Resumo - Centro de Ciências Exatas e da Terra

Transcrição

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA
CARACTERIZAÇÃO
DE BANDAS DE DEFORMAÇÃO EM
ARENITOS POROSOS:
ESTUDO DE CASOS NAS BACIAS
POTIGUAR (RN) , SERGIPE-ALAGOAS (SE) E TUCANO (BA)
Autor:
Talles Souza Ferreira
Supervisor:
Fernando César Alves da Silva
Natal, Agosto de 2004
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA
RELATÓRIO DE GRADUAÇÃO (GEO 345)
CARACTERIZAÇÃO DE BANDAS DE DEFORMAÇÃO
EM ARENITOS POROSOS:
ESTUDO DE CASOS NAS BACIAS
POTIGUAR, SERGIPE-ALAGOAS E TUCANO (BA)
Relatório de Graduação
apresentado no dia 31 de
agosto de 2004, para
obtenção do título de
Geólogo, financiado por
projetos FINEP/CTPETRO e
pelo PRH-22 da ANP.
Banca Examinadora:
Dr. Fernando César Alves da Silva (UFRN)
Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá (UFRN)
Dr. Antônio Carlos Galindo (UFRN)
Natal, Agosto de 2004
The deformation of ideas
never result in new theories.
Nevertheless,
deformed theories result from
stress of new ideas.
Dedico
este
trabalho
a
minha
mãe
(Rosário Souza), pela dedicação e apoio
ao longo de toda a minha vida.
Como uma singela homenagem a todo seu
esforço na luta para a construção da minha
educação e do meu caráter.
i
Agradecimentos
Agradeço a Deus por sempre ter me dado alternativas nos momentos de dúvida, e
por me iluminar para as melhores. Agradeço por me dar força para continuar quando pensei
em desistir, e por me manter sempre firme e inerte com as minhas proposições de vida.
A minha Mãe (Rosário Souza) a quem dedico este trabalho, e que é responsável por
toda minha graduação moral. Agradeço por estar sempre ao meu lado em todos os
momentos da minha vida.
A minha Neguinha linda (Raphaella), o maior e mais belo presente que a geologia
poderia me dar, pela sua dedicação, compreensão e paciência comigo nestes últimos 4
anos. Amo tu.
Aos meus familiares, meu pai II (Ricardo) pela disponibilidade em ajudar sempre, ao
meu irmão (Saulo) pelo apoio, as minhas tias Fá e Ceiça por todo apoio desde antes do
vestibular. Ao meu tio Dr. Ademir e tia Deusinha pelo incentivo e apoio nos momentos
difíceis. Ao meu pai pelo apoio indireto para minha formação, e por ter me proporcionado
uma boa educação fundamental.
A todos os meus colegas e amigos de turma, isto inclui, a todos com quem partilhei
os estudos durante estes quatro anos e meio, em especial a turma que se consolidou no
final, se autodenominando de Os Cara são PhoDa. Valeu, por todas as aventuras,
brincadeiras e andanças por este sertão afora. Valeu, aos remanescentes da turma de 2000,
o gago (Daniel), Zé Lelé (Ewerton) e a Pirangueira (Verônica), também, a Marcus Vinícius, o
cabeção (Magno), Edgar, e as meninas: Natasha, Fernanda e Elissandra. Bem como, aos
colegas de bolsa Felipe e Petterson pela ajuda e companherismo. .
Ao meu orientador, Fernando César, que apesar de muito ocupado teve grande
paciência na correção do trabalho. Agradeço, também pela confiança que depositou em mim
ao longo destes mais de 2 anos, e principalmente pela liberdade de pensamento. Se algum
mérito este trabalho tiver, a metade pertence ao orientador, obrigado.
Estendo meus agradecimentos a todos os professores que tive, os quais contribuíram
para minha formação. Em especial, a minha admiração a: Galindo, Legrand, Emanuel e
Valéria; e meus profundos agradecimentos a Laécio, Jaziel, Pinheiro, Augusto, Ricardo
Sallet, Venerando, Zorano e Narendra. Inserido neste contexto, agradeço a Maria do Céo,
bibliotecária, que teve imensa paciência e benevolência com os meus livros em atraso,
expandindo o agradecimento a Clodoaldo e Emanuel bombeiro.
Ao Departamento de Geologia, ao Programa de Recursos Humanos da ANP (PRH 22),
pela concessão da minha bolsa, ao Projeto Falhas e Fraturas Naturais FINEP-CTPETRO, pelo
apoio financeiro, principalmente na etapa final do trabalho.
Em fim, a todos aqueles que torceram(m) por mim e acreditaram(m) no meu
potencial, muito obrigado!
ii
Resumo
O presente estudo trata da caracterização de estruturas denominadas como bandas de
deformação (deformation bands) (Aydin, 1978) nas escalas meso e microscópica, através do
estudo da ocorrência de casos nas bacias Potiguar (RN), Sergipe-Alagoas (SE) e de Tucano (BA).
As bandas de deformação ocorrem comumente em arenitos porosos, que podem ser rochasreservatório em sistemas petrolíferos. Estas estruturas podem influenciar o caráter permoporoso da rocha, por conseguinte o fluxo de fluido. Este fato tem levado a um grande interesse
na compreensão do processo de formação e desenvolvimento das referidas estruturas. Este
estudo tem objetivo de apresentar as similaridades e diferenças das feições deformacionais e dos
mecanismos de deformação responsáveis pela formação e desenvolvimento das bandas de
deformação presentes em zonas de danos de falhas em três bacias sedimentares distintas.
Nos arenitos conglomeráticos, mal selecionados, com expressiva presença de feldspatos
da Formação Açu, bacia Potiguar (RN), o desenvolvimento de bandas de deformação se deu a
partir de pequenas estruturas escalonadas que se desenvolvem por processos de linkage. Um
modelo sintético dextral, composto pelo desenvolvimento escalonado de R-P é proposto. A
análise microscópica mostrou a influência dos mecanismos de compactação e microfraturamento
no desenvolvimento das bandas de deformação.
Nos arenitos conglomeráticos, com bom selecionamento e arredondamento, pertencentes
à Formação Serraria, bacia de Sergipe-Alagoas (SE), as bandas de deformação se apresentam
como estruturas milimétricas formando clusters centimétricos, que podem evoluir até falhas. A
presença de duas estrias (de baixo, e alto rake) denota dois eventos distintos um normal e outro
transcorrente. Neste último, caracterizado como dextral de orientação NE-SW, foi possível
associar o desenvolvimento das bandas de deformação e o sistema de Riedel. Em micro-escala
as bandas de deformação se revelaram como resultado da interação dos mecanismos de
microfraturamento, concomitante ao mecanismo de transferência de massa por difusão.
No último caso estudado, os arenitos médios a grossos com bom selecionamento e
arredondamento pertences à Formação Massacará, bacia de Tucano (BA), exibem pares
conjugados de bandas de deformação como o padrão geométrico marcante em meso-escala. Um
sistema transpressivo sinistral é interpretado como responsável pela formação das bandas de
deformação. O estudo das seções delgadas mostrou novamente a ação dos processos
compactação e de microfraturamento no desenvolvimento das bandas de deformação.
No contexto tectônico regional foi verificada a compatibilidade dos modelos interpretados
em meso-escala, para a formação e disposição geométrica das bandas de deformação, com
estruturas na escala regionais, a exemplo do sistema de falhas dextral de Afonso Bezerra (bacia
Potiguar) e o contexto da falha transpressional de Jereomabo (bacia de Tucano).
Desta forma, embora as bandas de deformação se apresentem, no geral, com aspectos
similares, exibem também, algumas diferenças na sua formação e desenvolvimento nas escalas
meso e microscópica, que por sua vez estão intimamente relacionadas com parâmetros
sedimentológicos e reológicos da rocha, além da influência do contexto tectônico em que se
desenvolveram.
Palavras-chave: bandas de deformação, microfraturamento, zona de danos, arenitos porosos
iii
Abstract
The present study deals with the characterization of the deformation bands in the meso
and microscopic scale, their similarities and differences, in three sedimentary basins with distinct
geological context varying from equatorial (Potiguar) and setentrional (Sergipe-Alagoas)
Brazilian margins and a interior one (Tucano). Deformation bands are structures commonly
developed in porous sandstones that could be rock-reservoir in petroleum systems and once they
can influence the permo-porous character of the rock, the understanding of their formation
process and development has been focused in a great number of papers in the recent literature.
In the Formation Açu (Potiguar basin), the deformation bands are developed in
conglomeratic sandstone, badly sorted and with expressive feldspar presence. In this case the
mesoscopic study revealed the formation of the bands by linkage processes. A dextral synthetic
system is the model proposed for their development by R and P fractures. The microscopic
analysis showed the influence of the compactation process (due to the deformation) and
microfracturing mechanism in the development of such structures.
In the conglomeratic sandstones, with good sortment and rounding, belonging to the
Serraria Formation (Sergipe-Alagoas basin-SE), the deformation bands appear as milimetric
structures forming centimetric clusters that can evolve to small faults. The existence of two
slickenlines (low and hight rake) denotes two different events, normal and strike-slip. In the last
case a dextral motion along a NE-SW trend was characterized. Again a Riedel pattern for the
development of the bands was showed. In micro-scale, the deformation bands were interpreted
as a result of the interplay between microfracturing mechanism and mass transfer for diffusion.
In the last case studied, the medium grained sandstone showing good sortment and
rounding belongings to the Formation Massacará (Tucano basin-BA) display the development of
conjugated pairs of deformation bands at outcrop scale. A transpressional sinistral system is the
scenario proposed for the development of the deformation bands. Thin sections analysis once
more showed the influence compactation process associated with microfracturing mechanism in
the growing of the deformation bands.
In the regional tectonic context, the formation and geometric disposition of the
deformation bands are associated with major structures. In the case of the Formation Açu, was
observed correlation with the dextral system of faults of Afonso Bezerra; In the Sergipe-Alagoas
basin, the presence of normal faults, and subsequent dextral strike-slip can be associated with
the faulting of the basin boarder. The case of the Tucano basin the relationship is done with the
Jereomabo transpressional fault, a major structure occurring a few kilometers to the north.
This work contributes with application of structural geology tools for a better
understanding of the geometric disposition and growing mechanisms of deformation bands in
different litologic and tectonic settings.
This way, although the deformation bands occur, in the general, with similar aspects, the
sedimentological, reological parameters of the horst rock and the tectonic context can
role in the development of deformation bands at meso and microscopic scales.
Key-words: deformation bands, microfracturing, damage zone, porous sandstone
play a
ÍNDICE
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO
1.1. APRESENTAÇÃO..................................................................................................................................1
1.2. OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS .............................................................................................................1
1.3. METODOLOGIA ...................................................................................................................................2
1.4. APRESENTAÇÃO DOS DADOS ...............................................................................................................3
CAPÍTULO 2 – BREVE REVISÃO DE CONCEITOS SOBRE MECANISMO DE
FRATURAMENTO E CRESCIMENTO DE FALHAS
2.1. MECANISMOS DE FORMAÇÃO DE FALHAS EM ARENITOS .........................................................................4
2.2. INICIAÇÃO E PROPAGAÇÃO DE FALHAS .................................................................................................5
2.2.1. FALHAS DESENVOLVIDAS A PARTIR DE ESTRUTURAS PRÉ-EXISTENTES ..............................................8
2.2.2. FALHAS QUE SE DESENVOVEM COM ESTRUTURAS PRECURSORAS .....................................................9
2.2.2.1. JUNTAS..................................................................................................................................9
2.2.2.2. SUPERFÍCIES DE DISSOLUÇÃO POR PRESSÃO (JUNTAS ESTILOLÍTICAS) .......................................10
2.2.2.3. BANDAS DE DEFORMAÇÃO .......................................................................................................10
2.3. FATORES QUE INFLUENCIAM O ESTILO DE INICIAÇÃO DE FALHAS ...........................................................12
2.4. MECANISMO DE PERTUBAÇÃO DA TENSÃO LOCAL ..................................................................................13
2.5. NUCLEAÇÃO RELACIONADA AO SISTEMA DE FRATURAS DE RIEDEL ..........................................................13
2.6. ZONA DE DANOS ................................................................................................................................14
2.6.1. ELEMENTOS DE UMA ZONA DE DANOS EM ARENITOS POROSOS ........................................................15
2.7. DENSIDADE DE DEFORMAÇÃO..............................................................................................................16
2.8. PROCESSO DE ACUMULAÇÃO DE DESLOCAMENTO ..................................................................................17
2.9. A IMPORTÂNCIA DO STRAIN HARDENING X STRAIN SOFTENING ..............................................................18
CAPÍTULO 3 – ESTUDO DO CASO NA FORMAÇÃO AÇU, BACIA POTIGUAR
3.1. CONTEXTO GEOLÓGICO E LOCALIZAÇÃO...............................................................................................19
3.2. APRESENTAÇÃO DO CASO EM ESTUDO..................................................................................................21
3.3. ANÁLISE ESTRUTURAL EM MESO-ESCALA ..............................................................................................22
3.3.1. CARACTERIZAÇÃO DAS BANDAS DE DEFORMAÇÃO ...........................................................................22
3.3.3.1. ESPESSURA VS DISTÂNCIA DA BDP ..........................................................................................25
3.3.3.2. TIPO DE CRESCIMENTO DE FALHA ............................................................................................27
3.3.2. CORRELAÇÕES ESTATÍSTICAS........................................................................................................30
3.3.3. INTERPRETAÇÃO PARA INICIAÇÃO E PROPAGAÇÃO DAS BD’S ............................................................31
3.4. ANÁLISE ESTRUTURAL EM MICRO-ESCALA.............................................................................................38
3.4.1. IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS FEIÇÕES DEFORMACIONAIS...............................................38
3.4.2. FEIÇÕES DEFORMACIONAIS NA ESCALA DE GRÃO ............................................................................43
3.4.3. INTERPRETAÇÃO DOS MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO EM MICRO-ESCALA..........................................45
3.5. CONSIDERAÇÕES ...............................................................................................................................48
CAPÍTULO 4 – ESTUDO DO CASO NA FORMAÇÃO SERRARIA,
BACIA SERGIPE-ALAGOAS
4.1. LOCALIZAÇÃO E CONTEXTO GEOLÓGICO...............................................................................................50
4.3.3. INTERPRETAÇÃO PARA DISPOSIÇÃO GEOMÉTRICA DAS BD’S .............................................................60
4.4.2. FEIÇÕES DEFORMACIONAIS NA ESCALA DE GRÃO ............................................................................64
4.5. CONSIDERAÇÕES ...............................................................................................................................67
CAPÍTULO 5 – ESTUDO DO CASO NO GRUPO MASSACARÁ,
BACIA DE TUCANO
5.1. CONTEXTO GEOLÓGICO E LOCALIZAÇÃO...............................................................................................68
5.3.3. INTERPRETAÇÃO PARA DISPOSIÇÃO GEOMÉTRICA DAS BD’S .............................................................78
5.5. CONSIDERAÇÕES ...............................................................................................................................83
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
6.1. CONCLUSÕES.....................................................................................................................................85
6.2. CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................................................88
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................... 91
Ferreira, T S
Capítulo 1
Introdução
Capítulo 1
Introdução
1.1. Apresentação
Este relatório comporta uma síntese de dados e discussões, gerados a partir de
atividades de campo e laboratório abordando três casos de ocorrências de bandas de
deformação em arenitos porosos, pertencentes às formações Açu, Serraria e ao Grupo
Massacará dentro do contexto geológico das bacias Potiguar (RN), Sergipe-Alagoas (SE), e
Tucano (BA), respectivamente. Este trabalho é parte integrante da disciplina GEO 345 –
Relatório de Graduação, da grade curricular do curso de graduação em Geologia da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
1.2. Objetivos e justificativas
A análise das estruturas denominadas primeiramente por Aydin (1978) como Bandas
de Deformação, é o principal objetivo deste trabalho. As Bandas de Deformação vêm sendo
muito estudadas nos últimos anos, principalmente pela indústria do petróleo, devido a sua
importância na estruturação permo-porosa de reservatórios. A observação de que as
Bandas
de
Deformação
ocorrem
principalmente
em
arenitos
porosos,
os
quais
freqüentemente se comportam como rochas-reservatório em sistemas petrolíferos, justifica
o grande número de trabalhos publicados na literatura nos últimos anos. Portanto, este
trabalho se propõe a caracterizar as bandas de deformação, a fim de se ter uma melhor
compreensão de aspectos sobre a formação e desenvolvimento (incluindo geometria e
mecanismos de deformação), em arenitos porosos. Sendo assim, foram caracterizados dois
casos de ocorrências de Bandas de Deformação nas formações Açu e Serraria, que são
rochas-reservatório em duas bacias brasileiras produtoras de Petróleo, Potiguar (RN) e
Sergipe-Alagoas (SE); e um terceiro caso que ocorre em uma bacia com potencial, mais
ainda sem produção petrolífera, a bacia de Tucano (BA), em arenitos porosos do Grupo
Massacará (Figura 1.1).
A caracterização consistiu da aplicação de conceitos de geologia estrutural em meso
e micro-escala, além da utilização de ferramentas estatísticas para análise e inter-relação
de alguns parâmetros da deformação. Esta caracterização resultou na interpretação dos
aspectos deformacionais das bandas de deformação, que possibilitaram a proposição de
modelos para formação e desenvolvimento das bandas nas escalas micro e mesoscópica.
Além disso, proporcionou a comparação das similaridades e diferenças entre os casos
1
Ferreira, T S
Capítulo 1
Introdução
estudados. De forma geral, estes casos foram correlacionados a mega-estruturas; os
sistemas de falhas de Carnaubais e Afonso Bezerra, as falhas de borda da bacia de SergipeAlagoas e a falha de Jeremoabo; responsáveis pela compartimentação tectônica das bacias
(Figura 1.1). A localização de cada caso estudado será detalhada no seu capítulo
correspondente.
Figura 1.1 – Mapa esquemático e simplificado de localização e contextualização geológica dos casos
estudados.
1.3. Metodologia
A análise estrutural das Bandas de Deformação constou de duas etapas distintas: a
análise mesoscópica e microscópica. Estas análises se basearam em dados coletados ao
longo de linhas de amostragem (Scanlines) realizadas tanto em afloramento quanto em
seções delgadas.
9 Análise Mesoscópica
Baseada na observação geral do afloramento e de forma sistemática nos dados
levantados através de scanlines na zona de danos. Foram utilizadas ferramentas estatísticas
e de geologia estrutural a fim de caracterizar a disposição espacial e os padrões
geométricos das Bandas de Deformação.
9
Análise Microscópica
2
Ferreira, T S
Capítulo 1
Introdução
Baseada no estudo das bandas de deformação em seções delgadas orientadas.
Foram observadas as feições deformacionais na escala de grão. Embora as Bandas tenham
sido estudadas em um grande número de seções delgadas, a coleta de dados sistemática
(scanlines) foi obtida em algumas lâminas selecionadas para tal fim. Nas lâminas foram
levantados parâmetros microestruturais como tipo e orientação da microfraturas, tipo e
forma das Bandas de Deformação, tipo de preenchimento, etc.
1.4. Apresentação dos dados
Este trabalho mostra, antes da apresentação dos dados obtidos, uma breve revisão
da formação e desenvolvimentos de falhas como bandas de deformação em arenitos
porosos, a fim de se basear o trabalho em conceitos e nomenclaturas recentes sobre o
assunto abordado.
Os dados obtidos são apresentados, individualizados por bacia. Cada capítulo trata
separadamente os dados meso e microscópico das bacias Potiguar, Sergipe-alagoas e
Tucano, respectivamente. No capítulo final é feita uma tentativa de comparar os dados e
interpretações dos diversos sítios estudados, bem com correlacioná-las com estruturas
maiores de cada área.
3
Ferreira, T S
Capítulo 2
Breve revisão de conceitos sobre mecanismos de fraturamento e crescimento de falhas
Capítulo 2
Breve revisão de conceitos sobre
Mecanismos de Fraturamento e Crescimento de Falhas
Neste trabalho é proposto o reconhecimento da arquitetura de falhas como produto
de mecanismos específicos de deformação providos de uma base de características
precedentes. Como exemplo, a zona de danos, cuja ocorrência e distribuição de juntas de
distensão, brechas e/ou bandas de deformação apresenta-se ao longo de uma falha.
Uma falha pode agir como condutor ou barreira para fluidos dependendo do
desenvolvimento e distribuição de rochas falhadas bem como, do arranjo de estruturas
como juntas de distensão e bandas de deformação na zona de danos (Aydin, 2000).
Portanto, a arquitetura e evolução temporal de falhas são elementos cruciais para
elucidação das rotas de migração dos hidrocarbonetos e do potencial de trapeamento.
Neste capítulo pretende-se fazer uma breve revisão dos conceitos atuais sobre
mecanismos, processos e nomenclaturas relacionadas à deformação frágil com ênfase em
arenitos porosos.
2.1. Mecanismos de formação de falhas em arenitos
Atualmente, baseando-se em recentes conceitos relacionados à deformação frágil em
arenitos porosos, podem-se aceitar dois mecanismos gerais e distintos para a formação de
falhas que podem ser descritos como (Davatzes et al., 2003): (1) falhas formadas por
bandas de deformação (BD) e (2) falhas geradas pela formação e subseqüente
cisalhamento de juntas de distensão.
As falhas compostas por bandas de deformação acumulam o rejeito pela adição de
novas bandas. Eventualmente, uma descontinuidade planar pode se formar ao longo da
zona de bandas de deformação, como uma superfície de deslocamento que acomoda a
maioria do rejeito subseqüente. O mecanismo de deformação em bandas é controlado pelas
propriedades do material na escala dos grãos incluindo porosidade, selecionamento,
composição mineralógica e o estado de tensão (Antonellini & Aydin, 1994).
Em contrapartida, o cisalhamento de descontinuidades planares é controlado pela
presença de flaws microscópicos (p.e. superfícies de descontinuidades pré-existentes) em
uma orientação favorável para localizar a tensão cisalhante. A formação de banda de
deformação, durante fases precoces ao falhamento, estabelece uma anisotropia que é
explorada pelo cisalhamento subseqüente ao longo de falhas (Antonellini & Aydin, 1995).
Com o acréscimo no rejeito, se dá o crescimento no comprimento e na quantidade de
superfícies de deslocamento.
4
Ferreira, T S
Capítulo 2
Assim, estas falhas são constituídas por três características estruturais: bandas de
deformação individuais, zonas de bandas de deformação e superfícies de deslocamento
(Figura 2.1a).
O segundo mecanismo de deformação em arenitos é caracterizado pelo cisalhamento
de descontinuidades pré-existentes, como juntas de distensão ou interfaces do acamamento
(Figura 2.1b). As juntas ocupam o plano principal normal a menor tensão compressiva
durante o fraturamento. Na ordem de juntas de distensão para falhas, a tensão cisalhante
deve estabelecer no plano da junta uma magnitude capaz de exceder a resistência friccional
da superfície. A tensão cisalhante pode ocasionar a rotação do material. O cisalhamento de
juntas de distensão resulta de tensões locais próximas à extremidade, onde novas juntas
denominadas de splays podem se propagar (Figura 2.1b) (Cruiksbank et al., 1991).
(a)
Falhas formadas por
bandas de deformação
Estágio 0
Falhas a partir de
cisalhamento de juntas
(b)
Estágio 0
marcador
0
1
2
Pré-existência de
fraquezas mecânicas
(juntas, acamamento, etc.)
Rejeito =0
m
Estágio 1
Estágio 1
BD simples
Falhamento por cisalhamento
ao longo de fraturas
pré-existentes acompanhado
por processos de linkage
Rejeito: 1-3mm
-3
-2
Rejeito: 10 - 10
Estágio 2
Estágio 2
Zona de Bd’s
anastomosadas
Deslocamento transferido
ao longo das estrturas
conectadas/fragmentação
Rejeito: < 1m
Rejeito: 10-2 - 10-1
Zona de
fragmentação
Estágio 3
Estágio 3
Zona de Bd’s com
superfícies de
deslizamento
adjacentes
Zona de falha com
superfície de deslocamento
Rejeito: > 1m
Rejeito: > 1m
Superfície de
deslocamento
Figura 2.1 - Mecanismos de desenvolvimento de falhas em arenitos: (a) Por formação de bandas de
deformação (BD) e (b) Pela formação e cisalhamento subseqüente de juntas.
Fonte: Modificado de Davatzes et al. (2003).
As juntas splays têm sido identificadas na literatura como fraturas horsetail (rabo de
cavalo), fraturas pinnate, fraturas Kink, entre outras denominações. O termo junta splay é
5
Ferreira, T S
Capítulo 2
adotado aqui para enfatizar estas estruturas que se formaram sob circunstancias e resultam
em uma geometria característica em relação ao deslizamento de descontinuidades. Com o
aumento do rejeito, juntas precocemente formadas podem ser reativadas no cisalhamento e
formarem uma segunda geração de juntas splay. Davatzes et al. (2003) documentou a
formação de zonas de danos, brechas e falhas pela formação de juntas splay e que
conectam juntas cisalhantes em en échellon ou em arranjos paralelos (Figura 2.1b). As
características estruturais das juntas relacionadas à falhamento incluem: juntas (ou outras
descontinuidades pré-existentes); juntas cisalhantes; juntas splay; zonas de danos e falhas.
2.2. Iniciação e propagação de falhas
A compreensão dos vários estilos de iniciação e propagação de falhas é de grande
importância na compreensão das propriedades da rocha deformada, bem como, das
populações de falhas. Diferentes estilos de iniciação de falhas têm sido descritos em vários
trabalhos com diferentes litologias e ambientes tectônicos. Uma síntese sobre alguns
importantes estilos de iniciação e propagação de falhas e uma discussão sobre os fatores
que influenciam estes diferentes estilos, serão descritos baseados em trabalhos recentes.
(a) Wing crack (fratura em forma de asa)
(e) Rabo de cavalo + falhas antitéticas
(b) Rabo de cavalo ou fratura pinnate
(f) Falhas Sintéticas + falhas antitéticas
(c) Falhas sintéticas
(g) Mista
(D) Falhas antitéticas
Figura 2.2 – Ilustrações esquemáticas dos principais tipos de propagação de falhas por suas
terminações (Tip propagation ou process zone de Cowie & Shipton, 2003) que podem ser divididas em
quatro principais (a-d) e alguns tipos combinados ou mistos (e-g).
Fonte: Modificado de Kim et al. (2004).
As falhas comumente formam zonas complexas de interação e ligação (linkage) de
segmentos, e esta segmentação é, em parte, uma conseqüência da forma na qual a falha se
inicia e cresce (Figuras 2.2, 2.3 e 2.4). Podemos reconhecer e organizar a iniciação de
falhas em três estilos segundo Crider & Peacock (2004): iniciação por estruturas préexistentes, iniciação com estruturas precursoras, ou iniciação como zonas de cisalhamento
contínuas. Estes estilos de iniciação e subseqüente crescimento (Figuras 2.2, 2.3 e 2.4)
6
Ferreira, T S
Capítulo 2
influenciam na zona de danos e, portanto, controlam intimamente as características e
propriedades da rocha deformada, incluindo o fluxo de fluidos ao longo da falha.
(a) Propagação pela terminação
(d) Falhas sintéticas
(e) Falhas antitéticas
(b) Veios escalonados
(f) Rotação de blocos
ou juntas de arrasto
(c) Fraturas distensionais
Figura 2.3 – Ilustrações esquemáticas dos principais tipos de estruturas relacionadas ao
desenvolvimento e/ou propagação de falhas.
Para este trabalho é definido como falha uma superfície ou zona de deformação
através da qual existe um deslocamento descontínuo que inclui (mas não é limitado por)
deslizamentos (slips) paralelos a superfície ou bordejando a zona principal. Esta definição
pode ser utilizada para as conhecidas fraturas de cisalhamento (shear fractures), que são
superfícies singulares de deslocamento descontínuo responsáveis pelo início de um
cisalhamento. Esta definição é distinta de zona de cisalhamento (shear zone), que é uma
região localizada de deslocamento contínuo (Crider & Peacock, 2004).
Falhas também podem se desenvolver a partir de estruturas precoces em mesoescala. As estruturas mais comuns são juntas de distensão (fraturas tipo I), veios (fraturas
tipo I preenchidas), ou superfícies de dissolução por pressão (fraturas tipo –I, juntas
estilolíticas, ou anticracks) (Figura 2.3). A distinção entre estruturas pré-existentes e
estruturas precursoras pode ser entendida através de suas definições.
As estruturas preexistentes são estruturas que foram formadas mais cedo em um
campo de tensão aparentemente sem relação com o falhamento. As estruturas precursoras
foram formadas em um estágio anterior ao falhamento, no mesmo campo de tensão. Esta
revisão conceitual é baseada na iniciação de falhas associadas às juntas de distensão,
superfícies de dissolução por pressão e bandas de deformação.
7
Ferreira, T S
Capítulo 2
(a) Juntas de distensão
(e) Bloco e/ou falhas antitéticas rotacionados
Pontes contracionais
Pontes extensionais
(b) Pull-apart
(c) bloco rotacionado
(f) Falha sintética de conexão
(g) Lentes isoladas
d) lentes isoladas
Figura 2.4 – Ilustrações esquemáticas dos principais estilos relacionados aos processos de ligação
(linkage) de estruturas resultando na propagação de falhas.
2.2.1. Falhas desenvolvidas a partir de estruturas pré-existentes
A compreensão de falhas desenvolvidas a partir de estruturas pré-existentes pode
ser simplificada e sintetizada a partir do desenvolvimento de juntas de distensão, que são
as estruturas mais comumente envolvidas neste tipo de iniciação de falhas.
(1)
1
1
1 Tardio
(2)
1
1Tardio
(3)
1
1Tardio
(4)
1
Figura 2.5 – Modelo de evolução para o desenvolvimento de zona de falha iniciada por juntas de
distensão pré-existentes. Ver explicação no texto. Fonte: Crider & Peacock (2004).
Estas estruturas podem ser desenvolvidas em quatro estágios principais (Crider &
Peacock, 2004) (Figura 2.5):
8
Ferreira, T S
Capítulo 2
(1) Algum tempo antes da iniciação do falhamento, um arranjo de juntas de
distensão en échellon se desenvolve paralelo à direção do tensor de máxima compressão
(σ1). Estas juntas de distensão tornam-se estruturas pré-existentes a falha. (2) A direção
do tensor compressivo regional rotaciona, causando deslizamento através das juntas. (3)
Pequenos cracks (também conhecidos como tail cracks) se desenvolvem em passos
distensionais entre as juntas en échellon, conduzindo ao desenvolvimento de pull-aparts
como o acréscimo de deslocamento. (4) O aumento do deslocamento causa a rotação de
blocos que são bordejados pelos pull-aparts, e o resultado final é uma zona de falha com
formação de brechas.
2.2.2 - Falhas que se desenvolvem com estruturas precursoras
2.2.2.1 - Juntas
As falhas são cercadas por um conjunto (set) de juntas dominantes, com blocos de
muro comumente incluídos na zona de falha. Um modelo para exemplificação do
desenvolvimento de um sistema de juntas paralelas à direção de σ1 é mostrado na figura
2.6, onde se torna localmente intenso em uma zona de cisalhamento incipiente. Um
conjunto de juntas transversais (cross-joints) se desenvolve para ligar o primeiro conjunto
de juntas. Juntas transversais comumente se desenvolvem perpendicularmente ao
espaçamento pré-existente das juntas devido a uma reorientação local do σ1 (Crider &
Peacock, 2004).
1
(1)
1
(4)
1
1
(2)
1
1
(5)
1
1
(3)
1
1
trajetória
do stress
Figura 2.6 – Modelo de evolução para o desenvolvimento de zona de falha iniciada por juntas
precursoras. Ver explicação no texto. Fonte: Crider & Peacock (2004).
9
Ferreira, T S
Capítulo 2
Peacock (2001) interpreta as juntas transversais como tendo sido desenvolvido pela
perturbação do σ1 dentro da zona de cisalhamento (Figura 2.6, 4 a 5). Uma superfície de
falha se desenvolve como um cisalhamento continuado. Utilizando este processo, falhas se
desenvolvem em uma rocha sem a propagação de fraturas pré-existentes ou fraturas tipo II
(fraturas cisalhante), dentro de um sistema de tensão particular (Peacock e Sanderson,
1995).
2.2.2.2 – Superfícies de dissolução por pressão (juntas estilolíticas)
As
superfícies
de
dissolução
por
pressão
podem
também
servi
como
descontinuidades no desenvolvimento de falhas, principalmente relacionada à zona de
empurrões (thrusts). Estas estruturas podem iniciar com arranjos a partir de pequenos
empurrões. Estas superfícies podem ser ligadas por veios produzindo uma superfície de
falha continua. Este modelo é similar ao mostrado para juntas precursoras (Figura 2.6), pois
requer perturbação no campo de tensão para a ligação das estruturas precursoras. Peacock
& Sanderson (1995) mostram arranjos transpressionais similares com superfícies de
dissolução por pressão. Ohlmacher & Aydin (1997) descreve veios e superfícies de
dissolução por pressão, relacionadas a empurrões, e sugere que estas superfícies se
formam durante períodos inter-deslizamento (inter-slip), e veios paralelos as falhas podem
se formar durantes os eventos de deslizamento.
2.2.2.3 – Bandas de deformação
As exemplificações anteriores requereram a presença do desenvolvimento preliminar
de fraturas tipo I (juntas de distensão) ou –I (juntas estilolíticas) para iniciação de falha.
Porém, algumas falhas são iniciadas através do desenvolvimento de zonas de cisalhamento.
As bandas de deformação são delgadas zonas de redução de porosidade, cortadas por
cisalhamentos que possuem rejeitos milimétricos, quando podem ser medidos (Antonellini
et al.,1994).
Segundo Antonellini & Aydin (1994) as bandas de deformação não contem um
deslocamento descontínuo. Sendo assim, falando estritamente, elas não são consideradas
falhas propriamente ditas, sendo mais bem descritas como zonas de cisalhamento semifrágeis (semi-brittle) (Crider & Peacock, 2004). As bandas de deformação podem ser
reconhecidas em dois grandes tipos principais (Antonellini & Aydin, 1994): bandas de
deformação com catáclase em zona de redução de porosidade, e bandas sem catáclase. As
bandas de deformação com catáclase apresentam redução da porosidade de uma ordem de
magnitude e redução da permeabilidade de três ordens comparada com a rocha não
deformada (Antonellini & Aydin, 1994). Exposições deste estilo de banda de deformação
comumente formam partes resistentes a erosão. Shipton & Cowie (2001) sugerem um
modelo para o desenvolvimento de falhas por bandas de formação em arenitos (Figura 2.7).
10
Ferreira, T S
Capítulo 2
B)
A)
C)
D)
Figura 2.7 – Modelo de desenvolvimento de falha por bandas de deformação em arenitos porosos.
(A) A deformação ocorre concentrada nas terminações das bandas simples para a formação dos
primeiros clusters; (B) As maiores superfícies de deslizamento coalescem para formarem uma
superfície de falha. A densidade clusters aumenta, e novas superfícies de deslizamento continuam a se
formar dentro dos clusters; (C) O aumento da acumulação de deslocamento é concentrado na
superfície de falha. Algumas superfícies de deslizamento continuam a ser nucleadas dentro da zona de
danos. (D) A espessura da zona de danos da falha aumenta com a deformação.
Fonte: Modificado de Shipton & Cowie (2001).
Em arenitos porosos com bom selecionamento dos grãos, a deformação é localizada
onde o cimento é mais fraco ou onde a forma dos grãos permite o deslizamento e rolamento
entre os grãos. O rearranjo dos contatos entre os grãos (partindo, por exemplo, do
empacotamento hexagonal para cúbico) reduz a área de contato de uma parte dos grãos e
aumenta o contato tensional, conduzido ao microfraturamento (Figura 2.8). Com o contínuo
cisalhamento e catáclase, os grãos têm aumento na área de contato. Por fim, com o
aumento da fricção entre os grãos, as tensões não são suficientes para continua a
deformação na banda. A seqüência é repetida em pequenos intervalos, até a zona de
bandas de deformação ter acumulado uma moderada quantidade de deslocamento (Figura
2.8c). A zona é suficientemente larga para concentrar tensão de uma forma inflexível em
uma meio soft, produzindo uma superfície de deslizamento (slip plane) ou falha no núcleo
da zona (Crider & Peacock, 2004).
11
Ferreira, T S
Capítulo 2
(1)
(2)
(3)
Figura 2.8 – Evolução microestrutural para formação de banda de deformação. (1) empacotamento
hexagonal inicial dos grãos de areia; (2) deslizamento dos grãos ao longo de um plano de
cisalhamento contendo menos pontos de contato; (3) Microfraturamento dos grãos formando uma
zona de catáclase com redução de porosidade.
Fonte: Crider & Peacock (2004).
Outros estilos de deformação contínua e descontínua podem preceder o falhamento,
porém foi apresentado aqui apenas um breve resumo de alguns dos principais estilos de
iniciação de falhas. Este foi realizado a partir da compilação de vários artigos científicos e
baseado no trabalho de Crider & Peacock (2004). Uma falha pode ainda se propagar
envolvendo dobramentos de camadas, ou guiadas por suas terminações, ou a combinação
dos vários estilos aqui descritos, ou ainda podem incluir outras estruturas.
2.3. Fatores que influenciam o estilo de iniciação de falhas
A estrutura da rocha, incluindo tamanho dos grãos, acamamento e mineralogia
parecem ser as principais influências primárias na natureza da estruturas precursoras. Por
exemplo, é evidente que rochas com minerais altamente solúveis (calcita, dolomita) são
comumente formadoras de superfícies de dissolução (juntas estilolíticas, fraturas tipo –I) do
que rochas sem estes minerais. A dissolução por pressão é também mais acentuada em
rochas de granulometria fina do que naquelas de granulometria grossa (Andrews &
Railsback, 1997). Nestas rochas, a maior parte da área superficial da falha é percorrida e
exposta a fluidos devido à dissolução.
Em rochas sedimentares de granulometria grossa, os próprios grãos minerais podem
influenciar na textura da superfície de juntas pré-existentes, produzindo asperezas que
podem direcionar o aumento da catáclase. As bordas dos grãos também são importantes
estruturas precursoras para o falhamento, tanto na formação de falhas em rochas
cristalinas, com em bandas de deformação (Antonellini & Aydin, 1994).
A cimentação e a porosidade podem ter importantes influências na iniciação de
falhas na escala de grãos em rochas sedimentares. Falhas em rochas fracamente
cimentadas podem ser iniciadas como zonas de zonas de cisalhamento ou bandas de
deformação, enquanto falhas em rochas mais competentes comumente começam com
fraturas distensionais. Shipton & Cowie (2001) observaram que em zona de danos em
rochas de baixa porosidade, existem mais contatos entre os grãos, e ocorre mais
12
Ferreira, T S
Capítulo 2
fraturamento na zona de danos em escala de grãos. Para rochas com alta porosidade, o
fraturamento na escala de grãos é observado somente dentro da banda de deformação
(Anders & Wiltscchko, 1994). Nestas rochas o strain adicional pode ser acomodado pelo
deslizamento e rolamento dos grãos. As rochas melhor cimentadas mostram um maior
fraturamento dos grãos com a predominância de zonas de catáclase. Falhas em rochas mais
porosas e fracamente cimentadas aparentam ser iniciadas por reorganização e colapso de
grãos (Anders & Wiltscchko, 1994).
A compactação mecânica nas rochas sedimentares é importante para a natureza das
estruturas iniciais de falhas. Os planos de acamamento podem agir como descontinuidades
a partir dos quais as falhas se iniciam. O acamamento geralmente controla o comprimento e
espaçamento de juntas distensionais pré-existentes. A relação geométrica entre a
orientação da tensão principal e o acamamento é um importante fator controlador do estilo
de iniciação da falha.
2.4. Mecanismos de pertubação da tensão local
A pertubação da tensão local requer a ligação de várias estruturas precursoras ou
pré-existentes para formar uma zona de falha incipiente. Os estilos de iniciação de falhas
descritos aqui operam em escala de centímetros e metros, o tamanho típico do intervalo de
juntas de distensão e outras estruturas precursoras. Em falhas de comprimentos maiores do
que dezenas de metros, os mecanismos de crescimento de falha começam dominantemente
pelo crescimento por ligação (linkage) de segmentos de falhas dispersos. Este mecanismo é
bastante
importante
na
evolução
de
falhas
transcorrente
(strike-slip),
bandas
de
deformação e falhas de empurrão (thrusts faults). A ligação de segmentos tem relevância
na perturbação e concentração da tensão na zona entre os segmentos. Os mecanismos de
interação dos segmentos de falhas têm sido descritos e modelados por vários autores (p.e.
Crider, 2001). Estes estudos mostram que a trajetória e magnitude da tensão local são
perturbadas a partir de valores regionais, produzindo fraturas secundárias e variações na
distribuição do deslocamento correspondente ao campo de observações. A ligação de
segmentos de falhas pré-existentes é um mecanismo de crescimento mais eficiente do que
a propagação a partir das terminações da falha, pois as falhas individuais aumentam de
comprimento em grandes intervalos de deformação (Mansfiel & Cartwright, 2001).
2.5. Nucleação relacionada ao sistema de fraturas de Riedel
O termo Riedel Shears ou fraturas/cisalhamentos de Riedel refere-se a uma
geometria específica inicialmente criada em modelos de blocos de argila (Riedel, 1929 Apud
Davis et al., 1999). O padrão inclui um relativo encurtamento, segmentos de falhas en
échellon que podem ser ligadas de algumas formas a zona de cisalhamento principal (ZCP).
13
Ferreira, T S
Capítulo 2
X
90- /2
P
/2
ZCP
Y
ZCP
/2
R
T
ZCP
R’
Figura 2.9 – Desenho ilustrando os elementos comuns do sistema de cisalhamento de Riedel, nem
todos podem estar presentes em uma dada zona de cisalhamento principal (ZCP). A presença de
cisalhamentos R é apenas um requisito para uma zona de cisalhamento ser considerada com zona de
Riedel, e cisalhamentos R, estão quase sempre presentes (Davis et al., 1999).
Fonte: Modificado de Davis et al. (1999).
Geometricamente, o padrão idealizado de Riedel é definido por uma série de fraturas
orientadas em ângulos específicos com a direção da ZCP (Figura 2.9). O sistema idealizado
inclui fraturas cisalhantes R e R’, inclinadas a 45º +/- φ/2 (φ é o ângulo de fricção interna
da rocha não deformada), uma cisalhante P, inclinada em –45° +φ/2, e uma fatura T,
inclinada em 45º e uma possível cisalhante X, –45° -φ/2. Algumas fraturas cisalhantes
podem ser sub-paralelas (Figura 2.9)
2.6. Zona de danos
Falhas são freqüentemente cercadas por uma zona com estruturas subsidiárias,
denominada como zona de danos. As possíveis origens para as estruturas na zona de danos
são referidas na literatura como devido a: As juntas de distensão ocupam o plano principal
normal a menor tensão compressiva durante o fraturamento (Cowie & Shipton, 2003). Na
ordem de juntas para falhas, a tensão cisalhante é estabelecida no plano da junta de
distensão e sua magnitude deve exceder a resistência friccional da superfície da junta. A
tensão cisalhante pode ocasionar a rotação do material. Cowie & Shipton (2003) citam
alguns fatos causadores de uma zona de danos:
Flexura de camadas ao longo de falhas;
Deslocamentos repetitivos na superfície da falha;
Concentração de tensão nas terminações da falha;
Strain em zonas onde ocorre linkage de segmentos de falha adjacentes.
Em rochas areníticas com alta porosidade observa-se que a espessura da zona de
danos é proporcional ao rejeito total da falha principal (Shipton & Cowie, 2001), porém as
14
Ferreira, T S
Capítulo 2
regras do mecanismo de deformação no controle da espessura e do deslocamento na zona
de danos ainda não são previamente bem discutidos (Figura 2.10).
tensão intensificada
tensão intensificada
tensão aliviada
tensão aliviada
Figura 2.10 – Visão em planta da variação de tensão ao redor de uma falha normal. Regiões de
variação positiva de tensão (tensão intensificada) indicadas em cinza, áreas de variação de stress
negativo (tensão aliviada) indicados em linhas pontilhadas. Se a tensão ao redor das terminações da
falha excede o yield strenght local da rocha então pode ocorrer deformação na região de intensificação
de tensão (tensão intensificada).
Um modelo proposto por Cowie & Shipton (1998) concebe o crescimento de falhas
ocorrendo devido a deslocamentos repetitivos em pequenas partes (patch) da superfície da
falha. Isto pode ser modelado pela evidência de vários eventos pequenos de deslocamento
sem a criação de concentrações de tensão irreal nas terminações da falha (Cowie & Scholz,
1992). Este modelo (Slip-patch) tem importantes implicações para o desenvolvimento de
estruturas em zona de danos.
2.6.1. Elementos de uma zona de danos em arenitos porosos
A zona de danos em arenitos porosos pode ser compreendida por um conjunto de
estruturas (bandas de deformação, juntas, etc.) e ocasionais superfícies de deslocamento,
com uma proporção relativa de rocha não deformada. Os elementos que compõe e definem
uma zona de danos são:
Zona de Falha – consiste de uma falha-núcleo ou principal cercada por uma zona de
danos composta por conjunto de bandas de deformação e/ou fraturas;
Banda de deformação (Deformation Bands) – são zonas de catáclase sendo elementos
típicos em arenitos porosos, geralmente de espessura milimétrica a centimétrica;
15
Ferreira, T S
Capítulo 2
Falha Núcleo ou Principal – consiste de um grupo compacto de bandas de deformação
geralmente bordejadas por bandas finas, altamente polidas pela superfície de
deslizamento;
Superfícies de deslizamento (slip-planes) – apresentam características distintivas nas
micro-estruturas, comparada com as bandas de deformação;
Limite da Zona de Danos – a transição do conjunto de bandas de deformação para
poucas ou nenhuma define a margem.
2.7. Densidade de deformação
A Densidade de deformação é definida como o número de feições por unidade de área.
Esta medida é diferente da intensidade de deformação, que é a densidade multiplicada por
um fator (offset) para cada feição. A intensidade é mais de difícil de obter, pois este fator é
difícil de medir e pode ocasionar erros significativos. A variação da densidade de
deformação dentro de uma zona de danos é uma maneira conveniente de descrever as
variações locais de strain (Figura 2.11).
espessura finita da ZD
na terminação da falha
densidade de deformação
máxima estará dentro da ZD
densidade de
deformação pode variar
ao longo da FN
Rocha
não-deformada
espessura da ZD aumenta
com o deslocamento
Rocha
não-deformada
envelope da
zona de danos
ZD
FN
ZD
superfícies de deslizamento podem
ocorrer dentro da zona de danos
Figura 2.11 – Bloco diagrama idealizando a disposição de estruturas em uma zona de danos. A
relação de escala da espessura da zona de danos com o rejeito é observada na visão em planta. As
superfícies de deslizamento são mostradas como linhas escuras nas bandas de deformação. ZD – zona
de danos; FN – falha núcleo/principal.
16
Ferreira, T S
Capítulo 2
2.8. Processo de acumulação de deslocamento
O modelo Slip-Patch apresentado por Cowie & Shipton (1998) discuti a implicação da
modificação do modelo de crescimento de falhas que incluem o strain hardening para
explicar a geração de zona de danos.
A proporção de strain que é assumida para uma zona de danos, comparada com o
deslocamento principal não é precisamente conhecida, contundo, sabendo que as bandas de
deformação
nunca
têm
grandes
deslocamentos
dentro
da
zona
de
danos
sendo
relativamente poucas em número e extensão lateral. Isto denota que a maioria das medidas
de rejeito na zona de danos é assumida como sendo da falha principal (Cowie & Shipton,
2003).
A geometria das estruturas dentro de uma zona de danos indica, em geral,
desenvolvimento devido ao processo de acumulação de deslocamento na superfície da falha.
Segundo Cowie & Shipton (2003), inicialmente, as bandas de deformação teriam um
caráter sintético e/ou antitético a falha principal, mas a direção não é paralela. Esta
variação de direção é simétrica ao redor do plano de falha principal definindo geralmente
uma simetria ortorrômbica, indicando que estas se formaram dentro de um campo tridimensional de strain. Esta disposição das estruturas da zona de danos é interpretada como
tendo sido formada em um campo localmente controlado devido ao crescimento destas
falhas (bandas de deformação).
Também, é visto que a espessura da zona de danos varia ao longo da falha principal.
Isto sugere que a zona de danos resulta de processos de acumulação de deslocamento no
plano da falha principal. Na terminação da falha o deslocamento medido ainda não é
acumulado pois a deformação não pode ser assumida devido ao resultado direto de
acumulação de deslocamento. Esta deformação é interpretada como sendo associada à
propagação da terminação da falha (tip propagation). Ex. zona de processo (process zone).
A deformação pode ser produzida fora do plano de falha se a concentração de
tensões nas terminações de um fragmento de deslizamento (slip-patch) excede o yield
strength local da rocha. Microestruturas no plano de falha podem denotar uma historia
complexa marcada por eventos de deslizamento. Relações cruzadas múltiplas entre bandas
de deformação ao redor da superfície da falha principal podem denotar um crescimento de
falha em arenitos porosos por eventos de deslizamento múltiplos.
Outros fatores afetam a espessura da zona de danos que incluem variações
litológicas, ligação de falhas e evolução dos mecanismos através do tempo. A espessura da
zona de danos pode se mostra diferente de acordo com o yield strenght da rocha.
Considerando assim, o contraste dos mecanismos de deformação associados com as bandas
de deformação (strain hardening local) e superfícies de deslizamento (strain softening local)
dentro da zona de danos, ambos podem explicar o espessamento da zona com o acréscimo
de rejeito e a máxima deformação constante. O acréscimo da densidade de deformação
ocorre inicialmente devido ao strain hardening local. Quando a densidade de deformação
17
Ferreira, T S
Capítulo 2
atinge um valor crítico desenvolve uma superfície de deslizamento interconectada com a
zona de danos que começa a acumular o rejeito e então produz mais zonas de danos
através da falha principal. Uma hierarquia de desenvolvimento das superfícies de
deslizamento (slip planes) é produzida com o maior numero de bem desenvolvidas
superfícies de deslizamento formadas onde o rejeito é maior.
2.9. A importância do strain hardening x strain softening
A observação da deformação máxima constante na zona de danos compostas por
bandas de deformação, combinada com a correlação da espessura da zona de danos com o
rejeito, sugere que algum processo transfere deformação através da falha principal para
cada evento de deslizamento envolvendo strain hardening e softening (Cowie & Shipton,
2003).
A
transição
strain
hardening
para
strain
softening
é
vital
para
todo
o
desenvolvimento da zona de danos em arenitos porosos. Possíveis deslizamentos repetitivos
na falha principal causam adição de bandas de deformação para forma a zona de danos.
Devido ao strain hardening, os danos são concentrados preferencialmente na parte não
deformada da rocha até a intensificação na densidade de deformação. Entretanto, quando a
densidade de deformação em algum ponto dentro da zona de danos assume um valor crítico
(para arenitos com porosidade alta, cerca de 30%; Cowie & Shipton, 1998), se desenvolve
uma superfície de deslizamento interconecta através da falha principal e torna local
qualquer rejeito total através da zona. Esta nova superfície de deslizamento pode gerar
pequenas zonas de danos quando acontece sua ruptura.
Em litologias que não exibem comportamento de strain hardening, os efeitos de
intensificação de tensão nas terminações dos fragmentos de deslizamento (slip-patch)
podem ser simplificados pela superposição de estruturas.
18
Ferreira, T S
Capítulo 3
Estudo do caso na Formação Açu, Bacia Potiguar (RN)
Capítulo 3
Estudo do caso na Formação Açu, Bacia Potiguar
3.1. Contexto geológico e localização
A área discutida neste capitulo está inserida geologicamente na Formação Açu, no
contexto geológico da Bacia Potiguar. A parte emersa da Bacia Potiguar abrange uma área
de cerca de 25.500Km2 (Ojeda & Dos Santos, 1982), cobrindo uma faixa que se estende ao
longo do litoral dos estados do Rio Grande do Norte e Ceará (Figura 3.1).
O arcabouço estrutural é constituído por feições tafrogênicas representadas por
horsts, grabens, altos, baixos e plataformas, recobertas por extenso sinclinal com eixo
mergulhando para nordeste, no sentido da plataforma continental.
38°
36°
37°
N
W
O
CE
5°
c e a n o
A t l â n
t i
c
Macau
E
S
o
5°
Pendências
Bacia Potiguar
BRASIL
Bacia
Potiguar
Figura 3.1 – Mapa simplificado de contextualização geológica da Bacia Potiguar. Observar a extensão
e disposição da Formação Açu dentro do contexto regional da Bacia potiguar emersa.
A estratigrafia da Bacia Potiguar pode ser resumida como sendo constituída por uma
espessa seqüência de sedimentos clásticos grossos a finos, correspondente a Formações
Pendência, Alagamar e Açu, recoberta concordantemente pela seção carbonática da
Formação
Jandaíra.
A
formação
Açu,
19
predominantemente
arenosa,
repousa
Ferreira, T S
Capítulo 3
discordantemente sobre a Formação Alagamar. A Formação Jandaíra é constituída de
calcarenitos
e
calcilutitos,
creme-claros
acizentados,
bioclásticos,
com
eventuais
intercalações de arenitos, folhelhos anidrita e marga. O seu contato com a Formação Açu é
transicional.
A Bacia Potiguar é classificada com bacia costeira estável superposta a uma bacia Rift
(Ojeda & Dos Santos, 1982). A história geológica da bacia pode ser dividida em três
estágios: Estágio rift, decorrente da ruptura crustal que precedeu o afastamento das placas
Africana e Sul-americana, iniciado no Neocomiano, caracterizado por intensa tafrogenia que
deu lugar a rifts valleys orientados preferencialmente NE-SW. O estágio de transição no
Aptiano-Eoalbiano, quando o tectonismo foi menos intenso, e teve início à ruptura crustal e
as primeiras transgressões marinhas. Por fim, O estágio de migração iniciado no
Neoalbiano-Campaniano, ocorrendo um lento e gradual basculamento para norte decorrente
da separação definitiva das placas. Concomitantemente, desenvolveu-se ativa subsidência
ao longo de um eixo N70E onde foram depositados os sedimentos fluvio-deltáicos da
Formação Açu.
A formação Açu foi reconhecida como unidade litoestratigráfica destes as primeiras
investigações na Bacia Potiguar e designada de “Arenito Vermelho” por Oliveira et al.
(1943) e de Basal Sandstone por Kreidler em 1949. Cypriano & Nunes (1968) propuseram
formalmente o nome Formação Açu para a unidade litoestratigráfica clástica que constitui a
base do cinturão de afloramentos que circunda a Bacia. A Formação Açu repousa
discordantemente sobre a Formação Alagamar e sua área de ocorrência estende-se além
dos limites ocupados por esta última, fazendo com que a formação Alagamar não aflore.
Dados de palinoestratiografia (Regali & Gonzaga, 1982) indicam consistentemente, Idade
Cenomiano para a Formação Açu, em terra.
Do ponto vista sedimentológico a formação Açu já foi objeto de vários estudos
detalhados em afloramentos, amostras de calha e testemunhos de poços. Estes estudos
reconhecem sistemas de leques aluviais e fluviais (entrelaçado e meandrante), na parte
inferior e média da formação, os quais evoluíram para sistemas deltaicos e estuarinos, no
topo da Formação. Esta variação faciológica ambiental é interpretada com o resultado de
um grande ciclo transgressivo, que se iniciou com a deposição continental (fluvio-deltáica),
passou por um ciclo transicional (deltaico-estuarino) culminando com a deposição
transicional (lagunar-supramaré) e marinha da Formação Jandaíra.
Na região em estudo (parte central da Bacia Potiguar) próximo a cidade de Açu-RN, a
Formação Açu aflora como arenitos hialinos, amarelo-claro e avermelhdos, médios a
grossos, por vezes conglomeráticos, subangulares a subarredondados, mal selecionados,
quartzosos e localmente piritosos. Por vezes, apresentam intercalações de siltitos, argilitos
e folhelhos, esverdeados a castanho-avermelhado.
A área em estudo, na margem sudoeste da lagoa do Piató, localiza-se a cerca de 5
km do centro da cidade de Açu, em sentido NW. O afloramento em estudo é constituído por
20
Ferreira, T S
Capítulo 3
rochas areníticas que afloram em algumas dezenas de metros de comprimento e até 10
metros de largura, acompanhando a margem da lagoa do Piató (Figura 3.2).
Figura 3.2 - Mapa de localização do caso estudado pertencente à Formação Açu (afloramento AçuAaç).
3.2. Apresentação do caso em estudo
O presente capítulo trata da analise estrutural da deformação frágil que ocorre em
arenitos porosos pertencentes à Formação Açu (Bacia Potiguar). A deformação é
representada principalmente por bandas de deformação que é o objeto de estudo deste
trabalho.
As bandas de deformação (BD’s) ocorrem em diversos pontos ao longo da Formação
Açu aflorante (Figura 3.1), porém os afloramentos são pouco expressivos e dispersos. Este
estudo é baseado em um afloramento-chave que ocorre na margem sudoeste da lagoa do
Piató, no município de Açu. O afloramento, aqui denominado como afloramento-Açu (Aaç)
corresponde a um pacote de arenito conglomerático com dimensões aproximadas de 15m x
8m x 1,5m. Este arenito apresenta estratificações cruzadas tabulares com níveis
conglomeráticos na base dos foresets e topsets. As estratificações cruzadas são de médio
porte com ângulo dos foresets de cerca de 30º e denotam direção de paleocorrente para
21
Ferreira, T S
Capítulo 3
noroeste. As bandas de deformação ocorrem cortando todas as estruturas sedimentares ou
se desenvolvem, raramente, aproveitando a superfície de acamamento sedimentar.
No contexto tectônico regional o Aaç está localizado a SE do sistema de falhas de
Carnaubais. Este sistema tem direção NE-SW sendo formado principalmente por um sistema
de falhas normais que controlaram a compartimentação da Bacia Potiguar on shore. Uma
importante observação é que a direção das BD’s do Aaç é preferencialmente quase que
perpendicular a este trend regional. Outra importante feição da tectônica frágil na região é a
falha de Afonso Bezerra que está localizada a NE do Aaç. A falha de Afonso Bezerra tem
trend NW-SE (aproximadamente paralelo à direção preferencial das BD's) com cinemática
predominantemente dextral.
De forma geral, as bandas de deformação estão dispostas com espessuras que
variam 0.5 cm a 9 cm e comprimento observável podendo alcançar de 8m a 12m. Estas
BD’s têm orientação preferencial NW-SE, e subordinadamente, N-S, preferencialmente com
mergulhos fortes a vertical, embora alguns sets apresentem mergulhos fracos à subhorizontais, mas sem grandes variações na orientação dos planos. Apresentam-se na forma
clusters resultantes da aglomeração de várias bandas de deformação milimétricas. Estes
clusters mostram uma forma interna ligeiramente anastamosada, porém apresentando uma
feição externa bastante retilínea. Estes planos são facilmente observáveis pela erosão
diferencial, que preservam as bandas, devido a maior resistência ao imtemperismo. Em
algumas BD’s é observado a formação de argila (smearing) devido à cominuição dos grãos
adjacentes
(principalmente
feldspatos).
A
presença
de
estrias
visíveis
é
restrita
preferencialmente aos planos cujas zonas tem espessuras superiores a 4 cm. Na maioria
dos casos as estrias mostram baixo rake variando de 05º a 22º. A priori, cinemática das
BD’s é de difícil determinação pela falta de boas feições que denotem um deslocamento
relativo.
Embora
marcadores
potenciais
podem
ser
observados
(p.e.
níveis
conglomeráticos), em nível mesoscópico, não mostram deslocamentos. Registra-se também
ausência de estruturas associadas e relacionáveis, tais como: juntas de distensão, etc. A
analogia da disposição geométrica das BD’s e o sistema de Riedel para a disposição
geométrica das BD’s é neste contexto bastante útil, na determinação da cinemática da
deformação.
3.3. Análise estrutural em meso-escala
A análise estrutural da deformação frágil em escala mesoscópica, aqui dividida em
duas etapas: Caracterização das BD’s e Interpretação da iniciação e propagação das BD’s.
22
Ferreira, T S
Capítulo 3
3.3.1. Caracterização das bandas de deformação.
As BD’s apresentam-se, em escala mesoscópica, como superfícies de espessura que
varia de 0.5 a 9 cm, por vezes, não facilmente individualizadas. Para este estudo foi tomada
como referência uma BD principal (BDP) por ser feição mais relevante no Aaç. Portanto, na
ausência de uma falha mais importante, interpretou-se a zona de danos como relacionada a
BDP (Figura 3.3).
64°
BDP
N
BD
P
34°
scanline
71°
N = 35
84°
82°
3 9°
44°
43°
65°
84°
Fm. Açu - Arenito conglomerático
Cobertura, Vegetação/solo
65°
80°
64°
Banda de Deformação Secundária
com mergulho médio
Amostra com seção delgada
BDP - Banda de Deformação Principal
com mergulho médio
Banda de Deformação Simples
A
Detalhe
Figura 3.3 – Mapa simplificado da distribuição das BD’s no Afloramento Açu (Aaç). Observar a
disposição da scanline (linha tracejada vermelha), os pontos de amostragem para seções delgadas e
as regiões interpretadas em detalhe. O diagrama de rosetas mostra a direção das BD’s secundárias
mais relevantes. O plano representativo da BDP e sua estria, também são mostrados. Os retângulos A
e B, se referem à figura 3.9 (ver adiante).
23
Ferreira, T S
Capítulo 3
A figura 3.3 mostra um mapa esquemático da distribuição BD’s no Aaç e a
localização dos dados coletados. As BD’s secundárias apresentam-se preferencialmente
distribuídas paralelamente a BDP, com direção variando 120-140º Az, e subordinadamente
ocorrem BD’s simples com direções bastante variadas (350º-20ºAz), com a predominância
daquelas de direção próxima a N-S.
A BDP é um cluster com textura predominantemente compacta, se apresenta com
contorno retilíneo, com direção 130º Az e mergulho médio de 64º NE. A BDP mostra estrias
bem conservadas com atitude média de 22º/120º Az. É a feição estrutural mais relevante
do afloramento com espessura média de 9 cm, e comprimento observável de até 12 m. As
BD’s secundárias (Figura 3.3) correspondem a clusters compostos por bandas de
deformação individualizadas ou não (Prancha 3.2, foto 3.2.4), que se mostram com
comprimentos variáveis no Aaç, e espessura de 4 a 7cm. Estas BD’s têm mergulho
moderado a vertical. Estes planos podem exibir estrias de baixo rake de 05º a 10º.
Apresentam-se com a forma externa bastante retilínea e internamente, se mostram de
forma compacta ou, em alguns casos, apresentam um caráter anastomosado composto por
BD’s simples.
As BD’s simples são BD’s composta por uma banda de deformação singular
individualizada em escala mesoscópica, e apresenta espessura de 0,5 a 3 cm. Estas BD’s
não mostram estrias e se apresentam de forma curvilínea com caráter anastomosado ou
com forma retilíneas, por vezes, escalonadas. As BD’s ocorrem dispersas por todo Aaç entre
as BD’s secundárias e possuem comprimento observável de 0,2 a 2,0m. Estas BD’s
mostram-se, por vezes, de forma curvilínea em mergulhos sub-horizontais ou se desenvolve
aproveitando a superfícies de acamamento sedimentar.
Y
N
R
R’
P
N=98
Figura 3.4 – Diagrama de rosetas das BD’s da zona de danos relacionada à BDP, interpretados como
um sistema de fraturas de Riedel (acima à direita).
24
Ferreira, T S
Capítulo 3
Para o estudo sistemático da zona de danos relacionada BDP foi realizado uma
scanline perpendicular à sua direção média (Figura 3.3). O objetivo foi obter dados de
forma sistemática e representativa de toda a zona de danos. Os dados de atitude e
espessura das BD’s interceptadas pela scanline são tratadas a seguir. A orientação das BD’s
é mostrada na figura 3.4. O agrupamento das estruturas seguindo o modelo de Riedel
mostra a distribuição das BD’s segundo R, R’, Y e P. O detalhamento da interpretação
destes grupos será exposto posteriormente.
A outra etapa do trabalho foi a caracterização das BD’s a partir da análise do
comportamento destas estruturas no plano vertical, ou seja, a caracterização das estruturas
no perfil do afloramento, o que permitiu a visualização da disposição tridimensional das
BD’s e suas correlações com as estruturas sedimentares do pacote arenítico (Figura 3.5).
No plano vertical mostrou claramente que as BD’s não apresentam deslocamento
observável em escala mesoscópica de qualquer horizonte sedimentar (acamamento
sedimentar, nível conglomerático, etc.) ou pertubação nas estruturas sedimentares
(espessamento de camadas, destruição de arranjos internos, etc.) (Figura 3.5, detalhes A,
B e C).
As BD’s secundárias se mostram mergulhando alternadamente ora para NE ora para
SW, com planos retilíneos de mergulho predominantemente forte. As BD’s simples
apresentam-se predominantemente com formas curvilíneas com mergulhos médios a
suaves. Foi possível observar também a presença de BD simples que se desenvolveram em
baixo ângulo com o acamamento sub-horizontal. As BD’s ocorrem freqüentemente entre
blocos não-deformados por BD’s secundárias fazendo ligação com mergulhos suaves entre
duas BD’s secundárias sucessivas (Figura 3.5).
3.3.1.1. Espessura vs distância da BDP
As variações na espessura médias das BD’s em função da distância a BDP, também,
puderam ser estudadas a partir de dados levantados pela scanline. A figura 3.6a mostra a
distribuição linear da densidade de deformação (número de BD’s/metro linear) em função
da distância da BDP. Este gráfico mostra uma variação irregular na densidade de
deformação com o maior pico no intervalo de 9-10m, e dois picos menores de nos intervalos
de 3-4m e, logo após o intervalo de maior densidade de deformação, 10-11m.
A distribuição de cada BD e sua respectiva espessura ao longo da scanline, é
apresentada no gráfico da figura 3.6b. Este gráfico mostra a predominância de BD’s simples
(espessura de 0.5 a 3 cm), ocorrendo quase que homogeneamente ao longo de toda
scanline,
com
algumas
concentrações
anômalas
próximas
as
BD’s
secundárias,
principalmente no centro do perfil (distância da BDP de 6 a 10m). Este gráfico mostra ainda
que as BD’s secundárias (espessura 4 a 7 cm) têm distribuição irregular com quatro picos
importantes, sendo três deles posicionados no centro do perfil. Outro importante dado que
25
Ferreira, T S
Capítulo 3
Figura 3.5 – Fotomosaico e sketch do perfil NE-SW do afloramento Açu mostrando a disposição das bandas de deformação (BD’s). Nos detalhes (A e B) notase que apesar da BD ser um estrutura proeminente não se observa deslocamento do acamamento sedimentar, bem marcado por níveis conglomeráticos. Em
(C) observar-se a presença de estratificações cruzadas tabulares próximo ao plano da BDP que não mostram nenhum tipo de pertubação ou deformação. Em
(D) é apresentado um modelo esquemático da disposição tridimensional das BD’s e sua relação com as feições sedimentares.
26
Ferreira, T S
Capítulo 3
Estudo do caso da Formação Açu, Bacia Potiguar (RN)
pode ser visualizado neste gráfico, são os picos relacionados às superfícies de deslizamento
(slip planes). De fato, no campo, as estrias foram observadas somente em superfícies que
atingiam uma certa espessura, as quais foram caracterizadas como as BD’s secundárias.
A figura 3.6c mostra um gráfico que demonstra a deformação ao longo da zona de
danos, considerando não só a quantidade de BD’s em um determinado intervalo, mas
também um parâmetro físico relacionado à deformação de cada BD (espessura). Para isto, o
gráfico foi formulado considerado o número de BD’s em certo intervalo da linha de
amostragem (scanline), ponderado pelas espessuras das BD’s neste intervalo. O resultado é
mostrado no gráfico 3.6c, apresenta a variação do denominado, fator T (espessura das BD’s
acumluda . metro/número de BD’s no intervalo) em função da distância da BDP. Este
gráfico é bem mais representativo do que o gráfico de densidade de deformação, pois
considera a espessura das BD’s, além da quantidade, ou seja, um intervalo com 10 BD’s de
0,2 cm, teria a mesma representatividade que um outro intervalo com 10 BD’s de 3 cm, no
gráfico de densidade de deformação. Entretanto, no gráfico do fator T que considera a
espessura da BD’s, o intervalo com 10 BD’s de 3 cm teria uma maior representatividade na
deformação (Figura 3.6).
A diferença entre os gráficos de densidade de deformação e do fator T, pode ser
observada nos intervalos 0-1 m (que contém a BDP) e 8-9 m (no centro da scanline, duas
estruturas relevantes na zona de danos). Nestes intervalos, o gráfico de densidade de
deformação mostra um valor relativamente pequeno, porém estes intervalos contêm as
estruturas mais relevantes da zona de danos. No gráfico de fator T, que considera a
espessura das BD’s, observa-se os maiores picos ao longo da scanline nestes intervalos.
Portanto o gráfico do fator T, representa melhor a deformação de um determinado
intervalo linear na scanline, diante disto, segundo este gráfico, os intervalos de maior
deformação seriam, em ordem descrescente: 0-1 m (contendo a BDP), 8-9 m (contendo
duas estruturas relevantes, espessura > 4 cm) e 6-7 m (contendo a segunda estrutura mais
relevante).
3.3.1.2. Tipo de crescimento de falha
O estereograma (Figura 3.7) confirma as observações preliminares mostrando a
predominância de BD’s com direções variando dentro dos quadrantes NW-SE, com
mergulhos preferencialmente fortes a verticais, e raramente sub-horizontais. Os mergulhos
dos planos ocorrem tanto para NE (com mergulhos médios a vertical) quanto para SW
(ângulos fortes a vertical).
De forma geral, nota-se que a densidade de BD’s diminui com a distância da falha
(BDP), embora se possa ter picos em situação intermediária, sinal da nucleação de nova
superfície de deslocamento. Este fato é comumente documentado na literatura (p.e. Scholz,
1998). Observações sugerem que uma distribuição logarítimica da distância da distribuição
27
Ferreira, T S
Capítulo 3
Figura 3.6 – Dados de espessura das BD’s, coletados a partir da scanline realizada no Afloramento
Açu (Aaç). Em (A) curva mostrando a espessura da BD’s vs a distancia relativa da BDP. (B) gráfico
que mostra a variação da densidade de deformação no intervalo de 1 metro. Em (C) gráfico
mostrando uma estimativa do comportamento da deformação ao longo da zona de danos a partir de
uma fator de ponderação relacionado à espessura das BD’s (ver texto).
dos danos ao longo da falha principal pode refletir os estágios precoces associado com a
formação da falha e a propagação na sua terminação (Cowie & Scholz, 1992). O timing do
desenvolvimento do fabric das microfraturas e a distribuição da orientação na zona de
danos devem refletir o processo de formação da falha (Wilson et al., 2003). Seguindo a
metodologia de Wilson et al. (supracitada), investigou-se esta possibilidade de comparar o
fabric de BD’s relacionadas à falhas de referência (BDP), com os fabric preditos com base
nos modelos mecânicos de formação de falhas.
Para os modelos, a normal da orientação média das fraturas (BD’s) (direção da
menor tensão compressiva) deve ficar no plano contendo o vetor de deslocamento (estria)
da falha de referência (BDP) e a normal da superfície da falha. A direção normal neste plano
será diferente para cada modelo (Wilson et al., 2003). Como exemplo, o modelo
andersoniano de falhamento é baseado no estado de tensão homogêneo e no critério de
28
Ferreira, T S
Capítulo 3
quebra de Coulomb e prediz que o stress compressivo máximo é de cerca de 30º com o
plano da falha. A normal das fraturas (BD’s) seria orientada a 30º com a normal da falha,
na direção do vetor de deslocamento (Figura 3.7).
Se o modelo assume uma distribuição heterogênea do stress durante a propagação
nas terminações e linkage de segmentos, é sugerido que as fraturas (BD’s) precoces devam
se formar em orientações distintas. Para as juntas distensionais o ângulo esperado é 20º do
lado compressional e 70º do lado extensional (tensil side), enquanto as cisalhantes o ângulo
é 45º (Figura 3.7).
Portanto, Wilson et al. (2003), analisando microfraturas dentro de uma zona de
danos, sugere ser possível predizer o tipo/mecanismo de crescimento da falha principal de
referência a partir da concentração máxima dos pólos dos planos das microfraturas. Nesta
metodologia é plotado um plano perpendicular ao plano da falha principal (ou BDP)
contendo a estria (e) e pólo (P) deste plano (plano M) (Figura 3.7). De acordo com Wilson
et al. (2003), o tensor de compressão máxima de cada tipo/mecanismo de crescimento de
falha seria distribuído ao longo de diferentes ângulos a partir do vetor de deslocamento
(estria) (slip vector) no plano M (Figura 3.7, quadro abaixo do estereograma). A
concentração máxima dos pólos das estruturas na zona de danos (dada pelas curvas de
contorno) se coincidente com alguns destes tensores de máxima compressão poderia
sugerir tipo iniciação e crescimento da falha principal associada.
N
N
BDP
b
Fa
lh
a
ci
in
Pr
l
pa
e
e
P
N=98
Wilson et al. (2003)
TIPOS DE CRESCIMENTO DE FALHA
Andersoniano (20º)
Terminação da falha por cisalhamento (45º)
Terminação da falha por distenção (30º, 70º)
Fadiga - deslizamento superf. irregular e frágil (85º)
Fadiga - deslizamento friccional a fechamento (75º)
Figura 3.7 – Estereograma das BD’s que compõem a zona de danos relacionada à BDP. Neste
estereograma é mostrado a BDP (grande círculo, e pólo - P) seu respectivo vetor de deslocamento
(estria- e), relacionando as curvas de contorno (BD’s da zona de danos). Segundo Wilson et al. (2003)
é possível predizer o mecanismo de crescimento de uma falha a partir da distribuição das estruturas
que formam a zona de danos. (ver explicação no texto). Pólo do plano perpendicular, (b) – eixo b.
A metodologia acima descrita foi tentativamente aplicada aos dados obtidos no Aaç.
Os máximos de densidade de distribuição das BD’s, entretanto, não mostraram uma
29
Ferreira, T S
Capítulo 3
distribuição que pudesse ser atribuída a um determinado mecanismo, especificamente. A
tendência de paralelismo (baixo ângulo) entre as BD’s da zona de danos e a BDP leva a
disposição dos máximos em ângulo elevado com o vetor de deslocamento, ou seja, um
posicionamento em torno do pólo (P) (Figura 3.7). Este arranjo sugere segundo esta
metodologia, a existência do processo de fadiga do material.
3.3.2. Correlações estatísticas
O estudo da zona de danos relacionada à BDP, mostrou importantes resultados a
partir do tratamento dos dados das scanlines, com auxílio de ferramentas estatísticas. Os
dados coletados foram classificados/reclassificados e organizados na forma de tabelas
representadas por atributos específicos para, enfim, a formulação de gráficos (log10 - log10)
(Figura 3.8).
a)
b)
2
R =0,97
10
Frequência cumulativa (/m)
Número de BD's
N= 10,4 E - 1,3
2
R =0,99
N= 2,1 E -1,5
1
0,1
1
1
1
10
10
Espessura BD (cm)
Espessura da BD (cm)
c)
d)
2
R =1,00
2
R =0,99
10
EM= 0,5 E 1,5
Espaçamento médio (/m)
Espaçamento médio (/m)
10
1
0,1
EM= F -1,0
1
0,1
1
10
0,1
Espessura BD (cm)
1
Figura 3.8 – Gráficos de correlação estatística sobre a disposição espacial das BD’s em meso-escala.
A equação da reta que relaciona os parâmetros apresentados (X,Y) é baseada na lei das escala
(power-law). O parâmetro estatístico R2 mede a correlação dos dados com a reta. Dados
perfeitamente correlacionáveis apresentam R2=1. N- Número de BD’s, E- Espessura da BD, EMEspaçamento Médio, F- Freqüência cumulativa.
30
Ferreira, T S
Capítulo 3
Os principais atributos das BD’s utilizados no tratamento estatísticos, foram os
relacionados à disposição espacial das BD’s dentro da zona de danos. Desta forma, o
número de BD’s, espaçamento e freqüência cumulativa foram correlacionados a um atributo
físico singular de cada BD (espessura da BD), este como parâmetro de deformação.
Os gráficos (Figura 3.8, a, b e c) que relacionam o parâmetro de deformação
(espessura da BD) com atributos de disposição espacial mostraram uma ótima distribuição
linear dos dados (R2>0,97). O gráfico que relaciona atributos de disposição espacial das
BD’s (Figura 3.8, d) mostra uma perfeita distribuição linear (R2>1,00). A partir desta
distribuição é possível estabelecer a equação da reta que representa a distribuição dos
dados. Esta equação relacionando os atributos analisados (p.e. N=10,4 E
–1,3
), representa
estatisticamente a correlação destes atributos para o caso estudado.
Isto possibilita a predição de um atributo em função de um outro, e denota um
arranjo homogêneo e regular na distribuição das BD’s dentro da zona de danos. Por
exemplo, de acordo com o gráfico a, da figura 3.8, a espessura de uma BD, seria
correlacionável com o número de BD’s dentro da zona de danos estudada, segundo a
equação N=10,4 E
–1,3
(onde, N=numero de BD’s, E=espessura da BD), ou seja, como
exemplificação, pode-se predizer que haveria cerca 6 BD’s com 1,5 cm de espessura e
espaçamento médio entre elas de 90 cm dentro da zona de danos com as mesmas
características da analisada.
3.3.3. Interpretação para iniciação e propagação das BD’s
A caracterização das BD’s serviu de base para a segunda etapa do estudo
mesoscópico que foi de estabelecer hipóteses para iniciação e propagação das BD’s no caso
em estudo. Na caracterização das BD’s foi observado alguns padrões na disposição espacial,
na geometria e inter-relação entre os diversos tipos de BD’s. A partir da definição dos
padrões, utilizaram-se os conceitos das fraturas de Riedel, para classificar as BD’s.
A zona de danos relacionada à BDP mostra uma distribuição irregular do strain,
denotado pela distribuição irregular dos tipos BD’s ao longo da scanline (Figura 3.9). Esta
distribuição irregular proporciona a observação das BD’s em diversos estágios de
desenvolvimento, podendo ser agrupado numa seqüência lógica de propagação. Esta
seqüência de propagação segue os conceitos estabelecidos na literatura da deformação
frágil, onde as BD’s se iniciariam a partir de pequenas estruturas (cracks) e se
desenvolveriam segundo mecanismos de deformação bem estabelecidos.
Para o caso em estudo, foi observado em áreas pouco deformadas (baixo strain) um
escalonamento à direita de BD’s simples de direção NW-SE (Figura 3.9a). Estas BD’s
também apresentam processos de linkage com outras BD’s simples através de segmentos
de orientação NE-SW. Isto sugere a iniciação das BD’s como: BD’s simples escalonadas a
direita, e posterior ligação entre estas BD’s por segmentos orientados NE-SW. Tomando-se
31
Ferreira, T S
Capítulo 3
PRANCHA 3.1
3.1.1 – Fotografia e sketch (3.1.1a) mostrando o padrão geométrico interpretado como R-P
das BD’s secundárias.
3.1.2 – Fotografia e sketch (3.1.2a) mostrando o escalonamento das BD’s interpretado
como um sistema conjugado sintético de BD’s de estruturas R-P de Riedel.
3.1.3 – Fotografia e sketch (3.1.3a) mostrando Clusters formados pela junção de duas BD’s
secundárias mostradas em 1.1.2. Notar um padrão interno de escalonamento e linkage das
BD’s similar ao padrão externo R-P.
3.1.4. – Sketch mostrando o escalonamento da BD’s como um sistema sintético R-P,
também observado no padrão interno dos clusters. Notar a junção dos dois arranjos (3.1.2)
de BD’s e a formação do cluster (3.1.3).
32
Ferreira, T S
Capítulo 3
essa geometria escalonada como embrião das estruturas mais complexas (clusters) (Figura
3.9b), pode-se interpretar que estes últimos são originados em um mesmo processo de
deformação, no qual se infere uma cinemática dextrógira. A zona de danos como um todo
mostra diversos estágios intermediários para o desenvolvimento das BD’s.
Estes estágios mostram o maior desenvolvimento de processos linkage e surgimento
de novas BD’s. A presença de concentrações de BD’s simples associadas à BD’s secundárias
mostrada no gráfico da figura 3.9a reforça esta idéia da formação de novas BD’s simples ao
longo do processo de propagação.
A disposição geométrica das BD’s em relação à direção principal de cisalhamento da
BDP, pode ser interpretada dentro do conceito das fraturas de Riedel. As BD’s simples
escalonadas e com orientação NW-SE são interpretadas como sendo fraturas (neste caso,
BD’s) do tipo R. Já as BD’s com orientação NE-SW que fazem a ligação entre o sistema
escalonado R, seriam do tipo P (Prancha 3.1, fotos 3.1.1 a 3.1.3, e sketch 3.1.4).
Considerando este conjunto de BD’s como sendo os iniciadores da propagação, então as
BD’s seriam iniciadas e propagadas em um sistema sintético (fraturas tipo R e P) (Prancha
3.2, fotos 3.2.1 e 3.2.2).
Figura 3.9 – Fotointerpretação de fotomosaicos mostrando as BD’s em diferentes estágios de
propagação. Em (A) BD’s simples em uma área pouco deformada da zona de danos, interpretada
como do início da formação das BD’s, observar o escalonamento a direta das bd’s de direção NW-SE e
linkage destas por segmentos de orientação NE-SW. Em (B) uma BD secundária mostrando
internamente a disposição das BD’s simples. Notar, também, o escalonamento à direita, e os padrões
de linkage das BD’s simples que compõe esta BD secundária. O quadro cinza no centro da figura
representa um modelo para o padrão de propagação R-P, de acordo com as fotointerpretações e
observações de campo.
33
Ferreira, T S
Capítulo 3
No entanto é importante ressaltar, que este seria apenas um modelo baseado na
interpretação de uma parte bastante representativa das BD’s, não sendo apresentado aqui
como único arranjo de propagação, mas o principal arranjo responsável pela iniciação e
propagação.
Situações mais complexas ocorrem em algumas BD’s com formas curvilíneas e em
diversos arranjos geométricos. Este arranjo principal também é observado internamente em
BD’s secundárias que formam clusters apresentando a disposição do padrão R-P de BD’s
simples (Figura 3.9).
A determinação de um padrão geométrico principal ao longo das direções R-P
(modelo sintético) para o desenvolvimento das BD’s sugere a iniciação e propagação das
BD’s a partir de formação pequenas estruturas (cracks). Este modelo é baseado
essencialmente na interpretação da exposição das BD’s em diversos estágios ao longo da
zona de danos.
A presença destas estruturas, em diferentes estágios de evolução, propicia a
formulação de um modelo, na escala mesoscópica, para a formação das BD’s. Essas BD’s
seriam iniciadas a partir de pequenas descontinuidades (estruturas R), um conjunto com
padrão de escalonamento predominante (Figura 3.10, estágio 1). Com o contínuo processo
de
deformação
esta
estruturas
escalonadas
seriam
ligadas
através
das
seguintes
interpretadas como P, iniciando um arranjo mais complexo (Figura 3.10, estágios 2 a 4).
O processo de linkage (ligação) é responsável pela formação de arranjos geométricos
complexos entre os diversos segmentos das BD’s iniciais. O abandono de uma BD e a
formação de outra, está ligado a processos de strain hardening, levando a formação de
diversas BD’s (sub) paralelas. O acúmulo dessas BD’s em um espaço reduzido, conduz a
formação dos denominados clusters (Prancha 3.2, foto 3.2.4), estruturas mais complexas
chamadas aqui como BD’s secundárias (Figura 3.10, estágios 5 e 6).
A formação das BD’s secundárias se iniciaria, então, pela acumulação de BD’s
simples segundo o padrão R-P e se finalizaria com a formação e acumulação de BD’s
simples denominadas Y, que podem envelopar o padrão pré-existente (Prancha 3.1) (Figura
3.10, estágios 7 a 9). Obviamente o processo ou ciclo pode ser interrompido em qualquer
estágio. O registro no afloramento de diversos estágios de desenvolvimento permiti elaborar
o modelo proposto.
As BD’s secundárias formam as principais feições de deformação dentro da zona de
danos. Com a evolução da deformação, estas estruturas seriam responsáveis pela transição
do comportamento deformacional, com a passagem do strain hardening para o strain
softening.
Esta
mudança
seria
caracterizada
pela
formação
de
superfícies
de
deslizamento/deslocamento (slip planes), observadas nos clusters por superfícies estriadas.
O desenvolvimento das superfícies deslizamento ocorreria devido aos clusters, cuja
espessura é bem mais importante do que as BD’s simples, acumularem strain, podendo
desencadear o processo de strain softening, criando superfícies de deslizamento como
34
Ferreira, T S
Capítulo 3
forma de dissipar o strain. Estas superfícies de deslizamento ocorrem predominantemente
na posição Y do modelo aqui proposto. Estas apresentam rejeito (cm) observável em escala
mesoscópica, eventualmente podem evoluir para falhas com rejeitos de alguns metros a
dezenas de metros.
No arenito Açu, tem-se um set de BD’s com orientação NNE-SSW, ocorrendo, por
vezes de forma escalonada a esquerda, e com pequenos segmentos de ligação (Figura 3.10,
estágio 9). Nenhuma relação de corte foi visualizada entre esse conjunto e as estrutura R-P.
Uma das interpretações possíveis é que sejam estruturas antitéticas (tipo R’) desenvolvidas
no estágio mais tardio do processo (Prancha 3.2, foto 3.2.3).
35
Ferreira, T S
Capítulo 3
PRANCHA 3.2
3.2.1 – Fotografia e sketch (3.2.1a) mostrando o padrão geométrico interno das BD’s
secundárias interpretado como uma rede de estrutura R-P.
3.2.2 – Fotografia e sketch (3.2.2a) mostrando o escalonamento das BD’s interpretado
como um sistema conjugado sintético de BD’s de estruturas R-P de Riedel.
3.2.3 – Fotografia e sketch (3.2.3a) mostrando o escalonamento à esquerda de BD’s
simples com direção aproximadamente NS. Estas estruturas são interpretadas como R’, e
tardias com relação às BD’s secundárias que compõem o padrão R-P.
3.2.4. – Fotografia em detalhe de um cluster (BD secundária) formando uma zona de
banda de deformação, sem um padrão interno que possa ser individualizado.
36
Ferreira, T S
Capítulo 3
Processos de
Deformação
R
1
5 cm
P
σ3
BD's Simples
2
Linkagem
σ1
3
P
4
Strain Hardening
5
6
Y
P
R
7
BD’s Secundarias
(Strain Softening) - slip planes
Y
R’
8
R
Y
P
Y
R’
R’
R
P
9
Y
Y
R’
5 cm
Figura 3.10 – Modelo sugerido para a seqüência de iniciação e propagação, em escala mesoscópica,
das BD’s no arenito Açu, Bacia Potiguar. Na extremidade esquerda da figura o gráfico mostra os
prováveis processos/mecanismos deformacionais envolvidos. Enquanto na extremidade direita tem-se
a sugestão para o tensor principal.
37
Ferreira, T S
Capítulo 3
3.4. Análise estrutural em micro-escala
A análise microestrutural das bandas de deformação (BD’s) foi realizada a partir de
seções delgadas devidamente orientadas, oriundas de amostras coletadas nas BD’s ao longo
da zona de danos (Figura 3.3). Análise em micro-escala abrangeu duas etapas distintas: a
identificação e caracterização das feições deformacionais, e a interpretação dos aspectos
(mecanismos/processos) deformacionais relacionados à formação das BD’s.
3.4.1. Identificação e caracterização das feições deformacionais
A caracterização das BD’s em microescala foi baseada na observação das feições de
deformação apresentadas entre os grãos da rocha, bem como os constituintes químicos
(cimento, preenchimento de microfraturas, etc).
Para a caracterização da deformação em microescala os dados obtidos são
analisados de forma qualitativa e semi-quantitativa. Os dados qualitativos foram extraídos
de observações em pontos específicos na seção delgada. Os dados semi-quantitativos foram
coletados de forma padronizada, no caso, foram realizadas scanlines representativas para o
conjunto total da seção delgada. Os resultados dos dados qualitativos observados em
microfotografias que serviram de base para formulação de modelos interpretativos. Os
dados semi-quantitativos foram tratados em laboratório e forneceram, através de gráficos,
parâmetros importantes da deformação microscópica.
Do ponto de vista de petrográfico, a rocha estudada é denominada quartzo arenito
conglomerático, é composta essencialmente por quartzo, monocristalino (70-80%) e
policristalino (3-5%) e K-feldspato (microclina) (5-10%), compostos químicos (cimento e
preenchimento) e “matriz tectônica” (5-10%), além de minerais opacos (traços). Os grãos
mostram-se arredondados, porém os fragmentos produtos da catáclase são angulosos a
subangulosas. A rocha apresenta-se pobremente selecionada, em uma textura grossa com o
tamanho médio dos grãos variando de 1,5 a 2,5 mm. Ocorrem porfiroclastos (tamanho
>3,5mm) predominantemente de quartzo monocristalino, porém ocorre, também, com
freqüência porfiroclastos de microclina.
A presença destes porfiroclastos é importante na
caracterização do microfraturamento e dos aspectos de cominuição relacionados ao fluxo
cataclástico.
Foram coletados dados nas scanlines sobre tipo, orientação e preenchimento das
microfraturas, os quais serviram para a confecção de diagramas de rosetas que denotam as
principais direções das microfraturas. As scanlines na seção delgada foram dispostas
perpendicularmente à direção as BD de referência (Figura 3.11). O microfraturamento
apresenta uma forte distribuição de microfraturas em alto ângulo com a direção da BD
principal (130º Az). No diagrama da scanline 1 observa-se uma ampla distribuição na
orientação, onde podemos destacar três conjuntos principais: NW-SE (~320º Az), NNE-SSW
38
Ferreira, T S
Capítulo 3
e ENE-WSW. A scanline 2 mostram apenas um conjunto bem proeminente com orientação
aproximadamente ESE-WNW (~110º Az). Para a scanline 3 ocorre três conjuntos bem
destacados: NW-SE (~330º Az), NNE-SSW (~15º Az) e E-W.
m
60 m
3
line
sca n
BD
sc a
n li n
e2
sc
º Az
R`
R
BD
130
N
e
l in
an
N
1
T
T
BD
T
R`
N
P
P
BD
T
n=107
n=129
P
SCANLINE 1
SCANLINE 3
n=91
SCANLINE 2
Figura 3.11 – Diagramas de rosetas de microfraturas coletadas a partir de scanlines realizadas. A
ilustração acima dos diagramas exemplifica a disposição espacial das scanlines nas seções delgadas
estudadas. BD- Banda de deformação de referência (em cinza).
Os dados obtidos através das scanlines também forneceram subsídios para
formulação de gráficos que denotam alguns aspectos e parâmetros de deformação como
mostra a figura 3.12. O gráfico de densidade de deformação foi formulado a partir da
quantidade de microfraturas em intervalo determinado (10 mm) nas scanlines. Verificou-se
nesses gráficos, uma curva decrescente à medida que se afasta, da BD de referência,
denotando, então, uma maior concentração de microfraturas próximas da BD principal. As
curvas mostram também dois patamares distintos de densidade de deformação, sendo um
maior patamar principal a até aproximadamente 25 mm de distância da BD principal, e um
patamar secundário a partir desta distância (Figura 3.12, 27 mf/cm e 13 mf/cm,
respectivamente).
No
entanto,
vale
ressaltar
que
estas
curvas
obtidas
não
são
continuamente perfeitas, pois apresentam variações positivas e negativas restritamente
relacionadas a parâmetros microestruturais específicos. Portanto, o comportamento
decrescente das curvas descrito anteriormente é baseado no conjunto das curvas avaliadas
e reflete um comportamento geral das curvas (Figura 3.12).
39
Ferreira, T S
Capítulo 3
PRANCHA 3.3
3.3.1 - Microfotografia mostrando fraturas curvas em porfiroclasto de quartzo (Qz) geradas
possivelmente por impactos entre os grãos no processo de cominuição (fraturas
conchoidais?). Nicóis X, luz transmitida.
3.3.2 - Microfotografia mostrando fraturas curvas em porfiroclastos de quartzo (Qz)
responsável pela fragmentação do grão. Notar a linkage de microfraturas intragranulares no
porfiroclastos (fraturas curvas ou junção de duas fraturas intragranulares?). Nicóis X, luz
transmitida.
3.3.3 - Microfotografia mostrando uma BD bordejando dois porfiroclastos de quartzo (Qz),
causando a fragmentação dos grãos. Observar o padrão de microfraturas produzidas no
porfiroclasto, com a re-priciptação de quartzo (ver sketch abaixo da microfotografia). Nicóis
X, luz transmitida.
3.3.4 - Microfotografia mostrando a linkage de duas microfraturas em um porfiroclasto de
microclina (Qz) como parte do processo de fragmentação dos porfiroclastos. Nicóis X, luz
transmitida.
3.3.5 - Microfotografia mostrando um grão de porfiroclasto de quartzo (Qz) apresentando
uma microfratura aberta em forma de V pelo efeito da introdução do fluxo cataclástico.
Notar as microfraturas intragranular tardias, causadas pelo fluxo cataclástico. Nicóis X, luz
transmitida.
3.3.6 - Microfotografia mostrando um porfiroclasto de microclina (Mi) fragmentado por
microfraturas. Notar que um dos fragmentos da microclina é deslocado devido a o impacto
de um grão de quartzo deslocado pelo fluxo cataclástico (ver esquema em detalhe). Nicóis
X, luz transmitida.
40
Ferreira, T S
Capítulo 3
Os parâmetros microestruturais específicos causadores de anomalias no padrão de
microfraturamento, são relacionados principalmente a reologia, a disposição espacial e
propriedades mineralógicas (clivagem, geminação, etc) dos grãos do arcabouço envolvidos
na deformação. Dois exemplos bem representativos são demonstrados no gráfico de
densidade de deformação (Figura 3.12a) na scanline 1. Nesta scanline ocorrem duas
anomalias na curva (nos intervalos 27-31 mm e 43-50 mm) devido às propriedades
reológicas, e por sua vez é relacionada à variação mineralógica interceptada pela scanline. A
microclina é mineral menos competente a deformação do que o quartzo, predominante na
rocha. As anomalias referidas anteriormente são atribuídas à presença de grãos de
microclina apresentando poucas microfraturas e aspecto pulverulento formando uma matriz
caolinítica (Prancha 3.4, fotos 3.4.1 e 3.4.3). As microfraturas podem se orientar
preferencialmente paralelo à clivagem do mineral, no caso a microclina (porfiroclastos).
Estes parâmetros microestruturais são bastante relevantes, pois podem causar dificuldades
e até mascarar a interpretação de padrões microestruturais.
40
A
DENSIDADE DE DEFORMAÇÃO
30
27mf/cm
20
13mf/cm
15
10
zona de cominuição
de microclina
erro analítico = 5%
B
10
20
5
Porfiroclasto
de microclina
Distância da BD (mm) 40
50
0
60
redução de 3,3x
INTENSIDADE DE COMINUIÇÃO
1,4
1,2
1
0,8
0,6
variação = 10%
scanline 1
scanline 2
scanline 3
0,4
0,2
Tamanho médio máximo da matriz (mm)
Banda de Deformação = 6.2 mm
25
Nº de microfraturas (mf)
35
Figura 3.12 – Gráficos formulados a partir dos dados obtidos em scanlines realizada na seção
delgada. Em (A) Relação entre a densidade de deformação (estimativa pelo numero de microfraturas)
e a distância da BDP. (B) Relação entre a intensidade de cominuição (estimada pela granulometria da
matriz tectônica) e a distância da BDP.
A cominuição é resultado dos processos de deformação que ocorrem relacionados à
formação em micro-escala das BD’s. O estudo microscópico revelou que próximo as BD’s os
processos de cominuição dos grãos são muito mais intensos. Isto se reflete na maior
presença de “matriz tectônica” próxima as BD’s e na observação da crescente redução do
41
Ferreira, T S
Capítulo 3
tamanho dos grãos em direção a BD. Na figura 3.12b o gráfico de intensidade de
cominuição ilustra o poder de redução dos grãos da BD. Nesse caso específico, cerca de 60
mm de distância de uma BD de 6.2 mm de espessura tem-se uma matriz com tamanho
médio máximo superior a 1 mm, ou seja uma matriz relativamente grossa, enquanto que
nas adjacências desta BD tem-se em média os maiores grãos da matriz, com tamanho de
cerca 0,3 mm. Embora esta relação matemática demande maiores estudos para se testar
sua reprodutividade, é possível se ter uma estimativa sobre a capacidade de redução
(cominuição) de uma BD de cerca de 6,2 mm de espessura. A redução granulométrica é de
mais de 3 vezes ao longo de uma distância cerca de 10 vezes maior que a sua espessura
(Figura 3.12b).
A observação da cominuição em diferentes estágios desenvolvidos na BD e suas
adjacências
reflete
a
variação
na
atuação
e
intensidade
dos
mecanismos
de
microfraturamento com a influência do fluxo cataclástico. A figura 3.13 demonstra a
evolução da cominuição através de microfotografias que representam intervalos de distância
da BD de referência. Estas microfotografias exemplificam as diferenças na textura e
granulometria dos grãos do arcabouço com a crescente cominuição em direção a BD. Notase que no intervalo de 6 cm (Figura 3.13, detalhe 6) de distância da BD (com espessura 1,3
mm) tem-se o apenas o microfraturamento dos grãos, principalmente dos porfiroclastos,
sem formação de “matriz tectônica”.
No intervalo de 5 cm se observa o microfraturamento mais intenso com
deslocamento dos grãos e a formação de núcleos de maior cominuição. Nos intervalos 3 e 4
cm,
é
notável
a
redução
granulométrica
e
pode-se
individualizar
dois
conjuntos
granulométricos representados por grãos maiores (porfiroclastos) e uma fração de menor
granulometria. Nos intervalos 1 e 2 cm, é visível a presença de alguns porfiroclastos
conjuntamente com uma fração granulométrica menor, angulosa, remanescente do
microfraturamento de grãos maiores. Estes dois conjuntos de grãos se mostram imersos em
uma “matriz tectônica” fina. A partir deste intervalo até a BD propriamente dita pode-se
observar claramente a forte influência do fluxo cataclástico que ocorre na menor fração
granulométrica, e se mostra importante no processo de cominuição dos porfiroclastos
remanescentes e na formação de “matriz tectônica”(Figura 3.13).
42
Ferreira, T S
Capítulo 3
Figura 3.13 – Microfotografias exemplificando a cominuição dos grãos do arcabouço em intervalos de
distância determinados em relação a uma BD de referência. O desenho no inferior esquerdo mostra a
disposição dos intervalos na seção delgada.
3.4.2 – Feições deformacionais na escala de Grão
As principais feições deformacionais observadas nas seções delgadas analisadas
foram relacionadas aos mecanismos de microfraturamento, cominuição e fluxo cataclástico
que atuam em micro-escala.
O microfraturamento é representado por fraturas intra e transgranulares que
mostram feições características. As microfraturas intragranulares se apresentam tanto com
feições retilíneas paralelas a orientação das BD’s, bem como relacionadas a impactos de
grãos, ou com formas curvas (Prancha 3.3, fotos 3.3.1 e 3.3.2). Eventualmente, essas
fraturas mostram-se, também, em processo de linkage dentro de porfiroclastos, e podem
por vezes, aproveitar a clivagem dos minerais para se desenvolverem (Prancha 3.3, fotos
3.3.4 e 3.3.6).
Algumas
microfraturas
intragranulares
se
apresentam
preenchidas
pela
re-
precipitação de quartzo (Prancha 3.3, fotos 3.3.3), e também, por hidróxido de Ferro
(Prancha 3.5, fotos 3.5.3 a 3.5.7). O fluxo cataclástico desempenha um importante papel no
desenvolvimento do microfraturamento. É comum, fraturas intragranulares com a abertura
em forma de V, pela introdução do material carreado pelo fluxo (Prancha 3.3, fotos 3.3.5).
43
Ferreira, T S
Capítulo 3
PRANCHA 3.4
3.4.1 - Microfotografia mostrando porfiroclastos de microclina (Mi) sofrendo processo de
cominuição com a formação de argila caolinítica, no contato com porfiroclastos de quartzo
(Qz). Nicóis X, luz transmitida.
3.4.2 - Microfotografia mostrando porfiroclasto de microclina fragmentado por microfraturas
aproveitando a clivagem do mineral. Notar que as bordas angulosas dos fragmentos são
cominuídos pelo fluxo cataclástico, podendo causar a falsa impressão de deslocamento
relativo dos fragmentos (ver figura esquemática no detalhe). Nicóis X, luz transmitida.
3.4.3 - Microfotografia mostrando aspectos da cominuição de grãos de microclina (Mi)
(mineral mais susceptível a fragmentação por suas características reológicas) com a
formação de argila mostrando já alguns aspectos sericitização (Se). Nicóis X, luz
transmitida.
3.4.4 - Microfotografia mostrando a fragmentação de um porfiroclasto de quartzo (Qz).
Observar a forte influência do fluxo cataclástico no processo de cominuição, causando
deslocamento e rotação dos fragmentos (ver figuras esquemáticas 3.4.4a e 3.4.4b). Nicóis
X, luz transmitida.
3.4.5 - Microfotografia mostrando fraturas transgranulares observadas dentro de um BD
pelo alinhamento dos grãos cominuídos (Qz), e o corte em porfiroclastos maiores (Qz).
Nicóis X, luz transmitida.
3.4.6 - Microfotografia mostrando fraturas transgranulares mostrando um arranjo tipo
dominó em fragmentos de quartzo (Qz). Nicóis X, luz transmitida.
44
Ferreira, T S
Capítulo 3
A abertura neoformada e preenchida pelo material ocasiona a formação de novas
microfraturas intragranulares que colaboram para o processo de cominuição do grão.
As microfraturas transgranulares são observadas, principalmente, pelo alinhamento
dos fragmentos (fabric) e como feições retilíneas em porfiroclastos (Prancha 3.4, fotos
3.4.2, 3.4.5 e 3.4.6). Estas microfraturas contribuem, no estágio inicial, para o
desenvolvimento do fluxo cataclástico pela dispersão e rotação dos fragmentos (Prancha
3.4, fotos 3.4.4; Prancha 3.5, foto 3.5.1). A microclina apresenta feições específicas na
deformação com formação de argilas (Prancha 3.4, fotos 3.4.1 e 3.4.3), reflexo
provavelmente da presença de fluidos.
O processo de cominuição, em geral, é o produto da ação dos mecanismos de
microfraturamento e fluxo cataclástico que se sobrepõem na formação de microfraturas
(trans ou intragranulares), proporcionando a redução granulométrica ao longo de bandas
com espessura milimétrica.
3.4.3 – Interpretação dos mecanismos de deformação em microescala
A compreensão do processo de deformação (abrangência, intensidade, etc.) na
escala de grão é de fundamental importância para a determinação do caráter selante ou
não-selante das estruturas, em relação à percolação de fluidos (p.e. petróleo).
A partir das observações, em diversas seções delgadas, dos aspectos deformacionais
descritos neste capitulo, são sugeridas aqui algumas hipóteses e modelos para o processo
de formação de BD’s desenvolvidas no arenito Açu. Um modelo esquemático é proposto na
figura
3.14.
Neste
modelo
são
ressaltados
principalmente
o
mecanismo
de
microfraturamento e o fluxo cataclástico como os responsáveis pela cominuição causada em
um BD.
A rocha (pós-litificação) (Figura 3.14, detalhe 1) apresentando alta porosidade e
cimentação incipiente, é submetida a uma compactação mecânica devido a esforços
tectônicos. Inicialmente, o strain seria por acomodação de espaço através do rearranjo dos
grãos e redução da porosidade (Figura 3.14, detalhe 2). Esta acomodação chegaria a um
limite em que a trama (arranjo, fabric) dos grãos se comportaria mecanicamente como um
só corpo e responderia a tensão de forma competente, onde os grãos passam a transmitir
stress, uns aos outros iniciando o microfraturamento (Figura 3.14, detalhes 3 e 4). Após o
início do microfraturamento os grãos respondem à tensão de maneira individual de acordo
com os seus parâmetros microestruturais.
45
Ferreira, T S
Capítulo 3
PRANCHA 3.5
3.5.1 - Microfotografia mostrando fragmentos provenientes do processo de cominuição.
Notar o alinhamento dos fragmentos denotando microfraturas transgranulares com
cinemática dextral, observada pela rotação dos fragmentos (ver figura esquemática 3.5.1a,
e detalhe). Nicóis X, luz transmitida.
3.5.2 - Microfotografia do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura) mostrando aspectos
do preenchimento das microfraturas por precipitação de quartzo relacionado ao processo de
cominuição dos grãos.
3.5.3 - Microfotografia do MEV mostrando o preenchimento de hidróxido de Ferro nas
microfraturas.
3.5.4 - Microfotografia do MEV mostrando em maior detalhe aspectos do preenchimento por
hidróxido de Ferro de microfraturas.
3.5.5 - Microfotografia do MEV mostrando fragmentos relacionados ao processo de
cominuição, cimentados por hidróxido de Ferro.
3.5.6 – Microfotografia do MEV mostrando em detalhe da morfologia dos cristais de
hidróxido de Ferro, como preenchimento de microfraturas.
3.5.7 - Microfotografia do MEV mostrando em detalhe de uma microfratura preenchida por
hidróxido de Ferro.
46
Ferreira, T S
Capítulo 3
Neste momento, a intensidade da cominuição dos grãos passa a ser em um primeiro
estágio, função de suas características, tais como a reologia do mineral e a orientação das
microfraturas iniciais. A redução granulométrica de uma parte dos grãos alimente e facilita o
fluxo cataclástico. A atenuação deste fluxo seria de fundamental importância na cominuição
por impacto dos fragmentos resultando em microfraturas intragranulares (Figura 3.14,
detalhes 5 e 6).
2
1
3
1
Qz
Mi
0,25 mm
Qz
estágio inicial
4
1
5
1
fraturas transgranulares
7
1
fraturas intragranulares
compactação
6
1
rotação e dirpersão dos fragmentos
8
1
9
1
BD
Qz
Qz
Mi
0,25 mm
estágios de individualização de bandas de deformação
Figura 3.14 – Seqüência esquemática do processo de deformação frágil em microescala para a
formação de uma BD. As setas (Å) indicam um sentido hipotético do fluxo cataclástico. BD – Banda
de Deformação.
Os impactos e a fricção causados pelos grãos resultariam na formação de fraturas
intragranulares e por fim a cominuição dos fragmentos (Figura 3.14, detalhes 7 e 8). O
fluxo cataclástico assumiria o papel principal na deformação intensificando, a rotação de
grãos/fragmentos
e
atuando
em
microfraturas
abertas
pelo
fluxo
(microfraturas
intragranulares devido ao impacto de grãos, etc.) (ver pranchas 3.3 e 3.4). Por fim, este
quadro evoluiria em determinadas regiões mecanicamente favoráveis da trama granular até
a formação de uma porção de alta concentração de cominuição originando a BD (Figura
3.14, detalhes 9).
47
Ferreira, T S
Capítulo 3
A percolação de fluido preenchendo microfraturas por óxidos/hidróxidos de Ferro,
ocorreria possivelmente em diversos momentos (sugerindo que pelo menos em algum
estágio de desenvolvimento estas estruturas não eram selantes) mais intensamente na fase
final da deformação. A precipitação, (principalmente de quartzo) (ver prancha 3.3, foto
3.3.3) ocorreria nas etapas iniciais como resultado da compactação mecânica e do
mecanismo de microfraturamento, atestando a atuação do mecanismo de transferência de
massa por difusão (dissolução e precipitação do quartzo) em microfraturas (Figura 3.14,
detalhes 2 a 4).
A disposição geométrica e orientação do microfraturamento mostram arranjo das
microfraturas (Figura 3.11) que pode ser sugestiva a uma disposição similar do sistema
conjugado R-P de Riedel (Figura 3.10). Sendo assim, poderia haver a possibilidade de um
downscaling entre o padrão R-P nas BD’s em escala mesoscópica e sua repetição com
microfraturas na escala microscópica, porém para confirmação desta hipótese é preciso
mais estudos, principalmente com dados quantitativos sobre o microfraturamento.
3.5. Considerações
As estruturas estudadas neste capítulo tratadas como BD’s, mostraram, como quase
tudo na natureza, seguir um padrão no arranjo geométrico de iniciação e propagação, em
escala mesoscópica. Este arranjo geométrico foi determinado pelo tipo de deformação
sendo regido por mecanismos de deformação específicos. O padrão escalonado das
estruturas estudadas e o arranjo interno das BD’s foram interpretados como compatível
com o modelo sistema sintético (R-P) durante uma cinemática trancorrrente dextral
(provavelmente com componente de achatamento). Neste contexto é sugerido um tensor
regional (σ1R) de máxima compressão horizontal e com orientação próximo a NS (NNWSSE) (Figura 3.15).
Dentro do contexto regional, este tensor poderia sugerir uma correlação com o
sistema dextral da Falha de Afonso Bezerra, que é uma estrutura bastante relevante no
contexto da Bacia Potiguar, localizado a nordeste o Aaç. O tensor sugerido neste capitulo
para a deformação no arenito Açu por BD’s poderia ser compatível, com pelo menos, a
reativação deste sistema de falhas transcorrente.
O estudo microestrutural serviu para revelar as feições deformacionais e estimar a
atuação dos mecanismos de deformação atuantes na formação de BD em quartzo arenitos
mal selecionados. Este tipo de rocha mostrou através da análise seções delgadas, BD’s com
forte cominuição dos grãos devido principalmente ao mecanismo de microfraturamento e o
desenvolvimento de fluxo cataclástico.
A partir de análises semiquantitativas o estudo
microscópio apresentou dados preliminares que poderiam conduzir para uma possível
correlação de escala entre o arranjo geométrico mesoscópico das BD’s e um padrão de
microfraturamento responsável por sua formação.
48
Ferreira, T S
Capítulo 3
σ
3r
σ
1r
0,5 m
1m
Figura 3.15 – Modelo tridimensional esquemático mostrando o pacote arenítico poroso com a
distribuição das BD’s estudadas neste capítulo. Notar a disposição espacial das feições sedimentares e
sugestão de orientação dos principais tensores de deformação regional.
49
Ferreira, T S
Capítulo 4
Estudo do caso na Formação Serraria, Bacia Sergipe-Alagoas
Capítulo 4
4.1. Localização e contexto geológico
A Bacia de Sergipe-Alagoas está localizada no nordeste do Brasil ocorrendo ao longo
de uma estreita faixa na planície costeira dos Estados de Sergipe e Alagoas (Figura 4.1). As
principais feições estruturais da bacia são relacionadas às atividades tectônicas que
afetaram a região no processo de rifteamento que ocorreu entre a América do sul e África
no eo-Cretáceo.
N
O
AS
Alto de
Maragogi
MACEIÓ
O
At cea
lâ n
nt o
ic
o
Cr
is
ta
lin
o
BA
CI
A
SE
RG
IP
EAL
AG
BRASIL
Fm.Rio Pitanga
Pré
Ase
Fm. Barra de Itiuba
Contato
B
Fazenda
Pedra da Onça
Fm. Penedo
Embasamento
A B
8840000
Fm.Barreiras
N
Falha observável
Falha Inferida
A-alto , B- baixo
MA
LH FAL
AD HA
AD
OS
BO
IS
Eocretáceo
LEGENDA
Terc.
20 Km
F
PE ALH
DR A
A DA
DA F
A
O Z.
NÇ
A
Em
ARACAJU
Fm. Serraria
A
730000
DE FA
BA LH
TI A
NG
A
ba
sa
m
en
to
Rio São Francisco
Malhada
dos Bois
A B
B A
B
A
B
A
0
2,5 Km
Figura 4.1 – Mapa de localização da bacia de Sergipe-Alagoas, e contextualização geológica do
afloramento estudado (denominado Ase). Base geológica modificada de Destro et al. (1990).
50
Ferreira, T S
Capítulo 4
A Bacia de Sergipe-Alagoas forma um rift assimétrico cujos limites são, o alto de
Maragogi, a norte, e o sistema de falhas de Vaza-Barris a sul, que a separa das bacias de
Pernambuco-Paraíba e Jacuípe. As sub-bacias de Sergipe e de Alagoas são separadas por
importantes descontinuidades estruturais e estratigráficas (Feijó & Vieira, 1990; Feijó,
1992).
No contexto da Bacia a área de estudo localiza-se na borda oeste, marcada por três
feições estruturais de grande destaque no âmbito regional: no sudoeste a Falha de Malhada
dos Bois, no centro a Falha da Fazenda da Pedra da Onça e no nordeste da área a Falha de
Batinga, delineando o limite da bacia com os metassedimentos do embasamento indiviso
(Figura 4.1).
Regionalmente, a área apresenta falhas de regime distensional com estiramento
crustal de direção NW-SE. Contudo, localmente ocorrem falhas de transferência, além das
falhas de alívio, que apresentam um comportamento transcorrente com resultante oblíqua.
Em planta pode-se observar a disposição das Falhas de Malhada dos Bois e Fazenda Pedra
da Onça en échelon, contudo a rampa de conexão entre as falhas foi destruída por falhas de
transferência (Destro et al., 1990).
Em detalhe, a área estudada esta localizada nas proximidades do município de
Malhada dos Bois (Figura 4.1). É cortada por sistemas de falhas com direção aproximada
N35E, que afetam também o embasamento e rochas pré-rifte (Formações Batinga, Aracaré,
Bananeiras e Serraria), além das seqüências sin-riftes (formações Barra do Itiúba, Penedo,
Rio Pitanga e o Membro Morro dos Chaves). Essas falhas são do tipo lístricas e apresentam
características de grande variabilidade no rejeito ao longo da extensão do plano de falha
(Destro et al., 1990).
O caso estudado é composto de um afloramento de arenito da Formação Serraria
(Ase) que apresenta bandas de deformação como resposta aos esforços regionais. A
Formação Serraria denominada por Perrella et al. (1963), recebeu seu nome da pequena
vila homonima, no sul de Alagoas. Possui uma espessura média de 100 metros sendo
constituída por arenitos de granulação grossa com estratificação tabular e acanalada. Estes
arenitos são relativamente pobres em fósseis, porém localmente contem grandes troncos
fossilizados de coníferas (agathoxylon denderi). Esta Formação é datada do Neojurássico ao
Eocretáceo através de ostracodes não-marinhos. Os sedimentos são interpretados como
sendo depositado em um sistema fluvial tipo braided, por vezes, com retrabalhamento
eólico. A Formação Serraria é correlata a Formação Sergi das Bacias de Tucano e do
Recôncavo. Os arenitos da Formação Serraria formam alguns dos reservatórios mais
produtivos na bacia de Sergipe-alagoas (Azambuja Filho et al., 1998).
No contexto tectônico regional o Ase está localizado próximo a Falha de
transferência entre as falhas de bordas denominadas de Pedra da Onça e Malhada dos Bois.
Estas falhas tem direção NE-SW sendo formado principalmente por um sistema de falhas
normais que controlaram a compartimentação da Bacia Sergipe-Alagoas, conjuntamente
com falhas de transferência.
51
Ferreira, T S
Capítulo 4
O presente capítulo trata da análise estrutural da deformação frágil que ocorre em
arenitos porosos pertencentes à Formação Serraria (bacia Sergipe-Alagoas). A deformação
é representada principalmente por bandas de deformação, e subordinadamente por juntas
tardias, entretanto este capítulo dará ênfase à caracterização das bandas de deformação.
As bandas de deformação (BD’s) ocorrem em diversos pontos da Formação Serraria
aflorante (Figura 4.1), porém muitos deles apresentam-se em afloramentos pouco
representativos para um estudo sistemático de detalhe. Este estudo é baseado em um
afloramento-chave que ocorre na margem oeste da bacia Sergipe-Alagoas, próximo à sede
do município de Malhada dos Bois. O afloramento, aqui denominado afloramento-Serraria
(Ase) corresponde à exposição em planta de arenito conglomerático com dimensões
aproximadas de 70m x 15m (Prancha 4.1, foto 4.1.1). Este arenito apresenta estratificações
cruzadas acanaladas com níveis conglomeráticos na base dos foresets e topsets (Prancha
4.2, foto 4.2.4). As estratificações acanaladas denotam direção de paleocorrente para
nordeste. As bandas de deformação ocorrem cortando todas as estruturas sedimentares.
De forma geral, as bandas de deformação ocorrem com espessuras que variam 0,2 a
23 cm, e comprimento observável da ordem de 8m a 20m. Estas BD’s têm orientação
preferencial NNE-SSW, e subordinadamente, NE-SW. É comum presença de clusters
resultantes da aglomeração de várias bandas de deformação milimétricas (>0,1mm). Estes
clusters mostram uma forma interna ligeiramente anastamosada, porém apresentando uma
feição externa bastante retilínea. As BD’s ocorrem preferencialmente com mergulhos
médios a fortes, embora alguns sets apresentem mergulhos fracos. Estes planos são
facilmente observáveis devido à erosão diferencial, que preservam as bandas, por sua maior
resistência ao intemperismo.
A presença de estrias na escala mesoscópica visíveis ocorre, com maior freqüência,
em planos de espessura centimétrica (>1,0 cm) (Prancha 4.1, fotos 4.1.2 e 4.1.3). Foi
verificada a presença de duas estrias, uma de alto rake e mergulho médio de 35° a 40°, e
outra de baixo rake e mergulho de 05° a 10°. A cinemática das BD`s pode ser obtida
principalmente,
pelo
deslocamento
relativo
de
outras
BD’s,
e
outros
marcadores
sedimentares com níveis conglomeráticos, por exemplo. Os deslocamentos, entretanto, são
de pequenas dimensões. A ocorrência de juntas relacionadas às BD’s é interpretada como
um estágio tardio ou posterior à formação das BD’s, devido a feições sistemáticas de
deslocamento relativo com as BD’s.
A análise estrutural em escala mesoscópica, a exemplo do capítulo anterior, também
será também apresentada de forma a representar as duas etapas: a caracterização das
BD’s e a interpretação geométrica das BD’s.
52
Ferreira, T S
Capítulo 4
As BD’s apresentam-se, em escala mesoscópica, como superfícies de espessura que
varia de 0.1 cm a 22 cm, por vezes formando clusters contendo diversas bandas de
deformação, por vezes, bem individualizadas. Para este estudo foi tomada como referência
uma BD principal (BDP) por ter a feição mais relevante no Ase, na ausência de uma falha
mais importante.
O afloramento foi explorado através de três scanlines que serviram de base para a
coleta dos dados das BD’s (Prancha 4.1, foto 4.1.1). As BD’s secundárias apresentam-se
preferencialmente distribuídas paralelamente a BDP, com direção variando no quadrante
NE-SW.
A BDP é um cluster com textura predominantemente compacta, se apresenta com
contorno encurvado, com direção média de 030º Az e mergulho médio de 40º para NE. Esta
mostra estrias bem conservadas com atitude média de 37º/128º Az. É a feição estrutural
mais relevante com espessura média de 9 cm e comprimento observável de até 20 m
(Prancha 4.1, foto 4.1.2).
As BD’s secundárias correspondem a clusters compostos por bandas de deformação
individualizadas ou não, que se mostram com feições bastante relevantes no Ase, com
espessura de 1 cm até clusters de 23 cm. Estas BD’s têm mergulho médio a forte e são
reconhecidas estrias. As estrias mostram alto rake e mergulho médio de 34º a 45º. Estas
BD’s apresentam com a forma externa bastante retilínea e internamente mostram-se de
forma compacta ou, em alguns casos, apresentam um caráter anastomosado composto por
BD’s simples. Essas BD’s possuem mergulhos médios a fortes (Figura 4.3) e portam duas
estrias, uma de alto rake (mergulho de 35°-40°), e outra de baixo rake ( mergulho de 05°10°) (Prancha 4.1, fotos 4.1.2 e 4.1.3), esta última sendo mais jovem, o que indica uma
movimentação transcorrente superimposta a movimentação normal (esse fato será
abordado mais adiante neste capítulo).
As BD’s simples são BD’s compostas por um banda de deformação singular
individualizada em escala mesoscópica, apresentando espessura de 0,1 a 0,8 cm. Estas
BD’s, em geral, raramente mostram estrias e se apresentam de forma externa curvilínea
com caráter anastomosado ou com forma retilínea, por vezes, escalonadas. Ocorrem
dispersas por todo Ase entre as BD’s secundárias e possuem comprimento observável de
até poucos metros. Estas BD’s mostram-se, por vezes, de forma curvilínea em mergulhos
sub-horizontais.
O estudo sistemático das estruturas existentes no afloramento foi realizado através
de três scanlines perpendiculares à direção média da BDP. O objetivo foi obter dados de
forma sistemática e representativa de toda a zona de danos.
53
Ferreira, T S
Capítulo 4
N
R’
R
n=180
Figura 4.2 – Diagrama de rosetas das BD’s apresentando a orientação das BD’s interceptadas pelas 3
scanlines. Notar a distribuição das orientações das BD’s com relação a BDP, com dois conjuntos bem
distintos (NNE-SSW e NE-SW) com as respectiva cinemática observadas.
A partir dos dados integrados das 3 scanlines, pode-se verificar a existência de picos
de concentração em algumas orientações preferenciais (Figura 4.2). É possível distinguir
dois conjuntos principais: um de orientação média NNE-SSW, e um outro E-W. O primeiro
conjunto coincide com a orientação BDP e possui a mesma cinemática de falha normal
apresentando estrias de alto rake, com deslocamento dextral, subordinado. O outro
conjunto E-W, apresenta cinemática predominantemente sinistral, e subordinadamente
dextral, a partir do deslocamento relativo das BD’s.
O estereograma com as curvas de densidade mostrado na figura 4.3 apresenta a
predominância de BD’s com direções variando dentro dos quadrantes NE-SW, com
mergulhos preferencialmente fortes, e raramente sub-horizontais. Os mergulhos dos planos
são predominantemente para SE (com mergulhos médios a fortes) e subordinadamente
para NW (ângulos fortes a vertical).
Novamente nenhuma correlação entre os dados de concentração máxima dos pólos
das BD’s a distribuição proposta pelo método de Wilson et al. (2003) descrito no capítulo
anterior. Porém, neste caso, se observa uma concentração considerável dos pólos das BD’s
coincidente com um crescimento por fadiga com deslizamento em superfície irregular e
frágil (Figura 4.3, ver quadro abaixo do estereograma). Esta observação poderia sugerir,
pelo menos, uma tendência a este tipo de mecanismo para o crescimento da BDP.
54
Ferreira, T S
Capítulo 4
N
N
b
BDP
Falha Principal
P
e
e
N=180
Andersoniano (20º)
Figura 4.3 – Estereograma das BD’s que compõem as três scanlines relacionada a BDP. Neste
estereograma é mostrado a BDP (grande círculo, e pólo - P) seu respectivo vetor de deslocamento
(estria- e), relacionando as curvas de contorno (BD’s da zona de danos). Segundo Wilson et al. (2003)
é possível prever o mecanismo de crescimento de uma falha a partir da distribuição das estruturas
que formam a zona de danos. (ver explicação no texto). (b) – eixo b.
A distribuição da variação na espessura média das BD’s em função da distância da
BDP, também foi estudada a partir de dados levantados pelas scanlines. A figura 4.4 mostra
a distribuição de cada BD e sua respectiva espessura ao longo das scanlines. Os gráficos
mostram a predominância de BD’s simples (espessura de < 1,0 cm) ocorrendo quase que
homogeneamente em toda scanline. Algumas concentrações anômalas ocorrem próximas as
BD’s secundárias (espessura > 1,0 cm). Estas concentrações podem ser observadas (nos
intervalos 2 a 3 m, 3 a 4 e 4,5 a 5 m) na scanline 2 e na scanline 3 (intervalo 10,5 a
11,3m) (Figura 4.4); onde ocorrem concentrações da BD’s simples nas adjacências de BD’s
secundárias. Isto sugere o processo de acumulação de BD’s simples para o desenvolvimento
de BD’s secundárias. Outra consideração é a observação de planos de deslizamento (slip
plane) em BD’s secundárias com espessura < 2,0 cm, bem próximo a BD’s com maior
espessura (> 4 cm) e apresentando slip planes denominadas como BDP e BDP2, (Figura 4.4,
scanlines 1 e 3). Esse fato sugere que embora esses planos não apresentem rejeitos
visíveis, a mudança dos mecanismos de strain hardening para strain softening pode não ser
tão tardio em relação ao desenvolvimento de clusters (BD’s secundárias) que venham a
nuclear falhas.
Este gráfico mostra ainda que as BD’s secundárias (espessura > 1 cm) têm
distribuição irregular com seis estruturas relevantes (com espessura variando de 2,5 a 22
cm), sendo cinco delas relacionadas a concentrações anômalas de BD’s simples (Figura 4.4,
55
Ferreira, T S
Capítulo 4
nas scanlines 2 e 3). Por fim, outro importante dado que pode ser visualizado nestes
gráficos, é a observação que planos de deslizamento ocorre independente a espessura da
BD, tanto em bandas secundárias (clusters) quanto em BD’s simples, porém com a ressalva
de que os slip planes em BD’s simples ocorrem associados à slip planes em BD’s
secundárias bem desenvolvidas (com espessura maior que 5 cm) (Figura 4.4).
(BDP2)sp
22
sp - slip plane
SCANLINE 1
20
18
16
14
12
10
8
(BDP)
6
sp
4
2
sp
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0
0,5
1
1,5
2
sp (BDP2)
SCANLINE 3
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
sp
0
SE
0,5
1
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
Distância da BDP (m)
sp (BDP2)
SCANLINE 2
8
7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
3,5
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
Distância da BDP2 (m)
sp
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
Distância da BDP2 (m)
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
310º Az
11,5
12
12,5
NW
Figura 4.4 – Dados de espessura das BD’s coletados a partir das scanlines realizada no Ase. Os
gráficos mostram as curvas das espessuras das BD’s vs a distancia relativa da BDP. Para as scanlines
2 e 3, foi tomada a BDP2 (mostrada na scanlines 1) com referência devido a BDP se apresenta
encoberta pelo solo.
A figura 4.5 apresenta de forma esquemática e simplificada a posição relativa e dos
dados coletados nas scanlines, possibilitando a correlação dos dados entre as scanlines.
Observa-se a partir do diagramas de rosetas de cada scanline variações na orientação
56
Ferreira, T S
Capítulo 4
Estudo do caso na Formação Serraria, Bacia Sergipe-Alagoas (RN)
18
N
BDP2
slip plane
15
7
6
16
14
12
10
8
6
slip plane
4
2
slip plane slip plane
5
6
4
4
3
2
1
slip plane
2
1
3,7
32 m
20
18
n=69
9
4,2
SCALINE 3
slip plane
4,7
5,2
6,2
6,7
7,7
8,7
9,2
9,7
10,2
10,7
11,2
11,7
12,2
12,7
13,2
13,7
14,2
15,2
15,7
N
NW
SCALINE 2
20 m
BDP
310º Az
SCALINE 1
0
0
SE
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
Distância da BDP (m)
n=81
n=30
Figura 4.5 – Desenho esquemático apresentando a posição relativa e alguns dados coletados das scanlines realizadas no Ase, Observar a distribuição das
BD’s ao longo das scanlines e as concentrações anômalas de BD’s simples, em posições correlacionáveis entre as scanlines. Notar a predominância de BD’s com
orientação média NE-SW, todavia atentar para dois conjuntos subordinados: um de orientação média NNE-SSW, o qual ocorre bem marcado nos diagramas de
roseta das scanlines 1 e 2; e o outro de orientação aproximadamente E-W, bem marcado no diagrama da scanline 3. fkdfodfodfodfodfdoifdoifhodfodfodfodfdofd
57
Ferreira, T S
Capítulo 4
das BD’s. É mostrado três conjuntos distintos, sendo dois de orientação NE-SW ( ocorre na
scalines 1 e 2), e um outro de orientação E-W que se apresenta de forma peculiar apenas
na scanline 3, e possui cinemática predominantemente sinistral. O diagrama de rosetas da
figura 4.2 que apresenta o resultados da orientação de todas as BD’s coletadas nas
scanlines, ressalta os conjuntos vistos separadamente nas scanlines 1 e 2 (conjuntos NNESSW e NE-SW, dextrais) e oblitera o conjunto E-W (sinistral) somente observado na
scanline 3.
Os dados coletados no afloramento Ase foram organizados na forma de tabelas
representadas por atributos específicos para, enfim, a formulação de gráficos (log10 - log10).
Os principais atributos das BD’s utilizados no tratamento estatísticos, foram os
relacionados à disposição espacial das BD’s dentro da zona de danos (espaçamento,
freqüência cumulativa, número de BD’s), estes correlacionados a um atributo físico singular
a cada BD (espessura da BD), como parâmetro de deformação. A não utilização do
parâmetro de comprimento se deve a dificuldade de se determinar o real tamanho das BD’s,
muitas se prolongam além da área de rocha aflorante. O processo de coalescência das BD’s
simples para formação de clusters também dificulta a individualização das terminações das
BD’s.
–1,0
), representa
estatisticamente a correlação destes atributos para o caso estudado.
Esse tipo de análise possibilita, portanto, a predição de um atributo em função de um
outro, e denota um arranjo homogêneo e regular na distribuição das BD’s dentro da zona de
danos. Como exemplo, de acordo com o gráfico a, da figura 4.6, a espessura de uma BD,
seria correlacionável com o número de BD’s dentro da zona de danos estudada, segundo a
equação N=5,4 E
–1,0
(onde, N=numero de BD’s, E=espessura da BD), ou seja, pode-se
predizer que haveria exatamente 54 BD’s com 0,1 cm. Este valor corresponde a menor
espessura e mais freqüente encontrada (BD’s simples), dentro da zona de danos e
correspondem a (54/180) 30 % das BD’s (Figura 4.6). Ainda segundo esta metodologia esta
BD’s 0,1 cm teriam um espaçamento médio de 8 cm.
58
Ferreira, T S
Capítulo 4
PRANCHA 4.1
4.1.1 – Fotografia mostrando uma visão geral de parte do afloramento Ase, com a
disposição das BD’s.
4.1.2 – Fotografia mostrando uma visão geral da BDP. Notar o padrão curvilíneo do plano
de deslizamento (falha) que mostra estrias predominantemente de alto rake. O cabo do
martelo aponta para o norte.
4.1.3 – Fotografia mostrando estrias de baixo rake mergulhando para sul na BDP,
sugerindo um evento transcorrente posterior ao deslocamento principal normal.
4.1.4 – Fotografia e sketch (4.1.4a) mostrando BD’s (clusters) pertencentes a conjunto de
orientação NNE-SSW, apresentando um padrão no arranjo interno bem definido.
4.1.5 – Fotografia mostrando uma BD secundária pertencente ao conjunto principal de
orientação NE-SW, deslocada por BD’s simples de orientação E-W e cinemática sinistral.
59
Ferreira, T S
Capítulo 4
a)
b)
2
2
R =0,93
R =0,97
10
número de BD´s
N= 5,4 E -1,0
10
F= 0,4 E -1,5
1
0,1
1
0,1
1
0,1
1
espessura da BD (cm)
c)
d)
2
2
R =0,97
R =1,00
EM= 2,6 E 1,5
EM= F -1,0
10
Espaçamento Médio (/m)
10
1
1
0,1
0,1
0,1
0,1
1
1
10
4.3.3. Interpretação da disposição geométrica das BD’s
A análise mesoscópica das BD’s do afloramento Ase revelou que estas BD’s
apresentam alguns padrões geométricos de inter-relação. Esses padrões geométricos estão
correlacionados a processos de propagação das BD’s, principalmente pelo processo de
linkage. As zonas de linkage entre as BD’s mostram feições características com interação e
formação de novas BD’s formando pontes entre as BD’s precursoras (Prancha 4.2). O
deslocamento relativo que ocorre entre as BD’s dentro das zonas de linkage denota uma
formação contemporânea das BD’s, com deslocamento de um conjunto de BD’s de mesma
orientação em função de outro, e vice-versa. No entanto, há uma cinemática predominante
para cada conjunto. Os conjuntos descritos anteriormente (Figura 4.5, ver estereogramas)
60
Ferreira, T S
Capítulo 4
PRANCHA 4.2
4.2.1 – Fotografia e sketch (4.2.1a) mostrando a interação de BD’s simples na zona de
linkage entre BD’s secundárias de orientação NE-SW denotando uma cinemática dextral.
4.2.2 – Fotografia e sketch (4.2.2a) mostrando a interação de BD’s simples na zona de
linkage entre BD’s secundárias de orientação NE-SW. Notar o deslocamento relativo das
BD’s simples dentro da zona de linkage.
4.2.3 – Fotografia e sketch (4.2.3a) mostrando a inter-relação de dois conjuntos de
direções NNE-SSW e ESE-WNW.
4.2.4. – Fotografia e sketch (4.2.4a) mostrando a inter-relação de dois conjuntos de
direções NE-SW e E-W. Observar o deslocamento sinistral do conjunto NE-SW realizado pelo
conjunto de direção E-W. Notar, também, a ocorrência de deslocamento centimétricos, de
cinemática dextral, no acamamento sedimentar (S0) pelo conjunto principal de orientação
NE-SW.
61
Ferreira, T S
Capítulo 4
NE-SW, NNE-SSW e subordinadamente o E-W, mostram cinemática predominante, além de
uma inter-relação bem marcada.
O conjunto de BD’s principal de orientação NE-SW, composto BD’s simples (Prancha
4.2, foto 4.2.1) ou secundárias (clusters). Esses últimos portam estrias de alto rake,
interpretadas como falhas normais. Esse processo é bem marcado na área estudada.
(Prancha 4.1, fotos 4.1.2).
Associado a este conjunto principal (NE-SW), do qual pertence a BDP, ocorrem BD’s
disposta de forma correlacionáveis com um padrão de Riedel, considerando o evento
direcional dextral apresentado pelo conjunto NE-SW (BDP) (Prancha 4.2, fotos 4.2.1, 4.2.2
e 4.2.3). O diagrama de rosetas da figura 4.2, mostra um arranjo que parece compatível
para um sistema principal de cinemática dextral, onde o conjunto de BD’s com cinemática
antitética (conjunto E-W) poderia ser interpretado como estruturas R’, e o conjunto de BD’s
sintético, com orientação NE-SW próxima a orientação da BDP poderia ter funcionado como
R. O outro conjunto que ocorre no afloramento tem caráter sintético dextral com orientação
NNE-SW (Prancha 4.1, foto 4.1.4), porem não se enquadraria neste sistema de Riedel.
O conjunto E-W pode ser interpretado como tardio no sistema principal dextral, pois
apresenta predominantemente deslocando as BD’s do conjunto principal de orientação NESW (Prancha 4.1, foto 4.1.5 e Prancha 2, foto 4.2.4).
4.4. Análise Estrutural em Micro-escala
A análise microestrutural das bandas de deformação (BD’s) foi realizada a partir de
seções delgadas devidamente orientadas de amostras coletadas nas BD’s ao longo da zona
de danos. Análise em micro-escala abrangeu duas etapas distintas: a identificação e
caracterização
das
feições
deformacionais,
e
a
interpretação
dos
aspectos
(mecanismos/processos) deformacionais relacionados à formação das BD’s.
4.4.1. Identificação e Caracterização das Feições Deformacionais
A caracterização das BD’s em microescala foi baseada na observação das feições de
(cimento, preenchimento de microfraturas, etc). Para caso a metodologia utilizada foi a
mesma descrita no capítulo anterior.
Petrograficamente, a rocha é um quartzo arenito conglomerático, é composta
essencialmente por quartzo monocristalino (90-95%), compostos químicos (cimento e
preenchimento) e “matriz tectônica” (<10%), além de minerais opacos (traços). Os grãos
sub-angulosas. A rocha apresenta-se bem selecionada, em uma textura média com o
tamanho médio dos grãos variando entre 0,25 e 1,0 mm. Ocorrem porfiroclastos (tamanho
>1,0mm), predominantemente de quartzo monocristalino.
62
Ferreira, T S
Capítulo 4
PRANCHA 4.3
4.3.1 – Microfotografia de uma BD com grãos remanescentes (QZ) a cominuição no seu
interior. Observar o caráter retilíneo de um de seus limites da BD (fraturas transgranular) e
a forte redução granulométrica produzida pela cominuição dentro da BD. Nicóis X, luz
transmitida.
4.3.2 – Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz) na borda de uma
BD. Nicóis X, luz transmitida.
4.3.3 - Microfotografia mostrando a inter-relação de duas BD em micro-escala. Notar os
grãos remanescentes (Qz) da cominuição dentro das BD. Nicóis X, luz transmitida.
4.3.4 – Microfotografia mostrando uma BD de forma curvilínea. Notar a compactação do
arranjo de grãos nas adjacências a BD. Nicóis X, luz transmitida.
4.3.5. – Microfotografia de uma BD com grãos remanescentes (Qz) a cominuição no seu
interior. Observar o caráter retilíneo de uma das bordas e o desprendimento de grãos do
arranjo compactado na outra. Nicóis X, luz transmitida.
4.3.6 - Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz) na borda de uma
BD. Observar o desprendimento de grãos do arranjo compactado pela BD. Nicóis X, luz
transmitida.
4.3.7 - Microfotografia mostrando o aspecto geral do arranjo compactado dos grãos (Qz).
Observar a presença de microfraturamento intragranular e contatos côncavo-convexos, os
quais propiciam a dissolução e precipitação de quartzo entre os grãos, servindo de cimento
no processo de compactação do arranjo de grãos. Notar a fraturas transgranulares (seta
amarela). Nicóis X, luz transmitida.
4.3.8 - Microfotografia mostrando o aspecto geral do interior de uma BD. Observar a
presença de grãos maiores (porfiroclastos) (Qz) imersos em “matriz tectônica”, formada
pela forte cominuição dos grãos. Notar, também, o alinhamento de alguns grãos dentro da
BD denotando fraturas transgranulares (seta amarela). Nicóis X, luz transmitida.
63
Ferreira, T S
Capítulo 4
4.4.2. Feições deformacionais na escala de grão
A análise na escala dos grãos constou da observação e caracterização das feições
deformacionais que ocorrem relacionadas com as BD’s. As principais feições observadas
foram relacionadas aos mecanismos de microfraturamento com a
cominuição grãos
observadas em micro-escala.
De forma geral as BD’s se apresentam em micro-escala com zonas de cominuição
dos grãos com bordas bastante retilíneas, e raramente BD’s curvas (Prancha 4.3, fotos
4.3.1, 4.3.2, 4.3.3, 4.3.4 e 4.3.6). AS BD’s se mostram bordejadas por um arranjo
compacto de grãos, por vezes é observado o deslocamento de grãos das bordas,
pertencentes ao arranjo compacto, para dentro da BD (Prancha 4.3, fotos 4.3.1, 4.3.2,
4.3.3 e 4.3.4). Também, pode ser observado grãos remanescentes a cominuição dentro da
BD (Prancha 4.3, fotos 4.3.1 e 4.3.5).
A compactação do arranjo de grãos se apresenta como fator primordial para o
desenvolvimento do microfraturamento, aliado ao processo de cimentação dos grãos pela
re-precipitação de quartzo. A compactação da rocha ocasiona a formação de contatos
côncavo-convexo, e causa a formação pontos de alta pressão, onde ocorreria a dissolução
do quartzo e precipitação em zona de menor pressão (p.e. porosidade) (Prancha 4.4, foto
4.4.1, 4.4.2 e 4.4.3).
O microfraturamento se apresenta como microfraturas intra e transgranulares. As
microfraturas
intragranulares
se
apresentam
como
as
estruturas
precursoras
no
desenvolvimento das BD’s. As microfraturas intragranulares observadas resultam da
interação dos grãos do arcabouço, devido atuação da compactação mecânica da rocha
(Prancha 4.4, fotos 4.4.2 e 4.4.2a).
As microfraturas transgranulares são observadas,
principalmente por feições
retilíneas que cortam e/ou alinham os grãos tanto no arranjo compactado quanto dentro da
BD (Prancha 4.3, fotos 4.3.7 e 4.3.8). Estas contribuem, em um estágio inicial, para o
desenvolvimento do BD propriamente dita (Prancha 4.4, fotos 4.4.3 e 4.4.4). Algumas
fraturas intragranulares já apresentam processo de fragmentação dos grãos, em um
estágio bem próximo ao desenvolvimento da cominuição (Prancha 4.4.5, foto 4.4.6).
O processo de cominuição, em geral, abrange a interação do mecanismo de
microfraturamento relacionado a compactação mecânica, e a dissolução e precipitação de
fluidos, formando bandas
com forte redução granulométrica dos grãos constituintes da
rocha. (Prancha 4.4, foto 4.4.7).
64
Ferreira, T S
Capítulo 4
PRANCHA 4.4
4.4.1 - Microfotografia mostrando o contato côncavo-convexo entre dois grãos (Qz) que
denota a forte a compactação da rocha. Notar a presença de precipitação de quartzo na
porosidade remanescente próxima ao contato (setas amarelas indicam o sítio compressãodissolução). Notar fratura transgranular incipiente (seta amarela maior) Nicóis //, luz
transmitida.
4.4.2 - Microfotografia mostrando a expressiva presença de quartzo precipitado (cimento
secundário)
e
Microfotografia
além
do
mostrando
desenvolvimento
em
detalhe
de
da
fraturamento
geometria
intragranular.
ortorrômbica
microfraturamento de um grão (Qz), interpretado como
na
4.4.2a
trama
do
resultado da compactação
mecânica da rocha. Nicóis //, luz transmitida.
4.4.3 – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular (seta amarela maior) ainda
pouco desenvolvida dentro do arranjo compacto de grãos. Notar o contato côncavo-convexo
entre três grãos (Qz) (no centro da microfotografia, setas amarelas menores), formando no
ponto tríplice uma zona de maior pressão com possível dissolução do quartzo e precipitação
nas zonas de menor pressão adjacentes (p.e. porosidade). Nicóis //, luz transmitida.
4.4.4 – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular já bem desenvolvida dentro
arranjo compacto de grãos (seta amarela). Nicóis //, luz transmitida.
4.4.5 – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular desenvolvida com abertura na
forma de V, e com fragmentação dos grãos (Qz) (seta amarela). Notar a precipitação de
quartzo que ocorre entre os fragmentos, denotando uma precipitação de quartzo
concomitante ao microfraturamento. Nicóis //, luz transmitida.
4.4.6.
–
Microfotografia
mostrando
uma
fratura
transgranular
com
processo
de
fragmentação de grãos (Qz), início da cominuição (seta amarela). Nicóis //, luz transmitida.
4.4.7 - Microfotografia mostrando uma BD bem desenvolvida com espessura de cerca de
1mm, apresentando forte cominuição dos grãos. Nicóis //, luz transmitida.
65
Ferreira, T S
Capítulo 4
4.4.3 – Interpretação dos mecanismos de deformação em micro-escala
O resultado do processo de compactação, aliado aos mecanismos de deformação de
transferência de massa por difusão (TMD – dissolução e precipitação do quartzo) e
microfraturamento, é a formação de bandas milimétricas de cominuição dos grãos (BD’s). A
compreensão deste processo de deformação (abrangência, intensidade, etc.) é de
fundamental importância para a determinação do caráter selante ou não-selante das
estruturas, em relação à percolação de fluidos em nível granular.
A partir das observações e dos aspectos deformacionais descritos neste capitulo foi
possível formular um modelo para o processo de formação de BD’s. O modelo esquemático
é proposto na figura 4.7. Neste modelo apresenta a evolução de todo o processo de
formação de uma BD, relacionado ao processo de compactação e aos mecanismos de
deformação supracitados.
3
2
1
Pre. Qz
Qz
Qz
Qz
Qz
Qz
Qz
0,25 mm
estágio inicial
3
41
compactação
5
6
1
Pre. Qz
7
rotação e dirpersão dos fragmentos
8
1
9
1
Pre. Qz
Pre. Qz
estágios de individualização da banda de deformação
BD
Pre. Qz
0,25 mm
Figura 4.7 – Seqüência esquemática do processo de deformação frágil em micro-escala para a
formação de uma BD no caso estudado de arenitos pertencentes a Formação Serraria, Bacia de
Sergipe-Alagoas. BD – Banda de Deformação, Pre-Qz – precipitação de quartzo.
Inicialmente a rocha (pós-litificação) (Figura 4.7, detalhe 1) apresentando alta
porosidade, bom selecionamento e cimentação incipiente, seria submetida ao processo de
compactação mecânica (Figura 4.7, detalhe 2) onde o strain seria acomodado pelo rearranjo
66
Ferreira, T S
Capítulo 4
dos grãos e redução da porosidade. Esta acomodação chegaria a um limite em que a trama
(arranjo) dos grãos se comportaria mecanicamente como um só corpo.
Concomitante, atuaria o mecanismo de transferência de massa por difusão,
representado pela dissolução e precipitação do quartzo. O fluido produzido pela dissolução
seria depositado em sítios de baixa pressão (p.e. porosidade remanescente) e serviria de
cimento secundário na agregação do arranjo compactado de grãos. Neste contexto o
arranjo de grãos responderia a tensão de forma competente através do microfraturamento
intragranular (Figura 4.7, detalhes 3). A fricção dos grãos resultaria na formação de
microfraturas intragranulares.
Com desenvolvimento da compactação, ocorreria a redução granulométrica de uma
parte dos grãos e a atenuação da dissolução e precipitação do quartzo (Figura 4.7, detalhe
4). A intensificação da compactação seria de fundamental importância no desenvolvimento
de fraturas transgranulares (Figura 4.7, detalhes 4, 5 e 6). O fraturamento transgranular
desenvolveria a fragmentação de grãos (Figura 4.7, detalhes 7 e 8). Assim, este quadro
evoluiria em determinadas regiões mecanicamente favoráveis da trama granular até a
formação de uma porção de alta concentração de cominuição que seria a BD (Figura 4.7,
detalhes 9).
O caso estudado neste capítulo apresentou algumas características peculiares para a
formação, desenvolvimento e disposição das BD’s dentro da zona de danos.
Em
escala
mesoscópica,
foi
observada
uma
distribuição
bem
regular
e
aparentemente homogênea denotadas pelos gráficos estatísticos (log10-log10). Algumas
interpretações puderam ser tomadas a partir da disposição geométrica das BD’s no contexto
de um sistema de falhas normais com componente dextral, bem marcado pelo rejeito
aparente apresentando nos deslocamento entre as BD’s. Este sistema normal com
deslocamento direcional dextral subordinado poderia ser explicado pela proximidade do
afloramento a falha de transferência, entre as falhas normais de Pedra da Onça e Malhada
dos Bois. Outra consideração importante na análise em meso-escala foi à distribuição das
BD’s apresentadas no estereograma, em que segundo o método apresentado por Wilson et
al. (2003) o mecanismo/tipo de crescimento de falha para o caso em estudo se poderia
especular sobre um crescimento da falha por fadiga da rocha desenvolvendo em uma
superfície irregular e frágil.
Os dados microestruturais mostraram feições deformacionais relacionadas ao
mecanismo
de
microfraturamento,
o
qual
é
representado
por
fraturas
intra
e
transgranulares que regem a deformação da BD, conjuntamente com a compactação
mecânica da rocha, associada ao mecanismo de transferência de massa, representado pela
dissolução e precipitação de quartzo como cimento secundário, e pelo mecanismo de
microfraturamento.
67
Ferreira, T S
Capítulo 5
Estudo do caso no Grupo Massacará, Bacia de Tucano (BA)
Capítulo 5
5.1. Contexto geológico e localização
A Bacia de Tucano corresponde à porção central do rifte intracontinental de
Recôncavo-Tucano-Jatobá (RTJ), situado na região Nordeste do Brasil, ocupando uma área
de cerca de 45.000 km2 entre os Estados da Bahia, Sergipe e Pernambuco. Trata-se de um
sistema de meios grabens alongados na porção N-S e NE-SW, conectado a margem leste
brasileira, com preenchimento sedimentar de idade jurássica superior a cretácea inferior. Os
grabens mergulham para SE desde a Bacia do Recôncavo até a Sub-bacia do Tucano
Central, e invertem o mergulho para NW a partir do Arco de Vaza-Barris, assim
permanecendo até a Bacia do Jatobá (Magnavita & Cupertino 1987). Este conjunto de
bacias relacionado ao RTJ, limita-se a norte, com a Província Borborema, a leste e a oeste
com cráton São Francisco, a Faixa Sergipana e a Província Borborema e a sul , com a Bacia
de Camamu.
O RTJ possui direção geral N-S, relacionado a esforços distintivos associados ao
estiramento da litosfera continental, que conduziu ao quebramento do Gowndwana e à
formação do Oceano Atlântico, a leste do sistema de rifte. A direção geral de distensão para
RTJ é considerada NW-SE (Milani, 1985 Apud Carvalho Costa, 2004). Neste contexto, a
Bacia de tucano não teria evoluído até a fase oceânica, permanecendo como lagos durante
o Cretáceo.
A bacia de Tucano é dividida por feições estruturais em três sub-bacias denominadas
como: Sub-bacias Tucano Norte, Central e Sul. A sub-bacia Tucano Central contém o caso
estudado neste trabalho, portanto será descrita em maior detalhe.
A sub-bacia de Tucano central é a maior entidade ao longo do rifte (RTJ),
compreendendo uma área de cerca de 14.700 km2, limita-se a leste e a oeste com o
embasamento. O limite leste é feito por meio de falhas de grande rejeito, e o limite oeste,
por falhas menores ou mesmo flexuras. Na porção sul a sub-bacia de Tucano Central está
parcialmente separada da sub-bacia Tucano Sul pela falha de Itapicuru, e na porção norte
está limitada pela sub-bacia Tucano Norte pela ampla zona de acomodação denominada
Arco de Vaza-Barris (Magnavita & Cupertino, 1987; Magnavita 1992). A borda entre as subbacias Tucano Central e Norte é parcialmente localizada ao longo da Falha de Caritá (borda
norte do Arco de Vaza-Barris). No geral, esta Sub-bacia é caracterizada por um conjunto de
falhas normais de orientação N-S, que provocaram o basculamento das camadas para leste,
68
Ferreira, T S
Capítulo 5
resultando, em um estilo estrutural tipo dominó (Magnavita & Cupertino, 1987, 1988;
Santos et. al, 1990; Magnavita, 1992).
O preenchimento sedimentar da sub-Bacia de Tucano Central pode ser relacionado
às fases de evolução tectônica da bacia de Tucano, sendo o Grupo Brotas (formações
Aliança e Sergi) e a base do Grupo Santo Amaro (Formação Itaparica) associados à fase
pré-rifte, e a Formação Candeias do Grupo Santo Amaro, o Grupo ilhas, o grupo Massacará
e Formação Salvador associados a fase rifte (Caixeta et. al, 1994 Apud Carvalho Costa,
2004).
O caso estudado corresponde a um afloramento (Ama) de arenitos médios
relacionados ao Grupo Massacará (Figura 5.1). Este Grupo é constituído de arenitos
depositados por sistemas fluviais atuantes do Berriasiano ao Eoaptiano, como resultado do
assoreamento final do sistema de riftes.
Figura 5.1 - Mapa de localização e contextualização geológica do caso estudado no Grupo Massacará,
Bacia de Tucano, composto pelo afloramento Ama.
O presente capítulo trata da análise estrutural da deformação frágil, representada
principalmente por bandas de deformação, que ocorre em arenitos porosos pertencentes à
Formação Massacará (bacia de Tucano).
As Bandas de Deformação (BD’s) ocorrem em diversos pontos da Formação
Massacará aflorante, porém foi escolhido um afloramento representativo para um estudo
sistemático de detalhe (Figura 5.1). Este estudo é baseado em um afloramento-chave que
ocorre a cerca 5 Km a sul da cidade de Jeremoabo (BA). O afloramento, aqui denominado
afloramento-massacará (Ama) corresponde à exposição em planta de um arenito médio
com dimensões aproximadas de 25 m x 10 m. Este arenito apresenta estratificações
69
Ferreira, T S
Capítulo 5
cruzadas acanaladas com níveis conglomeráticos na base dos foresets e topsets. As bandas
de deformação ocorrem deslocando algumas estruturas sedimentares (S0= 40/200)
(Prancha 5.1, fotos 5.1.1, 5.1.2 e 5.1.5).
De forma geral, as bandas de deformação ocorrem com espessuras que variam 0,1
cm a 10 cm e comprimento observável de até 15 m.. Como nos exemplo anteriores é
comum a presença de clusters resultantes da aglomeração de várias bandas de deformação
milimétricas
(>0,1
cm).
Estes
clusters
mostram
uma
forma
interna
ligeiramente
anastamosada, porém apresentando uma feição externa bastante retilínea. Estas BD’s têm
orientação geral no quadrante NE-SW, preferencialmente com mergulhos médios a fortes.
Estes planos são facilmente observáveis devido à erosão diferencial.
A presença de estrias visíveis na escala mesoscópica ocorre, com maior freqüência,
em planos de espessura centimétrica (>1,0 cm). A cinemática das BD`s pode ser obtida
principalmente, pelo deslocamento relativo de outras BD´s e de estruturas sedimentares
(p.e. níveis conglomeráticos). Os deslocamentos, entretanto, são de pequenas dimensões
(0,2 a 5 cm).
O estudo mesoscópico seguiu a mesma metodologia utilizada nos capítulos
anteriores: caracterização das BD’s e interpretação da disposição geométrica das BD’s.
A estrutura mais importante da localidade estudada é um cluster (falha) localizado a
cerca de 36 metros do Ama, onde dados foram obtidos através da scanline. A falta de
continuidade de afloramento não permitiu a coleta continua dos dados. Como é comum na
região, essas zonas de clusters podem resistir a alteração exibindo planos que se ressaltam
na topografia, e no caso específico, a ausência de rochas nas imediações não permitiu a
avaliação nas porções imediatamente após o cluster (falha). Para este estudo foi tomado
como referência esse cluster, denominado, aqui, como Banda de Deformação Principal
(Figura 5.2) (Prancha 5.1, foto 5.1.1).
A BDP é a feição estrutural mais relevante, aproximadamente 36 metros, a norte do
Ama, sua espessura média é de ate 15 cm e comprimento observável de até 20 m (Prancha
5.1, foto 5.1.1). Trata-se de um cluster com forma predominantemente compacta, se
apresenta com contorno encurvado, com direção média de 045º Az e mergulho médio de
75º SE (Figura 5.2). Embora não tenha sido individualizado o desenvolvimento de estrias, é
bem visível o deslocamento de níveis grossos do arenito com componente inverso (Prancha
5.1, fotos 5.1.2 e 5.1.3).
70
Ferreira, T S
Capítulo 5
Ama
36 m
scanline
Cobertura
(solo/vegetação)
BDP
Figura 5.2 – sketch (fora de escala) mostrando o posicionamento do afloramento Ama, onde foi
realizada a scanline; e a posição da estrutura maior, denominada Banda de Deformação Principal
(BDP), nas proximidades do afloramento.
As BD’s secundárias de grande ocorrência no Ama correspondem a clusters, com
espessura de 1 até 10 cm. Estas BD’s têm mergulho médio a forte, portam estrias que
mostram rake variando de baixo a médio de 02º a 28º mergulhando para SSE. Estas BD’s
se apresentam com a forma externa bastante retilínea e internamente mostrando forma
compacta ou, em alguns casos, apresentam um caráter interno anastomosado (Prancha 5.1,
foto 5.1.4).
As BD’s simples referem-se às estruturas mais elementares, do ponto de vista
mesoscópico, apresentando-se como um plano de espessura variando entre 0,1 e 0,8 cm.
Estas BD’s raramente mostram estrias e se apresentam de forma curvilínea com caráter
anastomosado ou com forma retilínea, por vezes, escalonadas. Ocorrem dispersas por todo
Ama entre as BD’s secundárias e possuem comprimento observável de até poucos metros.
O afloramento foi explorado através de um scanline que serviu de base para a coleta
dos dados das BD’s. A Figura 5.3 mostra o diagrama de rosetas formulado com os dados da
scanline, onde é possível distinguir dois conjuntos de estruturas: um de orientação média
NNE-SSW, e outro NE-SW. Este último conjunto é aproximadamente coincidente com a
orientação da BDP e possui estrias de mergulho médio (22 a 28º), e a mesma cinemática
sinistral. O conjunto NNE-SSW apresenta comumente estrias de mais baixo mergulho e com
deslocamento predominantemente dextral, de outras BD’s.
71
Ferreira, T S
Capítulo 5
N
n=200
Figura 5.3 – Diagrama de rosetas mostrando a orientação das BD’s no Ama. Notar a distribuição das
orientações das BD’s, evidenciando dois conjuntos bem distintos (NNE-SSW e NE-SW). As respectivas
cinemática observadas em campo, também são mostradas.
O diagrama de densidade (contorno) dos pólos das BD’s (Figura 5.4) evidencia os
mergulhos fortes dos dois conjuntos, NE-SW e NNE-SSW, de bandas de deformação.A
metodologia utilizada por de Wilson et al. (2003) para estimar o mecanismo/tipo de
crescimento de falha (descrita nos capítulos anteriores) ao contrario dos casos anteriores ,
mostra aqui relação entre a concentração máxima dos pólos das BD’s que compõem a zona
de danos, com o tensor de máxima compressão. Segundo esta metodologia, a BD’s do Ama
teria um tipo de crescimento pelo processo de fadiga da rocha, com deslizamento friccional
a fechamento da superfície de descontinuidade (Figura 5.4).
A distribuição da variação na espessura média das BD’s em função da distância da
BDP, também, foi estudada a partir de dados levantados pelas scanlines. Como já foi dito a
BDP considerada para o Ama dista cerca de 36m, logo pela impossibilidade de coletar dados
imediatamente após a BDP, foi considerado o marco zero na scanline no início do Ama,
haveria assim, um gap sem informarão. Aparentemente isto não compromete as análises
efetuadas, pois apenas o adensamento das BD’s era esperado nesse gap (Figura 5.2). O
gráfico da figura 5.5a apresenta a variação da densidade de deformação da zona de danos
ao longo da scanline. Neste gráfico é possível notar a maior densidade de deformação no
intervalo de 5 a 8,5 m (ver Prancha 5.2, foto 5.2.3), com pequena amplitude de variação.
A figura 5.5b mostra a distribuição de cada BD e sua respectiva espessura ao longo
da scanline. Os gráficos mostram a predominância de BD’s simples (espessura de < 1,0 cm)
ocorrendo quase que homogeneamente em toda scanline, com algumas concentrações
anômalas próximas as BD’s secundárias (espessura > 1,0 cm). Estas concentrações podem
72
Ferreira, T S
Capítulo 5
ser observadas, principalmente no intervalo 3,5 a 7 m, na parte central, scanline. Uma
observação importante neste gráfico são os planos de deslizamento (slip planes) que
ocorrem de forma irregular ao longo da scanline, por vezes associados a estruturas maiores
(intervalos 5-5,5 m e 6,5-7 m).
A figura 5.5c mostra o gráfico do fator T, (já explicado no capítulo 3) ressalta dois
intervalos de maior deformação: o intervalo 3,5-4 m, contendo duas estruturas relevantes
(> 4 cm de espessura); o intervalo 6-6,5, onde ocorre uma alta concentração de BD’s
simples com maior estrutura associada (espessura = 10 cm).
Estes gráficos (Figura 5.5, A e C) mostram que se deve ter cautela na representação
dos dados. Notar que os gráficos A e C expressam de forma diferente os picos de
concentração de deformação. O gráfico A pode mascarar (não descriminando de forma
enfática) as espessuras das BD’s ao longo da scanline. Enquanto que o gráfico C é uma
tentativa de se obter a concentração das BD’s em certos intervalos, considerando suas
espessura como parâmetro de deformação.
N
N
P
B
Fa
lh
a
D
P
Pr
in
ci
pa
l
e
b
N=200
Andersoniano (20º)
Figura 5.4 – Estereograma das BD’s que compõem Ama relacionado a BDP. Neste estereograma é
representando a BDP (grande círculo, e pólo - P) seu respectivo vetor de deslocamento (estria- e),
relacionando as curvas de contorno (BD’s da zona de danos). A esse estereograma é superposto o
contorno (densidade) dos pólos das BD’s, conforme a metodologia proposta por Wilson et al. (2003)
para estimar o tipo de mecanismo de formação de falhas. (b) – eixo b.
73
Ferreira, T S
Capítulo 5
Figura 5.5 – Gráficos formulados a partir dos dados das scanlines. Em (A) gráfico de densidade de deformação no intervalo de 0,5 m. Em (B) gráfico
mostrando a posição de cada BD e sua respectiva espessura. Em (C) gráfico de fator T (espessura acumulada . 0,5 / número de bandas, no intervalo), que
considera a espessura das BD’s no intervalo de 0,5 m. Ver discussões no texto.
S
dissssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss
74
Ferreira, T S
Capítulo 5
Estudo do caso no Grupo Massaracá, Bacia de Tucano (BA)
PRANCHA 5.1
5.1.1 – Fotografia mostrando a Banda de Deformação Principal (BDP), utilizada como
referência para o estudo do Ama. A seta indica a direção do Ama, que dista
aproximadamente 36 m da BDP.
5.1.2 – Fotografia mostrando, em perfil zona deformada bem próximo a BDP. Notar o
deslocamento de níveis mais grossos indicando um sistema de falhas inversas (ver detalhe
5.1.2a e sketch 5.12b).
5.1.3 – Fotografia mostrando uma região bem próxima a BDP. Observar novamente o
deslocamento inverso dos níveis mais grossos do arenito (ver sketch 5.1.3a).
5.1.4 – Fotografia mostrando um exemplo típico de BD’s secundárias formando par
conjugado no Ama. Observar o deslocamento relativo e mútuo entre as BD’s sugerindo uma
origem contemporânea. O número 1 na moeda aponta para o norte.
5.1.5 – Fotografia mostrando o deslocamento dextral de um nível conglomerático pelo
conjunto de orientação NNE-SSW.
75
Ferreira, T S
Capítulo 5
Os dados coletados no afloramento Ama, também foram plotados em gráficos (log10
- log10). Os principais atributos das BD’s utilizados no tratamento estatísticos, foram os
relacionados à disposição espacial das BD’s dentro da zona de danos (espaçamento,
freqüência cumulativa, número de BD’s), correlacionados a um atributo físico singular a
cada BD (espessura da BD), como parâmetro de deformação. A não utilização do parâmetro
de comprimento se deve, como nos casos anteriores, a dificuldade de se determinar o real
tamanho das BD’s.
–1,1
), representa
estatisticamente a correlação destes atributos para caso estudado.
Esse tipo de análise possibilita, portanto, a predição de um atributo em função de um
outro, e denota um arranjo homogêneo e regular na distribuição das BD’s dentro da zona de
danos. Como exemplo, de acordo com o gráfico a, da Figura 4.6, a espessura de uma BD,
seria correlacionável com o número de BD’s dentro da zona de danos estudada, segundo a
equação N=10,6 E
–1,1
(onde, N=numero de BD’s, E=espessura da BD), ou seja, pode-se
predizer a partir de um dado de espessura, por ex 0,3 cm, a existência de cerca 40 BD’s. E
ainda de acordo com a figura 5.5, se teria 40 BD’s com 0,3 cm com espaçamento médio 11
cm dentro de uma zona de danos como a analisada.
No estudo deste caso, foi possível, também, estabelecer uma correlação estatística
entre os rejeito aparentes observados no deslocamento relativo das BD’s. Como será
discutido no próximo item deste capítulo, existem dois conjuntos principais que compõem a
zona de danos, NNE-SSW e NE-SW, e estes possuem cinemática dextral e sinistral,
respectivamente. A partir da coleta dos rejeitos aparente destes conjuntos foi possível
formular um gráfico de correlação entre o rejeito vs espessura da BD’s, para cada conjunto
(Figura 5.7).
76
Ferreira, T S
Capítulo 5
a)
b)
100
2
2
R =0,90
10
-1,1
Número de BD´s
N=10,6 E
R =0,90
10
F=1,7 E
-1,4
1
0,1
1
0,1
1
0,1
1
c)
d)
2
2
R =0,98
R =1,00
10
10
1,4
EM= 0,6 E
1
0,1
0,1
1
10
EM= F
1
0,1
0,1
-1,0
1
10
Para o conjunto NNE-SSW, de cinemática dextral houve uma ótima correlação dos
dados coletados (R2=0,97), onde é possível predizer o rejeito aparente a partir da
espessura da BD. Isto, indicaria então que para o conjunto NNE-SSW, o rejeito aparente
seria diretamente proporcional a espessura , ou seja, quanto maior a espessura da BD,
maior o rejeito. Como exemplificação, segundo gráfico da figura 5.7a, uma BD de 0,1 cm de
espessura produziria um rejeito aparente de 0,55 cm, enquanto que uma BD com espessura
de 20 cm teria um rejeito aparente dextral de um pouco mais de 13 cm.
Já para o conjunto NE-SW, de cinemática sinistral, não houve uma boa correlação
dos dados (R2=0,30), sugerindo que o rejeito aparente é independente da espessura das
BD’s para este conjunto. Notar na figura 5.7b, que uma espessura pode ser responsável por
uma grande variação no “tamanho” do rejeito. Isto poderia ser explicado, dentre outros
77
Ferreira, T S
Capítulo 5
fatores, pela existência de um componente oblíquo do rejeito, negligenciado quando da
coleta dos dados.
conjunto NNE -SSW - cinemática dextral
conjunto NE-SW - cinemática sinistral
a)
b)
2
R =0,97
RA= 2,2 E
0 ,6
Rejeito Aparente (cm)
Rejeito Aparente (cm)
10
1
2
R =0,30
1
RA= 1,4 E
0 ,6
0,1
0,1
1
10
0,1
1
Figura 5.7 – Gráficos de correlação estatística entre o rejeito aparente e a espessura das BD’s. Em
(a) a correlação para o conjunto NNE-SSW, de cinemática dextral. Em (b) a correlação para o
conjunto NE-SW, de cinemática sinistral. Ver discussões no texto.
5.3.3. Interpretação para a disposição geométrica das BD’s
A análise mesoscópica das BD’s do afloramento Ama revelou que estas BD’s
apresentam com três conjuntos, dois principais, de orientações NNE-SSW (005º-010º Az) e
NE-SW (040°-045º Az) (ver Prancha 5.2, foto 5.2.1). Estes conjuntos apresentam
cinemática bem marcada pelo deslocamento mútuo entre as BD’s, em que predomina uma
cinemática dextral (NNE-SSW), e sinistral (NE-SW). A disposição destes conjuntos com suas
respectivas cinemáticas denotam um arranjo como par conjugado. Ainda ocorre um outro
conjunto, subordinado, de orientação ENE-WSW (075º-080º Az), ocorre com cinemática
predominantemente sinistral (ver Prancha 5.2, foto e sketch 5.2.2).
Sendo assim, teríamos então no Ama a disposição geométrica das BD’s como um
par conjugado, no quadrante NE-SW (ver Prancha 5.1, foto 5.1.4), e um o conjunto
subordinado de orientação aproximadamente E-W e cinemática sinistral.
Mesmo com o desenvolvimento contemporâneo, interpretado para os dois conjuntos
acima descritos, é possível se deduzir uma cronologia relativa entre os conjuntos. Através
da interação entre os conjuntos com predominância de deslocamento entre eles, pode-se
especular que o conjunto NNE-SSW seria o mais precoce, sendo predominantemente
deslocado pelo outros conjuntos (ver Prancha 5.2, fotos 5.2.1 e 5.2.3).
78
Ferreira, T S
Capítulo 5
PRANCHA 5.2
5.2.1 – Fotografia e sketch (5.2.1a) mostrando o arranjo geométrico das BD’s no Ama. É
possível distinguir três conjuntos principais de diferentes orientações. Ver discussões no
texto.
5.2.2 – Fotografia e sketch (5.2.2a) mostrando em maior detalhe o deslocamento relativo
entre as BD’s produzindo rejeitos aparentes de ordem centimétrica.
5.2.3 – Fotografia e sketch (5.2.3a) mostrando a diferença de densidade de deformação
dividida por uma BD secundária (cluster). Notar que as BD’s são adensadas, mas mantêm o
mesmo padrão geométrico.
79
Ferreira, T S
Capítulo 5
5.4. Análise estrutural em micro-escala
A identificação e caracterização das feições deformacionais, em micro-escala, e a
interpretação
dos
aspectos
(mecanismos/processos)
deformacionais
relacionados
à
formação das BD’s, constituíram as duas etapas da análise microscópica, descrita a seguir.
5.4.1. Identificação e caracterização das feições deformacionais
A caracterização das BD’s em micro-escala foi baseada na observação das feições de
(cimento, preenchimento de microfraturas, etc).
Também par este caso, a caracterização microscópica da deformação foi baseada em
dados qualitativos, embora os dados tenham sido extraídos de observações em pontos
específicos na seção delgada. Os resultados dos dados qualitativos serviram de base para
formulação de modelos interpretativos.
Do ponto de vista da petrografia, a rocha é um quartzo arenito médio, constituído
essencialmente por quartzo monocristalino (90-95%), compostos químicos (cimento e
preenchimento) e matriz tectônica (<10%), além de minerais opacos (traços). Os grãos
subangulosas. A rocha apresenta-se bem selecionada, em uma textura média com o
tamanho médio dos grãos variando de 0,25 a 0,5 mm. Ocorrem porfiroclastos (tamanho
>1,0mm) predominantemente de quartzo monocristalino. A presença destes porfiroclastos é
importante na caracterização do microfraturamento e dos aspectos de cominuição.
A análise microestrutural foi constituída da observação e caracterização das feições
deformacionais que ocorrem na escala dos grãos relacionada com as BD’s. As principais
feições observadas foram relacionadas ao mecanismo de microfraturamento com a
cominuição grãos.
De forma geral, as BD’s se apresentam em micro-escala com zonas de cominuição
dos grãos com bordas bastante retilíneas (Prancha 5.3, fotos 5.3.1 e 5.3.2). Neste caso é
visto que as BD’s se formam pelo colapso dos grãos devido à compactação mecânica e o
desenvolvimento de microfraturas intra e trans granulares.
O microfraturamento se apresenta na formação das BD’s como microfraturas intra e
transgranulares que mostram feições características. As microfraturas intragranulares se
apresentam como as estruturas precursoras no desenvolvimento das BD’s. As microfraturas
intragranulares observadas resultam da interação dos grãos do arcabouço, devido atuação
da compactação mecânica da rocha (Prancha 5.3, foto 5.3.3).
80
Ferreira, T S
Capítulo 5
PRANCHA 5.3
5.3.1 – Microfotografia mostrando uma BD de cerca de 2 mm que ocorre nos arenitos do
Ama. Observar que a borda da BD é uma fratura transgranular (seta amarela), e que a
redução granulométrica dentro da BD, não chega a formar uma “matriz tectônica”. Nicóis //,
luz transmitida.
5.3.2 - Microfotografia mostrando uma BD de cerca de 1 mm. Atentar para diferença
granulométrica entre os fragmentos gerados pela cominuição dentro da BD, e porfiroclastos
(Qz) que bordejam a BD. Nicóis //, luz transmitida.
5.3.3 - Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz). Observar as
fraturas intragranulares nos grãos resultada da interação dos grãos devido a compactação.
Nicóis X, luz transmitida.
5.3.4. – Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz). Notar a presença
de fraturas transgranulares (seta amarela) com início de fragmentação e cominuição dos
grãos. Nicóis //, luz transmitida.
5.3.5 - Microfotografia mostrando BD’s associadas a um arranjo (fabric) compactado de
grãos
(Qz),
apresentando
fraturas
transgranulares
(seta
amarela).
Nicóis
//,
luz
transmitida.
5.3.6 - Microfotografia mostrando o arranjo compactado de grãos com a presença de
fraturas transgranulares (seta amarela). Notar o deslocamento sinistral de um grão (Qz)
cortado por um destas fraturas transgranulares (círculo amarelo). Nicóis //, luz transmitida.
5.3.7 - Microfotografia mostrando uma fratura transgranular (seta amarela) relacionada
com a fragmentação de grãos (Qz) (início da cominuição). Nicóis //, luz transmitida.
5.3.8 - Microfotografia mostrando um BD com forte cominuição. Observar a diferença de
granulometria entre os porfiroclastos (Qz). Nicóis //, luz transmitida.
81
Ferreira, T S
Capítulo 5
As microfraturas transgranulares são expressivas no arranjo (fabric) compacto de
grãos e exercem um papel fundamental para o desenvolvimento de uma superfície
precursora para o inicio da cominuição resultando na formação da BD (Prancha 5.3, fotos
5.3.4, 5.3.5 e 5.3.6).
A compactação do arranjo de grãos se apresenta, neste caso, como fator primordial
aliado
ao
desenvolvimento
do
microfraturamento.
Primeiramente,
com
fraturas
intragranulares resultantes das interações dos grãos devido compactação, posteriormente
ocorrem fraturas transgranulares proporcionando o desenvolvimento do processo de
cominuição (Prancha 5.3, foto 5.3.7).
O processo de cominuição, em suma, abrange a interação do mecanismo de
microfraturamento
relacionado
à
compactação
mecânica,
resultando
em
bandas
milimétricas com redução granulométrica dos grãos constituintes da rocha (Prancha 5.3,
foto 5.3.8). Vale ressaltar, como consideração adicional que para este caso é observado que
a redução granulométrica devido à cominuição nas BD’s, em geral, ocorre em uma menor
amplitude do que os casos estudados anteriormente, ou seja, a cominuição na maioria dos
casos não chega a formar uma “matriz tectônica” fina.
5.4.2 – Interpretação dos mecanismos de deformação em micro-escala
As BD’s no caso estudado resultam da compactação por esforços tectõnicos, através
do mecanismo de microfraturamento produzindo a cominuição dos grãos. A compreensão
deste processo de deformação é de fundamental importância para a determinação do
caráter selante ou não-selante das BD’s. A partir das observações e dos aspectos
deformacionais descritos neste capitulo foi possível formular o modelo para o processo de
formação de BD’s. Um modelo esquemático é proposto na figura 5.8.
Inicialmente a rocha (pós-litificação) (Figura 5.8, detalhe 1), apresentando alta
porosidade, bom selecionamento e arredondamento, com cimentação incipiente, seria
submetida a mecanismo de deformação por compactação mecânica (Figura 5.8, detalhe 2)
onde o strain seria por acomodação de espaço através do rearranjo dos grãos e redução da
porosidade. Esta acomodação chegaria a um limite em que a trama (fabric) dos grãos
entraria em colapso. Os impactos e a fricção causados pelos grãos resultaria na formação
de microfraturas intragranulares.(Figura 5.8, detalhes 3).
A evolução do processo se aplicaria ao sistema de microfraturamento através do
desenvolvimento de fraturas intragranulares (Figura 5.8, detalhe 4). A intensificação da
compactação seria de fundamental importância no desenvolvimento de microfraturas
transgranulares, que formariam superfícies favoráveis para o início do processo de
cominuição dos grãos (Figura 5.8, detalhe 5). Por fim, este processo evoluiria com a
intensificação da cominuição dos fragmentos (Figura 5.8, detalhe 6).
82
Ferreira, T S
Capítulo 5
3
2
1
Qz
Qz
0,25 mm
estágio inicial
3
41
compactação
6
1
5
BD
Qz
Qz
0,25 mm
Cominuição
Figura 5.8 – Seqüência esquemática do processo de deformação frágil em micro-escala
para a formação de uma BD nos arenitos pertencentes ao Grupo Massacará, bacia de
Tucano. BD – Banda de Deformação.
O caso estudado neste capítulo revelou algumas características peculiares para a
formação, desenvolvimento e disposição das BD’s dentro da zona de danos.
Em escala mesoscópica, foi visto uma disposição geométrica regular das BD’s como
mostrado pelos gráficos estatísticos. Dentro desta disposição as BD’s seriam composta por
um par conjugado principal formado por dois conjuntos de direções NNE-SSW e NE-SW.
Onde, de acordo com a metodologia de Wilson et al. (2003) estas BD’s teriam um
crescimento por fadiga da rocha com deslizamento friccional a fechamento da superfície de
falha.
Os dados microestruturais mostraram feições deformacionais relacionadas ao
mecanismo
de
microfraturamento,
o
qual
é
representado
por
fraturas
intra
e
transgranulares que regem a deformação da BD conjuntamente com a compactação
mecânica da rocha devido a esforços tectõnicos. As BD’s em geral mostram-se como feições
retilíneas de cominuição dos grãos onde ocorre a cominuição dos grãos pelo colapso do
arranjo
granular
devido
à
compactação
resultando
no
microfraturamento.
Detalhe
importante, é que neste caso estudado a intensidade da cominuição em geral não é muito
grande, sem ocorrência de “matriz tectônica” fina. Os grãos cominuidos na BD’s se
apresentam como fragmentos angulosos.
Por fim, como consideração final poderia se ressaltar a relação entre o tipo
crescimento de falha denotado pela metodologia de Wilson et al. (2003) para as BD’s em
meso-escala, e aspectos de deformação granular. A formação das BD’s, por colapso dos
83
Ferreira, T S
Capítulo 5
grãos devido à compactação, poderia ser uma analogia ao desenvolvimento de uma
superfície de deslizamento friccional, na escala microscópica que evolui na compactação da
BD e fechamento desta superfície. Este processo poderia ser análogo a um sistema de
falhas transpressivo. Este sistema é invocado para o desenvolvimento de uma grande falha
regional (falha de Jeremoabo) que ocorre não muito distante do sítio estudado (Destro, et
al., 2003).
84
Ferreira, T S
Capítulo 6
Conclusões e Considerações Finais
Capítulo 6
6.1. Conclusões
O trabalho de análise estrutural das Bandas de Deformação (BD’s) em diferentes
contextos geológicos e tectônicos mostrou seus diversos aspectos geométricos genéticos e
sua relação-temporal associada as grandes estruturas. Alguns aspectos são similares em
diversos
arenitos
porosos,
outros
nem
tanto.
As
características
de
formação
e
desenvolvimento das BD’s podem ser contrastantes sob o ponto de vista das escalas micro
e mesoscópica. As diferenças e similaridades que foram mostradas nos casos estudados
neste trabalho demonstram, também, que a Bandas de Deformação são regidas por
diferentes mecanismos/processos de deformação, e que estes são fortemente relacionados
às características geológicas e reológicas do material, e ao ambiente geotectônico. Diante
disso, é possível tecer algumas conclusões sobre os aspectos estruturais das Bandas de
Deformação estudadas, em meso e micro-escala (Figura 6.1):
Meso-escala:
9
A geometria pode ser analisada segundo o modelo de fraturas cisalhantes de Riedel
(1929). As BD’s se apresentam por vezes escalonadas, ou formando pares conjugados,
sendo relacionadas a uma zona de danos com deformação de caráter regional (falhas).
O estudo da zona de danos de uma falha principal (Banda de Deformação Principal –
BDP) mostrou que a formação e desenvolvimento das BD’s seguem padrões geométricos
bem estabelecidos. Estes padrões são influenciados pela distância da BDP e seguem a
relação temporal e cinemática determinada por esta estrutura maior.
9
A disposição das estruturas na zona de danos em baixo ângulo com a Falha Principal, é
observada em todos os casos, sendo assim uma característica comum. A confecção de
estereograma mostrando as curvas de contorno de densidade dos pólos das BD’s que
compõem a zona de danos denota esta distribuição. A análise deste estereogramas de
cada caso estudados e sua comparação com os mecanismos de formação de falhas,
utilizando o princípio de Wilson et al. (2003) sugere que as BD’s apresentam uma
tendência geral para o surgimento de uma superfície de falha por fadiga da rocha, como
bem evidenciado nos casos da bacia de Tucano. O desenvolvimento da falha se daria por
um deslizamento friccional, podendo chegar ao fechamento da superfície de falha.
85
Ferreira, T S
9
Capítulo 6
Os dados coletados pelas linhas de amostragem (scanlines) na zona de danos dos casos
estudados mostraram através dos gráficos de densidade de deformação, distancia vs
espessura da BD e do fator T, que apesar destas zonas de danos apresentarem uma
disposição geométrica regular, estas apresentam variações significativas de densidade e
espessura das BD’s. A partir da análise dos gráficos supracitados foi possível observa
estas variações e localizar as regiões ou intervalos de maior e/ou menor intensidade dos
parâmetros analisados, ou seja, sítios de nucleação de falhas (slip planes) e por
conseqüência a influencia na distribuição espacial de atributos que influenciam a permoporosidade em determinada área.
9
A análise dos dados da zona de danos com ferramentas estatísticas através de gráficos
de log10-log10 denota uma distribuição espacial bastante regular das BD’s, assim como
da distribuição das espessuras das BD’s. A importância desta contribuição é que através
dela é possível à correlação de parâmetros físicos de deformação (p.e. espessura,
comprimento da BD) com parâmetros de disposição espacial das BD’s (p.e. espaçamento
médio, freqüência).
9
A interpretação da geometria das BD’s em diversos estágios de desenvolvimento que
ocorre dentro da zona de danos relacionada a uma Banda de Deformação Principal
(BDP), apresenta possibilidade de se formular modelos de formação e desenvolvimento
das BD’s. Estas informações podem, por exemplo, fornecer subsídios sobre a quão
evoluída é uma determinada zona de danos.
Micro-escala:
9
As Bandas de Deformação se desenvolvem em arenitos porosos a partir de um processo
de deformação fundamental que seria a compactação do arranjo (trama) dos grãos,
devido a esforços tectônicos regionais. Inicialmente, esta trama granular reage à
deformação com o rearranjo no processo de acomodação do espaço. É neste ponto que
a porosidade é fator primordial no desenvolvimento das BD’s, pois proporciona, através
dos espaços entre grãos, uma maior amplitude de acomodação dos grãos.
9
O
mecanismo
de
transferência
de
massa
por
difusão
ocorre
ao
longo
do
desenvolvimento da compactação dos grãos através, principalmente, da dissolução e
preciptação do quartzo. A dissolução ocorre em pontos específicos de alta pressão que
no arranjo compactado de grãos ocorre nos contatos côncavo-convexos. Após a
dissolução, o fluido é depositado em sítios de baixa pressão dentro do arranjo (fabric)
compactado (p.e. porosidade remanescente). Este mecanismo se apresenta intimamente
ligado à compactação (p.e. o caso da Formação Serraria, Bacia de Sergipe-Alagoas) e
pode, também, estar relacionado ao mecanismo de microfraturamento, onde o quartzo é
86
Ferreira, T S
Capítulo 6
dissolvido devido à deformação e precipitado preenchendo microfraturas intragranulares
(p.e. Formação Açu, Bacia Potiguar).
9
O mecanismo de microfraturamento é o agente precursor do processo de cominuição
dos grãos e desenvolvimento das BD’s. Este mecanismo se iniciaria a partir do instante
em que acomodação do espaço no arranjo granular não é suficiente para acomodar a
deformação (strain) devido à compactação da rocha. Neste instante surge microfraturas
intragranulares devido à interação e fricção dos grãos. Estas fraturas intragranulares
provocam o colapso e fragmentação de alguns grãos concomitante ao desenvolvimento
de superfície de descontinuidade no arranjo granular, a fraturas transgranulares. Estas
fraturas têm importante papel, pois sua distribuição é responsável pela nucleação de
sítios mecanicamente favoráveis a fragmentação e inicio da cominuição dos grãos,
resultando no desenvolvimento de bandas de deformação de espessura milimétrica.
9
A ocorrência dos mecanismos que regem a formação e desenvolvimento das BD’s em
micro-escala é fortemente relacionada a parâmetros sedimentológicos e reológicos dos
minerais
que
compõem
arredondamento
e
a
rocha,
esfericidade
como
dos
a
presença
grãos,
de
clivagem,
granulometria,
geminação,
selecionamento,
susceptibilidade de dissolução dos grãos, presença de fluidos, entre outros. Através dos
casos estudados foram verificados alguns pontos sobre esses aspectos. O mau
selecionamento dos grãos influencia positivamente na geração de sítios mecanicamente
favoráveis à fragmentação dos grãos, bem como no desenvolvimento de fluxos
cataclásticos (p.e. Formação Açu, bacia Potiguar). Já o bom selecionamento dos grãos
influencia positivamente no re-arranjo devido à compactação e proporciona maior
superfície de contatos entre os grãos contribuindo para o desenvolvimento de contatos
côncavo-convexos, resultando na dissolução dos grãos (p.e. Formação Serraria, bacia de
Sergipe-Alagoas). A presença de minerais que reagem à deformação formando argilas,
caso do feldspato, favorece a ocorrência de uma “matriz tectônica” fina, que contribui no
desenvolvimento de fluxo cataclástico (p.e. microclina na Formação Açu, bacia
Potiguar). A granulometria influencia diretamente a espessura mínima da Banda
observada em escala mesoscópica, ou seja, quanto maior a granulometria maior será a
espessura mínima de ocorrência de BD’s em meso-escala (p.e. 0,5 cm, Formação Açu,
0,2 cm Formação Serraria, e 0,1 cm Grupo Massaracá). Por fim, a presença de fluidos
meteóricos poderia influenciar nos parâmetros químicos (Ph, Eh) regendo, juntamente
com a temperatura e pressão, a dissolução e preciptação de fluidos, além de interagir
com o material fragmentado chegando a formar argilo-minerais a até minerais de baixa
temperatura (sericita) (p.e. caolinita neoformada e o processo de sericitização de
microclina, no arenito Açu, bacia Potiguar).
87
Ferreira, T S
Capítulo 6
Ambiente tectônico:
Foi verificada a compatibilidade dos modelos interpretados em meso-escala, para a
formação e disposição geométrica das bandas de deformação com mega-estruturas
regionais. No caso da Formação Açu, observou-se a compatibilidade com o sistema de
falhas dextral de Afonso Bezerra (Oliveira et al., 1993). Na bacia de Sergipe-Alagoas a
presença de duas lineações sugere um sistema de falhas normais, com posterior
transcorrência dextral. Já o caso da bacia de Tucano se encaixa no contexto da falha
transpressional de Jereomabo (Destro et al., 2003), onde ocorre a formação de pares
conjugados (Figura 6.1).
6.2. Considerações Finais
As rochas areníticas porosas podem servir como rochas-reservatório em sistemas
petrolíferos. A compreensão de aspectos relacionados à migração e armazenamento de
fluidos como o petróleo passa pelo entendimento de estruturas que possam facilitar ou
dificultar a passagem de fluidos. As bandas de deformação são uma dessas estruturas, e
são bastante comuns em arenitos porosos, logo a necessidade de se conhecer os aspectos
de geometria-temporal e os mecanismos de deformação que lhe deram origem. Esta foi à
tônica deste trabalho. A análise em meso-escala revelou que as bandas de deformação se
apresentam com uma distribuição regular, denotada pelo tratamento estatítisco. Este
estudo produziu gráficos de ótima correlação (R2>0,90) entre parâmetros das BD’s, sendo
possível se predizer através de atributos sobre a disposição espacial (espaçamento médio,
freqüência) e aspectos físicos (p.e. espessura, comprimento, etc.) dentro de uma zona
deformada. Esta ferramenta poderia ser aplicável para predizer rotas migração de fluidos.
Além disso, a consolidação de que as BD’s se dispõem geometricamente em resposta a
deformação segundo, por exemplo, o conceito de Riedel, poderia ser mais um aspecto
relevante na correlação entre análogos de terreno e de subsuperfície. Por fim, a tendência
verificada nos casos estudados para o desenvolvimento de falhas por fadiga da rocha, em
uma superfície de deslizamento friccional, com cominuição e fechamento dos poros, com
precipitação de material, em um primeiro momento, para demonstrar que as BD’s agem
como estruturas selantes para fluidos. Em outra análise, poderia ser dito que elas podem
“canalizar” os fluidos através da porosidade inter-bandas.
Em micro-escala, este trabalho contribuiu revelando alguns aspectos sobre o
processo de compactação, e os mecanismos de deformação por transferência de massa por
difusão,
e
microfraturamento
(cominuição),
além
de
ressaltar
alguns
parâmetros
microestruturais que influenciam na formação de BD’s, conseqüentemente no seu caráter
selante ou não-selante. A observação do microfraturamento com a presença expressiva de
microfraturas transgranulares no arranjo compactado de grãos, conjuntamente com o
desenvolvimento da dissolução e preciptação de quartzo, preenchendo microfraturas,
88
Ferreira, T S
Capítulo 6
porosidade remanescente ou atuando como cimento secundário, suporta a idéia de que as
BD’s, nos caso estudados, tenderiam a um comportamento selante, embora estudos
específicos de permo-porosidade sejam necessários.
Figura 6.1 – Desenho esquemático mostrando a localização dos casos estudados dentro dos seus
contextos tectônicos e apresentando a visualização em conjunto de uma síntese dos resultados
obtidos pela análise estrutural das BD’s em meso e micro-escala. Observar para cada caso, o
diagrama de rosetas com os dados cinemáticos interpretados e o tensor de máxima compressão
estimado (no caso Ase, para o segundo evento, transcorrente); o estereograma das BD’s que
compõem a zona de danos com a representação da Banda de Deformação Principal (BDP); e, também,
o quadro esquemático mostrando o aspecto geral de um BD e suas características em micro-escala
(quadro cinza escuro). Aaç – afloramento Açu; Ase – afloramento Serraria; Ama – afloramento
Massacará.
89
Ferreira, T S
Capítulo 6
Este trabalho não objetivou, nem teve a pretensão de elucidar todos os aspectos de
deformação que regem a formação de estruturas complexas, como as bandas de
deformação
em
arenitos
porosos,
apenas apresenta,
de
forma
sintética,
algumas
características destas estruturas e, dentro do estudo de caracterização, a interpretação dos
mecanismo/processos de deformação observados nos casos estudados. As ferramentas
estatísticas e de geologia estrutural, utilizadas neste trabalho, assim com os conceitos e as
metodologias aplicadas foram somente uma tentativa de fundamentar a caracterização das
BD’s. Sendo assim, é importante que as interpretações e conclusões, aqui relatadas, sejam
suportados por maiores e mais aprofundados estudos posteriores.
90
Ferreira, T S
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Resumo - Centro de Ciências Exatas e da Terra

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