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. ............................ 30
Figura 3. 7: Efeito térmico do diabásio nas rochas geradoras e reservatórios.............................. 31
pa
Figura 3. 8: Gráfico mostrando modelagem termal hipotética para um dique com 20 metros de
espessura. O detalhe na cor rosa à esquerda representa a metade da espessura da intrusão..... 38
Figura 3. 9: Gráfico mostrando modelagem termal hipotética para um dique com 20 metros de
espessura. Os intervalos de diferentes difusividades são exibidos na figura. O detalhe na cor rosa
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à esquerda, representa a metade da espessura da intrusão......................................................... 40
Figura 3. 10: Modelo termal para uma soleira com 396 metros de espessura apresentando
diversas curvas de tempo que são indicadas no inset do gráfico. A referida soleira é localizada no
campo do Rio Urucu – Sub-bacia do Juruá. O detalhe na cor rosa à esquerda representa a
metade da espessura da intrusão. Além disso, as espessuras e localização das rochas
reservatório e geradora estão representadas................................................................................ 41
on
Figura 3. 11: Modelo termal para uma intrusão (3ª soleira) com 252 metros de espessura
apresentando diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada no
campo do Rio Urucu (Sub-bacia do Juruá). O detalhe na cor rosa, à esquerda, representa a
metade da espessura da intrusão. ................................................................................................ 42
su
Figura 3. 12: Modelo termal para uma intrusão (3ª soleira) com 200 metros de espessura
apresentando diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada entre
o campo do Rio Juruá e São Mateus (Sub-bacia do Juruá). O detalhe na cor rosa, à esquerda,
lta
representa a metade da espessura da intrusão. As formações que estão em sua proximidade
também são representadas. ......................................................................................................... 44
Figura 3. 13: Modelo termal para uma intrusão (3ª soleira) com 110 metros de espessura
apresentando diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada na
Sub-bacia do Jandiatuba. O detalhe na cor rosa, à esquerda, representa a metade da espessura
da intrusão. As formações que estão em sua proximidade também são representadas. .............. 45
V
Figura 3. 14: Modelo termal para uma intrusão (2ª soleira) com 200 metros de espessura com
diversas curvas de tempo. A soleira está localizada entre o campo do Rio Urucu – Sub-bacia do
Juruá. O detalhe na cor rosa, à esquerda, representa a metade da espessura da intrusão, e as
formações que estão em sua proximidade também são representadas........................................ 46
Ob
Figura 4. 1: Modelo termal para uma intrusão com 166 metros de espessura apresentando
diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada na Bacia do
Solimões. ...................................................................................................................................... 49
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VI
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 3. 1: Características gerais do magmatismo na Bacia do Solimões. ................................. 24
Tabela 3. 2: Parâmetros físicos utilizados na simulação numérica realizada por Corrêa (2007). Ti =
temperatura inicial; ρ = densidade; c = capacidade térmica (calor específico); cw = capacidade
Ob
térmica (calor específico) da água; λ = condutividade térmica; L = calor latente de
fusão/solidificação do magma; φ = porosidade dos sedimentos da Formação Irati (a 1000 m de
profundidade)................................................................................................................................ 24
Tabela 3. 3: Descrição dos eventos ocorridos em diferentes tempos após a intrusão com
ra
espessura de 20 metros e temperatura inicial é 1200°C.A constante de difusividade igual a 106
m2/s, O intervalo é referenciado a partir do contato. Os valores de temperatura (T) são
aproximados. SQ/SG=superfície limite entre camada com matéria orgânica queimada e camada
com gás; SG/SO=superfície limite entre camada com gás e camada com óleo; SO/SR=superfície
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limite entre camada com óleo e camada de rocha sem hidrocarbonetos. ..................................... 39
VII
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1
Ob
1.1 Introdução ........................................................................................................................... 1
1.2 Objetivos.............................................................................................................................. 1
1.3 Motivação ............................................................................................................................ 1
ra
1.4 Métodos ............................................................................................................................... 2
1.5 Localização.......................................................................................................................... 3
CAPÍTULO 2: REVISÃO TEMÁTICA .......................................................................................... 5
pa
2.1 Geologia da Bacia do Solimões ......................................................................................... 5
2.2 Sistemas petrolíferos da Bacia do Solimões ................................................................... 12
2.3 Conceitos básicos de modelagem termal ....................................................................... 18
C
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CAPÍTULO 3: Magmatismo dos Sistemas Petrolíferos da Bacia do Solimões .................... 23
3.1 Características gerais do magmatismo ........................................................................... 23
3.2 Modelos termais para intrusões ígneas propostos na literatura .................................... 24
3.3 Modelos termais de campo unidimensional.................................................................... 32
CAPÍTULO 4: Considerações finais........................................................................................ 48
on
4.1. Comparação com outros modelos termais para Bacia do Solimões ........................... 48
4.2. Discussões e conclusões................................................................................................ 49
4.3. Trabalhos futuros............................................................................................................. 51
su
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 53
lta
VIII
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
1.1 Introdução
Ob
Esta monografia está vinculada à disciplina Trabalho de Graduação (IA 243) do curso de
Geologia da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro.
ra
O tema da monografia é modelagem termal de intrusões de diabásio e suas influências em
sistemas petrolíferos da Bacia do Solimões.
pa
O projeto foi orientado pelo Dr. Artur Corval e está vinculado à linha de pesquisa
Magmatismo Toleítico do Cretáceo Inferior do grupo de pesquisa Enxame de Diques da Serra do
Mar - EDSM-rifte.
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1.2 Objetivos
O objetivo geral desta monografia foi elaborar modelos termais relacionados às intrusões
tabulares concordantes e suas influências em sistemas petrolíferos da Bacia do Solimões.
on
Objetivo específico inclui o seguinte item:
1- Comparações com modelos termais ora existentes para Bacia do Solimões.
su
1.3 Motivação
A Bacia do Solimões é uma bacia intracratrônica paleozóica, com aproximadamente
lta
900.000 km² dos quais 440.000 km² são prospectáveis para hidrocarbonetos (óleo, gás e
condensado). Sua história exploratória teve início nas décadas de 50 e 60, porém só em 1986 foi
descoberto óleo, gás e condensado de caráter comercial.
Durante a fase rifte do Gondwana, um volume expressivo de magmas intrudiu bacias
paleozóicas do Brasil. Na Bacia do Solimões este magmatismo ocorreu sobre a forma de soleiras
1
de diabásio, intrusões estas que eram vistas como um problema, não só pela dificuldade nas
interpretações sísmicas devido à diminuição da penetração das ondas sísmicas, que gerava
interferência e falsas estruturas, mas também na queima de hidrocarbonetos pelo aumento
excessivo da temperatura.
Ob
Devido ao sucesso na exploração das bacias costeiras, as bacias do interior do Brasil
foram postas em segundo plano por décadas. Com o aumento do preço do petróleo e a crescente
necessidade da descoberta de novos campos de hidrocarbonetos, novas atenções são
necessárias para as bacias paleozóicas brasileiras, especialmente a Bacia do Solimões, por esta
ra
ser a única bacia paleozóica a ser produtora de um volume comercial de hidrocarbonetos.
Este projeto se justifica devido à crescente necessidade da geração de novos dados para
um melhor entendimento dos processos magmáticos presentes nas bacias paleozóicas brasileiras
pa
e, assim, compreender e desenvolver quais os métodos de exploração e prospecção de
hidrocarbonetos mais adaptáveis às referidas bacias com ênfase na Bacia do Solimões.
C
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1.4 Métodos
Os métodos utilizados para a execução deste trabalho incluem os seguintes itens:
1. Revisão temática
on
a. Leitura de textos relativos à geologia e sistemas petrolíferos da Bacia do
Solimões, bem como sobre diferentes modelos termais.
su
2. Compilação de dados
a. Compilação de parâmetros físicos e geológicos necessários à elaboração dos
modelos termais
a. Elaboração dos modelos termais unidimensionais.
b. Testes dos modelos.
lta
3. Gabinete
c. Análise de dados e resultados, elaboração de relatórios e publicações, bem
como elaboração do volume final da monografia de graduação.
2
1.5 Localização
A Bacia do Solimões (Figura 1.1), cuja área é de cerca de 440.000 km², localiza-se na
região norte do Brasil, no Estado do Amazonas, é subdividida pelo Arco de Carauari nas sub-
Ob
bacias do Jandiatuba, a oeste, e do Juruá, a leste. Seus limites geológicos são: ao norte, o
Escudo das Guianas; a oeste, o Arco de Iquitos; a leste, o Arco de Purus e ao sul, o Escudo
Brasileiro. A bacia está compreendida entre os paralelos 2° e 8°S e meridianos 62° e 72°O.
A sub-bacia do Juruá é produtora de gás na região do rio Juruá (Figura 1.2) e óleo/gás
ra
(condensado) na região do rio Urucu.
A província gaseífera do Juruá localizada cerca de 750 km a oeste de Manaus foi
pa
descoberta em 1978 em resultado a uma campanha realizada após a utilização de helicópteros e
a melhoria dos dados e processamentos sísmicos. A utilização destas inovações permitiria que a
área abrangida pela pesquisa não se limitasse próximo aos rios.
C
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A província do Urucu localiza-se cerca de 650 km a oeste da cidade de Manaus, tendo sido
descoberta após as pesquisas realizadas a leste da Província do Juruá entre os rios Tefé e Coari.
lta
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Figura 1.1: Mapa de localização das bacias paleozóicas do Solimões, Amazonas e Parnaíba. Os
altos estruturais e arcos estão indicados: 1 – Arco de Purus, 2 – Alto de Carauari, 3 – Arco de
Iquitos. A Província do Urucu também está indicada no mapa. Modificado de Eiras (1999).
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Figura 1.2: Mapa de localização das províncias produtoras de óleo, gás e condensado na Bacia
do Solimões. Modificado de Milani e Zálan (1998).
4
CAPÍTULO 2: REVISÃO TEMÁTICA
2.1 Geologia da Bacia do Solimões
Ob
A Bacia do Solimões é uma bacia paleozóica localizada no norte do Brasil, no estado do
Amazonas, subdividida pelo Arco de Carauari em duas áreas que totalizam 440.000 km²: Subbacia do Jandiatuba, a oeste, e a leste a Sub-bacia do Juruá. Seus limites geológicos são: ao
norte, o Escudo das Guianas; a oeste, o Arco de Iquitos; separando a Bacia do Acre da Bacia do
Solimões, a leste, o Arco de Purus; separando a Bacia do Solimões e a Bacia do Amazonas e ao
ra
sul, o Escudo Brasileiro. As rochas correspondentes a seção paleozóica da bacia do Solimões
não afloram devido aos ciclos sedimentares meso-cenozóicos, correspondentes as formações
Alter do Chão e Solimões, cobrirem uma área maior que a da seção paleozóica (Wanderley
Filho, et al. , 2007).
pa
A Bacia do Solimões foi uma denominação originada por Caputo (1984) em substituição
ao termo Bacia do Alto Amazonas, utilizado anteriormente. Isto é devido ao fato da mesma
apresentar uma evolução geológica diferente das Bacias do Médio e Baixo Amazonas,
C
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denominados atualmente de Bacia do Amazonas.
A origem Bacia do Solimões tem sido interpretada com a influência direta ou indireta de um
sistema de riftes, que teria originado o início da subsidência tectônica na qual se implantaria a
bacia. Segundo Silva (1987), comparada à bacia do Solimões, a bacia do Amazonas teve uma
subsidência mais acentuada devido à presença de massas densas intrusivas em seu arcabouço.
on
Por outro lado, as condições de subsidência na Bacia do Solimões ocorreram de maneira mais
lenta e diferenciada nos diversos segmentos que compartimentam o embasamento pré-cambriano
da bacia.
su
Vale denotar a presença de um rifte precursor identificado por evidências sísmicas na
Bacia do Solimões, na região do rio Urucu, onde ocorre um espessamento da seqüência rifte em
direção ao Arco de Purus, possível Neoproterozóico. A bacia teria se formado na fase de
lta
subsidência termomecânica seguinte a esse rifteamento.
O substrato proterozóico na Sub-Bacia do Jandiatuba é composto por rochas ígneas e
metamórficas, enquanto na Sub-Bacia do Juruá, além desses litotipos, há registros de ocorrência
de rochas metassedimentares que foram depositadas numa série de bacias correspondentes a
um sistema de riftes proterozóicos, preenchidos por sedimentos da Formação Prosperança. O
embasamento de rochas ígneas e metamórficas é correspondente as Províncias Geocronológicas
5
(Tassinari et al. 2000) e cinturões móveis Rio Negro - Juruena (1,8 - 1,55 Ga) (no caso da SubBacia do Juruá) e Rondoniense - San Ignácio (1,55 – 1,3 Ga) (Figura 2.1). Durante o
Paleoproterozóico, sobre esses cinturões móveis, instalou-se uma fase rifte, resultando na
deposição de sedimentos de ambiente fluvial com influência marinha, correspondendo às
Formações Prosperança, Acari e Prainha, pertencentes ao Grupo Purus.
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Figura 2. 1: Províncias geocronológicas do Cráton Amazônico. Retirada de Tassinari &
Macambira (2004).
Segundo Wanderley Filho & Costa (1991), os sedimentos clásticos e químicos
pertencentes ao Grupo Purus, e que preenchem os riftes paleoproterozóicos, não são
correspondentes à fase rifte das Bacias do Solimões e do Amazonas. Os mesmos estariam
6
associados a um ciclo de sedimentação anterior ao dessas bacias. A presença de um grande
hiato deposicional desses sedimentos do Grupo Purus para as bacias paleozóicas inviabilizaria a
aplicação do modelo de rifte-subsidência térmica para o caso. Além disso, cabe ressaltar que a
estruturação dos riftes proterozóicos (NW-SE) é quase perpendicular à orientação das Bacias do
Solimões e Amazonas.
Ob
A estratigrafia da Bacia do Solimões pode ser dividida em cinco seqüências deposicionais
(Figura 2.2) cujos limites são discordâncias regionais: Ordoviciano, Siluriano Superior–Devoniano
inferior, Médio Carbonífero Inferior, Carbonífero Superior–Permiano e Cretáceo Superior–
Quaternário. Litoestratigraficamente, essas seqüências foram denominadas na mesma ordem:
ra
Formação Benjamin Constant, Formação Jutaí, Grupo Marimari, Grupo Tefé, Grupo Javari,
incluindo-se o magmatismo Penatecaua de idade Triássica.
A Formação Benjamin Constant é proveniente da primeira transgressão marinha
pa
fanerozóica, vinda de oeste, depositada no Mesoordoviciano. A referida formação se restringe
apenas a Sub-Bacia do Jandiatuba, área de maior subsidência, sendo separada da Sub-Bacia do
Juruá por uma zona de charneira. Constitui um onlap depositado sobre o flanco oeste do divisor
das sub-bacias, o Arco de Carauari. Litologicamente, a Formação Benjamin Constant constitui-se
C
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de arenitos e folhelhos. Barata (2007) descreveu os arenitos apresentando coloração cinzaesbranquiçada, mal selecionados e quartzosos, com cimentação silicosa. Os arenitos da porção
basal apresentam estratificação plano-paralela e cruzada de baixo ângulo. Os arenitos do topo
apresentam cimento ferruginoso. Os folhelhos possuem coloração cinza-escura a preta,
micromicáceos, carbonosos, bem laminados, piritosos, com alguns níveis sílticos. Esta unidade
apresenta-se interposta em discordância entre o embasamento e a Formação Jutaí. A espessura
on
máxima da formação em questão é de, aproximadamente, 120 metros.
Segundo Grahn (1990), a Formação Jutaí foi depositada num ciclo de transgressões e
regressões do Neosiluriano, estendendo-se ao início do Devoniano. A distribuição faciológica é
su
caracterizada por sedimentação argilosa em áreas distais, enquanto as proximais variam dentre
arenosas, argilosas e dolomíticas. Vale denotar que a deposição constituiu um onlap sobre o Arco
de Carauari, pois as incursões marinhas se deram de oeste para leste, causando sedimentação
lta
sobre o arco somente durante o último ciclo. A Formação Jutaí sobrepõe-se discordantemente à
Formação Benjamin Constant ou ao Embasamento. O contato superior é também discordante
com a Formação Jandiatuba. A espessura máxima da formação Jutaí varia em torno de 150
metros.
7
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Figura 2. 2: Carta litoestratigráfica da Bacia do Solimões. Retirada de Eiras et al (1994).
8
O Grupo Marimari foi depositado no Mesodevoniano por conseqüência de três ciclos de
transgressão-regressão marinha que ultrapassaram o Arco de Carauari sob um clima
predominantemente frio com possível glaciação de latitude Caputo, (1984) e Silva (1987a, 1987b,
1988). A grande variação faciológica na Sub-Bacia do Juruá deve-se a grande influência de
controles tectônicos, climáticos e ambientais. No caso da Sub-Bacia do Jandiatuba, a
Ob
sedimentação predominante foi argilosa, de ambiente marinho profundo (Silva, 1987a, 1987b).
Além disso, sobre o Arco de Carauari e a Sub-Bacia Juruá ocorreu uma alternância na deposição
de sedimentos arenosos e argilosos (ricos em esponjas silicosas) e sedimentos argilosos (ricos
em matéria orgânica, apresentando elevados teores de carbono orgânico total (COT)).
ra
Há registros da ocorrência de tal sedimentação associada às lentes de diamictitos. O
Grupo Marimari é dividido nas seguintes formações: Formação Uerê, constituída por rochas com
espículas silicosas, depositadas em ambiente de inframaré; e a Formação Jandiatuba que é
composta por folhelhos pretos e diamictitos. O membro Arauá da Formação Uerê, depositado em
pa
ambiente de sedimentação costeira, ocorre na parte leste, sendo composto por arenitos proximais
com raras (ou ausência) de espículas silicosas. Silva (1987a, 1987b, 1988) propôs a substituição
do termo Formação Jaraqui para membro Jaraqui da Formação Jandiatuba, representado por
folhelhos e diamictitos de distribuição irregular. A espessura máxima deste grupo é em torno de
C
ra
310 metros.
O Grupo Tefé é composto pelas formações Juruá (terrígena basal), Carauari (evaporítica)
e Fonte Boa (redbeds) (Caputo, 1984). A única formação com continuidade física com a Bacia do
Amazonas é a formação Carauari, que é dividida nas formações Itaiatuba e Nova Olinda. A
Formação Juruá correlaciona-se com a Formação Monte Alegre (da Bacia do Amazonas) e,
on
possivelmente, com a Formação Piauí da Bacia do Parnaíba. A Formação Carauari distribui-se
por toda a Bacia do Solimões, incluindo os Arcos de Carauari e Purus, mas está ausente no Arco
de Iquitos, pois a mesma foi erodida. A espessura máxima destas unidades é de
aproximadamente 1300 metros. A deposição do Grupo Tefé se deu após a última regressão
su
marinha. Devido à exposição da bacia, houve um grande processo erosivo que peneplanizou
grande área da mesma. Adicionalmente, este processo foi influenciado também por mudanças
climáticas bruscas (o clima passava de frio para quente e árido). No Mesocarbonífero teve início
lta
um novo ciclo deposicional, de sedimentos exclusivamente siliciclásticos, com deposições
arenosas e argilosas continentais. A deposição em sistema fluvial e estuarino também ocorreu e,
em seguida a deposição eólica costeira, favorecida pelo clima árido (Lanzarini, 1984; Cunha et
al. 1988). Um grande evento de pulsos cíclicos trangressivo-regressivo, cuja entrada do mar era
controlada pelo Arco de Iquitos, a oeste, propiciou a formação de pequenos ciclos evaporíticos em
lagos hipersalinos de controle estrutural. Há um hiato de 10,5 Ma ao período de máxima atuação
do evento tectônico Jandiatuba no Pensilvaniano, onde ocorreu um basculamento da Sub-Bacia
9
do Jandiatuba e a restrição dos evaporitos a Sub-Bacia do Juruá. Três soleiras de diabásio estão
intrudidas nas camadas da Formação Carauari em níveis estratigráficos mais ou menos definidos,
e são denominadas informalmente, de cima para baixo, de 1°, 2° e 3° soleiras.
O evento magmático ocorrido no Neotriássico-Eojurássico, 200 Ma ± 20 (Mizusaki, 1991)
Ob
presente na Bacia do Solimões coincidiu com o magmatismo Penatecaua da Bacia do Amazonas,
estando associado à abertura do oceano Atlântico Norte. Cabe ressaltar o registro de ocorrências
de intrusões de diques e, principalmente, soleiras, que se distribuem continuamente em grandes
áreas. Tais soleiras possuem grande uniformidade química, encontrando-se deformadas por um
evento transpressivo entre o Mesojurássico e o Eocretáceo. O evento tectônico resultou na
ra
formação de dobras anticlinais que amplificaram os paleoaltos que viriam a constituir as trapas na
Sub-Bacia do Juruá e na Sub-Bacia do Urucu.
Na Bacia do Solimões, três soleiras intrudem a seqüência evaporítica (Carbonífero
pa
Superior-Permiano Inferior) (Figura 2.3). Certo controle do magmatismo em relação aos grandes
altos estruturais edificados antes da intrusão das soleiras foi observado por Wanderley Filho et
al. (2005). As soleiras que intrudem as Bacias do Solimões e Amazonas possuem
aproximadamente 240.000 km3 de diabásio em seus sedimentos, principalmente como soleiras,
C
ra
podendo apresentar espessuras somadas de 915 m na Bacia do Amazonas e 1145 na Bacia do
Solimões. Tais rochas são constituídas mineralogicamente por plagioclásio, piroxênio, quartzo,
biotita e hornblenda, com textura subofítica dominante.
A Formação Javari é uma unidade cenozóica essencialmente argilosa e forma uma cunha
sedimentar que chega a atingir mais de 7000 m de espessura desde o Arco de Purus até as
on
bacias sub-andinas, recebendo o nome de Formação Solimões (Eiras, 1994) nas bacias do
Solimões e Amazonas. O Grupo Javari é composto pelas Formações Solimões e Alter do Chão,
ambas separadas por discordância litológica e, em parte, erosional, aumentado o tempo do hiato
deposicional para leste. A idade da Formação Alter do Chão é estimada por correlacionamento
su
com a Bacia do Amazonas. A análise de palinomorfos indicou que a parte basal teria idades
Neoaptiana a Cenomaniana (Dino et al., 1999). O contato inferior da Formação Solimões é
discordante com o da Formação Alter do Chão na Bacia do Solimões, enquanto o superior é
lta
discordante aos depósitos holocênicos.
Diversos modelos são propostos para explicar a formação do Megacisalhamento na Bacia
do Solimões, sendo atualmente o modelo mais aceito o proposto por Caputo (1985) e Caputo &
Silva (1990). Neste modelo, os autores propõem uma evolução a partir do Neojurássico, com o
início da abertura do Oceano Atlântico Sul. Assim, a região NW da América do Sul ficou exposta a
esforços compressivos horizontais muito expressivos, o que originou o Megacisalhamento
10
Solimões. Este tectonismo foi responsável pela formação das trapas estruturais da bacia, que
consistem em estruturas anticlinais formadas nos blocos altos de falhas reversas escalonadas
associadas ao Megacisalhamento do Solimões com direção geral NE-SW (Figura 2.4).
ra
Ob
C
ra
pa
Figura 2. 3: Seção geológica esquemática da Bacia do Solimões. Em destaque: as Províncias do
Juruá e a Província do Urucu e seus respectivos poços. Retirado de Eiras (1999).
on
3
2
1
lta
su
4
Figura 2. 4: Geração das estruturas em resposta aos esforços compressivos de grande
magnitude e zonas de transcorrência destrais. 1 – Megacisalhamento do Solimões, transcorrência
destral; 2 - Arco de Iquitos; 3 - Arco de Carauari; 4 - Arco de Purus. Fonte: Petrobras.
11
2.2 Sistemas petrolíferos da Bacia do Solimões
Sistemas petrolíferos são caracterizados por condições satisfatórias da ocorrência dos
processos de geração, migração e acumulação, presentes dentro de um espaço tridimensional,
Ob
coexistindo numa determinada época (Magoon & Dow, 1994). Os principais elementos de um
sistema petrolífero são: rocha geradora, rotas de migração, rocha reservatório e rocha selante,
além dos eventos geológicos intrínsecos na formação destes componentes.
Segundo Magoon & Dow (1994), sistemas petrolíferos atípicos são considerados
ra
aqueles cujo craqueamento do querogênio é gerado pelo aporte de calor (stress térmico) devido
às intrusões ígneas e não por sobrecarga sedimentar.
Eiras (1999) classifica, segundo Magoon & Dow (1994), o sistema petrolífero da Bacia
pa
do Solimões como atípico, estando o mesmo relacionado ao magmatismo Penatecaua na Bacia
do Solimões e do Amazonas.
C
ra
Segundo (Eiras, 1999), houve a formação de trapas no paleozóico. O início da geração
de petróleo teria ocorrido no Carbonífero, sendo causado por soterramento, associado a taxas de
querogênese de até 50%, seguida por expulsão do petróleo. A transformação no Triássico ocorreu
devido ao efeito térmico das soleiras básicas, apresentando uma taxa de quase 100%. A migração
para as rochas reservatório (arenitos devonianos) ocorreu acima e abaixo da geradora, e
secundariamente, por falhas. A acumulação ocorreu tanto em trapas estratigráficas como em
estruturais, ou os dois tipos combinados. A posterior criação de novas trapas e mobilização do
on
petróleo seria referente ao tectonismo Juruá.
A bacia do Solimões sofreu forte contribuição de eventos magmáticos causados por
su
campos de tensões distensivas presentes na litosfera (McKenzie e Bickle, 1988). Tal
magmatismo seria o responsável pela mudança na história termomecânica da bacia, devido ao
aporte de calor que teria provocado a maturação ou senilização nas rochas geradoras. Além
disso, o referido magmatismo pode ter gerado o possível craqueamento do petróleo pré-existente.
lta
Silva (1987) apresentou um modelo em que a geração e migração do petróleo para os
reservatórios teriam ocorrido desde o final do Permiano ao início do Triássico e no Juro-Triássico.
Logo, a geração teria sido fortemente ocasionada pelo magmatismo, constituindo um sistema
petrolífero ígneo-sedimentar (Eiras & Wanderley Filho, 2003).
12
Mello et al. (1994) nomeou de Barreirinha-Itaiatuba (atualmente correspondente ao
sistema Jandiatuba-Juruá) o sistema petrolífero da bacia do Solimões. As rochas geradoras
correspondem aos folhelhos radiativos do Neodevoniano, com média de 50 metros de espessura
e Carbono Orgânico Total (COT) acima de 6% (Membro Barreirinha, Formação Curuá). Os
principais reservatórios seriam arenitos eólicos da base da Formação Itaiatuba, enquanto os
Ob
secundários correspondem aos arenitos deltaicos pertencentes à Formação Monte Alegre. As
rochas selantes seriam os evaporitos da Formação Itaiatuba. Já as trapas são constituídas por
anticlinais, de direções NE-SW, que teriam sido geradas durante o evento gerador do
Megacisalhamento do Solimões. Com base em estudos geoquímicos, Mello et al. (op.cit.)
determinaram uma carta de eventos para o sistema petrolífero (Figura 2.5).
ra
Eiras (1998, 1999) analisou os sistemas petrolíferos da Bacia do Solimões utilizando os
conceitos definidos por Magoon & Dow (1994). Sendo assim, o referido autor apresentou dois
sistemas petrolíferos: Jandiatuba-Juruá e Jandiatuba-Uerê.
pa
As rochas geradoras principais são os folhelhos radioativos do Devoniano da Formação
Jandiatuba, relacionada a uma fase transgressiva de caráter mundial, onde foi presente a
superfície de inundação máxima e ambiente anóxicos. Suas características são: carbono orgânico
C
ra
total (COT) máximo acima de 8,25% e reflectância da vitrinita (Ro) acima de 1,35%. As rochas
geradoras secundárias são diamictitos devonianos da Formação Jandiatuba, Membro Jaraqui
(Fameniano Superior-Tournaisiano) e os folhelhos silicosos da Formação Uerê. Os diamictitos do
Membro Jaraqui são referentes a um período de regressão marinha e formação de discordância,
onde o clima resfriou a condições glaciais (Caputo, 1985; Becker,1997). As características do
Membro Jaraqui são: carbono orgânico total (COT) entre 0,65-1,45% e reflectância da vitrinita
on
(Ro) > 1,35%, tendo em diferentes locais taxas de maturação diferentes. Por exemplo, a zona
matura localiza-se na área do rio Urucu, enquanto a senil na área do Juruá (Figura 2.6). Os
folhelhos silicosos da Formação Uerê tem COT entre 1,48% e 3,07% e as condições de
maturação são similares as do Membro Jaraqui. Segundo Eiras (1998), o reduzido potencial de
su
geração de hidrocarbonetos (<3,5 mg HC/g rocha) associado ao baixo teor de hidrogênio (HI <
50mg HC/g TOC) indicam que rochas geradoras, tais como o folhelho do Jandiatuba já produziu
grandes quantidades de petróleo.
lta
13
ra
Ob
pa
Figura 2. 5: Carta de eventos para o sistema petrolífero Jandiatuba-Juruá ou Barreirinha-Itaiatuba.
Fonte: Munis (2009).
C
ra
As principais rochas reservatório são compostas por arenitos da Formação Juruá. As
mesmas foram depositadas tanto em ambiente fluvio-deltáico quanto em ambiente eólico.
Apresentam porosidade e permeabilidade de respectivamente 9-11% e 350 mD para os fluviodeltáicos. Os arenitos eólicos apresentam elevada porosidade 22,5% e permeabilidade entre 100
a 320 mD, caracterizando os melhores reservatórios da Formação Juruá.
on
Os arenitos da Formação Uerê possuem grande continuidade deposicional ao longo da
bacia, o que é um fator de grande importância em rochas reservatório. Adicionalmente, a
porosidade de tais rochas é praticamente constante.
su
As rochas selantes são constituídas por evaporitos (anidrita e halita) da Formação Carauari
e folhelhos da Formação Juruá, ambas do Carbonífero. Estes litotipos foram formados durante um
ciclo trangressivo-regressivo que propiciou a deposição de espessas camadas clástico-
lta
evaporíticas. Na sub-bacia do Juruá, os evaporitos da formação Carauari, juntamente com os
calcários, constituem importantes trapas estratigráficas e selantes, sendo depositados em
ambientes de plataforma de mar raso e restrito.
14
ra
Ob
C
ra
pa
Figura 2. 6: Mapa de maturação termal para as rochas geradoras da Formação Jandiatuba, notar
as áreas de maturidade elevada (campo de óleo do rio Urucu) e supermaturo (campo de gás do
Juruá). Fonte: Modificado de Mello et al. (1994).
As trapas que estão em processo de exploração são estruturais, referentes à formação
do Megacisalhamento do Solimões, que teria se formado devido a grandes esforços compressivos
horizontais que afetaram a referida área devido ao processo de abertura do oceano Atlântico Sul
(Caputo e Silva, 1990). O evento gerou dobramentos e falhas reversas com orientação NE-SW e
anticlinais associadas, remodelando ou obliterando as trapas pretéritas (Figura 2.7). É importante
ressaltar que ocorreu uma remobilização do petróleo existente através das falhas reversas
on
referentes ao Megacisalhamento, onde o preenchimento dos reservatórios teria ocorrido no
Neotriássico, entre 200-150 ma (Mizusaki et al., 1990).
Ao longo do megacisalhamento do Solimões ocorrem falhamentos de padrão escalonado
su
diagonais a zona principal, onde estão localizados os campos de óleo descobertos. Ao todo são
cinco trends escalonados, de leste para oeste: Urucu, Juruá, Ipixuna, Jutaí e Jandiatuba. Outro
evento não tão expressivo ocorreu no Cenozóico (Costa, 2002), e conseguiu gerar feixes de
lta
falhas transcorrentes, podendo ter ocorrido nova remobilização do petróleo, assim como a
destruição e criação de novas trapas relativas a este evento gerador do megacisalhamento.
15
ra
Ob
Figura 2. 7: Seção geológica do atual modelo de acumulação petrolífero Jandiatuba-Juruá na
região do Urucu, baseado na atual carta estratigráfica. Fonte: Modificado de Mello et al. (1994).
pa
A ocorrência de intrusões de rochas ígneas em bacias sedimentares pode ser prolífica à
geração de trapas. Tal situação ocorre devido ao processo de modificação do campo de tensão
secundário sofrido pelas rochas encaixantes, e dependendo do posicionamento da encaixante em
C
ra
relação à intrusão, a deformação pode ser por escoamento plástico ou por cisalhamento rúptil
(Zalán et al, 1985; Conceição, Zalán e Dayan, 1993). A proximidade de uma intrusão a sistemas
reservatórios pode gerar aumento da permoporosidade ao provocar um intenso fraturamento ou,
ainda, possibilitar a diminuição da mesma por meio de um processo de silicificação. Além disso, o
fraturamento em rochas ígneas pode vir a constituir bons reservatórios. Diques e soleiras podem
atuar como selantes, quando não se encontram fraturadas ou alteradas. Os derrames e soleiras
por serem estruturas concordantes tendem a constituir selos verticais, enquanto diques podem
on
funcionar como selos laterais.
A principal forma de intrusão do magmatismo Penatecaua na Bacia do Solimões é como
su
soleiras. Tais intrusões foram informalmente chamadas de 1ª, 2ª e 3ª soleira, a depender do nível
de intrusão na estratigrafia. As intrusões influenciaram diretamente a termomecânica da bacia.
Seja pela temperatura, volume e geometria, que somados a sobrecarga ocasionada por estas
intrusões, compensaria o reduzido gradiente geotérmico da bacia
lta
A relação espacial de posicionamento das soleiras influi na maturação e conseqüente
reflectância da vitrinita, sendo observados altos valores de Ro mais próximos às soleiras e
seguidamente os valores de Ro diminuem com o aumento da profundidade. Vale ressaltar que,
nas zonas imaturas, a reflectância apresenta valores abaixo de 0,6 % Ro, enquanto nas zonas
senis ou supermaturas apresenta valores acima de 1,35% Ro, sendo que a geração de óleo dá-se
a partir de 0,6% Ro e a geração do gás a partir de 0,9% Ro. As intrusões presentes na Bacia de
16
Solimões contribuem para a maturação do querogênio, tanto primária (querogênio óleo) quanto
secundária na metagênese (óleo gás). Segundo Bender et al. (2001) a rocha geradora teria
atingido o estágio de maturação apenas em alguns locais, devido ao soterramento e fluxo térmico,
antes do evento magmático Penatecaua, só sendo acumulada expressivamente após o aporte
térmico proveniente das soleiras em zonas de alto fluxo térmico e no depocentro da bacia. Com a
Ob
geometria tridimensional das soleiras variando em diferentes pontos, a geração de petróleo não
ocorre somente nos baixos, da bacia, mas nos altos também. Este fato mostra a complexidade
das áreas geradoras.
A intrusão da primeira soleira, a menos profunda, impactou sobre a geração de
ra
hidrocarbonetos na bacia do Solimões, em especial nas porções leste e nordeste, onde estas se
encontram mais espessas e mais próximas da rocha geradora. As intrusões da segunda e terceira
soleira afetaram a bacia mais expressivamente já que em sua maioria as rochas do paleozóico
apresentam elevado grau de maturação (Ro>1,3%), o que caracterizaria rochas senis e com
pa
potencial gaseífero. As maiores taxas de maturação ocorreram por efeito térmico das soleiras
sobre as rochas geradoras (Bender et al. 2001). Segundo Wanderley Filho et al (2005), quando
a soleira é mais profunda, a tendência é a transformação de óleo em gás (p.ex.: região do rio
Juruá). Porém, quando a soleira é mais rasa, ou seja, mais distante da geradora ou reservatório,
C
ra
maior a preservação do óleo devido ao menor efeito térmico, como na região do rio Urucu (Figura
2.8).
lta
su
on
Figura 2. 8: Perfil com reflectância da vitrinita (Ro) e sua relação com o nível de profundidade da
soleira em relação às rochas geradora e reservatório. Reparar que Ro diminui com a profundidade
e com o aumento da distância da soleira. Fonte: Eiras (1998)
17
2.3 Conceitos básicos de modelagem termal
O presente subtópico foi fortemente baseado em Allen & Allen (2005).
O conhecimento da estrutura termal da Terra é indispensável para compreender seu
Ob
comportamento mecânico, relacionada à reologia das rochas, que depende da temperatura, por
sua vez, em função da profundidade. A distribuição da temperatura no planeta deve corresponder
às entradas e saídas de calor do Sistema Terra. A transferência de calor ocorre por processos de
condução, convecção e radiação.
ra
A condução é um processo difusivo em que a transferência de energia cinética ocorre por
meio de colisões moleculares. A convecção necessita de uma movimentação no meio para que
haja transmissão de calor. O sol pode transmitir calor através da energia eletromagnética, todavia
com menor relevância nos processos de transferência de calor terrestre. A radiação consiste de
pa
ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade da luz. Como a radiação é a única forma de
transferência de calor que pode ocorrer no espaço vazio, a mesma corresponde a principal forma
pela qual o sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e libera energia para o espaço.
C
ra
A manifestação dos processos magmáticos na crosta terrestre e seus efeitos na evolução
geodinâmica de uma região em particular podem ser melhor compreendidos se analisados do
ponto de vista de modelos numéricos, objetivando a descrição da variação temporal do campo de
temperaturas associado (Turcotte & Schubert, 2002).
on
A importância dos processos de condução e convecção varia em diferentes zonas do
planeta. Na litosfera, a condução é o processo dominante no transporte de calor, já que essa é
menos densa e quente que o manto sublitosférico, onde o processo predominante é a convecção,
que ocorre nas zonas mais interiores e profundas da Terra. A convecção é um processo de
su
transferência de calor muito mais rápido e eficiente que a condução.
A lei de Fourier representa a relação fundamental para a condução de calor, onde o fluxo
matematicamente como:
Q
= − k
∂ T
∂ y
lta
térmico Q é diretamente proporcional ao gradiente de temperatura, sendo representado
18
Onde k é o coeficiente de condutividade, T é a temperatura em um determinado ponto no meio e
y é a coordenada da direção da variação da temperatura.
A condutividade termal k é obtida quando as amostras de rochas são submetidas a um
fluxo de calor conhecido, analisando-se a diminuição deste calor pela amostra. O fluxo de calor é
Ob
expresso por unidades como mWm-2
ou cal cm2 s-1. Quando trata-se de fluxo de calor na
superfície, o mesmo é expresso em HFU (unidades de fluxo de calor). O valor de 1 HFU é
equivalente a 10-6 cal cm-2 ou 41, 48mWm-2. A condutividade termal é expressa em unidades de
Watts por metro centígrado (Wm-1 °C-1), ou cal cm-1 °C-1.
ra
A aquisição da temperatura pode ser feita em cavernas, minas, poços profundos e no
assoalho oceânico. A medida da temperatura do assoalho oceanico é feita in situ. A sonda
utilizada para medir a temperatura do fundo oceanico contém um aquecedor acoplado, que
pa
penetra os sedimentos.
Variações importantes no fluxo de calor podem ser influenciadas por: atividade vulcânica
ou em regiões tectonicamente extensionais, que possuem um alto fluxo de calor. Vale denotar que
C
ra
em regiões colisionais o fluxo de calor varia de baixo a normal. O fluxo de calor em outras zonas
distantes destes eventos é inversamente proporcional aos isótopos radioativos que, no caso, são
sua fonte de calor.
A perda de calor terrestre mais eficiente ocorre na superfície oceânica, aproximadamente
60% (Parsons 1982), em comparação com a crosta continental. O assoalho oceânico torna-se
mais antigo e frio quanto mais afastado das dorsais meso-oceânicas.
on
Cerca de 3 Ga. atrás, a produção de calor por isótopos radioativos era o dobro da atual. A
razão está relacionada à quantidade de elementos radioativos decaindo para elementos filhos ao
su
longo do tempo, o que diminuiu o volume atual de isótopos radioativos. Portanto, a taxa de
transferência de calor também vem diminuindo, assim como a convecção mantélica.
A seguir, será discutida a equação unidimensional de condução de calor, essencial na
lta
elaboração de modelos termais. A discussão será feita com base em um exemplo considerando
as dimensões vertical δy de um elemento de volume, com seção transversal de área a.
No topo da superfície do elemento, há a entrada de um fluxo de calor Q ( y ) . O elemento
possui uma geração de calor interna, densidade ρ e capacidade termal (calor específico) dado por
c . O calor específico representa a quantidade calorífica para elevar a temperatura por 1°C de 1kg
de material ( dado por unidades de Wkg-1°C-1).
19
Em unidade temporal, a entrada de calor no elemento de volume é aQ ( y + ∂y ) e a perda
de calor do elemento é aQ ( y + ∂y ) .
A equação Q ( y + ∂y ) pode ser expandida numa série de Taylor obtendo-se:
Ob
Q ( y + ∂y ) = Q ( y ) + δy
∂Q
+ ...
∂y
(2.1)
Com base nos dois termos da série de Taylor, a perda ou ganho de calor, é dada pela
ra
diferença dos fluxos de calor através do topo do elemento e fora da base do elemento.
∂Q 
∂Q

aQ ( y ) − a Q ( y ) + δy
 = −aδy
∂Y 
∂Y

(2.2)
pa
O calor gerado internamente por unidade de volume é chamado A . O calor gerado no
por:
Aaδy − aδy
∂Q
∂Y
C
ra
elemento de volume aδy é então Aaδy . A perda ou ganho total por unidade de tempo é dada
(2.3)
on
Se o material que forma o referido elemento de volume possui calor específico c e
densidade ρ e sofre uma pequena variação de temperatura δT em um tempo curto δt . A taxa de
calor (ganho ou perdido) é:
∂T
∂t
(2.4)
= ca∂yρ
∂T
∂Q
= Aaδy − aδy
∂t
∂y
(2.5)
lta
Conjugando equações (2.3) e (2.4), tem-se:
su
= ca∂yρ
20
Simplificando:
= cρ
∂T
∂Q
= A−
∂y
∂t
(2.6)
Ob
Substituindo a Lei de Fourier em (2.6),
∂T
A
k ∂ ²T
=
+
∂t ρc ρc ∂y ²
(2.7)
ra
há a obtenção da equação de condução de calor unidimensional. A difusividade termal é definida
como
κ=
k
. A difusividade termal corresponde à habilidade de o material ganhar ou perder
ρc
pa
calor por condução.
Certas condições de contorno podem ser aplicadas na equação de condução de calor
unidimensional, com o intuito de simplificá-la em certas situações físicas ocorrentes na litosfera:
C
ra
(1) Solução de estado estacionário em que não há mudança de temperatura com o tempo
∂T / ∂t = 0 :
∂ ²T
A
=−
∂y ²
k
on
(2.8)
(2) geração de calor interno nula,
(2.9)
lta
, sendo esta a equação da difusão.
su
∂T
∂ ²T
K ∂ ²T
=−
=κ
ρc ∂y ²
∂t
∂y ²
A=0
Vale ressaltar ainda que o elemento de volume pode estar em movimento relativo ao seu
entorno, alcançando regiões em que a temperatura varia com a profundidade. Se tal
movimentação se dá a uma velocidade uy na direção
profundidade após um tempo
t
y (verticalmente
na litosfera), a
será dada por u y ∂T / ∂y . Ocorre a necessidade, portanto, da
21
alteração da equação de condução de calor unidimensional por meio da adição do termo
advectivo. A temperatura muda após um curto período de tempo δ t
∂T
∂T
k ∂ ²T A
=−
+
− uy
∂t
ρc ∂y ² ρc
∂y
e é dada por:
(2.10)
Ob
A mudança da temperatura em parte da litosfera é composta de três componentes: um termo
de fluxo de calor basal, um termo de geração de calor interna e um termo advectivo. O movimento
de advecção pode ocorrer pela superfície do elemento de volume associado com a ação de
ra
redução pela taxa de erosão, por exemplo. Ou, ainda, em antemão a velocidade de deposição.
Ao se adotar uma relação de tempo e fluxo térmico, pode ser utilizada a solução da
equação da variação da temperatura T, em coordenadas cartesianas, no tempo e no espaço:
pa
∂T
k
=
∇ 2T
∂t ρc p
C
ra
(2.11)
Dentro do contexto da equação acima (2.11), k é a condutividade térmica, cp é o calor
específico e ρ a densidade do material. Esta equação pode ser obtida de forma analítica (Carslaw
& Jaeger, 1986) ou por meio de métodos numéricos específicos, como o método dos elementos
finitos (Beardsmore & Cull, 2001), possibilitando a compreensão da variação da temperatura nos
processos de resfriamento de magmas (plutonismo, vulcanismo, hidrotermalismo) e metamorfismo
lta
su
on
em relação às rochas encaixantes.
22
CAPÍTULO 3: Magmatismo dos Sistemas Petrolíferos da Bacia do
Solimões
3.1 Características gerais do magmatismo
Ob
O magmatismo da Bacia do Solimões é predominantemente básico, estando associado
ao evento magmático Penatecaua originado durante o Triássico (há cerca de 215 Ma), quando
ocorreu o início fragmentação do Gondwana (Almeida 1986, Thomaz-Filho et al. 2000).
ra
A principal forma de intrusão deste evento na bacia do Solimões é na forma de soleiras,
típicas de ambiente distensivo, alojando-se entre a sequência permo-carbonífera. A espessura
destas intrusões (Figura 2.3) na Bacia do Solimões varia tridimensionalmente, mas chegando a
atingir até 1038 metros se somadas (Barata, 2007) em poços que a atravessam.
pa
As soleiras possuem uma marcante uniformidade química por toda a bacia e
espacialmente abrangem grandes áreas, sendo impossível somente através de datações
radiométricas determinar a correta cronologia das mesmas (Wanderley Filho et al., 2007).
C
ra
Porém, vale ressaltar o registro de enriquecimento em Ni e Cr na soleira mais inferior (3ª soleira).
Este fato foi interpretado por Wanderley Filho et al. (2007) como resultado de um enriquecimento
da câmara magmática em elementos mais densos que seriam expelidos num ultimo pulso.
Em termos mineralógicos, as rochas ígneas que intrudem sob a forma de soleiras são
compostas
essencialmente
por:
plagioclásio,
piroxênio,
quartzo,
biotita
e
hornblenda,
on
apresentando textura subofítica dominante (Barata, 2007).
Segundo Thomaz-Filho et al. (2008) o magmatismo básico ocorrido, ao redor de 215 Ma
(Triássico) e de 180 Ma (Jurássico), constituem diques e derrames de composição toleítica, bem
su
representados nas Bacias do Solimões e do Amazonas.
As características das intrusões da Bacia do Solimões, como espessura média,
lta
mineralogia, forma e nível de intrusão estão resumidas na tabela 3.1 abaixo:
23
Tabela 3. 1: Características gerais do magmatismo na Bacia do Solimões.
Sequências intrudidas pelo
magmatismo
Sequência Carbonífera superior –
Permiano inferior (Grupo Tefé –
Formação Carauari)
Nível de intrusão
Ob
1ªSoleira
2ªSoleira
3ªSoleira
Idade
Formas de Intrusão
Série
Magmática
215 Ma
Soleiras
Toleítica
Intervalo das
espessuras
médias
200 m a 550 m
100 m a 400 m
100 m a 300 m
Mineralogia
Plagioclásio, Piroxênio Quartzo, Biotita e
Hornblenda
ra
3.2 Modelos termais para intrusões ígneas propostos na literatura
Diferentes tipos de modelagem foram utilizados para determinar o comportamento
termomecânico de intrusões ígneas. Aqui serão discutidos alguns modelos, suas metodologias e
pa
parâmetros utilizados na modelagem. Exemplos de estudos recentes relacionados a modelagem
termal numérica unidimensional foram realizados por Corrêa (2007) e Valente et al. (2010) e
Caldeira et al. (2010).
C
ra
O modelo unidimensional utilizado por Corrêa (2007) para intrusões na Bacia do Paraná
teve o intuito de analisar a correlação das intrusões e os efeitos gerados na Formação Irati. É
importante ressaltar que para geração deste modelo o autor utilizou parâmetros físicos, tais como:
Temperatura inicial (Ti), condutividade térmica ( λ ) capacidade térmica (c) e densidade ( ρ ) e
difusibilidade térmica ( κ )(Tabela 3.2).
on
Tabela 3. 2: Parâmetros físicos utilizados na simulação numérica realizada por Corrêa (2007). Ti =
temperatura inicial; ρ = densidade; c = capacidade térmica (calor específico); cw = capacidade
térmica (calor específico) da água; λ = condutividade térmica; L = calor latente de
fusão/solidificação do magma; φ = porosidade dos sedimentos da Formação Irati (a 1000 m de
profundidade).
su
Diabásio
Folhelhos
- melt -
- solidus -
- Fm. Irati -
Ti (K) [°C]
1373 [1100]
1253 [980]
319 [46]
ρ (kg/m3)
2700
2900
2257
c (J/kg.K)
1250
905
1226
4182
cw (J/kg.K)
λ (W/m.K)
1,5
L (kJ/kg)
420
φ (%)
lta
Magma
Parâmetros Físicos
2,1
1,647
25
24
Após estabelecer os parâmetros físicos acima, Corrêa (2007) realizou a modelagem
numérica do fluxo térmico através da técnica explícita de diferenças finitas baseada em matrizes
(Carnahan et al., 1969 apud Corrêa, 2007). O programa utilizado na modelagem numérica pelo
autor foi o Matlab, simulando a distribuição da temperatura nos estratos sedimentares adjacentes.
Ob
Para a modelagem numérica, Corrêa (2007) extrapolou os valores de condutividade e
difusividade térmica da 1ª camada de folhelho betuminoso para as regiões vizinhas. Um padrão
heterogêneo de constantes das diferentes rochas (24 m e 48 m) foi transformado num padrão
quasi-homogêneo (83 m e 1000m) (Figura 3.1).
ra
on
C
ra
pa
a)
b)
lta
su
Figura 3.1:(a) Modelo geológico das seções dos poços PAPA 1460, com soleira de espessura
igual a 4 m, e RN 1696, com 27 m de espessura da soleira. Modificado de (Corrêa, 2007). Notar a
variação dos parâmetros térmicos devido às diferentes litologias. (b) Geometria do modelo
numérico dos poços PAPA 1460 e RN 1696. λIrati e κIrati representam os parâmetros físicos dos
folhelhos da Formação Irati (rocha encaixante). λsol e κsol representam as propriedades físicas
das soleiras (em vermelho) de 4 m e 27 m de espessura, respectivamente. Modificado de Corrêa
(2007).
Os critérios usados para a modelagem de quatro poços foram as condições numéricas a seguir:
•
O número de pontos (nós) do grid x é dado por nx = 10D, onde D é o domínio do espaço,
igual a 83 m ou 1000 m
25
•
O espaçamento é dado por dx= D/(nx-1)
•
O aumento do tempo, ou time step (∆t), é dado por dt = 0,45.dx2/kappa, onde kappa é o
maior valor da difusibilidade térmica dentre as utilizadas para o magma, o diabásio e os
folhelhos da Formação Irati
•
A temperatura dos nós, T(x), nas condições de início (t0), no momento da intrusão da
Ob
soleira, é satisfeita segundo:
[1] T(x) = Tsed, para os nós dos folhelhos encaixantes, onde Tsed é igual a 46°C;
[2] T(x) = Tmag, para os nós que compõem a geometria da intrusão, onde Tmag é igual a 1100°C.
Corrêa (2007) elaborou um modelo térmico numérico unidimensional para uma intrusão
ra
(soleira) de 4 metros de espessura, observando a ocorrência de diferentes tempos após a
intrusão, assim como a distribuição da temperatura ao longo da encaixante (Figura 3.2).
Nos modelos gerados por Corrêa (2007) foi utilizado, ao decorrer do tempo, uma
pa
variação na densidade da intrusão (RHO) (Figura 3.3), com o prosseguimento do resfriamento e
conseqüente solidificação. Diferentes constantes de difusividade foram utilizadas para os
componentes do modelo.
lta
su
on
C
ra
Figura 3. 2: Perfis de distribuição da temperatura para diferentes tempos (anos) após a intrusão
da soleira de 4 m de espessura do poço PAPA 1460. O eixo horizontal está na mesma escala da
seção do poço referido. Retirado de Corrêa (2007).
26
Os resultados obtidos por Corrêa (2007), com base na figura 3.2 mostra que as
condições térmicas próximas a do background da Formação Irati, de 46°C, são retomadas 100
anos após a intrusão do corpo magmático a uma temperatura de ignição de 1100°C. Vale notar a
rápida taxa de decaimento de temperatura entre o intervalo de 0,1 ano a 0,3 ano (cerca de 5 a 15
semanas) após a intrusão, quando a temperatura decresce em mais de 200°C. Essa alta taxa de
Ob
resfriamento é causada pela evolução da densidade dentro da soleira (Figura 3.3) que, após 0,08
ano (cerca de 1 mês), já se torna solidificada por completo. Com a solidificação total da soleira, há
um aumento da condutividade térmica interna.
De acordo com a referida modelagem apresentada em Corrêa (2007), foi possível
ra
concluir que os folhelhos encaixantes em contato direto com as bordas da soleira atingiram uma
temperatura de cerca de 40°C, a qual representaria o pico máximo de temperatura para todas as
rochas da Formação Irati nas imediações desta soleira.
pa
Adicionalmente, é possível observar a existência de stress térmico gerado por
temperaturas maiores ou iguais a 200°C (Figura 3.2; Corrêa (2007)).
A modelagem termal numérica unidimensional também foi discutida, recentemente, por Valente et
C
ra
al. (2010) para intrusões em bacias paleozóicas brasileiras, e por Caldeira et al. (2010) para
diques de diabásio em Três Rios. Vale denotar que os referidos autores elaboraram os modelos
termais com base no mesmo algoritmo e parâmetros utilizados na presente monografia.
Os modelos elaborados por Valente et al. (2010) consideraram intrusões com diferentes
espessuras, desde 4 m até 400 m, assumindo a variação de temperatura a partir do centro da
on
intrusão. Os referidos modelos utilizam um mesmo e único valor para a constante de difusividade
termal ( κ =10-6m2/s), o que é uma simplificação, uma vez que ele deve variar para diferentes tipos
de rochas. A solução encontrada para a equação diferencial (Carslaw & Jaeger, 1986) permite
obter resultados da variação da temperatura com o tempo para intrusões de diferentes
su
espessuras. A escala de tempo utilizada nos modelos variou desde dias até anos, dezenas de
anos, dezenas de milhares de anos, centenas de milhares de anos e milhões de anos. Os
resultados mostraram que, para uma mesma temperatura inicial de 1000ºC, quedas de
lta
temperatura da ordem de cinco vezes ocorrem no centro de intrusões com poucos metros de
espessura em apenas um ano, mas em diques com centenas de metros de espessura esse tempo
aumenta na ordem de 10³. Para uma temperatura inicial de 1000ºC, as rochas encaixantes
atingiriam a janela de óleo próximo ao contato depois de 1 ano no caso de intrusões com cerca de
4 m de espessura. No entanto, as temperaturas das rochas encaixantes de intrusões cerca de 10
vezes mais espessas corresponderiam à janela de gás neste mesmo intervalo de tempo. Para
intrusões de centenas de metros de espessura, a janela de óleo seria atingida nas rochas
27
encaixantes após cerca de 1000 anos. Finalmente, os resultados mostraram que a extensão
lateral (unidirecional) do efeito térmico nas rochas encaixantes é variável, a depender da
espessura das intrusões.
ra
Ob
C
ra
pa
a)
b)
su
on
Figura 3.3: Perfis de distribuição da temperatura (acima) e de densidade na soleira (abaixo) na
simulação para o poço PAPA 1460 Bacia do Paraná. A espessura da soleira é marcada pela cor
azul. Em (a), t ~ 0,01 ano. Em (b), t ~ 0,08 ano. Notar a solidificação parcial da soleira em t0,01, a
qual que se inicia nas bordas (ρ = 2900 kg/m3), em direção ao centro da soleira (que possui a
densidade do magma basáltico, igual a 2700 kg/m3). Em (a), quase toda a soleira é composta por
magma, sendo que apenas uma pequena espessura nas bordas apresenta a densidade do
diabásio solidificado. A solidificação quase total se dá em (b), quando as temperaturas dentro da
soleira são iguais ou menores que 980°C (temperatura de solidificação do magma). Modificado de
Corrêa (2007).
Um exemplo de uma modelagem termal feita pra uma intrusão com 166 metros de
et al., 2010).
lta
espessura na Sub-Bacia do Jandiatuba, Bacia do Solimões, é apresentada na figura 3.4 (Valente
Caldeira et al. (2010) elaborou modelos termais baseados no magmatismo máfico
ocorrente na região de Três Rios, incluída no Enxame de Diques da Serra do Mar. Tais modelos
forneceram resultados que relacionam temperatura, distância e tempo. A interpretação dos
referidos resultados ressaltou a importância do parâmetro tempo no resfriamento dos diques, ou
28
seja, a determinação do tempo necessário para que haja o equilíbrio térmico da intrusão com a
rocha encaixante. De maneira complementar, é possível observar a dissipação do fluxo de calor
ao longo da rocha encaixante em função da distância na qual o calor associado ao dique é capaz
de influenciar na temperatura da rocha hospedeira.
ra
Ob
on
C
ra
pa
Figura 3. 4: Modelo termal para uma intrusão com 166 metros de espessura apresentando
diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada na Bacia do
Solimões.
su
O desenvolvimento dos modelos propostos por Caldeira et al. (2010) foi realizado com
base em diques de diabásio que apresentam diferentes espessuras. No caso de diques cuja
lta
espessura é menor que 5 metros, o tempo necessário para que o equilíbrio térmico seja
estabelecido com a rocha hospedeira é de aproximadamente 10 anos, podendo a mesma ser
influenciada a uma distância de até 60 metros em relação ao centro do dique. No caso dos diques
basálticos que apresentam valores de espessuras pouco maiores que 10 metros, o equilíbrio
térmico entre o dique e a rocha encaixante ocorre numa faixa de 100 a 200 anos, possibilitando
que regiões a uma distância um pouco acima de 250 metros sofram influencia térmica desses
diques. Já em diques que possuem maiores espessuras, variáveis entre 20 e 50 metros, o tempo
29
necessário para que o equilíbrio térmico seja atingido está inserido em uma faixa entre 1000 e
1500 anos. Nesta última situação, o tempo de contato entre o dique e a encaixante permite que o
calor dos diques atinja distâncias de mais de 500 metros do centro dos mesmos (Figuras 3.5 e
3.6).
ra
Ob
pa
lta
su
on
C
ra
Figura 3. 5: Relação entre temperatura e distância para o resfriamento do dique TR-SV-6, com
espessura de 20 m. As diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. Retirada de Caldeira
et al.(2010).
Figura 3. 6: Relação entre temperatura e distância para o resfriamento do dique TR-SV-5, com
espessura de 50 m. As diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. Retirada de Caldeira
et al.(2010).
Outro tipo de modelo termal é baseado na reflectância da vitrinita (Ro). Além dos modelos
numéricos unidimensionais, Corrêa (2007) modela as rochas da Bacia do Paraná com base na
30
variação da reflectância da vitrinita (Ro), o que indica fortemente a influência térmica imposta às
rochas. No caso específico da Bacia de Solimões, Eiras (1998) elaborou, de igual modo,
modelagem térmica com base na reflectância da vitrinita, estabelecendo correlações com a
concentração de gases leves (Figura 3.7). O modelo de influência térmica das intrusões através
do método da reflectância da vitrinita na Bacia do Solimões reflete uma grande relação entre as
Ob
soleiras e a maturação dos hidrocarbonetos. No entanto, a maior taxa de maturação ocorreu
concomitante ao magmatismo, segundo Bender et al. (2001), após realização da modelagem
geoquímica da bacia.
ra
on
C
ra
pa
su
Figura 3. 7: Efeito térmico do diabásio nas rochas geradoras e reservatórios. Modificado de Eiras
(1998).
A influência térmica imposta pela intrusão às rochas até aproximadamente 550 metros do
contato, as quais apresentam valores de Ro entre 1,35 e 2,5%, resultariam em uma queima da
lta
matéria orgânica e geração de gás em rochas. A partir de 550 metros do contato, as condições
térmicas seriam favoráveis a geração de óleo, situação refletida pelos valores de Ro entre 0,6% e
1,35%. A maior concentração de gases leves se dá em locais de maior stress térmico, mais
próximos ao contato com a intrusão (Eiras, 1998).
31
3.3 Modelos termais de campo unidimensional
Para elaboração de modelos termais unidimensionais foram realizadas as seguintes
etapas: pesquisas sobre os fundamentos da modelagem termal de rochas básicas, formas e
Ob
mecanismos de intrusão, dados associados à condutividade térmica, difusividade térmica, calor
específico, e calor latente de diabásios da área estudada. A ausência de estudos mais específicos
do magmatismo na Bacia do Solimões gerou dificuldades no emprego dos parâmetros utilizados
na construção dos modelos termais que serão apresentados nesta monografia.
ra
Com o intuito de gerar uma análise numérica do magmatismo terrestre e sua influência
na geodinâmica de uma região, foi adotada a equação de variação de temperatura T,
desenvolvida através do método de separação de variáveis:
pa
∂T
k
=
∇ 2T
∂t ρc p
κ=
, onde
k
ρc p
∂T
∂ 2T
=κ
∂t
∂y ²
Condições de Contorno:
y > 0;
T = T1 y = 0
t > 0;
T → T1 y → ∞
t > 0;
(3.2)
lta
su
T = T1 t = 0
(3.1)
on
C
ra
Ao assumirmos condução unidirecional, podemos escrever:
Usando a similaridade, temos θ como o termo da razão adimensional da temperatura,
logo
θ=
T − T1
T0 − T1
(3.3)
32
Assim,
∂θ
∂ 2θ
=κ
∂t
∂y ²
(3.4)
Ob
Deste modo, as condições de contorno assumem a forma:
θ (y, 0) = 0;
θ (0, t) = 1;
ra
(3.5)
θ (∞,t) = 0;
pa
Baseando-se na idéia de um problema com apenas uma escala de comprimento, podemos
determinar θ por similaridade, assim sendo o único termo com as mesmas dimensões que y é
κt , que caracteriza a Distância de Difusividade Termal (Turcotte & Schubert, 2002). Desta
η=
y
2 κt
(3.6)
on
C
ra
forma, temos que θ está em função do termo adimensional.
Podemos reescrever as Equações 3.4 e 3.5 em termos de η . Aplicando a regra da cadeia:
1 dθ  1 η 
=
−

t  dη  2 t 
1 ∂ 2θ ∂η 1 1 d 2θ
∂ 2θ
=
=
∂y 2 2 κt ∂η 2 ∂y 4 κt dη 2
(3.7)
lta
∂θ ∂θ ∂η dθ 1
=
=
∂y ∂η ∂y dη 2 κt
su
∂θ ∂θ ∂η dθ  1 y
=
=
−
∂t ∂η ∂t dη  y κt
(3.8)
(3.9)
33
Substituindo na Equação 3.4,
−η
dθ 1 d 2θ
=
dη 2 dη 2
Ob
(3.10)
Condições de contorno:
ra
(3.11)
θ (∞) = 0
θ ( 0) = 1
pa
Introduzindo
∂θ
∂η
C
ra
φ=
(3.12)
Podemos integrar (3.10)
1 ∂φ
2 ∂η
Rearranjando,
1 ∂φ
2 φ
(3.13)
su
− ηdη =
on
− ηφ =
(3.14)
lta
Temos que ln φ = (−η 2 + ln c1 ) e φ = c1 exp(−η 2 ) , assim podemos escrever que
− η 2 = ln φ − ln c1
(3.15)
Onde − lnc1 é uma constante de integração.
34
Se
φ = c1 exp(−η 2 ) =
∂θ
∂η
(3.16)
Ob
Integrando a Equação 3.16
η
2
θ = c1 ∫ exp(−η ' )dη ' + 1
(3.17)
0
ra
Sendo θ (∞) = 0 ,
pa
∞
∫ exp(−η
0
'2
)dη ' =
π
2
(3.18)
C
ra
 2 
 −

c
π

 e
1
é
Então, a constante
θ = 1−
2
∫ exp(−η
0
'2
)dη '
Define a função erro
2
π
η
∫ exp(−η
'2
)dη '
0
su
erf (η ) =
(3.19)
on
π
η
Podemos, então, escrever
θ = 1 − erf (η ) = erfc(η )
lta
(3.20)
(3.21)
35
Onde erfc(η ) é a função erro complementar.
Em termos das variáveis originais temos:
Ob
T − T1
 y 
= erfc

T0 − T1
 2 κt 
(3.22)
ra
 y 

T = T1 + (T0 − T1 )erfc
 2 κt 
(3.23)
pa
No entanto, para o resfriamento normal da superfície de uma intrusão será considerado um
sistema de coordenadas com origem no centro de uma intrusão que apresenta uma espessura
com valor igual a 2w. Devido ao grande contraste de temperatura da intrusão e a rocha
hospedeira assume-se que T1 = 0 e para as condições de contorno iniciais tem-se:
C
ra
(i) T = T0 em t = 0 para y ≤ w e
(ii) T = 0 em t = 0 e
y >w
on
Assim, a solução da equação (3.1) pode ser escrita da seguinte forma (Fowler, 2005):
T0
2
 w+ y
 w − y 
 + erf 

erf 
 2 κt 
  2 κt 
su
T ( x, t ) =
(3.24)
lta
Por meio dessa solução, tornou-se possível a construção de modelos de fluxo térmico
entre os diques e as rochas encaixantes com o pacote computacional MATLAB. Esses modelos
fornecem gráficos que confrontam temperatura e distância, por meio das variáveis tempo e
espessura da intrusão que permite analisar o fluxo térmico associado a essa intrusão nas rochas
hospedeiras.
36
O desenvolvimento dos modelos termais apresentados a seguir, neste tópico, foi
realizado com base em intrusões (soleiras) que apresentam diferentes espessuras. Essas
espessuras variam dentro de uma faixa de 100 a 400 metros, o que determina um diferente
comportamento do fluxo de calor através da rocha encaixante.
Ob
Para a realização desta modelagem, os seguintes valores para as componentes físicas
da equação foram adotados:
1 - A temperatura de líquidos basálticos inicial de T0 =1200 °C;
ra
2 – A temperatura adotada para as rocha encaixante foi de 0°C devido ao elevado
gradiente de temperatura entre a intrusão e a referida rocha encaixante;
pa
3 - A difusividade termal da crosta
κ = 10-6 m²/s, a mesma foi escolhida por melhor se
adequar ao modelo.
C
ra
A figura 3.8 representa uma situação hipotética para uma intrusão com 20 metros de
espessura. Assumindo uma situação em que a temperatura inicial da intrusão é 1200°C e que há
matéria orgânica nas proximidades da intrusão ou na encaixante, é possível através do gráfico
(Figura 3.8) constatar que:
on
1. A geração e preservação de petróleo ocorrem num período entre 10 e aproximadamente 100
anos após a intrusão, desde 17 metros até 85 metros a partir do contato.
2. Não ocorre geração ou destruição do petróleo aproximadamente 100 anos após a intrusão.
3. A geração de gás ocorre na faixa entre 17 e 38 metros do contato, enquanto a geração de
su
óleo ocorre entre 38 e 85 metros do contato.
4. A sobreposição de curvas de tempo mais recentes em relação a curvas mais antigas pode
indicar a transformação de hidrocarbonetos. Porém, isso só ocorre se os hidrocarbonetos
gerados forem submetidos a temperaturas maiores que os limites de sua janela de geração.
lta
5. A intrusão não exerce influência na transformação de petróleo ou matéria orgânica, a partir de
85 metros do contato com a encaixante.
6. De modo geral, há uma migração inicial dos horizontes de óleo e gás em relação à intrusão,
distâncias maiores em relação ao contato. A estabilização dos horizontes ocorre quando a
temperatura da intrusão já diminui a aproximadamente um terço do inicial (aproximadamente
400 °C).
7. Aproximadamente 45% do gás produzido é resultante da queima do óleo gerado.
37
ra
Ob
pa
C
ra
Figura 3. 8: Gráfico mostrando modelagem termal hipotética para um dique com 20 metros de
espessura. O detalhe na cor rosa à esquerda representa a metade da espessura da intrusão.
A seguir, segue-se uma tabela remissiva (Tabela 3.3) dos eventos ocorridos em diferentes
tempos após a intrusão que possui espessura de 20 m (modelo hipotético). A sua temperatura
continental.
on
inicial é 1200°C, e a constante de difusividade usada é igual a 10-6m2/s, valor associado à crosta
Testes foram realizados com diferentes valores de difusividades com intuito de checar a
su
influência de tal variação nos resultados do modelo termal hipotético ora proposto. No modelo
observado na figura 3.9, a difusividade da crosta (10-6 m2/s) foi dobrada (2x10-6 m2/s) e, também,
reduzida pela metade (5x10-7m2/s) para as mesmas curvas de tempo.
lta
38
Ob
ra
Tabela 3. 3: Descrição dos eventos ocorridos em diferentes tempos após a intrusão com espessura de 20 metros e temperatura inicial é 1200°C.A
constante de difusividade igual a 10-6m2/s, O intervalo é referenciado a partir do contato. Os valores de temperatura (T) são aproximados.
SQ/SG=superfície limite entre camada com matéria orgânica queimada e camada com gás; SG/SO=superfície limite entre camada com gás e
camada com óleo; SO/SR=superfície limite entre camada com óleo e camada de rocha sem hidrocarbonetos.
Intervalo (m)
T (°C)
Efeito
SQ/SG SG/SO S0/SR
Evento Tempo (anos)
1
1
Centro da intrusão
955
Nenhum efeito
2
1
10-17
600-220
Queima da matéria orgânica
17
3
1
17- 20 (3 m de gás)
220-120
Geração de gás
20
4
1
20-22 (2 m de óleo)
120-60
Geração de óleo
22
5
1
>22
<60
Nenhum efeito
17
20 22
6
10
Centro da intrusão
365
Nenhum efeito
7
10
10-17
340-300
Nenhum efeito sobre a matéria orgânica queimada em 2
27
8
10
17-28
300-220
Queima da matéria orgânica
27
9
10
27-39 (+12 m de gás)
220-120
Geração de gás
27
39
10
10
39-49 (+10 m de óleo)
120-60
Geração de óleo
39 49
11
10
>49
<60
Nenhum efeito
27
39 49
12
20
Centro da intrusão
270
Nenhum efeito
13
20
10-39
260-170
Nenhum efeito os hidrocarbonetos gerados
27
14
20
39-45 (+6 m de gás)
170-120
Transformação em gás do óleo gerado em 10
45
15
20
45-63(+18 m de óleo)
120-60
Geração de óleo
45 63
16
20
>63
<60
Nenhum efeito
27
45 63
17
50
Centro da intrusão - 44
175-125
Nenhum efeito
18
50
44-48(+4 m de gás)
125-120
Transformação em gás do óleo gerado em 15
48
19
50
48-63
120-95
Nenhuma influência nos hidrocarbonetos gerados
20
50
63-80(+17 m de óleo)
95-60
Geração de óleo seguinte a 15
80
21
50
>80
<60
Nenhum efeito
27
48 80
22
100
Centro da intrusão-80
120-70
Nenhum efeito
23
100
80-95(+15 m de óleo)
70-60
Geração de óleo seguinte a 20
95
24
100
>95
<60
Nenhum efeito
27
48 95
25
500
Centro da intrusão e >10
<58
Nenhum efeito
TOTAL DE HIDROCARBONETOS
GERADO
PRESERVADO
TOTAL DE GÁS
25 m
22 m
TOTAL DE ÓLEO
62 m
50 m
ns
Co
ra
pa
a
ult
39
ra
Ob
pa
C
ra
Figura 3. 9: Gráfico mostrando modelagem termal hipotética para um dique com 20 metros de
espessura. Os intervalos de diferentes difusividades são exibidos na figura. O detalhe na cor rosa
à esquerda, representa a metade da espessura da intrusão.
Analisando o gráfico acima é possível observar que:
1. Com uma difusividade sendo metade do valor da difusividade da crosta continental, tem-se
uma diminuição na distância em que o fluxo térmico influenciaria no intervalo de geração de
on
óleo. Porém, há um aumento do alcance do intervalo de geração de gás. Isso ocorre porque o
meio leva um tempo maior para difundir calor pela rocha encaixante e a menores distâncias.
2. Utilizando um valor de difusividade dobrada em relação à difusividade da crosta continental,
su
há um aumento do intervalo de geração de gás. Esta situação ocorre pelo fato da intrusão
transmitir calor mais rápido, influenciando, portanto, maiores distâncias. Por outro lado, o
intervalo da geração de óleo diminui pouco se comparado ao caso observado no modelo
lta
hipotético elaborado com base nos valores de difusividade da crosta continental.
De modo subseqüente, modelos termais serão elaborados para as intrusões presentes
na Bacia de Solimões. O gráfico abaixo (Figura 3.10) representa a intrusão de uma soleira na
Província Petrolífera do Rio Urucu, com suas respectivas rochas reservatório e geradora
representadas em distâncias reais a partir da base da soleira.
40
ra
Ob
pa
C
ra
Figura 3. 10: Modelo termal para uma soleira com 396 metros de espessura apresentando
diversas curvas de tempo que são indicadas no inset do gráfico. A referida soleira é localizada no
campo do Rio Urucu – Sub-bacia do Juruá. O detalhe na cor rosa à esquerda representa a
metade da espessura da intrusão. Além disso, as espessuras e localização das rochas
reservatório e geradora estão representadas.
É possível constatar que:
100 anos de ocorrida a intrusão.
on
1. O centro da intrusão ainda apresenta valores de temperatura semelhantes aos iniciais após
2. A geração e preservação de petróleo se deram entre 3000-80000 anos após a intrusão, desde
aproximadamente 342 metros até 1702 metros do contato.
com a intrusão seria destruída.
su
3. Toda matéria orgânica ou petróleo em rochas locadas até 342 metros de distância do contato
4. A geração e preservação de gás ocorrem no intervalo de 342-782 metros, enquanto as do óleo
ocorrem no intervalo de 782-1702 metros do contato com a intrusão.
lta
5. A intrusão não exerce mais nenhuma influência térmica na geração ou transformação de
hidrocarbonetos após aproximadamente 80000 anos e a cerca de 1702 metros do contato.
6. A distância da rocha reservatório para o contato não ocasionaria em transformação de
hidrocarbonetos.
7. A distância da rocha geradora para o contato implicaria numa possível geração de óleo, haja
vista que esta se encontra a uma distância favorável ao acontecimento deste processo.
41
8. Devido à intrusão possuir uma elevada e considerável espessura, a mesma gera,
conseqüentemente, uma maior influência nas rochas encaixantes, a maiores distâncias.
9. O deslocamento inicial dos horizontes de geração de gás e óleo tende a diminuir e estabilizar
com a diminuição da temperatura a aproximadamente um terço da inicial (aproximadamente
400 °C), e ao decorrer do tempo.
Ob
A seguir, será estudado o efeito térmico de uma intrusão na Província Petrolífera do Rio
Juruá, com suas respectivas rochas reservatório e geradora, representadas em distâncias reais a
partir da base da soleira (Figura 3.11).
ra
on
C
ra
pa
su
Figura 3. 11: Modelo termal para uma intrusão (3ª soleira) com 252 metros de espessura
apresentando diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada no
campo do Rio Urucu (Sub-bacia do Juruá). O detalhe na cor rosa, à esquerda, representa a
metade da espessura da intrusão.
Os resultados obtidos permitem as seguintes constatações:
lta
1. Intrusões mais próximas às rochas geradoras nas condições vistas acima, implicam na
geração de gás. Isto ocorre enquanto a geradora estiver localizada entre 184 e 479 metros
do contato.
2. Se a rocha reservatório contiver hidrocarbonetos prévios à intrusão, os mesmos serão
destruídos até 184 metros do contato.
42
3.
A influência térmica na geração de hidrocarbonetos perdura até 30 mil anos e até
aproximadamente 1084 metros de distância do contato.
4. Os intervalos de geração de hidrocarbonetos variam de 184 a 1084 metros a partir do
contato com a intrusão. O intervalo de geração do gás fica entre 184 e 479 metros, enquanto
o de óleo fica entre 479 e 1084 metros do contato com a intrusão.
Ob
5. A proximidade e a espessura da soleira em relação às rochas reservatório e geradora estão
diretamente relacionadas com o tipo de hidrocarboneto gerado.
6. A migração inicial dos horizontes de geração de hidrocarbonetos se estabiliza quando, a
temperatura no centro da intrusão diminuiu a até aproximadamente 400 °C.
7. A distância da rocha geradora para o contato implicaria numa possível geração de gás, uma
ra
vez que esta se encontra a uma distância favorável ao acontecimento deste processo.
A figura 3.12 representa uma intrusão presente entre a Província Petrolífera do Rio Juruá
e São Mateus. Os resultados obtidos são:
pa
1. Toda matéria orgânica ou hidrocarbonetos presentes em rochas a uma distância até 170
metros do contato seriam destruídos.
2. A proximidade das rochas reservatório e geradora irá influenciar diretamente no tipo de
C
ra
hidrocarboneto que será gerado ou destruído.
3. Se as rochas do Grupo Tefé possuírem matéria orgânica ou hidrocarbonetos, os mesmos
serão destruídos, pois estão muito próximas à intrusão.
4. Se as rochas geradoras do Grupo Marimari (Folhelhos da Formação Jandiatuba) estiverem até
155 metros do contato, as mesmas teriam a matéria orgânica destruída a essa distância.
5. Apenas, aproximadamente, 50% de rochas do Grupo Marimari poderiam gerar gás,
on
particularmente, aquelas que estão em partes mais basais do referido grupo.
6. Para uma soleira de 200 metros, os intervalos dos horizontes gás e óleo são, respectivamente,
170 – 380 metros e 380-870 metros apartir do contato.
7. A geração e preservação de gás se dão em um período entre 1000 e 5000 anos. Já a geração
su
e preservação do óleo ocorrem entre 5000 e aproximadamente 25000 anos.
8. Após 25 mil anos, há mais influência térmica considerável da intrusão capaz de viabilizar a
possível geração de hidrocarbonetos.
temperatura no centro da intrusão diminui a até aproximadamente 400 °C.
lta
9. A migração inicial dos horizontes de geração de hidrocarbonetos se estabiliza quando a
43
ra
Ob
pa
C
ra
Figura 3. 12: Modelo termal para uma intrusão (3ª soleira) com 200 metros de espessura
apresentando diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada entre
o campo do Rio Juruá e São Mateus (Sub-bacia do Juruá). O detalhe na cor rosa, à esquerda,
representa a metade da espessura da intrusão. As formações que estão em sua proximidade
também são representadas.
A figura 3.13 representa uma intrusão na Sub-Bacia do Jandiatuba.
on
Interpretando a situação observada na modelagem é possível determinar que:
1. A geração e preservação de hidrocarbonetos são observadas desde 75 a 485 metros a partir
su
do contato.
2. A proximidade das rochas reservatório e geradora irá influenciar diretamente no tipo de
hidrocarboneto que será gerado ou destruído.
3. Se as rochas do Grupo Tefé possuírem matéria orgânica ou hidrocarbonetos, os mesmos
lta
seriam destruídos até 75 metros do contato, ou ainda, a partir do intervalo de 75 a 215 metros
se transformariam em gás.
4. Uma pequena parte do Grupo Marimari estaria em condições de geração de gás (170 a 215
m), a maior parte encontra-se em uma distância favorável a geração de óleo (215 a 485 m).
5. Aparentemente a Formação Jutaí não sofre influência no tocante à geração de
hidrocarbonetos, pois a mesma está muito distante da zona de influência do fluxo térmico da
intrusão.
44
6. Para uma soleira de 110 metros, os intervalos dos horizontes gás e óleo são, respectivamente,
75– 215 metros e 215-485 metros a partir do contato.
7. A geração e preservação de gás ocorrem dentro de um período entre 500 e 1500 anos. Já a
geração e preservação do óleo ocorrem em uma faixa, de aproximadamente, 1500 a 5000
anos.
Após 5000 mil anos, não ocorre mais influência térmica considerável da intrusão para
Ob
8.
possível geração de hidrocarbonetos.
9. A migração inicial dos horizontes de geração de hidrocarbonetos se estabiliza quando a
temperatura no centro da intrusão diminuiu a até cerca de 400 °C.
ra
su
on
C
ra
pa
lta
Figura 3. 13: Modelo termal para uma intrusão (3ª soleira) com 110 metros de espessura
apresentando diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada na
Sub-bacia do Jandiatuba. O detalhe na cor rosa, à esquerda, representa a metade da espessura
da intrusão. As formações que estão em sua proximidade também são representadas.
45
O gráfico abaixo (Figura 3.14) representa uma intrusão na província do Rio Urucu, SubBacia do Juruá:
ra
Ob
C
ra
pa
Figura 3. 14: Modelo termal para uma intrusão (2ª soleira) com 200 metros de espessura com
diversas curvas de tempo. A soleira está localizada entre o campo do Rio Urucu – Sub-bacia do
Juruá. O detalhe na cor rosa, à esquerda, representa a metade da espessura da intrusão, e as
formações que estão em sua proximidade também são representadas.
on
A modelagem termal (Figura 3.14) permite as seguintes conclusões:
1. A geração e preservação de hidrocarbonetos ocorrem na faixa de 311 a 1711 metros do
contato.
su
2. A proximidade das rochas reservatório e geradora irá influenciar diretamente no tipo de
hidrocarboneto que será gerado ou destruído.
3. Se as rochas do Grupo Tefé possuírem matéria orgânica ou hidrocarbonetos, os mesmos
tais hidrocarbonetos se transformariam em gás.
lta
seriam destruídos até 311 metros a partir do contato, ou, na faixa entre 311 a 726 metros, quando
4. As geradoras do Grupo Marimari (Folhelhos da Formação Jandiatuba) estariam em condições
de temperatura propícias a geração de óleo.
5. Para uma soleira de 388 metros, os intervalos dos horizontes de óleo e gás, são
respectivamente 311– 726 metros e 726-1711 metros a partir do contato.
46
6. A geração e preservação de gás se dão em um período entre 5000 e 10000 anos. Por outro
lado, a geração e preservação do óleo ocorrem dentro de um intervalo de 10000 a 60000 anos,
aproximadamente.
7. Após 60000 mil anos, não há mais influência térmica considerável da intrusão para possível
geração de hidrocarbonetos.
Ob
De acordo com os diversos modelos considerando diferentes espessuras para as intrusões
ora apresentados, podemos observar uma nítida relação entre:
•
Espessura e distância da influência do fluxo térmico da intrusão são correlatas.
ra
•
A distância das rochas geradoras e reservatórios para a intrusão vão influenciar diretamente o
processo de geração e os tipos de hidrocarbonetos encontrados.
•
A quantidade de hidrocarbonetos presentes nas formações também dependerá da distância
da geradora ou reservatório em relação à intrusão.
pa
No entanto, variáveis tais como: a profundidade das intrusões, forma e mecanismo das
intrusões, valores de condutividade e difusividade dos diferentes litotipos que compõem as
C
ra
intrusões e as rochas encaixantes (geradoras e reservatórios) devem ser considerados para a
análise mais robusta do cenário térmico e exploratório de uma determinada região.
lta
su
on
47
CAPÍTULO 4: Considerações finais
4.1. Comparação com outros modelos termais para Bacia do Solimões
No presente subtópico, comparações com outros modelos termais gerados para as
Ob
intrusões presentes na Bacia do Solimões serão discutidas. Os modelos a serem abordados para
tal estudo comparativo são: os modelos térmicos propostos por Eiras (1998) e Valente et al.
(2010). O primeiro construiu sua modelagem fortemente baseada na obtenção de dados por
reflectância da vitrinita das rochas próximas às intrusões presentes na Bacia do Solimões.
ra
Alternativamente, Valente et al. (2010) modelou numericamente as soleiras da Bacia em questão.
Os resultados dos referidos autores sobre a influência térmica das soleiras da bacia do Solimões
foram comparados com os modelos ora propostos.
pa
Os resultados obtidos a partir das comparações entre os dados da presente monografia e
a modelagem com base em Ro feita por Eiras (1998) mostraram certa similaridade em dois casos:
um para a Província do Urucu e outro para a Província do Juruá. Considerando uma intrusão com
aproximadamente 396 metros de espessura, na modelagem feita por Eiras (1998), o horizonte
C
ra
submetido a um maior stress térmico correspondente a queima da matéria orgânica e geração de
gás a cerca de 550 metros a partir do contato com a soleira (Figura 2.8). Os intervalos de queima
da matéria orgânica para os modelos gerados nesta monografia são reconhecidos a uma distância
de cerca de 342 metros a partir do contato com a intrusão. A geração e preservação do gás de
acordo com o modelo ora proposto (Figura 3.7) são compreendidos no intervalo de 342 a 782
metros a partir do contato com a soleira. Finalmente, a geração e preservação do óleo, obtidos
on
como resultado do estudo termal do presente trabalho de graduação, está entre o intervalo de 782
e 1702 metros a partir do contato com a soleira. No modelo de Eiras (1998), rochas (geradoras)
localizadas a distâncias superiores a 550 metros são favoráveis a geração de óleo, enquanto nos
modelos gerados neste trabalho é possível delimitar o início e o fim desta zona de influência
su
térmica favorável. No modelo de Eiras (1998) não foi possível a perfeita delimitação dos intervalos
de geração de óleo. Porém, é importante ressaltar que o posicionamento das rochas reservatório
e geradora estão condizentes com valores de Ro obtidos por Eiras (1998) para as espessuras
lta
apresentadas (Figura 2.8 e 3.7).
Valente et al. (2010) modelaram uma intrusão com cerca de 166 metros de espessura na
Bacia do Solimões (Figura 3.4). Os resultados gerados pela modelagem termal elaborada
possibilitou a constatação de que a área de queima da matéria orgânica é de até 75 metros a
partir do contato da intrusão estudada. Entre 75 e 125 metros, Valente et al. (op.cit.) mostraram a
ocorrência da queima dos hidrocarbonetos gerados no período de 100 anos após a intrusão. A
geração do gás se deu no intervalo de 125 a 300 metros do contato com a soleira, enquanto o de
48
óleo está compreendido em um intervalo de 300 a 775 metros a partir do contato com a referida
soleira.
Utilizando a mesma espessura e parâmetros foi gerado um modelo (Figura 4.1) em
comparação com o gerado anteriormente (Figura 3.4) por Valente et al. (2010). Todos os
Ob
resultados obtidos pela modelagem foram similares ao de Valente et al. (2010), sendo que a área
referente a queima da matéria orgânica é até 142 metros do contato no modelo ora proposto. O
intervalo de geração e preservação do gás é de 142 a 272 metro do contato, enquanto o do óleo é
de 272 a 727 metros do contato.
ra
Modelo para uma intrusão de 166 metros na Bacia do Solimões
1.200
T=
T=
T=
T=
T=
T=
T=
1.140
1.080
1.020
pa
960
1 ano
100 anos
250 anos
500 anos
1000 anos
5000 anos
10000 anos
900
840
780
660
C
ra
Temperatura (°C)
720
600
540
480
420
360
Intervalo de geração e
preservação do gás
300
240
180
Janela de Gás
on
120
Intervalo de geração e preservação do óleo
Janela de Óleo
60
0
0
1! 00
200
300
400
500
600
700
800
900
1.000 1.100 1.200
Distância do centro da intrusão (m)
1.300
1.400
1.500
1.600
1.700
1.800
1.900
2.000
lta
4.2. Discussões e conclusões
su
Figura 4. 1: Modelo termal para uma intrusão com 166 metros de espessura apresentando
diversas curvas de tempo que são indicadas no inset. A soleira está localizada na Bacia do
Solimões.
Após ter sido realizada a percentuais que representariam essa taxa de conversão do óleo
em gás foram determinados. O estudo dos diferentes modelos termais para as intrusões da Bacia
do Solimões possibilitou estabelecer uma relação de transformação óleo gás (%óleo
queimado/%gás gerado através do óleo) para as espessuras propostas nos modelos termais
49
desta monografia. Tais resultados variam entre 0,33 e 0,38, indicando que a referida taxa é
aproximadamente constante mesmo com a variação da temperatura. Isso ocorre porque a
variação de espessuras das intrusões não é suficiente para alterar o padrão de transmissão de
calor das mesmas para o meio, o que é representado pela difusividade. modelagem termal
unidimensional discutida no capítulo 3.3, foi possível notar uma relação na geração de gás por
Ob
meio da queima do óleo maturado em períodos de tempo posteriores à intrusão das diferentes
soleiras modeladas. Valores
Em uma soleira com 396 metros de espessura (Figura 3.10), aproximadamente 78% do
gás é produzido como resultado da queima de cerca de 28% do óleo gerado após a intrusão. A
ra
relação entre esses dois componentes é de 0,35. Resultado semelhante ocorre para uma situação
envolvendo uma soleira com 252 metros de espessura (Figura 3.11), onde aproximadamente
80% do gás gerado é através da queima de cerca de 26% do óleo gerado após a intrusão. A
relação entre esses dois componentes é de 0,33. O modelo termal para uma intrusão com cerca
pa
de 110 metros (Figura 3.13) mostra que a geração de 52,83% do gás gerado é proveniente da
queima do óleo, enquanto que o óleo queimado corresponde a cerca de 20,59%, e a relação
(%óleo queimado/%gás gerado através do óleo) entre eles é de 0,38. Considerando uma intrusão
com 200 metros de espessura (Figura 3.12), vale denotar, que a geração de 77,27% do gás está
C
ra
relacionada a queima de 25,37% de óleo, caracterizando um relação de 0,33 entre %óleo
queimado/%gás gerado através do óleo. No caso de um modelo representando uma intrusão de
espessura com cerca de 388 metros (Figura 3.14), há o registro do comportamento de
transformação de 20,17% do óleo em 54,54% do gás gerado. A relação entre os mesmos é de
0,34. No entanto, a maior precisão na determinação desta relação (%óleo queimado/%gás gerado
através do óleo) acontecerá quando forem plotados mais intervalos de tempo na modelagem.
on
A interpretação dos modelos térmicos ora propostos permite observar a existência de
uma migração considerável nos horizontes de geração de gás e óleo nos momentos iniciais após
a intrusão. Esta migração é provocada muito provavelmente pelo avanço da frente de fluxo
su
térmico em direção a rocha encaixante. A estabilização desta migração ocorre em tempos
variados, porém esta situação é possível apenas quando a intrusão já transmitiu calor suficiente
para a encaixante. Os resultados obtidos mostram que este cenário é atingido quando a
da temperatura inicial.
lta
temperatura no centro da intrusão diminui a aproximadamente 400°C, ou seja, cerca de um terço
Existe uma notável relação entre a influência térmica imposta pela intrusão e a sua
espessura. Portanto, tal influência pode ser favorável a tornar algumas regiões da rocha
encaixante (em intervalos de distância distintos), em regiões potenciais geradoras de
hidrocarbonetos. No caso da Bacia do Solimões, é válido notar que os modelos elaborados nesta
50
monografia são condizentes com os valores de Ro para o posicionamento da intrusão e sua
influência térmica conforme abordado em Eiras (1998). Na região do Rio Urucu, na Sub-bacia do
Juruá, a rocha geradora encontra-se mais distante da base da última soleira. A zona de influência
da mesma é favorável à geração de óleo, correspondendo aos perfis de maturação feitos por
Eiras (1998) (Figura 3.7), sendo que o referido autor não delimitou o término da janela de
Ob
geração de gás. Em contrapartida, em zonas onde a geradora se localiza mais próxima a base da
soleira, ocorre um stress térmico maior, o que, dependendo desta distância, pode ocasionar a
queima de matéria orgânica ou hidrocarbonetos, ou ainda, pode influenciar na geração de gás.
A variação da difusividade proposta no modelo hipotético (Figura 3.9) indica uma sutil
ra
variação em efeitos de migração e intervalos das janelas de óleo e gás. Isso ocorre devido ao fato
de existir um grande contraste térmico entre a intrusão e as rochas encaixante. A maior diferença
entre os modelos termais com difusividades diferentes reside no fato da taxa de transmissão de
calor poder variar com o aumento ou diminuição da difusividade, visto que esta representa uma
pa
medida com que o calor é difundido através de um material. Muito embora os testes envolvendo
modelagem termal considerando diferentes valores de difusividades não tenham proporcionado
mudanças significativas na migração da janela de óleo e gás, é notória a necessidade de inserção
de difusividades dos litotipos envolvidos no contexto do sistema petrolífero atípico.
C
ra
4.3. Trabalhos futuros
É de suma importância o correto entendimento de que a modelagem termal ora
on
apresentada nesta monografia de conclusão de curso constitui, ainda, a tentativa preliminar do
emprego de uma ferramenta capaz de auxiliar nos estudos exploratórios em regiões de sistemas
petrolíferos atípicos, em especial, aqueles associados a episódios magmáticos em bacias
su
paleozóicas brasileiras.
De um modo geral, o refinamento necessário para promover a elaboração de modelagem
termal mais profícua irá depender fortemente dos seguintes fatos:
lta
a)
Elaboração de modelos termais com mais de uma dimensão;
b)
Utilização da equação de difusão de calor por meio de métodos numéricos específicos,
como o método dos elementos finitos (Beardsmore & Cull, 2001);
51
c)
Inserção de parâmetros que serão extremamente importantes no refinamento da
modelagem termal ora apresentada, quais sejam: formas e mecanismos de intrusão, dados
associados à condutividade térmica, difusividade térmica, calor específico, e calor latente de
diabásios (soleiras) e das rochas encaixantes (geradoras e reservatórios) da área estudada.
ra
Ob
lta
su
on
C
ra
pa
52
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Blackwell Scientific Publications Ltd.; 2005.
Ob
ALMEIDA, F.F.M.de, 1986. Distribuição Regional e Relações Tectônicas do Magmatismo PósPaleozóico no Brasil. Revista Brasileira de Geociências 16 (4), 325–349.
BARATA, F. C. Gelogia do petróleo da Bacia do Solimões, 2007. Trabalho de Conclusão de
Curso. Faculdade de Geologia do Instituto de Geociências da UFPA. 91 p.
ra
BECKER, C. R. Estratigrafia de seqüências aplicada ao permo-carbonífero da Bacia do Solimões,
Norte do Brasil. 1997. 363 f. Dissertação (Mestrado em Geologia) - Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre, 1997.
pa
BENDER, A. A. et al. Quantificação 3D da evolução termal da Bacia do Solimões e suas
implicações petrolíferas. In: SIMPÓSIO DE GEOLOGIA DA AMAZÔNIA, 7, 2001. Belém.
C
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