Modelagem física tridimensional de correntes de turbidez: comportamento espacial e granulométrico de depósitos turbidíticos

Abstract

A modelagem física tridimensional de correntes de turbidez em escala reduzida é uma ferramenta que vem contribuindo no entendimento deste tipo de fluxo gravitacional subaquoso, que é responsável pela formação dos turbiditos, principais reservatórios de hidrocarbonetos em produção da costa brasileira. Neste trabalho a modelagem física é empregada para caracterizar o comportamento espacial e granulométrico de depósitos turbidíticos de dois tipos de fluxo (concentração volumétrica de sedimentos alta - 15% - e baixa - 5%), a partir da repetibilidade de 05 experimentos (para cada tipo de fluxo) com parâmetros de controle constantes ao longo do tempo (vazão, concentração volumétrica de sedimentos, tipo e granulometria das partículas sedimentares) e uma análise estatística das propriedades geométricas e granulométricas, a fim de determinar o caráter determinístico ou aleatório destas propriedades em um cenário sedimentar autocíclico. Os depósitos foram analisados através de mapas de isópacas, mapas texturais, determinação dos centróides e descrição morfológica Quanto ao comportamento espacial, os depósitos gerados apresentaram em termos de: i) morfologia – mesmo padrão morfológico nos experimentos de cada tipo de fluxo, sendo que nos depósitos de fluxo mais concentrado a morfologia apresentou-se mais complexa, com formação de leques centrais alongados, franjas laterais e lobos distais, do que os de fluxo menos concentrado, onde se formou apenas um único leque extenso de perfil suavizado; ii) geometria – deslocamento incipiente dos centróides (depocentro) em ambos os fluxos; variação significativa, da razão comprimento / largura para os depósitos de fluxo mais concentrado, e baixa para os fluxos menos concentrados. As propriedades granulométricas dos depósitos apresentaram em termos de: i) D50 - distribuição semelhante para ambos os fluxos, ocorrendo diminuição gradual do tamanho de grão no sentido da bacia e com oscilações inferiores a 10% dos valores amostrais; ii) grau de seleção – diminuição gradual do grau de seleção no sentido da bacia em ambos os fluxos, porém os depósitos de fluxo menos concentrado apresentaram maior grau de seleção (porosidade mais eficiente) em comparação com os de fluxo mais concentrado; variação dos valores amostrais superiores a 10% nas regiões distais dos depósitos de fluxo mais concentrado e superiores a 15% nas regiões distais - marginais dos depósitos de fluxo menos concentrado. Ao final deste trabalho, concluiu-se que determinadas propriedades espaciais e granulométricas possuem características determinísticas, enquanto que outras apresentam caráter aleatório, estando estas relacionadas à capacidade de um sistema sedimentar se auto-organizar internamente, mesmo estando controlada por forçantes autocíclicas. Além disto, os depósitos gerados pelas correntes mais concentradas apresentaram uma certa semelhança com os modelos da literatura de sistemas de leque submarino dominado por sedimentos grossos.

Three-dimensional physical modeling of turbidity currents has been used as a tool to understand the hydrodynamical and depositional processes of this type of subaqueous gravity flow, whose deposit is quite important is terms of hydrocarbon reservoirs (turbidites), mainly in off shore Brazil. In this work, this tool was applied to characterize the spatial and sedimentometric behavior of turbidite deposits generated by two types of flow: high density turbidity currents - HDTC (15% sediment volumetric concentration) and low density turbidity currents - LDTC (5% sediment volumetric concentration). Two series of five runs for each flow type with very controlled input parameters along time (discharge, sediment volumetric concentration, type and grain size of the sediment particles) were performed in order to establish the random or deterministic nature of these properties in an autocyclic sedimentary scenario, i.e. without oscillation of external controls. The deposits were sampled at the same location and a statistical analysis of the geometric and textural properties were developed and maps and images of morphology, geometry and texture were created to verify the differences between flows. As a result, HDTC deposits presented more complex morphology, with formation of one central elongated fan, lateral fringed and distal lobes while LDTC generated just one extended fan with smoothness shape. The depocenter position shows slightly variation between all flows (8%) whilst the length / width ratio had two distinct behavior, 10% relative variation in HDTC and only 4% to LDTC, reflecting the greater spatial complexity of HDTC deposits. The mean grain size of the deposit (D50) presented a similar distribution for all flows (low standard-deviation values between them), with thinning grain size towards distal regions. Concerning deposit sorting, the results showed a gradual decrease toward distal zones on both types of flows; however LDTC deposits presented a higher sorting degree (more efficient porosity) than HDTC deposits. The results obtained from the 3D experiments suggest in terms of the statistical analysis that some aspects of spatial and grain size properties have deterministic characteristics, such as depocenter position and grain size distribution, while others, as morphology and have random character and this behavior is clearly related to the ability of a sedimentary system to self-organize internally, even having autocyclic controls. Besides, HDTC deposits showed a certain similarity with the deep water models of gravel-rich systems and sand-rich systems existing in literature, especially regarding the lobes morphology.