Fácies sedimentares

Importância no estudo de sistemas petrolíferos
Claudia Paiva Silva
Partex Oil&Gas Portugal – IST Nov. 2010
Ciclo Litológico
•Meteorização (alteração)
•Erosão (transporte sedimentos)
•Deposição
•Diagénese
(soterramento, compactação)
Š
Š
Š
Rochas natureza química
Rochas natureza orgânica
Rochas natureza terrígena (clásticas)
Æ 75% da superfície terrestre está coberta por rochas sedimentares.
Š
Geradas por precipitação química ou por concentração (através de evaporação), de material em solução na água marinha ou lagunar em regime de saturação.
Š
Exemplos: carbonatos e dolomites (40% dos reservatórios), chertes, gesso, anidrite, halite, cloreto de sódio (sal “normal”).
Classificação: elaborada 2º estrutura interna e
textura das rochas (Dunham) e EFC (Elementos Figurados Carbonatados) (Folk).
+ rochas carbonatadas cristalinas: não se identifica textura original sendo fortemente mineralizada
Mudstone: rocha suportada pela matriz com poucos grãos presentes
Wackestone: rocha suportada pela matriz com >10% grãos
Packstone: rocha suportada pelos grãos, matriz preenche espaço não‐
poroso
Grainstone: rocha completamente suportada pela matriz com pouca ou nenhuma % matriz
Boundstone: (ver Rochas Orgânicas)
Ambientes Baixa Energia: Mudstone e wackestone
Ambientes Energia média: Packstone e grainstone
Matriz: material que agrega os grãos constituintes da rocha, provenientes de grãos detríticos de reduzida dimensão.
Cimento (Fase ligação): material cristalino que se forma no espaço entre os grãos e a matriz, ou somente entre grãos, por precipitação química provocando redução da porosidade e permeabilidade da rocha (micrite, sparite/calcite, microsparite).
Oopelsparite packstone
• Resultam da acumulação de conchas e esqueletos, ou da precipitação química de CaCO3 por actividade orgânica; acumulação de compostos orgânicos vegetais. • Exemplos: calcários recifais (tipo Boundstone Æ material de origem forneceu o seu suporte durante a deposição);
Também se incluem neste grupo os carvões, uma vez que sendo provenientes de acumulação orgânica, toda a matéria constituinte incarbonizada perfaz a totalidade da rocha.
Calcário recifal
Grau de incarbonização: Reflecte o estado da transformação das substâncias vegetais em carvão no decurso do processo natural de compactação. Baseia‐se em teores de humidade, componentes voláteis e químicos (C, O, H, N), densidade, poder calorífico, entre outros.
Š
Formadas por clastos, ou fragmentos de grãos, provenientes de rochas pré‐existentes, originadas por processos erosivos mecânicos ou químicos. Š
Após transporte (rios, vento) estes pequenos fragmentos são depositados e sujeitos a processos de litificação (sedimentogénese), que levam à
formação de um agregado sólido, rochoso Æ a rocha. Š
A classificação de rochas clásticas pode ser feita com base no tamanho dos grãos ou dos fragmentos que as constituem: Conglomerados: unidos por 1 matriz de areia ou argila; podem ser bons reservatórios dependendo da quantidade de matriz e forma dos grãos (angulosos, na maioria dos casos);
Arenitos: dependendo do tamanho dos grãos e composição química, variam a sua granularidade e mineralogia; são os reservatórios mais frequentes, embora as suas permeabilidade e porosidade dependem da presença ou ausência de argilas, bem como do grau de cimentação e calibragem;
Siltes e argilas: rochas com grãos de dimensão muito reduzida, com permeabilidade e porosidade reduzidas devido à frequente presença de argilas. Maturidade mineralógica e proveniência dos constituintes terrígenos:
Aplicação da razão Qz/Flds aos grãos sedimentares. Uma vez que ao longo do transporte os fragmentos rochosos vão sendo desgastados (e respectivos minerais constituintes), existe de forma natural um enriquecimento relativo dos minerais considerados mais estáveis, e designamos por maturação rochosa o aumento de teor em SiO2 (% em Quartzo) presente nos grãos. Š
Imaturas – leques aluviais, leitos de inundação fluviais e turbiditos
Submaturas ‐ areias fluviais pouco evoluídas Maturas – areias fluviais muito evoluídas com transporte superior a várias centenas de km’s. Folk (1951) também caracterizou os conceitos de calibração das areias e arredondamento dos grãos para a sua classificação, ambas igualmente utilizadas e aplicadas no estudo sedimentológico das rochas sedimentares. Š
De uma forma paralela as areias também podem ser diferenciadas de acordo com a DIMENSÃO DOS GRÃOS:
Muito grosseiras (2 – 1 mm)
Grosseiras (1 – 0.5 mm)
Médias (0.5 – 0.25 mm)
Finas (0.25 – 0.125 mm)
Muito finas (0.125 – 0.063 mm)
Geralmente a porosidade destas areias é elevada o que permite a percolação de fluidos. Š
Arranjo espacial micro, macro e megascópico da texturas do material sedimentar e que se vai depositando, induzido pelos diferentes e vários ambientes sedimentares. Geralmente designa‐se por tipos de estratificação (conjunto de leitos ou lâminas de sedimento depositados paralelamente ou inclinados em relação ao plano geral de sedimentação);
‐
Laminar (plano‐paralela)
Entrecruzada ou cruzada (marcas de ondulação resultantes do movimento de partículas)
Rippled
Convoluta (resulta do enrolamento de sedimentos terrígenos impregnados na água, plásticos ou fluidizados, numa fase de pós‐ deposição)
‐
‐
‐
Š
Geradas por sobreposição de uma camada arenosa a uma argilosa, desenvolvendo bolsadas irregulares de areias nos corpos sedimentares;
flute casts
‐ prod casts
‐ groove casts
‐ drag marks
‐
A
C
Groove cast
B
A – Flute casts
B – Groove casts (estrias de arraste)
C – Prod casts (saltação)
Š
Deformações produzidas por organismos instalados no sedimentos geralmente originando perfurações que tendem a destruir a estrutura deposicional original, auxiliando contudo no estudo paleoecológico do ambiente sedimentar. Š
Š
Corresponde a 1 área (2 dimensões) onde teve lugar o depósito de materiais num tempo cronológico passados aplicável ao tempo cronológico actual;
A sua dimensão horizontal é muito variável podendo ir de metros a centenas de km;
Š
Corresponde ao volume (3 dimensões) que ocupa todo o material com igual litologia, conteúdo fossilífero ou idade. Este volume é também muito variável mas, normalmente, ultrapassa em espessura uma escala dm e, em área, uma escala km. Š
Designa‐se pelo somatório de todos os aspectos litológicos (composição, textura, estruturas sedimentares e cor), paleontológicos (conteúdo e registo fossilífero), geométricos e paleocorrentes, que integram uma unidade estratigráfica, tornando‐a única e identificável entre aquelas se lhe sobrepõem como as que a procedem. ‐ Litofácies: abrange somente os aspectos litológicos de um conjunto de estratos, correlacionando as condições físico‐
químicas que se deram durante a deposição e que geram uma estruturação interna mais ou menos desenvolvida.
Š
É geralmente realizada com base nas suas diferentes características que levam a um significado genético distinto;
Š
Não é uma classificação de rochas, uma vez que devem ter em conta as características que definem Fácies Sedimentar;
Š
Nas classificações é geralmente usado um símbolo ou uma letra, sendo que várias propostas de classificação foram elaboradas e são usualmente aplicadas dentro destes padrões, tornando‐se uma ferramenta de trabalho muito específica e útil;
Š
As mais utilizadas são as classificações de Fácies Detríticas (clásticas), tanto em materiais fluviais como em turbidíticos e, as Fácies Carbonatadas. Š
Para o estudo das fácies detríticas, Miall (1978) propôs uma classificação baseada no tamanho dos grãos, cuja 1ª letra corresponde à
granulometria dos mesmos e a 2ª, à sua estrutura, com significado genético:
Gravel
massive
Sand
planar
Fine ripples
Š
De acordo com as litofácies definidas previamente, o geólogo consegue determinar qual o grau energético associado a cada uma, o que se traduz pela seguinte classificação:
ÆFácies de alta a média energia
Š
Litofácies grosseiros (Gt, Sp, Sh)
ÆFácies de baixa energia
Š
Litofácies finas (Sr, Fl, Fm)
‐
Por outro lado, as litofácies também podem caracterizar corpos sedimentares típicos, que se designam por Elementos Arquitecturais do depósito fluvial (Miall, 1985):
Associados ao preenchimentos de canais por barras arenosas
‐
Associados ao transbordo localizado ou generalizado.
Š
Š
O mesmo autor considerou e distinguiu ainda uma tipologia de 12 sistemas fluviais (muito importantes no estudo de sistemas deposicionais para a pesquisa de hidrocarbonetos), perante a organização das litofácies e dos seus EA. Pode‐se assim afirmar que a caracterização de fácies ajuda na reconstituição do ambiente geológico (profundidade da água, energia do ambiente de sedimentação, temperaturas, etc.) em que os materiais foram depositados, podendo‐se elaborar posteriormente mapas de fácies extremamente úteis para a caracterização de um sistema petrolífero.
• Reservatórios Clásticos:
ÆSequências de argilas e arenitos (Sh, Sm, Sl, Fm, Fl);
ÆA presença de argilas afecta drasticamente a qualidade do reservatório;
ÆQuanto mais fino for o grão dos arenitos (areias finas) maior a probabilidade de ocorrerem argilas;
ÆQuanto maior a % de argilas, menor terá sido a energia de deposição sedimentar
ÆImportância da cor: Estabelece a relação entre o meio ambiente deposicional e as condições de sedimentogénese, através da preservação de matéria orgânica ou sua lixiviação (areia laranja: ambiente oxidante, sem preservação; areia cinzenta ou negra: ambiente redutor com preservação de MO). Imagem cedida por Partex Oil&Gas Services
Influência da porosidade e permeabilidade (Efeito da diagénese)
A diagénese altera a estrutura inicial da rocha através de processos físico‐químicos.
Estas transformações levam normalmente à evolução das características da rocha de forma positiva ou negativa.
Reservatório – Porosidade e permeabilidade médias a elevadas (20 a 25% de porosidade, 600 mD)
Selante (rocha de cobertura) – Porosidade e permeabilidade inexistentes
Š
Š
As melhores rochas de cobertura são formadas por material sedimentar dúctil (Fm, Fl)
As argilas são os selos mais comuns na maior parte dos reservatórios clásticos, formados ao longo de ciclos transgressivos (= com subida do nível médio das águas), uma vez que correspondem a uma estruturação onde na base se encontrem depositados sedimentos mais grosseiros, tipicamente areníticos e, no topo, sejam depositados sedimentos finos. À medida que a zona sedimentar vai sendo coberta pela coluna de água, a energia vai diminuindo e a deposição de grosseiros decai. Imagem cedida por Partex Oil&Gas Services
Š
Š
Š
Geralmente o estudo sedimentológico é feito com base amostral, em laboratório e no campo, através do estudo directo e visual dos afloramentos; Para um estudo detalhado das características petrofísicas (porosidade e permeabilidade) é retirado da amostra um pequeno cilindro (plug);
Juntamente a este trabalho costumam‐se utilizar diagrafias com dados recolhidos directamente dos poços perfurados, de forma a ser possível corroborar todos os resultados obtidos. Š
O Petróleo ocorre normalmente associado às rochas sedimentares, contudo, para a sua acumulação são necessários 5 factores fundamentais:
Š
‐ Rocha mãe – xisto argiloso, ou argila, com presença de matéria orgânica
‐ Rocha reservatório – porosa e permeável (arenitos ou carbonatos)
‐ Rocha de cobertura (selante) – argila ou evaporitos, impermeável
‐ Armadilha – formada estrutural ou estratigraficamente impedindo que o petróleo se mova, facilitando a sua acumulação. ‐ Calor – o gradiente geotérmico terrestre actua sobre os sedimentos à
medida que estes vão sendo soterrados em profundidades consideráveis.
Š
Š
Š
Š
Argila
Arenitos
Š
O petróleo é formado a partir da matéria sedimentar orgânica depositada em condições muito específicas, sendo sujeita igualmente a factores muito especiais. Geralmente a deposição ocorre em meio aquático, com altas taxas de sedimentação de forma a prevenir a oxidação e degradação da MO.
Š
A transformação da MO em petróleo abrange três etapas distintas:
Diagénese
Catagénese Metagénese
Æ
Æ
Æ
Š
Diagénese: fase desenvolvida a baixas temperaturas e pressões, onde ocorrem as primeiras transformações físico‐químicas que dão origem ao composto denominado “kerogénio”. Basicamente, durante esta etapa, gera‐se gás metano por actividade bacteriológica, sendo o constituinte principal das acumulações (reservoirs) de gás mundiais;
Š
Catagénese: fase durante a qual a maioria do kerogénio é transformada em óleo, contudo é importante que o grau calorífico se mantenha constante de forma a não transformar o estado líquido do óleo em, novamente, estado gasoso, bem como a não alterar as condições da rocha‐mãe;
Š
Metagénese: designa geralmente a zona do “gás seco”, onde é gerado o último volume de gás metano a partir do kerogénio; ocorre em ambiente de temperaturas e pressões muito elevados.
Š
Todo o processo de formação do petróleo não é um acontecimento rápido. Sabemos que são necessários milhões de anos para que se formem novas acumulações de hidrocarbonetos à subsuperfície terrestre, independentemente da sua profundidade. Š
Para além disso, o processo de deslocação das gotas de óleo é feito morosamente, gota a gota, poro a poro, à medida que a água existente vai sendo substituída. Š
As condições das rochas reservatório são, como já foi visto, extremamente importantes para as acumulações e, quanto melhor se conhecerem as suas características, maiores as probabilidade de se encontrarem hidrocarbonetos. Š
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A pesquisa de hidrocarbonetos é feita essencialmente com base na Geologia Sedimentar;
A descrição dos corpos sedimentares e o estudo do ambiente deposicional com base nos grãos detríticos é
fundamental à reconstituição dos paleoambientes geradores de hidrocarbonetos;
Os conjuntos de fácies sedimentares é o suporte para um mapeamento lito‐estratigráfico correlacionável entre poços;
O resultado final será sempre a interpretação de vastas áreas onde é possível se definir um ou mais sistemas petrolíferos.
Arenitos
Oil
Areia
Bolas argilosas
Oil
Argila
Imagens cedidas por Partex Oil&Gas Services
Areias
Arenito fino
Areias
Arenito grosseiro (com seixos)
Conglo.
Conglo.
Argilas
• Classificação Miall básica e descrição das estruturas sedimentares observáveis.
Imagens cedidas por Partex Oil&Gas Services
Š
Costa Silva, A., J.‐ Petróleo e Gás (apontamentos para as aulas), Edição Secção Folhas do IST, Lisboa, 2004
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Barata Alves, F.; Salgado Gomes, J. – O Universo da Indústria Petrolífera (Da pesquisa à refinação), Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2007
Š
Galopim Carvalho, A., M. – Geologia Sedimentar Volume II –
Sedimentologia, Âncora Editora, Lisboa 2005
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Galopim Carvalho, A., M. – Geologia Sedimentar Volume III –
Rochas sedimentares, Âncora Editora, Lisboa, 2006
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Potter, PetitJohn – Atlas and glossary of primary sedimentary structures, Springer‐Verlag, Berlim, 1964