Controles de proveniência e qualidade de reservatório da Formação Botucatu, Cretáceo da Bacia do Paraná

Abstract

Os depósitos vulcano-sedimentares do Cretáceo Inferior da Bacia do Paraná estão distribuídos ao longo de mais 1.000.000km2, divididos entre Brasil, Argentina, Uruguai, Paraguai, Bolívia e Namíbia. Essa sucessão sedimentar é caracterizada por arenitos eólicos – com típica estratificação cruzada de grande porte – e derrames vulcânicos (básicos a ácidos), com estruturas variadas desde pahoehoe, rubbly e pacotes maciços. O erg Botucatu era caracterizado por um sistema saturado em areia ao longo de toda sua extensão, com uma regionalidade na direção predominante dos ventos, fruto do sistema climático monsonal atuante no mega-continente Gondwana. O repentino início do sistema vulcânico não desativou o colossal regime eólico, gerando uma série de pacotes eólicos preservados em períodos de quiescência vulcânica, denominados intratrap. A partir dessas premissas, a tese aborda, através de técnicas de proveniência e petrofísica, aspectos resultantes da interação entre os dois sistemas. O estudo multiproxy de proveniência (datação U-Pb em zircão detrítico, petrografia, minerais pesados e granulometria) visa a entender o preenchimento sedimentar do deserto, descrevendo tanto a variação pre- e sin- vulcânica (base e topo do deserto e intratraps) quanto a variação lateral do deserto. As áreas de estudo selecionadas se distribuem através de transectas ao longo das bordas Sul (Rio Grande do Sul e Uruguai), Nordeste (São Paulo e Minas Gerais) e noroeste (Mato Grosso e Mato Grosso do Sul) da bacia. No que se refere ao estudo de proveniência, a composição dos arenitos eólicos apresenta variações sutis revelando uma associação entre os diversos embasamentos e as assinaturas de zircão detrítico. A região Sul, por exemplo, registra uma variação lateral na assinatura de zircão detrítico, apresentando um aumento na proporção de grãos >900Ma junto ao Uruguai, região com embasamento mais antigo (Rio de la Plata Craton). Ao norte da bacia, a assinatura da proveniência demonstra uma mudança da base do deserto para os depósitos intratrap. Entretanto, a predominante assinatura sedimentar policíclica, revelada pelo produto rico em quartzo e em minerais pesados resistatos (zircão, turmalina e rutilo) indica que a própria Bacia do Paraná foi a fonte principal para o preenchimento do deserto. Além disso, respostas anômalas de minerais pesados foram encontradas isoladas, indicando inputs locais de sedimento. Para o estudo do impacto vulcânico nas propriedades de reservatório dos arenitos, os ensaios petrofísicos revelam uma diminuição na porosidade (16 a 5%) e um aumento da velocidade acústica (3000 para 5000 ms-1) entre 0.1 e 1m do contato com os derrames de lava. Em detalhe, a análise petrográfica encontrou 2 caminhos digenéticos distintos formados em função da interação lava-sedimento: autigênese de fases ricas em Mg (Clorita e Dolomita) precoce relacionado ao sistema hidrotermal e dissolução química (microestilolitos em quartzo) precoce induzida por overburden. A limitada disseminação dos efeitos do sistema vulcânico (0.1 a 1m) nos arenitos pode auxiliar na compartimentalização do reservatório devido à redução de porosidade nas suas bordas, agindo como um selo. Em resumo, a tese apresenta os controles da proveniência sedimentar do deserto, demonstrando que: (1) o preenchimento sedimentar do paleoerg Botucatu foi predominantemente resultado do retrabalhamento da Bacia do Paraná; (2) variações anômalas de minerais pesados sugerem inputs sedimentares locais; (3) ainda que a sedimentação policíclica seja constante, variações laterais e estratigráficas ocorrem em ambas as margens. Adicionalmente, a tese destaca os efeitos de rochas extrusivas vulcânicas em reservatórios siliciclásticos, na qual se destacam: (1) porosidade e velocidade acústicas apresentam valores anômalos entre 0.1 e 1m do contato; (2) o processo digenético resultante da interação pode variar entre o domínio de sistemas hidrotermais ou soterramento precoce. Palavras-

The volcano-sedimentary deposits from Early Cretaceous in Paraná Basin are distributed across more than 1,000,000 km2, divided among Brazil, Argentina, Uruguay, Paraguay, Bolivia, and Namibia. The sedimentary succession is characterised by aeolian sandstones- with typical and widespread large-scale crossbedding- and lava-flow packages (basic to acid compositions), with variable structures as pahoehoe, rubbly and massive flows. The Botucatu desert was a sand-saturated system across all its extension, with a regionality in the directions of the wind, due to the monsoon climate installed in Gondwana at the time. The sudden onset of the volcanic episode did not deactivate the overwhelm desertic system, generating a series of aeolian-packages preserved in volcanic quiescence period, denominated intratrap. Based on those premises, the thesis discusses the resulting in some aspects of the interaction of both systems, by using provenance and petrophysical techniques. The multiproxy provenance study (U-Pb dating in detrital zircons, petrography, heavy minerals and granulometry) seeks to understand the desert sedimentary filing, describing the sand composition variation from pre- to syn-vulcanic packages (from the base of desert to intratraps), as the lateral changes of the desert. The study areas are distributed in 3 transects in basin southern margin (Rio Grande do Sul state/Brazil and Uruguay) and NE and NW margins (Brazil central region). The reservoir study looks to the impact caused by the coeval volcanic system into the aeolian packages, utilising petrophysics and petrography. The petrophysical proprieties of volcanosedimentary intervals from well-cores were analysed, with a posterior diagenetic characterisation on the affected intervals, via petrography. Regarding the provenance study, the sandstone composition presents subtle variations revealing a link with basement bounding sources and detrital zircons signatures. The southern region, for instance, registers a lateral change on detrital zircons spectra, presenting an increase of >900 Ma toward Uruguay, region with a predominant Orosirian-Rhyacian basement (Rio de la Plata Craton). On the other hand, the north margin registers a progressive shift in provenance from Botucatu base to intratrap deposits. However, the prevalent poly-cyclic sedimentary composition, revealed by the quartz-rich and resistates heavy minerals (zircon, tourmaline and rutile), indicates the Paraná Basin as the major source for the desert feeding. Besides, the isolated anomalous heavy mineral response suggests local sediment sources. Regarding the impact of the volcanic activity into the sandstone reservoir proprieties, the petrophysical experiments show a decrease on porosity (av. 16 to 5%) and an increase of ultrasonic acoustic velocities (av. 3.0 to 5.0 kms-1) from 0.1 to 1.0 m from lava-flows. In detail, the petrography found 2 distinct diagenetic pathways formed due to the lava-sediment interaction: early authigenic of Mg-rich phases – chlorite and dolomite- hydrothermally induced (type 1); and early chemical dissolution (quartz microstylolites) caused by lava overburden (type 2). The very local effect (up to 1 m), could act as a baffle to hydraulic circulation, working as a seal. In summary, the thesis presents the sedimentary controls of desert filing, demonstrating: (1) the grain-feeing of Botucatu paleoerg was predominantly resulted of Paraná Basin reworking; (2) the anomalous provenance compositions suggests local sedimentary inputs; (3) although the polycyclic sediment, lateral and upward stratigraphy occurs along the margins. Additionally, the thesis approaches the effects of extrusive volcanic rocks into a siliciclastic reservoir, founding that: (1) porosity and ultrasonic acoustic velocity present anomalous responses from 0.1 to 1m of lava contact; (2) diagenetic processes could vary from hydrothermal systems to lava overburden effects.