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DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

MODELAGEM ESTRUTURAL FÍSICA DE SEMIGRÁBEN

ORTOGONAIS E OBLÍQUOS À DISTENSÃO REGIONAL:

INFLUÊNCIA DA TRAMA DO EMBASAMENTO E

COMPARAÇÃO COM ANÁLOGO NO NORDESTE

BRASILEIRO

Autor:

ANDRÉ JOÃO PALMA CONDE BLANCO

Dissertação nº 120/PPGG

Orientador:

Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá (PPGG/UFRN)

Co-Orientador:

Prof. Dr. Fernando César Alves da Silva (PPGG/UFRN)

Natal/RN, Junho de 2013

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

MODELAGEM ESTRUTURAL FÍSICA DE SEMIGRÁBEN

ORTOGONAIS E OBLÍQUOS À DISTENSÃO REGIONAL:

INFLUÊNCIA DA TRAMA DO EMBASAMENTO E

COMPARAÇÃO COM ANÁLOGO NO NORDESTE

BRASILEIRO

Autor:

ANDRÉ JOÃO PALMA CONDE BLANCO

Dissertação de Mestrado apresentada em 17 de junho de 2013 ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito a obtenção do título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica com área de concentração em Geodinâmica.

Banca examinadora

Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá (Orientador)

Prof. Dr. Alex Francisco Antunes (Membro Interno)

Profa. Dra. Caroline Janette Souza Gomes – UFOP (Membro Externo)

Natal/RN, Junho de 2013

“Em algum lugar, alguma coisa incrível está esperando para ser conhecida.”

In Carl Sagan

II

Resumo

A modelagem estrutural física é uma ferramenta cada vez mais usada na geologia para

fornecer informação sobre os diversos estágios evolutivos (nucleação, desenvolvimento) e

geometria de estruturas geológicas em várias escalas. No caso particular da simulação da tectônica

distensional, a modelagem proporciona uma melhor compreensão da geometria e evolução de falhas

e da arquitetura tectonoestratigráfica de bacias rifte. Neste trabalho foi utilizado um aparato tipo

caixa de areia para estudar a nucleação e desenvolvimento de bacias influenciadas por estruturas

prévias no embasamento, com trend variável em relação à direção de distensão. Para tal, foram

realizados dois tipos de experimentos para: (i) simular o desenvolvimento individual (independente)

de semigráben com abertura ortogonal ou oblíqua à direção de distensão; (ii) simular o

desenvolvimento simultâneo desses semigráben ortogonais ou oblíquos à direção de distensão. Em

ambos os casos foi utilizado o mesmo material (mistura de areia e gesso) e mantidas as condições

de contorno. Os resultados obtidos foram comparados com um análogo natural representado pela

Bacia do Rio do Peixe (uma das bacias interiores eocretáceas do Nordeste do Brasil). Os modelos

permitiram observar o desenvolvimento segmentado das falhas de borda, com geometria lístrica,

frequentemente formando rampas de revezamento, além do desenvolvimento de falhas internas às

bacias localizadas nas suas porções mais basais, similares àquelas observadas nas seções sísmicas

do análogo natural. Os resultados confirmam a influência da herança tectônica do embasamento na

geometria dos depocentros rifte.

Palavras-Chave: Modelagem física, bacia rifte ortogonal, bacia rifte oblíqua, herança do

embasamento, Bacia do Rio do Peixe.

III

Abstract

The physical structural modeling tool is being increasingly used in geology to provide

information about the evolutionary stages (nucleation, growth) and geometry of geological

structures at various scales. During the simulations of extensional tectonics, modeling provides a

better understanding of fault geometry and evolution of the tectonic-stratigraphic architecture of rift

basins. In this study a sandbox type apparatus was used to study the nucleation and development of

basins influenced by previous structures within the basement, variably oriented as regards to the

main extensional axis. Two types of experiments were conducted in order to: (i) simulate the

individual (independent) development of half-grabens oriented orthogonal or oblique to the

extension direction; (ii) simulate the simultaneous development of such half-grabens, orthogonal or

oblique to the extension direction. In both cases the same materials (sand mixed with gypsum) were

used and the same boundary conditions were maintained. The results were compared with a natural

analogue represented by the Rio do Peixe Basin (one of the eocretaceous interior basins of

Northeast Brazil). The obtained models allowed to observe the development of segmented border

faults with listric geometry, often forming relay ramps, and the development of inner basins faults

that affect only the basal strata, like the ones observed in the seismic sections of the natural

analogue. The results confirm the importance of basement tectonic heritage in the geometry of rift

depocenters.

Keywords: Physical modeling, orthogonal rift basin, oblique rift basin, basement heritage, Rio do

Peixe Basin.

IV

Agradecimentos

No final de mais uma etapa da minha vida, deixo aqui registrados os meus sinceros

agradecimentos aos que contribuíram, direta ou indiretamente, para a realização deste trabalho.

Ao Departamento de Geologia e Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica

da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, que me acolheram e proporcionaram esta

excelente oportunidade de aprendizagem, à ANP e PRH-22 que viabilizou a execução deste projeto

e pelo auxílio da preciosa bolsa.

Aos meus orientadores, Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá e Prof. Dr. Fernando César

Alves da Silva, por me terem enriquecido com os seus conhecimentos geológicos, sugestões e

discussões, além da dedicação e confiança depositada em mim. Aos meus mentores o meu sincero

MUITO OBRIGADO!

A todos os professores que compõem o Laboratório de Geologia e Geofísica do Petróleo,

Prof. Dr. Alex Antunes, Prof. Dr. Fernando Lins, Profa. Dra. Valéria Centurion Córdoba e Profa.

Dra. Débora do Carmo Sousa, pela acolhida no Programa, conhecimento dado nas aulas,

seminários, discussões e esclarecimentos que foram surgindo no decorrer desta dissertação.

Queria também agradecer aos colegas do LGGP, Anne, Marília, Antomat, Magda, Moisés,

Thuany, Filipe pelo excelente convívio que me proporcionaram, contribuindo também, direta ou

indiretamente, na a realização deste trabalho. Em especial, à Ana Bárbara Costa pelos conselhos,

convivência, amizade, companheirismo e sobretudo orientação na cidade de Natal. Não posso

deixar de agradecer à Nilda pela enorme alegria, simpatia e enorme apoio na resolução dos

problemas burocráticos que foram surgindo.

Aos amigos que fiz aqui no Brasil Ricardo Castro, Cristiana Monteiro, Filipe “Maior”

Santos, Rosangela Cristina, António, Zeca, Gevaneide e Zéivaldo, Nira, Marzo, Joca, Tadeu Júnior,

Tibério, Bárbara e Danilo pelos bons momentos e ajuda na adaptação a um novo país, mostrando-

me um pouco mais sobre a cultura Brasileira. Aos amigos do velho continente, em especial João

Carvalho, Guerra, Miffy (Ana Sofia), Diogo, Joana Fragoso e Lara, que sempre me apoiaram neste

desafio, minimizando as saudades de casa através de longas conversas pelo Skype e Facebook.

V

Não poderia deixar de agradecer a dois dos professores do Departamento de Geologia da

Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Prof. Dr. Filipe Rosas e Prof. Dr. José Brandão

Silva pelas conversas, conselhos e ensinamentos dados enquanto aluno de graduação.

À minha família, pelo enorme apoio e incentivo que me deram, em especial ao meu irmão,

que sempre me deu coragem e ambição de chegar mais longe. Ao companheiro da minha mãe José

Reis e à minha mãe, que tal como eu tive coragem de ir além-fronteiras, ela teve a coragem de

deixar o filho mais novo partir em busca do seu sonho. Por último ao meu pai, Afonso Conde

Blanco, que apesar de não se encontrar entre nós, foi o responsável pelo meu interesse na geologia.

VI

Índice

RESUMO II

ABSTRACT III

ÍNDICE DE FIGURAS VIII

1. Introdução 01

1.1 Apresentação 02

1.2 Justificativa 02

1.3 Objetivo da Pesquisa 02

2. Estado da Arte da Modelagem Estrutural 04

2.1 Breve História da Modelagem Estrutural 05

2.2 Materiais mais utilizados em modelagem e relações escalares 06

2.3 Modelagem de Bacias tipo rifte 07

3. Geologia Regional: exemplos das bacias interiores do Nordeste Brasileiro 09

3.1 Arcabouço Estrutural da Bacia do Rio do Peixe 11

3.2 O Empilhamento Estratigráfico e outras Feições Estruturais nos Semigráben 12

3.2.1 Semi-graben de Brejo das Freiras 14

3.2.2 Semi-graben de Sousa 15

4. Abordagem Experimental 16

4.1 Materiais e Equipamentos 17

4.2 Montagem dos Modelos 19

4.3 Análise e interpretação dos dados 21

VII

5. Desenvolvimento simultâneo de semigráben ortogonais e oblíquos à direção de distensão:

modelagem física de análogos naturais no Nordeste Brasileiro (artigo científico) 23

6. Comparação entre os modelos experimentais e o análogo natural 47

6.1. Comparação entre os modelos experimentais de semigráben 48

6.2. Comparação entre o análogo natural e os modelos experimentais de semigráben 51

7. Discussões e Conclusões 56

Referências bibliográficas 59

VIII

ÍNDICE DE FIGURAS

Capítulo 3

Figura 3.1 – Esquema ilustrando o trend Cariri-Potiguar com as principais bacias associadas. O

retângulo azul (a) localiza a Bacio do Rio do Peixe; as linhas a preto (b) representam as

principais zonas de cisalhamento pré-cambrianas, com segmentos reativados como falhas no

Eocretáceo ou idade mais jovem; (c) representa as isogálicas, onde é de notar uma inlexão que se

estende desde a bacia de Potiguar até à Bacia do Araripe. O tracejado vermelho delimita uma

área que evidencia afinamento crustal nesta região (Castro et al., 2007)……………………… 10

Figura 3.2 – Mapa geológico da Bacia do Rio do Peixe, com detalhamento litoestratigráfico e do

arcabouço estrutural. A profundidade nos cortes geológicos foi calibrada com dados de inversão

gravimétrica, sísmicos e do poço estratigráfico Lagoa do Forno, a SE da localidade de Sousa

(Nunes da Silva 2009; Jardim de Sá et al. 2010)………………………………………………...13

Figura 3.3 – Interpretação estratigráfica e estrutural dos semigráben de Brejo das Freiras e Sousa

através da seção sísmica (0295-2090) paralela à direção de distensão NW-SE (Córdoba et al.

2008)……………………………………………………………………….…………………….14

Capítulo 4

Figura 4.1 – a) Fotografia de areia fina a média, tingida de verde e b) morfologia dos grãos

mostrada na fotomicrografia de detalhe. c) Fotografia macroscópica da mistura de areia e gesso

(85% e 15% respetivamente); d) detalha em visão microscópica a mistura areia/gesso; as setas

em vermelho destacam, à esquerda, o gesso no espaço intergrãos e, à direita, gesso adsorvido

pelos grãos de quartzo…………………………………………………………………………...18

Figura 4.2 – Aparato de deformação do Laboratório de Modelagem: caixa de areia, com

dispositivo de iluminação e câmeras fotográficas (nesta ilustração, em ambos os lados da

caixa)…………………………………………………………………………………………......18

Figura 4.3 – Figura 4.3 – Desenho esquemático em mapa, ilustrando a configuração do aparato

estabelecido nos modelos experimentais físicos. a) Abertura de semigráben ortogonal em relação

à direção de distensão (Série I); b) Abertura oblíqua em relação à direção de distensão (Série II);

c) Modelo de desenvolvimento simultâneo de semigráben ortogonal ou oblíquo em relação à

IX

direção de distensão. A área cinza no interior da caixa representa o papel vegetal, cuja

extremidade tem a geometria da descontinuidade que se deseja modelar. A extremidade do papel

funciona como um descontinuador de velocidade (DV), permitindo a nucleação da falha de

borda das bacias…………….……………………………………………………………………20

Capítulo 5

Figura 1 – Mapa simplificado da Bacia do Rio do Peixe com as falhas principais. As zonas de

cisalhamento, com trend NE e E-W (Zona de Cisalhamento Portalegre e Patos, respectivamente)

controlaram a margem falhada dos semigráben de Brejo das Freiras com componente normal, e

Sousa com componente oblíqua sinistral, associado ao evento distensivo NW-SE. (modificado de

Jardim de Sá et al., 2010)…………………...…………………………………………………...26

Figura 2 – a) Fotografia de areia fina a média, tingida de verde e cuja morfologia dos grãos é

mostrada na fotomicrografia no detalhe. b) Fotografia macroscópica da mistura de areia e gesso

(85% e 15%, respetivamente). Nos detalhes, visão microscópica da mistura areia/gesso. As setas

em vermelho destacam, à esquerda, o gesso no espaço intergrãos e, no detalhe à direita, gesso

adsorvido pelos grãos de quartzo………………………………………………………………...28

Figura 3 – Fotografia do aparato deformacional mostrando a caixa de vidro (“caixa de areia”) e

o motor responsável pela movimentação da parede móvel. Laboratório de Modelagem Estrutural

no prédio do Laboratório de Geologia e Geofísica de Petróleo, UFRN (Natal)…………………28

Figura 4 – Representação da parte basal do aparato, onde a folha de papel vegetal (cinza) com a

geometria do descontinuador de velocidade (Dv) representa a anisotropia pré-existente. Em a)

arquitetura basal para distensão ortogonal (simulando o Semigráben de Brejo das Freiras) e b)

oblíqua (simulando o Semigráben de Sousa), ambos desenvolvidos isoladamente (de forma

independente); comparar com o mapa da Bacia do Rio do Peixe, na figura 1. c) Distensão

gerando os semigráben ortogonal e oblíquo, simultaneamente. As setas pretas indicam a direção

do movimento distensional………………………………………………………………………29

Figura 5 – a) Exemplo de fotografia da superfície do modelo com a localização onde foi

seccionado para a geração dos perfis. Estes perfis podem ser paralelos à direção de distensão

(AB) ou perpendiculares à borda da bacia (CD). b) Exemplo de fotografia de um corte,

ilustrando o comportamento das falhas em subsuperfíce. (a) e (b) são fotografias de modelos

distintos…………………………………………………………………………………………..30

X

Figura 6 – Representação em mapa, a partir de fotografias, da evolução (e = 7%, 9.5% e 14%,

respectivamente) da principal falha da bacia modelada, que define a denominada margem

falhada. O retângulo tracejado delimita a porção ortogonal da bacia, que ao longo dessa estrutura

transiciona (na porção sul) a uma rampa oblíqua (falha de transferência)………………………31

Figura 7 – Representação gráfica da intensidade dos mergulhos da falha de borda, obtida nos

perfis ao longo da bacia. O inset mostra a localização dos perfis na bacia. Excetuando os perfis

AA’ e BB’, na porção oblíqua da bacia, os mergulhos nas partes superiores das falhas são mais

constantes que nas porções basais ………………………………………………………………31

Figura 8 – Fotografia do topo do modelo (superfície), em dois estágios distintos da evolução da

bacia, mostrando a presença de rampa de revezamento na margem flexural. Notar a inversão do

mergulho da rampa, do estágio mais precoce (a = 7%) para um estágio mais avançado (b= 14%).

A seta branca indica a direção da distensão.……………………………………………………..32

Figura 9 – a) Representação em mapa da bacia ortogonal (e = 14%), com a localização dos

perfis mostrados em b). Exemplo da estruturação interna da bacia ortogonal é mostrado em (b)

onde nota-se pequena alteração no espaçamento das falhas e no rejeito de algumas delas (falha f,

por exemplo). Notar que algumas falhas não atingem a superfície……………………………...33

Figura 10 – Relação entre o ângulo de mergulho (θ) das falhas internas da bacia e a distância

(D) à falha de borda da bacia. Notar mergulhos menores na parte central da bacia. A localização

dos perfis é ilustrada na figura 9a………………………………………………………………..33

Figura 11 – a) Gráfico mostrando o desenvolvimento da abertura da bacia (ω) ao longo dos

diversos incrementos deformacionais. A foto mostra um exemplo da obtenção de ω. b) Perfil

ilustrando o desenvolvimento sequencial das falhas no interior da bacia, com propagação em

direção ao centro da bacia (F1 a F5). A falha de borda é representada por Fb………………….34

Figura 12 – Mapa e perfis mostrando a distribuição das falhas oblíquas/normais na superfície e

subsuperfície da bacia oblíqua (em relação a direção de distensão). Notar que a maioria das

falhas antitéticas não aflora no estágio deformacional ilustrado em (a), sendo encobertas pela

sedimentação sintectônica, como pode ser observado nos perfis de (b)…………………………35

Figura 13 – Desenvolvimento da falha de borda (traçado em vermelho) da bacia oblíqua, em três

estágios da deformação (e = 7%, 19% e 26% respectivamente) ilustrando a coalescência de seus

segmentos………………………………………………………………………………………...35

XI

Figura 14 – Variação da intensidade do mergulho da falha de borda entre as porções mais

superficiais e mais profundas da bacia ao longo de perfis paralelos a direção de distensão (AA’,

CC’, DD”, HH”) e aproximadamente perpendicular a bacia (BB’, EE’ e GG’)………………...36

Figura 15 – Vista em mapa a) e em perspectiva b) de segmentos de falhas revezados na margem

flexural da bacia, oblíqua à direção de distensão (setas brancas). Entre os segmentos há a

formação de rampas de revezamento com mergulho para sudoeste……………………………..36

Figura 16 – Ilustração dos dois conjuntos de perfis obtidos no experimento com bacia oblíqua:

paralelos à direção de distensão (AA’, DD’) e perpendiculares à falha de borda (BB’, EE’ e GG’)

da bacia. A localização dos perfis é mostrada no inset (lado inferior esquerdo da figura), onde a

falha de borda aparece em vermelho…………………………………………………………….37

Figura 17 – Representação gráfica da relação entre a distância das falhas antitéticas à falha de

borda, e seu mergulho. Em a) estão representados os perfis paralelos à direção de distensão e, em

b), os perfis perpendiculares à bacia. Em ambos os gráficos nota-se que as falhas da porção

central da bacia exibem mergulhos ligeiramente inferiores àqueles das falhas mais afastadas da

falha de borda…………………………………………………………………………………….38

Figura 18 – Fotografia do topo (superfície) do modelo (e = 18%) contemplando o

desenvolvimento simultâneo de duas bacias, ortogonal (à esquerda na figura) e obliqua (à direita)

à direção de distensão (marcada pela seta branca). Comprar o arranjo com a figura 1. As linhas

tracejadas representam a localização dos perfis ilustrados na figura 20…………………………39

Figura 19 – Relação do mergulho das falhas de borda, em superfície e subsuperfície, das bacias

ortogonal e oblíqua. Nas suas extremidades oeste/sudoeste, nota-se que a parte superior da falha

de borda da bacia oblíqua tem mergulho maior que aquela da bacia ortogonal (AA’), enquanto

nas partes mais centrais (CC’ e C’’C’’’) ocorre o inverso. O inset mostra a localização dos perfis

paralelos ou oblíquos à direção de distensão.…………………...……………………………….39

Figura 20 – Perfis transversais às bacias ortogonal (BB’ e CC’) e oblíqua (C’’C’’’ e B’’B’’’). O

perfil AA’ secciona ambas as bacias (ver inset da figura 19 para localização dos perfis). Nota-se

uma variação na largura da região do depocentro, bem como no mergulho das falhas internas às

bacias. Notar que algumas falhas não se propagam até a superfície…………………………….40

Figura 21 – Ilustração gráfica da variação dos mergulhos das falhas internas às bacias, com a

distância em relação à falha de borda. a) Bacia ortogonal; b) bacia oblíqua. Notar que, no geral,

XII

as falhas mais distantes da falha de borda possuem mergulho mais forte do que aquelas mais

próximas………………………………………………………………………………………….41

Figura 22 – Ilustração das linhas sísmicas 0295-2090 a) e 0295-2088 b) da Bacia do Rio do

Peixe; c) perfil ilustrando o comportamento das duas sub-bacias com base nos dados estruturais

de campo (Jardim de Sá et al., 2010); d) seção obtida com a simulação de desenvolvimento

simultâneo de uma bacia ortogonal e outra oblíqua à direção de distensão; e) seção obtida da

simulação da bacia obliqua, mostrando a falha de borda ramificada com a formação de degraus;

f) mapa da Bacia do Rio do Peixe (Jardim de Sá et al., 2010) com localização dos perfis

sísmicos, de campo e da modelagem física. A interpretação estrutural das seções sísmicas foi

feita pelo Prof. A. F. Antunes (UFRN), com contribuição subordinada do primeiro autor deste

trabalho…………………………………………………………………………….…………….43

Capítulo 6

Figura 6.1 – Ilustração em mapa dos últimos estágios de deformação de um semigráben

ortogonal: (a) desenvolvimento isolado e (b) desenvolvimento simultâneo com um semigráben

oblíquo à direção de distensão (cujo arranjo está representado na figura 18 do capítulo 5). A

estruturação similar dos semigráben foi atingida com diferentes percentagens de deformação,

sugestivo da interferência mútua nos processos de desenvolvimento, quando gerados

simultaneamente…………………………………………………………………………………49

Figura 6.2 – Exemplo de rampa de revezamento gerada na margem flexural do semigráben

oblíquo desenvolvido de forma isolada. A seta amarela indica o mergulho, para oeste, da rampa

de revezamento…………………………………………………………………………………..50

Figura 6.3 – Fotografia, com as falhas interpretadas, da superfície dos experimentos que

geraram semigráben oblíquos: (a) de forma independente e (b) de forma simultânea ao

semigráben ortogonal. Em ambos a distensão foi a mesma (e = 18%). No caso (b), notar que,

embora existam outras falhas (formadas em estágios precedentes) em subsuperfície, no estágio

representado (final) apenas a falha principal é visível na superfície, sugerindo que a evolução

deste semigráben oblíquo sofreu influência da nucleação simultânea do semigráben

ortogonal…………………………………………………………………………………………50

Figura 6.4 – Perfis obtidos nos experimentos de modelagem física (desenhados a partir de

fotografia dos experimentos), para comparação entre os modelos de desenvolvimento

XIII

simultâneo de semigráben ortogonal e oblíquo à direção de distensão (a) , com aqueles

desenvolvidos de forma isolada (b,c, semigráben ortogonal e oblíquo, respectivamente)….…..51

Figura 6.5 – Mapa simplificado da Bacia do Rio do Peixe, com representação das falhas

principais. As zonas de cisalhamento, com trend NE e E-W (ZCs Portalegre e Patos,

respectivamente) controlaram a margem falhada dos semigráben de Brejo das Freiras com

desenvolvimento de falhas normais (ou oblíquas na rampa lateral a sul), e de Sousa com rejeito

oblíquo normal- sinistral, associado ao evento distensivo eocretáceo NW-SE (Jardim de Sá et al.,

2010)……………………………………………………………………………………………..52

Figura 6.6 – (a) Ilustração da linha sísmica 0295-2090 e (b) da linha sísmica 0295-2088 da

Bacia do Rio do Peixe, mostrando a distribuição e geometria das falhas em subsuperficie. Em

(a), são observados os semigráben de Brejo das Freiras, a NW, e de Sousa, a SE. A linha (b)

atravessa apenas o semigráben de Sousa. Interpretação estrutural realizada pelo Prof. Dr. A.F.

Antunes do DG-UFRN, com contribuição subordinada do autor desta dissertação……………..53

Figura 6.7 – (a) Seção obtida no experimento simulando o desenvolvimento simultâneo dos

semigráben ortogonal e oblíquo em relação à direção de movimento; (b) perfil esquemático

gerado com dados de mapeamento da Bacia do Rio do Peixe (Nunes da Silva, 2009; Jardim de

Sá et al., 2010); c) Mapa da Bacia do Rio do Peixe com localização dos perfis da modelagem

física e do mapeamento de campo (Jardim de Sá et al., 2010)…………………………………..54

Capítulo 1

Introdução

Capítulo 1 - Introdução Blanco, A.

Dissertação de Mestrado Página 2

PPGG/UFRN

1.1 - Apresentação

O presente trabalho apresenta os resultados da pesquisa realizada pelo autor sobre a

modelagem estrutural física de bacias rifte ortogonais ou oblíquas, constituindo a sua Dissertação

de Mestrado no Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte (PPGG/UFRN). Os trabalhos foram realizados em aparato tipo

“caixa de areia”, no Laboratório de Modelagem Estrutural (LME) do PPGG.

1.2 - Justificativa

A modelagem estrutural física é uma ferramenta que permite simular eventos geológicos na

escala de laboratório. Devido ao grande interesse econômico na exploração de hidrocarbonetos,

o estudo de eventos geológicos por meio da modelagem estrutural física e numérica intensificou-

se nas últimas décadas, permitindo melhor compreensão do desenvolvimento geométrico e

cinemático das diferentes estruturas geológicas, com implicações para os controles de migração e

acumulação de fluidos.

A arquitetura de bacias sedimentares do tipo rifte é função de vários fatores que afetam o seu

desenvolvimento, tais como a estratigrafia reológica da crosta e as estruturas presentes no seu

substrato, anteriores à implantação das bacias. Estruturas do embasamento influenciam

fortemente na nucleação e desenvolvimento de falhas numa bacia superposta, podendo ser

responsável, pelo menos em parte, pela disposição geométrica e cinemática das falhas que

controlam e/ou deformam a bacia. Uma vez que as falhas têm um papel importante no

desenvolvimento de condutos, barreiras e armadilhas ao fluxo de fluidos, o entendimento da

evolução dessas estruturas é um fator importante, tanto do ponto de vista acadêmico como

econômico (exploração/explotação de hidrocarbonetos, depósitos hidrotermais e água

subterrânea, p. ex.)

1.3 - Objetivo da pesquisa

O desenvolvimento de estruturas associadas a processos de distensão superpostos a terrenos

de embasamento com uma história deformacional prévia, é comumente marcada pela reativação

frágil de estruturas tipo zonas de cisalhamento dúctil. Enquadrado por aspas, o termo

"reativação" pode envolver apenas a nucleação preferencial de novas falhas obedecendo a essas

descontinuidades reológicas. A região Nordeste do Brasil caracteriza-se pela existência de

Capítulo 1 - Introdução Blanco, A.


PPGG/UFRN

intensa trama de cisalhamentos de alta temperatura (milonitos recristalizados em condições das

fácies anfibolito a xisto verde), desenvolvida principalmente durante o ciclo orogênico

Brasiliano. A cartografia das bacias interiores nesta região deixa claro a importância dessas

cicatrizes geológicas como sítios de nucleação das falhas eocretáceas.

Nesse contexto, o principal objetivo desse trabalho foi o de simular, por meio de

experimentos físicos, o desenvolvimento de bacias sedimentares controladas por estruturas

prévias no embasamento e comparar o arcabouço estrutural obtido (incluindo o desenvolvimento

de falhas de borda e internas nas bacias, e a sua relação com sedimentação sintectônica) com

alguns exemplos naturais na região. A Bacia do Rio do Peixe é deste modo utilizada como

análogo de campo. Esta bacia é representada pelos semigráben principais, de Brejo das Freiras e

de Sousa, que exibem um padrão de abertura ortogonal ou oblíqua, respectivamente, com

respeito à direção principal de distensão, NW-SE. O desenvolvimento independente (individual)

ou simultâneo dessas bacias ortogonais ou oblíquas foi simulado neste estudo.

Capítulo 2

Estado da Arte

da Modelagem Estrutural

Capítulo 2 – Estado da Arte da Modelagem Estrutural Blanco, A.


PPGG/UFRN

2.1 - Breve história da Modelagem Estrutural

O primeiro documento de modelagem analógica foi realizado por Sir James Hall em 1812,

descrevendo os primeiros modelos de deformação dúctil (Koyi 1997). Durante as primeiras

décadas após James Hall, vários autores desenvolveram modelos de deformação frágil e dúctil

(Favre 1878, Daubre 1879, Schart 1884, in Koyi 1997), sendo que as primeiras publicações de

modelagem de deformação por cisalhamento puro foram realizadas por Cadell 1890 e Willis

1893 (apud Koyi 1997). Nas décadas de 1960 e 70, Hans Ramberg destacou a importância das

forças gravitacionais nos processos geológicos, estabelecendo uma linha de pesquisa sistemática

em modelagem tectônica, especializada nos processos gravitacionais e estruturas associadas.

Desde 1960 até o início da década de 80, muitos destes trabalhos se concentraram no estudo de

diápiros e estruturas similares (Ramberg 1981, Dixon 1974, Whitehead & Luther 1975; Jackson

& White 1989).

A modelagem de ambientes distensionais passou a ter, nas últimas décadas, grande interesse

acadêmico e econômico, devido à sua aplicação na indústria petrolífera, o que permitiu um maior

desenvolvimento das técnicas utilizadas em modelagem física e a incorporação de outros tipos de

dados dessa área técnica (sísmica, restauração estrutural, métodos computacionais e outros).

Desde então, inúmeras publicações internacionais têm mostrado a aplicação da modelagem em

diferentes escalas, tais como a evolução de bacias rifte, seja caracterizando a sua deformação

distensional (McKenzie 1978; McClay 1987, 1995, 2002; Withjack 1995; Portugal 2008, Gaspar

2010 entre outros), o papel da tectônica do sal (Brun & Fort, 2004), distensão seguida de

inversão (Dubois et al., 2002), entre outros.

No Brasil, em meados do ano de 1980, foi instalado o primeiro laboratório de geotectônica e

tectônica experimental da PETROBRAS/CENPES e, no início da década de 90, foi implantado o

Laboratório de Modelagem Tectônica do Departamento de Geologia da Universidade Federal de

Ouro Preto. Mais recentemente, em 2005, foi instalado o Laboratório de Modelagem Estrutural

do Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte. Diversos trabalhos foram desenvolvidos e publicados por pesquisadores do

país, envolvendo diferentes temas tais como a deformação distensional e as bacias rifte (Szatmari

& Aires, 1987; Peraro 1995, Polônia et al., 1996, Portugal & Alves da Silva 2006; Portugal et

al., 2007 e Gaspar 2010), cinturões de dobras (Alves da Silva et al., 2007, entre outros), sistemas

deposicionais e tectônica de sal (Szatmari & Aires 1987, Guerra et al., 1997, 2005), alojamento

de rochas plutônicas (Ebert et al., 1995), entre outros.



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2.2 - Materiais mais utilizados em modelagem física e relações escalares

Na modelagem estrutural física, os corpos geológicos são representados por materiais

análogos. A areia seca (natural) é um dos principais materiais utilizados por possuir um

comportamento mecânico similar ao das rochas crustais, servindo como análogo em estudos de

modelagem de bacias sedimentares (Eisenstadt & Sims, 2005). Embora seja válida para análises

comparativas com estruturas macroscópicas e processos tectônicos associados, a areia,

isoladamente, pode não ser ideal para simular o acamamento mecânico interno às sucessões

sedimentares (Rossi & Storti, 2003). Assim, para avaliar o papel de anisotropias mecânicas

estratigráficas, nos experimentos, outros materiais são mesclados à areia (microesferas de vidro e

alumínio, micas, gesso, entre outros), conduzindo a um contraste mecânico entre camadas

competentes e incompetentes. Para ampliar a gama de opções para utilização na modelagem, é

necessário caraterizar materiais alternativos. Nesse contexto, vários autores têm contribuído para

a determinação das propriedades físicas de materiais análogos, utilizando um aparelho como o

Ring Shear Tester (Schellart, 2000; Gomes & Caldeira, 2011; Gomes, 2013) e tomografia

computadorizada de raios-X (Panien et al., 2006).

Apesar de não exibir um comportamento rigorosamente elástico-ruptural, a areia seca e a

argila úmida comportam-se como materiais com características Navier-Coloumb para o

propósito da modelagem física, uma vez que reproduzem os padrões de deformação que ocorrem

nas rochas crustais (Koyi et al. 2004). Eisenstadt & Sims (2005) observaram importantes

diferenças na deformação distensional, usando areia seca e argila. Estes materiais exibem

padrões de deformação distintos, como por exemplo a maior taxa de propagação de falhas na

areia, contrastando com inúmeros segmentos de falha, menores, mas afetando áreas mais amplas,

no caso da argila. Materiais tais como mel e silicone têm sido usados na simulação de processos

envolvendo a astenosfera e a tectônica de sal, repectivamente (Vendeville & Jackson, 1992; Mart

& Dauteuil, 2000, Dubois et al., 2002, entre outros).

Para que os modelos experimentais físicos sejam realistas, é necessário que os mesmos sejam

devidamente escalados com o análogo natural. Um modelo físico é dinamicamente escalado

quando todas as forças aplicadas se encontram na mesma proporção entre o modelo físico e o

natural. Hubbert (1937) descreve que a redução de área e tempo envolvidos no processo

experimental também implica em uma modificação das propriedades físicas efetivas dos

materiais usados, durante o experimento, de modo a obter similaridade geométrica, cinemática e

dinâmica. Para que dois corpos, ou modelos, sejam geometricamente idênticos, todos os



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comprimentos devem ser proporcionais e todos os ângulos devem ser iguais, resultando numa

razão de comprimentos () constante entre o modelo físico (ou experimental) e o natural. Diz-se

que um modelo é cinematicamente escalado quando dois corpos geometricamente semelhantes

são submetidos a mudanças na forma e/ou posição, num tempo proporcional entre dois (). Um

modelo é dinamicamente escalado quando a razão entre as forças aplicadas nas partículas dos

dois modelos (físico e natural) são constantes (). Então a descrição escalar entre o modelo (m) e

o protótipo (p) é feita quando se tem os tres fatores descritos acima e dados pelas equações

abaixo (Moores & Twiss, 1995):

= Lm/Lp ; = tm/tp ; = mm/mp

2.3 - Modelagem de Bacias tipo rifte

Desde o século XIX que a modelagem estrutural física tem sido utilizada na compreensão da

geometria, cinemática e evolução de bacias sedimentares continentais e de margens passivas.

Nos últimos anos, inúmeros estudos e publicações permitiram uma nova e melhor compreensão

dos processos e parâmetros que envolvem o crescimento e evolução de falhas em ambiente

distensional (McClay, 1990a,b; McClay & White, 1995; Clifton et al., 2000; Dubois et al., 2002,

entre outros).

Vários pesquisadores têm centrado suas pesquisas na modelagem de bacias rifte de abertura

oblíqua com respeito à direção de distensão principal, comparando-as com exemplos controlados

por abertura ortogonal ao eixo distensivo.

Modelos físicos obtidos de bacias com abertura ortogonal exibem falhas mais longas e

retilíneas nas suas margens, enquanto que as falhas internas são mais curtas, desenvolvendo-se

também perpendicularmente à direção de distensão (McClay & White, 1995). Em modelos de

distensão oblíqua, os vários segmentos de falhas que iniciam nas margens flexurais coalescem

formando zonas de transferência de deslocamento, realizado por meio de rampas de revezamento

(McClay & White, 1995). As falhas internas às bacias exibem comprimento menor e, em geral,

apresentam orientação oblíqua às falhas de borda.

O padrão de falhas geradas em distensão oblíqua pode variar com a profundidade (Schlische

et al., 2002). Segundo esses autores, ocorrem dois tipos de populações de falhas, com trend e

idade diferentes. As falhas internas, oblíquas em relação à falha principal, são mais restritas às



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zonas mais superficiais, enquanto que falhas subparalelas à falha principal/de borda estão

restritas às zonas mais profundas do rifte.

Capítulo 3

GEOLOGIA REGIONAL:

exemplos das bacias

interiores do Nordeste

Brasileiro

Capítulo 3 – Geologia Regional: exemplos das bacias interiors do NE Brasileiro Blanco, A.


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A província das Bacias Interiores do Nordeste do Brasil corresponde a um conjunto de

depressões controladas pelo rifteamento eocretáceo, iniciando a implantação da Margem Leste

brasileira. Esse conjunto de depressões, que se estende desde o Lineamento Pernambuco até à

Margem Equatorial brasileira, é também referido como o Trend Cariri-Potiguar (Matos, 1987, 1992,

1999) (figura 3.1), o ramo abortado do rifte precurssor do Atlântico Sul. O Lineamento Pernambuco

corresponde a uma grande zona de cisalhamento brasiliana de trend E-W, transcorrente dextral; o

seu homólogo mais a norte, o Lineamento Patos, delimita a porção sul da Bacia do Rio do Peixe,

integrada pelos semigráben de Icozinho, Brejo das Freiras e Pombal, todos com trend NE, e ainda o

Semigráben de Sousa, este com trend E-W (figura 3.2). O embasamento desta bacia é composto por

terrenos de ortognaisses paleoproterozoicos e granitóides brasilianos. Mais a norte, um ramo da

zona de cisalhamento de Portalegre, com trend NE, controla a borda SE do Semigráben de Brejo

das Freiras.

Figura 3.1 – Mapa ilustrando o Trend Cariri-Potiguar com as principais bacias associadas. O retângulo azul (a) localiza a Bacio

do Rio do Peixe; as linhas pretas (b) representam as principais zonas de cisalhamento pré-cambrianas, com segmentos reativados

como falhas no Eocretáceo ou idade mais jovem; (c) O tracejado vermelho delimita uma área que evidencia afinamento crustal

nesta região (Castro et al., 2007). As linhas isogálicas também são mostradas no mapa.



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Vários trabalhos foram desenvolvidos para melhorar o conhecimento geológico das Bacias

Interiores. A conjugação de dados estruturais com interpretações gravimétricas permitiu uma

visão mais abrangente do trend Cariri-Potiguar (Castro et al. 1998).

Duas hipóteses foram propostas para explicar a evolução estrutural dessas bacias no contexto

regional. A primeira envolve reajustes no interior da placa através de eventos compressivos e

distensivos em alto ângulo com a Margem Equatorial (Szatmari et al., 1987; Françolin &

Szatmari, 1987; Françolin, 1992). Numa segunda hipótese é proposto um modelo de distensão

NW a WNW durante o Neocomiano-Barremiano, formando bacias orientadas segundo o trend

NE-SW, e bacias pull-apart controladas pela reativação de estruturas E-W (Matos 1987, 1992;

Ponte et al., 1991; Françolin et al., 1997). Matos (1992, 1999) e Córdoba et al., (2008)

interpretam que a reativação eocretácea das zonas de cisalhamento brasilianas deu lugar a falhas

normais ao longo das zonas de trend NE, enquanto que as estruturas E-W teriam cinemática

transcorrente ou oblíqua.

3.1 - O Arcabouço Estrutural da Bacia do Rio do Peixe

Com base na a análise de imagens de satélite (Landsat 7 ETM+) e radar (SRTM) Nunes da

Silva (2009) identificou fotolineações dúcteis no embasamento pré-cambriano e estruturas

frágeis eocretáceas que controlam os semigráben da bacia. Para ambas as estruturas são

identificadas duas orientações preferenciais, uma E-W e outra NE-SW. A primeira é observada

acompanhando a borda sul dos semigráben de Brejo das Freiras e de Sousa, implantada na faixa

milonítica relacionada com a Zona de Cisalhamento Patos. A segunda orientação é característica

das bordas SE dos semigráben de Brejo das Freiras e Icozinho (também pode ser citado a mesma

borda do Semigráben de Pombal), correspondendo a ramos da Zona de Cisalhamento Portalegre.

Em Brejo das Freiras, a falha de borda com direção NE virga a sul para E-W, convergindo para a

Zona de Cisalhamento Patos, compondo uma rampa oblíqua que delimita, a norte, o Degrau de

Santa Helena (figura 3.2).

Nas bordas norte do semigráben de Sousa e NW de Brejo das Freiras, o embasamento faz

contata com as rochas sedimentares da bacia por meio de uma não conformidade. Além dos

falhamentos principais nas bordas falhadas dos semigráben, outras estruturas frágeis ocorrem no

interior dos semigráben; em Sousa, é possível identificar falhas escalonadas com componente

normal, paralelas às fotolineações NE do embasamento pré-cambriano.



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3.2 - O Empilhamento Estratigráfico e outras Feições Estruturais nos Semigráben

A assimetria dos semigráben determina o mergulho das unidades sedimentares (e topo do

embasamento), basculadas contra as bordas falhadas, nos sentidos SE (como em Brejo das

Freiras) ou sul (em Sousa), conforme ilustrado na figura 3.2. Nas margens opostas, designadas

de flexurais, podem ocorrer falhas antitéticas (em relação às falhas principais); todavia, sua

feição principal é o contato em não conformidade dos arenitos da Formação Antenor Navarro,

com o embasamento cristalino. Sobrepostas e interdigitadas com esses arenitos, ocorrem as

rochas pelíticas e arenitos da Formação Sousa, todas com paleocorrentes que também denotam o

sentido de basculamento dos semigráben. Ao longo das margens falhadas ocorrem arenitos,

conglomerados e brechas sedimentares da Formação Rio Piranhas, caracterizando leques aluviais

sintectônicos que se interdigitam com os litotipos da Formação Sousa, estes ocupando a porção

central (ou centro-sul, centro-SE) dos semigráben (Françolin, 1992; Córdoba et al., 2008; Nunes

da Silva, 2009; ver figura 3.3).

Ao longo das falhas principais, as camadas sedimentares exibem flexuras e dobras sinclinais

(figuras 3.2 e 3.3) associadas à propagação das falhas (classicamente referidas como "feições de

arrasto"). Ainda ao longo dessas falhas de borda, são observadas rampas de revezamento (Santa

Helena e Marizópolis), e terminações direcionais, onde as camadas mergulham paralelamente às

falhas, cujo rejeito variável imprime duplo caimento às estruturas sinclinais. Essas estruturas

refletem a acomodação das camadas à topografia do embasamento, controlado pela geometria

das falhas principais.

A análise quantitativa da profundidade dos depocentros, realizada através de dados

gravimétricos calibrados com um poço (Lagoa do Forno) e linhas sísmicas que atravessam estes

semigráben, permitiu estimar a profundidade do embasamento, na ordem dos 2.500 a 3.000

metros para o Semigráben de Brejo das Freiras, enquanto que em Sousa é de aproximadamente

2.000 metros na região oeste, e cerca de 1.000 metros na região leste, aproximando-se da rampa

direcional em Aparecida (Córdoba et al., 2008; Nunes da Silva, 2009).



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3.2.1 - O Semigráben de Brejo das Freiras

O Semigráben de Brejo das Freiras apresenta forma elipsoidal em superfície, com eixo maior

de direção NE-SW. A falha de borda (falha de Brejo das Freiras) apresenta mergulho para NW.

Na seção sísmica 0295-2090 (figura 3.3), observa-se o espessamento dos refletores contra essa

falha, tipicamente associado a taxas de subsidência e criação de espaço de acomodação maiores

do que taxas de aporte sedimentar. A presença em superfície dos conglomerados e brechas, e de

sismofácies caótica em subsuperfície, evidenciam o caráter sintectônico da deposição.

Em perfil, a falha de borda exibe geometria lístrica, ramificada, formando batentes capeados

por camadas mais recentes. O basculamento contra a falha de borda, associada ao dobramento

das rochas sedimentares durante a propagação da falha, é responsável pela criação de uma

estrutura sinformal de duplo caimento com a porção central coincidente com o setor de maior

rejeito dessa estrutura. O embasamento situado a 3.000 metros abaixo do topo do pacote

sedimentar torna-se mais raso a NE (Uiraúna) e oeste (Santa Helena e Umari), compondo rampas

direcionais. Na região SW desse semigráben, a falha de borda virga para E-W, passando a

funcionar como uma falha de transferência delimitando o semigráben de um alto estrutural – o

Degrau de Santa Helena, delimitado a sul por outra falha E-W, caracterizando esse degrau como

uma rampa de revezamento (Jardim de Sá et al., 2010).

Figura 3.3 – Interpretação estratigráfica e estrutural dos semigráben de Brejo das Freiras e Sousa através da seção sísmica (0295-

2090) paralela à direção de distensão NW-SE (Córdoba et al,. 2008).



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3.2.2 - O Semigráben de Sousa

Este semi-graben apresenta forma alongada na direção E-W, sendo limitado a norte pela não

conformidade capeada pela Formação Antenor Navarro, caracterizando a margem flexural. A

partir desta, as camadas mergulham para sul, sendo truncadas pela falha de São Gonçalo, com

direção geral E-W, uma estrutura oblíqua normal-sinistral que mergulha para norte (figuras 3.2 e

3.3). Na localidade de Marizópolis, a falha de borda se articula em dois segmentos subparalelos,

delimitando uma rampa de revezamento cujo assoalho mergulha para leste. Esse mergulho

permite que o embasamento seja capeado por material sedimentar grosso (arenitos e

conglomerados) da Formação Rio Piranhas, intercalado com pelitos da porção mais distal da

bacia (Formação Sousa).

Internamente, o semigráben apresenta geometria em cunha e maior profundidade próximo da

falha de borda. A presença de uma falha NE com mergulho para NW é responsável pela divisão

da bacia em dois depocentros. No extremo oeste, o depocentro aparente ter maior profundidade

(cerca de 2.000 metros), enquanto que no extremo leste a coluna sedimentar não ultrapassa os

1.000 metros de profundidade.

Mais uma vez, as camadas sedimentares mergulham contra a falha de borda e exibem uma

estrutura sinclinal, mais rasa comparativamente àquela de Brejo das Freiras. O espessamento dos

estratos não é evidente, muito embora a ocorrência de sismofácies caótica nos degraus gerados

pela migração da falha sugira deposição sintectônica.

Capítulo 4

Abordagem Experimental

Capítulo 4 – Abordagem Experimental Blanco, A.


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Os experimentos de modelagem física em ambiente distensional descritos nesta dissertação

foram desenvolvidos no Laboratório de Modelagem Estrutural (instalado no Laboratório de

Geologia e Geofísica do Petróleo/Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da UFRN),

seguindo as seguintes etapas: (i) preparação do material análogo (coleta, peneiramento,

tingimento e secagem de areia proveniente de dunas praiais da cidade de Natal - RN); (ii)

montagem do experimento num aparato tipo caixa de areia; (iii) simulação da deformação

progressiva acompanhada por sedimentação sintectônica, cujos incrementos foram registrados

por meio de fotografias em mapa e seção; (iv) análise, interpretação e comparação das estruturas

resultantes de cada modelo testado.

4.1 - Materiais e Equipamentos

Depois de testar vários materiais (incluindo misturas de alguns), os experimentos aqui

descritos foram realizados utilizando areia quartzosa e pó de gesso, misturados homogeneamente

na proporção de 85% (areia) e 15% (gesso), para representar o embasamento da bacia. Nesse

material composto, parte do gesso ocorre adsorvido à superfície dos grãos de quartzo, enquanto

que o restante está disperso no espaço intergrãos (figura 4.1). Este arranjo confere um caráter

mais frágil a esta "camada", comparativamente à areia pura que representa as unidades

sedimentares, quando submetida a distensão. A areia quartzosa e outros materiais granulares (por

exemplo gesso e argila) são apropriados para a simulação, em laboratório, da deformação na

crosta superior, dominada por comportamento reológico rúptil (Teixell & Koyi, 2003).

Para representar os sedimentos sintectônicos, utilizou-se areia quartzosa pura, tingida

artificialmente com diferentes cores, possibilitando a observação das camadas formadas no evento

tectônico e as estruturas nelas originadas. A utilização de algumas tintas no tingimento da areia

quartzosa pode, segundo Gomes & Caldeira (2011), produzir pequenas modificações no

comportamento reológico desse material. No contexto do presente trabalho, essa diferença foi

julgada irrelevante.



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Figura 4.1 – a) Fotografia de areia fina a média, tingida de verde e b) morfologia dos grãos mostrada na fotomicrografia de detalhe.

c) Fotografia macroscópica da mistura de areia e gesso (85% e 15% respetivamente); d) detalhe em visão microscópica a mistura

areia/gesso; as setas em vermelho destacam, à esquerda, o gesso no espaço intergrãos e, à direita, gesso adsorvido pelos grãos de

quartzo.

O aparato deformacional utilizado consiste de uma caixa de vidro retangular, cujas dimensões

são 50 x 34,5 x 23 cm (comprimento, largura e altura, respetivamente), composto por três

paredes fixas e uma móvel (figura 4.2), acoplada a um motor que desloca a parede móvel a uma

velocidade constante (0,42 mms-1). Nos modelos descritos nesta dissertação, convencionou-se o

movimento distensivo NW-SE, estando a parede móvel a SE no arranjo experimental.

Figura 4.2 – Aparato de deformação do Laboratório de Modelagem Estrutural composto por caixa de areia, dispositivo de

iluminação e câmeras fotográficas (nesta ilustração, em ambos os lados da caixa).



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4.2. Montagem dos Modelos

O propósito dos modelos é testar a influência e importância da ativação de descontinuidades

existentes no embasamento, durante a nucleação e desenvolvimento de bacias sedimentares. Nas

bacias interiores do Nordeste do Brasil, essas descontinuidades são representadas por zonas de

cisalhamentos dúcteis, de idade brasiliana. Para representar essas descontinuidades nos

experimentos, foi colocado na base da caixa de areia uma anisotropia, representada por uma

folha de papel vegetal, de espessura sub-milimétrica, contendo recortes com determinada

geometria numa das extremidades, enquanto a outra foi presa à parede móvel (figura 4.3),

movimentando-se à mesma velocidade da parede. Esses recortes funcionam como

“descontinuadores de velocidade” (velocity descontinuities), e são responsáveis pela nucleação

das bacias nos sítios das descontinuidades, efeito que se pretende modelar. Os modelos

experimentais estão agrupados em três séries (Série I, II e III), onde cada descontinuador de

velocidade (a partir daqui, denominado simplesmente por DV) representa uma geometria ou

arranjo espacial diferente. Na série I (figura 4.3a) foi testada uma descontinuidade ortogonal à

direção de distensão, de modo a possibilitar a geração de uma bacia ortogonal a esse eixo. Na

série II, a descontinuidade era oblíqua em relação à direção de movimento, induzindo o

desenvolvimento de uma bacia oblíqua (figura 4.3b). Por último, a série III envolve ambas as

descontinuidades acima descritas, de modo a nuclear, simultaneamente, abertura ortogonal ou

oblíqua em relação à direção de distensão (figura 4.3c).

Em todos os experimentos realizados, a arranjo estratigráfico-reológico foi mantido constante,

sendo composto por níveis da mistura de areia e gesso, com aproximadamente 5 mm de

espessura cada, e areia colorida artificialmente (servindo apenas como marcador cinemático), em

camadas com 2 a 3 mm cada, perfazendo uma espessura total de 2,5 a 3,0 cm. O movimento

distensivo induzido pelo motor, com velocidade constante (0,42 mms-1), foi igual nas três séries.

A quantidade de deformação máxima variou de 14% a 18%, em função da facilidade/dificuldade

das bacias serem nucleadas e desenvolvidas (e deste modo monitoradas no experimento), o que é

atribuído à orientação da descontinuidade/bacia em relação à direção de distensão.

A sedimentação sintectônica foi simulada pela adição de areia colorida (também via

peneiramento) na depressão que representa a bacia, em incrementos regulares de distensão (0,5

cm).

Por fim, assumiu-se para a distensão uma orientação NW-SE, de modo a facilitar a

comparação das estruturas geradas nos experimentos com um modelo natural identificado nas



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bacias interiores do Nordeste brasileiro. A Bacia do Rio do Peixe foi tomada como análogo

natural, sendo que a bacia ortogonal dos experimentos seria equivalente ao Semigráben de Brejo

das Freiras, enquanto que a bacia oblíqua estaria representada pelo Semigráben de Sousa.

Figura 4.3 – Desenho esquemático em mapa, ilustrando a configuração do aparato estabelecido nos modelos experimentais

físicos. a) Abertura de semigráben ortogonal em relação à direção de distensão (Série I); b) Abertura oblíqua em relação à direção

de distensão (Série II); c) Modelo de desenvolvimento simultâneo de semigráben ortogonal ou oblíquo em relação à direção de

distensão. A área cinza no interior da caixa representa o papel vegetal, cuja extremidade tem a geometria da descontinuidade que

se deseja modelar. A extremidade do papel funciona como um descontinuador de velocidade (Dv), permitindo a nucleação da

falha de borda das bacias.



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4.3 - Análise e interpretação dos dados

Durante o experimento, foram tiradas fotografias do topo (superfície) dos modelos em

intervalos constantes de distensão (0,5 cm), para caraterizar a nucleação e desenvolvimento do

sistema de falhas em mapa. Esse procedimento fornece dados sobre os sistemas de falhas no que

diz respeito a sua geometria (escalonada ou paralela, contínua ou descontínua), comprimento e

orientação preferencial. Também é possível analisar a evolução de estruturas como rampas de

revezamento e a coalescência de segmentos de falhas.

No final de cada experimento o modelo foi endurecido e fatiado em seções paralelas e

oblíquas à direção de distensão, expondo perfis de diversos setores do interior da bacia. Após a

aquisição das fotografias, foi realizada a interpretação do experimento, caraterizando as

estruturas geológicas ao longo de toda a história de deformação.

Capítulo 5

Desenvolvimento simultâneo de

semigráben ortogonais e oblíquos

à direção de distensão: modelagem

física de análogos naturais no

Nordeste brasileiro

(Artigo científico)

Capítulo 5 – Artigo Científico Blanco, A.


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Desenvolvimento simultâneo de semigráben ortogonais e oblíquos à

direção de distensão: modelagem física de

análogos naturais no Nordeste brasileiro

Simultaneous development of semigráben orthogonal and oblique to the extension

direction: analogue modeling of natural analogues in Northeastern Brazil

André João Palma Conde Blanco1, Fernando César Alves da Silva

2,

Emanuel Ferraz Jardim de Sá3

1 Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG – da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal, RN, Brasil ([email protected]);

2 Departamento de Geologia e Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG – da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal, RN, Brasil

([email protected]).

3 Departamento de Geologia e Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG – da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal, RN, Brasil

([email protected]);

7.757 palavras, 22 figuras.

Resumo

A modelagem física é uma ferramenta cada vez mais usada na geologia para fornecer informação sobre os diversos estágios evolutivos (nucleação, desenvolvimento e geometria) de estruturas geológicas em várias escalas. No caso particular da simulação da tectônica distensional, a modelagem proporciona uma melhor compreensão da geometria e evolução de falhas e da arquitetura tectonoestratigráfica de bacias rifte. Neste trabalho foi utilizado um aparato tipo caixa de areia para estudar a nucleação e desenvolvimento de bacias influenciadas por estruturas prévias no embasamento, com trend variável em relação à direção de distensão. Para tal, foram realizados dois tipos de experimentos para: (i) simular o desenvolvimento individual (independente) de semigráben com abertura ortogonal ou oblíqua à direção de distensão; (ii) simular o desenvolvimento simultâneo desses semigráben ortogonais ou oblíquos à direção de distensão. Em ambos os casos foi utilizado o mesmo material (mistura de areia e gesso) e mantida as condições de contorno. Os resultados obtidos foram comparados com um análogo natural representado pela Bacia do Rio do Peixe (uma das bacias interiores eocretáceas do Nordeste do Brasil). Os modelos permitiram observar o desenvolvimento segmentado das falhas de borda, com geometria lístrica, frequentemente formando rampas de revezamento, além do desenvolvimento de falhas internas às bacias localizadas nas suas porções mais basais, similares àquelas observadas nas seções sísmicas do análogo natural. Os resultados confirmam a influência da herança tectônica do embasamento na geometria dos depocentros das bacias.

Palavras-Chave: Modelagem física, bacia rifte ortogonal, bacia rifte oblíqua, herança do embasamento, Bacia do Rio do Peixe.

mailto:[email protected]





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Abstract

The physical modeling tool is being increasingly used in geology to provide information about the evolutionary stages (nucleation, growth and geometry) of geological structures at various scales. In the simulations of extensional tectonics, modeling provides a better understanding of fault geometry and evolution of the tectonic-stratigraphic architecture of rift basins. In this study a sandbox type apparatus was used to study the nucleation and development of basins influenced by previous structures in the basement, variably oriented as regards to the main extensional axis. Two types of experiments were conducted in order to: (i) simulate the individual (independent) development of half-grabens oriented orthogonal or oblique to the extension direction; (ii) simulate the simultaneous development of such half-grabens, orthogonal or oblique to the extension direction. In both cases the same materials (sand mixed with gypsum) were used and the same boundary conditions were maintained. The results were compared with a natural analogue represented by the Rio do Peixe Basin (one of the eocretaceous interior basins of Northeast Brazil). The obtained models allowed to observe the development of segmented border faults with listric geometry, often forming relay ramps, and the development of inner basins faults that affect only the basal strata, like the ones observed in the seismic sections of the natural analogue. The results confirm the importance of basement tectonic heritage in the geometry of rift depocenters.

Keywords: Physical modeling, orthogonal rift basin, oblique rift basin, basement heritage, Rio do Peixe Basin.

INTRODUÇÃO

A arquitetura de bacias sedimentares, o desenvolvimento de falhas distensionais, a geometria de zonas de transferência e os processos envolvidos na formação dessas estruturas têm despertado uma crescente atenção de pesquisadores, tanto na academia como na indústria de hidrocarbonetos, seja em busca do conhecimento do como e porque tais estruturas se desenvolvem, seja pelos aspectos econômicos, devido ao impacto que o arranjo geométrico das estruturas, sua cinemática e interação com processos sedimentares têm com a migração e armazenamento de óleo e gás. As informações de campo, geológicas e geofísicas, vêm sendo acrescidas por dados de modelagem experimental (e numérica), que têm se revelado uma ferramenta importante no estudo da evolução dessas bacias (Corti et al., 2003).

De forma geral, o estudo de bacias sedimentares demanda o conhecimento do seu embasamento pois a sua constituição litológica, contrastes reológicos e comportamento mecânico podem controlar a geometria das bacias sobrepostas, sua estruturação interna e mesmo os modelos de deposição sedimentar (Hall, et al., 2012). O desenvolvimento de riftes continentais é largamente influenciado por "zonas de fraqueza" pré-existentes no embasamento, que quase sempre são representadas por estruturas dúcteis (em especial, zonas de cisalhamento) que são reativadas (ou aproveitadas como um sítio favorável) em nível crustal mais raso. Nesse contexto, a modelagem física tem sido empregada para simular o papel das estruturas herdadas na nucleação (e na arquitetura interna) de bacias controladas por essas descontinuidades, tais com nos riftes da Tailândia (Morley et al., 2004), do Leste da África (Corti et al., 2007), no segmento sudeste da Mid-Polish Trough



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(Gutowski & Koyi, 2007), e no desenvolvimento de zonas de transferência (Acocella et al., 1999, Hus et al., 2005). A depender da orientação relativa entre as estruturas formadas/reativadas (que controlam a geometria dos depocentros) e o eixo de distensão superimposto, as bacias tipo rifte (grabens ou semi-grabens) podem ser designadas como de abertura ortogonal ou oblíqua.

Os trabalhos experimentais geralmente estudam as bacias oblíquas e ortogonais à direção de distensão de forma separada, podendo incluir setores de transição como rampas laterais ou oblíquas. No presente trabalho, além de experimentos com bacias isoladas (ortogonais ou oblíquas), apresentamos também os resultados concernentes ao desenvolvimento simultâneo desses dois tipos de bacia. Em todos os casos, as falhas principais das bacias foram nucleadas em "zonas de fraqueza" pré-existentes no embasamento. Como análogo a este estudo de caso, os resultados são confrontados com a Bacia do Rio do Peixe, uma das bacias interiores eocretáceas do Nordeste do Brasil, composta de sub-bacias (semigráben de Sousa e Brejo das Freiras) com orientações distintas em função do controle das falhas eocretáceas por zonas de cisalhamento brasilianas, com direções distintas. Esta bacia foi objeto de estudos, com participação dos autores deste texto, no âmbito de um projeto UFRN/Petrobras, abordando as bacias interiores do Nordeste.

AS BACIAS INTERIORES DO NORDESTE DO BRASIL: O EXEMPLO DA BACIA DO

RIO DO PEIXE

As "Bacias Interiores" do Nordeste Brasileiro correspondem a um conjunto de bacias sedimentares originadas a partir do preenchimento das depressões geradas na separação dos continentes Africano e Sul-Americano, durante o final do Jurássico e o Eocretáceo. Situadas a norte de uma importante zona de cisalhamento pré-cambriana (o Lineamento Pernambuco), estas bacias pertencem ao Trend Cariri-Potiguar, definindo um eixo de rifteamento Eocretáceo (Ponte et. al, 1991; Françolin 1992; Matos 1992, 1999; Françolin et al., 1994; Ponte & Ponte Filho, 1996; Córdoba et al., 2008). A Bacia do Rio do Peixe localiza-se imediatamente a norte do Lineamento Patos, uma outra zona de cisalhamento com direção E-W e idade pré-cambriana, desenvolvida durante a Orogênese Brasiliana (600-550 Ma). Mais a norte, a Zona de Cisalhamento Portalegre, de orientação NE, enraíza-se a sul no Lineamento de Patos e compartimenta a Bacia do Rio do Peixe em duas sub-bacias: Brejo das Freiras, a oeste, e Sousa, a Leste, esta última tendo se desenvolvido ao longo do Lineamento Patos (figura 1).



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Figura 1 – Mapa simplificado da Bacia do Rio do Peixe com as falhas principais. As zonas de cisalhamento, com trend

NE e E-W (Zona de Cisalhamento Portalegre e Patos, respectivamente) controlaram a margem falhada dos semigráben

de Brejo das Freiras com componente normal, e Sousa com componente oblíqua sinistral, associado ao evento

distensivo NW-SE. (modificado de Jardim de Sá et al., 2010).

Françolin et al., (1994), Córdoba et al., (2008) e Nunes da Silva (2009) descreveram a geometria e cinemática das falhas que controlaram e deformaram a bacia. Segundo esses autores, a "reativação" das zonas de cisalhamento pré-cambrianas da bacia, durante o Eocretáceo, resultou em falhamentos com componente dominantemente normal para a falha de borda do Semigráben de Brejo das Freiras (ancorada em um dos ramos da Zona de Cisalhamento de Portalegre) e oblíqua normal-sinistral para o Semigráben de Sousa, controladas pela direção principal de distensão regional, NNW a NW.

Em ambas as sub-bacias é reconhecida uma margem flexural cujo contato da base da sequência sedimentar exibe geometria curva em mapa, truncando o fabric (fotolineações) do embasamento (figura 1). Esse contato em não conformidade, ou envolvendo falhas com rejeito moderado (antitéticas à principal), é caracterizado na porção NW do Semigráben de Brejo das Freiras (além de Pombal e Icozinho), e na porção norte do Semigráben de Sousa. As margens falhadas exibem a geometria retilínea refletindo o controle das falhas principais, com direção E-W em Sousa e, em Brejo das Freiras, variando desde a direção NE para WNW, na junção com o Lineamento Patos. Rampas de revezamento são desenvolvidas ao longo dessas estruturas.

As unidades sedimentares da bacia, datadas do Eocretáceo, foram depositadas contemporaneamente ao evento distensional. Denominadas de Tectonossequência do Rio do Peixe, as formações Antenor Navarro e Sousa são basculadas contra a falha de borda, enquanto que a Formação Rio Piranhas consiste em leques aluviais acompanhando a falha de borda. Estruturas sinclinais comumente ocorrem bordejando as falhas, formadas pela combinação do basculamento do semigráben (efeito "regional") e flexuras desenvolvidas na propagação das falhas ("dobras de arrasto", na concepção clássica).



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ABORDAGEM EXPERIMENTAL

Modelagem física em geologia

A modelagem física tem sido utilizada na geologia desde o século XIX, com o objetivo de simular o desenvolvimento de estruturas geológicas naturais. Como premissa, a modelagem baseia-se na teoria da similaridade, adaptada à geologia por Hubbert (1937), comparando estruturas geológicas naturais com os modelos físicos.

Os trabalhos em modelagem física envolvem diferentes tipos de ambientes tectônicos, possibilitando uma melhor compreensão de como as estruturas geológicas nucleiam e se desenvolvem. Segundo McClay (1990), a modelagem física tem sido fundamental no estudo do desenvolvimento e evolução de bacias sedimentares e de sistemas de falhas, por ser possível observar os mecanismos responsáveis pela geometria e cinemática dessas estruturas. A modelagem de ambientes distensionais permite uma abordagem em detalhe de temas como os processos que controlam a evolução do sistema de falhas e/ou mudança de polaridade de semigráben, padrão de falhas internas e de borda, a segmentação de falhas e zonas de transferência, a evolução e arquitetura de riftes (Morley et al., 1990; Nelson et al., 1992; McClay & Bonora, 2001; Schlische et

al., 2002).

Para uma melhor correlação entre o modelo físico e o natural, é necessário que o comportamento dos materiais usados no ensaio experimental seja análogo ao das rochas na crosta, a depender do que se pretende simular (Tron & Brun, 1991; McClay & White, 1995; Bonini et al., 1997). Além dos materiais mais convencionais (areia quartzosa, argila, silicone), utilizados na simulação de rochas da crosta superior (Dooley & McClay, 1997), vários outros materiais têm sido testados e empregados em experimentos diversos, tais como gesso, mel, gelatina, mica e microesferas de vidro, entre outros, (McClay et al., 1994; Clifton et al., 1996; Keep et al., 1996; Teixell et al., 2003; Henza et al., 2011). No caso dos modelos escalados é necessário que haja, entre o modelo e o protótipo experimental, similaridade geométrica, cinemática e dinâmica nos modelos testados.

Materiais e equipamentos utilizados neste estudo

Nos experimentos aqui descritos utilizou-se areia quartzosa (oriunda das dunas da cidade de Natal) e pó de gesso. Para simular as rochas do embasamento empregou-se uma mistura homogênea de areia e pó de gesso na proporção de 85% (areia) e 15% (gesso). Nesse composto, parte do gesso é adsorvido à superfície dos grãos de quartzo enquanto outra parte preenche os interstícios granulares (figura 2), o que dota a mistura de um comportamento mais frágil (do que a areia pura) quando submetido à distensão.

Para representar os sedimentos sintectônicos, utilizou-se areia quartzosa tingida artificialmente, para possibilitar a visualização dos estratos por meio do contraste de cor. Embora alguns autores tenham sugerido que a tinta utilizada possa influenciar no comportamento reológico da areia (ver Gomes & Caldeira, 2011, para mais detalhe), essa eventual modificação foi julgada irrelevante neste trabalho, em termos de alteração dos resultados obtidos.



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Figura 2 – a) Fotografia de areia fina a média, tingida de verde e cuja morfologia dos grãos é mostrada na

fotomicrografia no detalhe. b) Fotografia macroscópica da mistura de areia e gesso (85% e 15%, respetivamente). Nos

detalhes, visão microscópica da mistura areia/gesso. As setas em vermelho destacam, à esquerda, o gesso no espaço

intergrãos e, no detalhe à direita, gesso adsorvido pelos grãos de quartzo.

O aparato com dimensões aproximadas de 50 x 34 x 24 cm (comprimento, largura e altura, respectivamente), é constituído por quatro paredes de vidro sendo três delas fixas e uma móvel. Esta última é fixa em um braço mecânico de um motor elétrico que a move em velocidade constante (figura 3).

Figura 3 – Fotografia do aparato deformacional mostrando a caixa de vidro (“caixa de areia”) e o motor responsável pela

movimentação da parede móvel. Laboratório de Modelagem Estrutural no prédio do Laboratório de Geologia e Geofísica

de Petróleo, UFRN (Natal).

Montagem dos modelos

O objetivo dos experimentos foi simular a influência e a importância de descontinuidades do embasamento ("zonas de fraqueza") na nucleação e desenvolvimento das bacias, quando da sua reativação em regime frágil. Nas bacias interiores do Nordeste do Brasil, essas descontinuidades são as zonas miloníticas brasilianas. Para nuclear as falhas, as descontinuidades do embasamento foram simuladas posicionando, na base do aparato, uma anisotropia (descontinuador de velocidade – DV) representada por papel vegetal com uma extremidade contendo a geometria que se deseja simular e, a outra, presa à parede móvel e movimentando-se à mesma velocidade desta (figura 4). Nos dois primeiros tipos de experimentos desenvolvidos, o DV representa uma descontinuidade nucleadora das falhas que vão controlar os semigráben de abertura ortogonal e oblíqua (figuras 4a e 4b). No terceiro tipo experimento, o DV representa as descontinuidades nucleadoras das falhas nos semigráben ortogonal e oblíquo, desenvolvidos simultaneamente durante o evento de distensão (figura 4c).



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O material granular simulando o embasamento foi peneirado na “caixa de areia” de uma altura média de 10 cm, até uma espessura de 2,7 a 3,0 cm de espessura. O experimento foi realizado com a movimentação da parede móvel a uma velocidade constante de 0,42 mm.s-1. A distensão máxima nos experimentos variou de 14% a 26%. Essa variação deve-se ao fator dificuldade/facilidade das bacias serem nucleadas e se desenvolverem, fator esse que depende de sua orientação em relação à direção de distensão.

A sedimentação sintectônica foi simulada pela adição (também via peneiramento), na área da bacia, de areia quartzosa colorida artificialmente (para facilitar a visualização das estruturas).

A fim de facilitar a correlação da orientação das estruturas geradas nos experimentos com aquelas da Bacia do Rio do Peixe, assumiu-se uma orientação de distensão NW-SE, simulando a distensão eocretácea atuante na região Nordeste do Brasil.

Figura 4 – Representação da parte basal do aparato, onde a folha de papel vegetal (cinza) com a geometria do

descontinuador de velocidade (Dv) representa a anisotropia pré-existente. Em a) arquitetura basal para distensão

ortogonal (simulando o Semigráben de Brejo das Freiras) e b) oblíqua (simulando o Semigráben de Sousa), ambos

desenvolvidos isoladamente (de forma independente); comparar com o mapa da Bacia do Rio do Peixe, na figura 1. c)

Distensão gerando os semigráben ortogonal e oblíquo, simultaneamente. As setas pretas indicam a direção do

movimento distensional.

Aquisição dos dados para análise

Durante o experimento foram realizadas fotografias do topo da superfície dos modelos em intervalos distintos, sequenciais. Essas fotografias foram usadas para caracterizar a nucleação e desenvolvimento do sistema de falhas, comprimento individual e orientação das falhas, bem como a evolução da geometria da bacia. No final do experimento, o modelo foi endurecido e cortado em seções transversais, de modo a obter perfis em diversos setores da bacia (figura 5a). Essas seções foram fotografadas (figura 5b) e utilizadas na análise do comportamento das falhas (de borda e interiores às bacias) em profundidade, em termos da sua geometria, espaçamento, rejeito e outros atributos.



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Figura 5 – a) Exemplo de fotografia da superfície do modelo com a localização onde foi seccionado para a geração dos

perfis. Estes perfis podem ser paralelos à direção de distensão (AB) ou perpendiculares à borda da bacia (CD). b)

Exemplo de fotografia de um corte, ilustrando o comportamento das falhas em subsuperfíce. (a) e (b) são fotografias de

modelos distintos.

EVOLUÇÃO INDEPENDENTE DOS SEMIGRÁBEN

Nesta seção serão discutidas as duas séries de experimentos, onde as bacias ortogonal e oblíqua à direção de distensão foram geradas de forma independente, sem interferência mútua no processo de desenvolvimento.

Formação de semigráben por meio de distensão ortogonal à descontinuidade pré-existente.

Nesta série de experimentos distensionais, a bacia se desenvolve com seu eixo maior perpendicular à direção de distensão; no análogo natural, este é o caso do Semigráben de Brejo das Freiras. Essa relação angular se modifica nas terminações, onde podem ser definidos setores do tipo rampa oblíqua, que não serão abordados neste item (mas considerados adiante, neste trabalho). De forma geral, a bacia apresenta o desenvolvimento de uma margem delimitada por uma falha bem marcada, com rejeito normal, enquanto que na margem flexural foram formadas algumas falhas de menor dimensão, segmentadas. Durante o seu desenvolvimento a bacia se alargou e parte das falhas mais precoces, próximas à margem flexural, diminuiram a sua atividade (podendo até mesmo terem se tornado inativas) e, quando recobertas pelos sedimentos sintectônicos, podem ter ficado restritas à subsuperfície. No interior da bacia, as camadas foram basculadas e foi desenvolvido um sistema de falhas antitéticas em relação à falha de borda, subparalelas entre si (leque imbricado). Flexuras geradas na propagação das falhas de borda e antitética resultam no desenvolvimento de uma estrutura sinformal que marca o principal depocentro da bacia.



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Caracterização das falhas de borda

Nos primeiros estágios de deformação a margem falhada exibe, em mapa, uma geometria segmentada, cujos segmentos coalescem nos estágios subsequentes, dando origem à principal falha da bacia (figura 6); no caso da falha de Brejo das Freiras, localizada na borda sudeste, com orientação NE, mergulho para NW e cinemática normal.

Figura 6 – Representação em mapa, a partir de fotografias, da evolução (e = 7%, 9,5% e 14%, respectivamente) da

principal falha da bacia modelada, que define a denominada margem falhada. O retângulo tracejado delimita a porção

ortogonal da bacia, que ao longo dessa estrutura, transiciona (na porção sul) a uma rampa oblíqua (falha de

transferência).

Em perfil, a falha principal da bacia, na borda sudeste, apresenta geometria tendendo a lístrica, com o mergulho passando de cerca de 75º próximo à superfície para cerca de 50º em profundidade. Essa variação de mergulho pode sofrer alterações ao longo da falha, principalmente se considerarmos a extremidade oblíqua da bacia, como ilustrado na figura 7.

Figura 7 – Representação gráfica da intensidade dos mergulhos da falha de borda, obtida nos perfis ao longo da bacia.

O inset mostra a localização dos perfis na bacia. Excetuando os perfis AA’ e BB’, na porção oblíqua da bacia, os

mergulhos nas partes superiores das falhas são mais constantes que nas porções basais.



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Diferentemente da margem sudeste, a margem noroeste da bacia, dita flexural, é marcada pelo desenvolvimento de rampas de revezamento, originadas devido à presença de segmentos de falhas escalonadas (figura 8). Esses segmentos de falhas possuem trend NE e mergulho forte para SE. Um fato a observar é que o mergulho de uma das rampas de revezamento foi invertido ao longo da deformação, sugerindo variação do rejeito ao longo dos planos de falhas, com os incrementos sucessivos da deformação.

Figura 8 – Fotografia do topo do modelo (superfície), em dois estágios distintos da evolução da bacia, mostrando a

presença de rampa de revezamento na margem flexural. Notar a inversão do mergulho da rampa, do estágio mais

precoce (a = 7%) para um estágio mais avançado (b= 14%). A seta branca indica a direção da distensão.

Análise da geometria das falhas internas à bacia

A estruturação interna da bacia é marcada por um conjunto de falhas antitéticas à falha de borda, e um número reduzido de falhas sintéticas. Algumas dessas falhas antitéticas não chegam a se propagar nas camadas sintectônicas mais superiores e assim não são observadas na superfície. As falhas sintéticas, por sua vez, estão restritas à seção inferior do preenchimento sedimentar da bacia e situam-se bem próximas à falha de borda (figura 9). Embora o número de falhas permaneça praticamente constante no decorrer do experimento, observa-se, de sudoeste para nordeste (perfis DD’, EE’ e GG’ na figura 9), uma diminuição no espaçamento das falhas. No sentido inverso (de GG’ para DD’) há um aumento no rejeito da falha antitética que define o depocentro da bacia (falha f na figura 9b).



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Figura 9– a) Representação em mapa da bacia ortogonal (e = 14%), com a localização dos perfis mostrados em b).

Exemplo da estruturação interna da bacia ortogonal é mostrado em (b) onde nota-se pequena alteração no

espaçamento das falhas e no rejeito de algumas delas (falha f, por exemplo). Notar que algumas falhas não atingem a

superfície.

No que diz respeito à intensidade do mergulho das falhas internas à bacia, nota-se uma variação em função da sua localização, tendo como referência a falha de borda (figura 10). De modo geral as falhas que apresentam mergulho mais forte são aquelas mais próximas às bordas sudeste e noroeste, com uma diminuição nas porções mais centrais. Excetuando as falhas do perfil GG’, todos os demais perfis mostram que as falhas internas mais distantes da margem falhada exibem mergulhos ligeiramente superiores àquelas mais próximas à falha principal (figura 10).

Figura 10 – Relação entre o ângulo de mergulho (θ) das falhas internas da bacia e a distância (D) à falha de borda da

bacia. Notar mergulhos menores na parte central da bacia. A localização dos perfis é ilustrada na figura 9a.



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Formação de semigráben através de distensão oblíqua à descontinuidade pré-existente.

Este ensaio experimental exemplifica o desenvolvimento de uma bacia cuja orientação é oblíqua à direção de distensão; no análogo natural, este é o caso do Semigráben de Sousa. As condições de contorno são idênticas àquelas dos experimentos descritos anteriormente, diferindo apenas na orientação da descontinuidade prévia nucleadora da bacia (DV, cf. Figura 4b).

O monitoramento da largura da bacia (ω) foi feito medindo, em um mesmo local na superfície, a distância entre as duas margens (delimitadas pelas falhas mais externas aflorantes) nos diversos incrementos deformacionais. Nos estágios iniciais de distensão a abertura da bacia é feita de forma relativamente homogênea (até cerca de 9,6% de distensão, figura 11a) e, depois de estabilizada numa mesma largura durante alguns incrementos adicionais, a mesma passa a exibir um comportamento irregular (figura 11a). Esse comportamento é interpretado como devido à migração da deformação da margem flexural em direção ao centro da bacia, com geração de falhas em overstep, com o aumento da distensão e sendo parcialmente recoberta pela sedimentação sintectônica, fazendo variar o valor de ω (figura 11b).

Figura 11- a) Gráfico mostrando o desenvolvimento da abertura da bacia (ω) ao longo dos diversos incrementos

deformacionais. A foto mostra um exemplo da obtenção de ω. b) Perfil ilustrando o desenvolvimento sequencial das

falhas no interior da bacia, com propagação em direção ao centro da bacia (F1 a F5). A falha de borda é representada

por Fb.

Ao longo da margem flexural da bacia foi desenvolvido um sistema de falhas antitéticas à falha principal que se apresentam escalonadas (figura 12a) e com provável rejeito normal-oblíquo. O escalonamento dessas falhas gera degraus em subsuperfície (figura 12b). A flexura das camadas sintectônicas, na falha principal e na falha antitética mais próxima, é responsável pela presença de uma estrutura sinclinal nessa região.



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Figura 12 – Mapa e perfis mostrando a distribuição das falhas oblíquas/normais na superfície e subsuperfície da bacia

oblíqua (em relação a direção de distensão). Notar que a maioria das falhas antitéticas não aflora no estágio

deformacional ilustrado em (a), sendo encobertas pela sedimentação sintectônica, como pode ser observado nos perfis

de (b).


A falha da borda sul da bacia é representada por um grande segmento central desenvolvido nos estágios iniciais e alguns segmentos menores nas extremidades leste e oeste, os quais coalescem formando um grande semi-arco com suave concavidade para norte (figura 13).

Figura 13 – Desenvolvimento da falha de borda (traçado em vermelho) da bacia oblíqua, em três estágios da

deformação (e = 5%, 13% e 18% respectivamente) ilustrando a coalescência de seus segmentos.

Essa falha principal exibe mergulho mais acentuado próximo à superfície e menor em profundidade, com tendência a formar uma geometria lístrica. Essa geometria é menos pronunciada nos perfil EE’ e GG’(perpendiculares a bacia) (figura 14). A intensidade do mergulho dos segmentos superiores e basais da falha varia de acordo com sua posição na bacia (figura 14).



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Figura 14 – Variação da intensidade do mergulho da falha de borda entre as porções mais superficiais e mais profundas

da bacia ao longo de perfis paralelos a direção de distensão (AA’, CC’, DD’, HH’) e aproximadamente perpendicular a

bacia (BB’, EE’ e GG’).

A margem norte da bacia, dita flexural, é marcada pela presença de pequenos segmentos de falha escalonados e não paralelos, delineando uma geometria curva com concavidade para norte e cujo traço geral é paralelo à margem falhada (figura 15). O arranjo geométrico desses segmentos provoca o desenvolvimento de diversas rampas de revezamento com declividade para sudoeste.

Figura 15- Vista em mapa a) e em perspectiva b) de segmentos de falhas revezados na margem flexural da bacia,

oblíqua à direção de distensão (setas brancas). Entre os segmentos há a formação de rampas de revezamento com

mergulho para sudoeste.

Análise da geometria das falhas internas à bacia

O estudo das falhas no interior da bacia foi feito em dois tipos de perfis, paralelos à direção de distensão e aproximadamente perpendiculares à bacia. Em ambos os casos, observa-se o desenvolvimento de um sistema de falhas normais antitéticas bem marcado, enquanto que as falhas



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sintéticas à falha principal são bastante subordinadas (figura 16). O depocentro da bacia localiza-se sempre entre a falha de borda e a primeira grande falha antitética.

Figura 16 – Ilustração dos dois conjuntos de perfis obtidos no experimento com bacia oblíqua: paralelos à direção de

distensão (AA’, DD’) e perpendiculares à falha de borda (BB’, EE’ e GG’) da bacia. A localização dos perfis é mostrada

no inset (lado inferior esquerdo da figura), onde a falha de borda aparece em vermelho.

Nos perfis paralelos à direção de distensão e embora o número de falhas não seja muito diferente, o espaçamento entre elas é distinto. Na parte mais central da bacia (perfil DD’), a distância entre as falhas bem como o rejeito da maioria delas, são maiores que aqueles nas extremidades da bacia (perfil AA’) (figura 16). Os mergulhos dessas falhas, via de regra, são maiores nas porções mais distantes da falha de borda. O comportamento dos mergulhos nos perfis centrais da bacia (CC’ e DD’) é bastante similar (Figura 17a). Nos perfis perpendiculares à bacia observa-se, no geral, um número maior de falhas que no grupo anterior. Isto se deve ao caráter segmentado das falhas (são mais abundantes em algumas partes da bacia) e a localização dos perfis (Figura 16). O comportamento do mergulho das falhas é similar ao do grupo anterior, com uma diminuição do ângulo das falhas da porção central da bacia em relação àquelas das porções mais afastadas da falha de borda (figura 17b). O cenário descrito acima é interpretado como devido a uma maior rotação dos planos de falhas da porção central da bacia durante a deformação, resultando em mergulhos relativamente mais baixos. Outro fator que pode ter contribuido para essa diferença é o comportamento reológico das camadas seccionadas pelas falhas. As falhas mais exteriores afetam grande parte do “embasamento” enquanto as falhas mais centrais afetam principalmente as camadas sintectônicas (figura 12b).



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Figura 17 – Representação gráfica da relação entre a distância das falhas antitéticas à falha de borda, e seu mergulho.

Em a) estão representados os perfis paralelos à direção de distensão e, em b), os perfis perpendiculares à bacia. Em

ambos os gráficos nota-se que as falhas da porção central da bacia exibem mergulhos ligeiramente inferiores àqueles

das falhas mais afastadas da falha de borda.

FORMAÇÃO SINCRÔNICA DE SEMIGRÁBEN ORTOGONAIS E OBLÍQUOS À

DIREÇÃO DE DISTENSÃO.

Nesta série de experimentos simulou-se a geração simultânea de duas bacias, induzidas por "zonas de fraqueza" do embasamento, orientadas ortogonal ou obliquamente à direção de distensão. Assim, é possível comparar as estruturas geradas nas bacias com aquelas geradas individualmente, como descritas nos modelos precedentes, e avaliar a possível influência que a simultaneidade possa ter no arcabouço estrutural das bacias. Os procedimentos experimentais foram iguais aos dos experimentos prescedentes, com exceção da geometria das zonas de fraquezas simuladas pelos DVs (cf. figura 4c).

A bacia ortogonal iniciou o processo de abertura antes da oblíqua. A velocidade de abertura das bacias oscilou no tempo, o que implica na variação da intensidade de abertura. Ora a bacia ortogonal abria mais rapidamente que a oblíqua, ora o inverso ocorria. Em ambas as bacias foi implantada uma margem com falhas bem desenvolvidas e, nas suas porções internas, as falhas antitéticas dominaram sobre as sintéticas.


O desenvolvimento das margens falhadas é bem visível em mapa durante todos os estágios de deformação. Em geral, são gerados segmentos de primeira e segunda ordem que coalescem rapidamente. Enquanto a falha da borda sudeste da bacia ortogonal é mais retilínea, com direção NE-SW, a falha de borda da bacia oblíqua possui direção E-W e mostra-se ligeiramente arqueada com concavidade para norte (figura 18).



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Figura 18 – Fotografia do topo (superfície) do modelo (Ɛ = 18%) contemplando o desenvolvimento simultâneo de duas

bacias, ortogonal (à esquerda na figura) e obliqua (à direita) à direção de distensão (marcada pela seta branca).

Comparar o arranjo com a figura 1. As linhas tracejadas representam a localização dos perfis ilustrados na figura 20.

A variação do mergulho dos planos de falhas, nas porções superiores e inferiores, nas extremidades SW das bacias (perfil AA’, figura 19), indicam geometria listrica. Esse comportamento se repete nos demais perfis da bacia ortogonal (perfil CC’, figura 19).

Nos últimos estágios de deformação, enquanto a bacia ortogonal continuava o processo de abertura, grande parte das falhas da bacia oblíqua permaneceu inativa, resultando em uma parada na abertura dessa bacia. Dado a essa inatividade das falhas, essas estruturas não se propagaram até a superfície, ficando encobertas pela ultima camada de sedimentação sintectônica (figura 18).

Figura 19 – Relação do mergulho das falhas de borda, em superfície e subsuperfície, das bacias ortogonal e oblíqua.

Nas suas extremidades oeste/sudoeste, nota-se que a parte superior da falha de borda da bacia oblíqua tem mergulho

maior que aquela da bacia ortogonal (AA’), enquanto nas partes mais centrais (CC’ e C’’C’’’) ocorre o inverso. O inset

mostra a localização dos perfis paralelos ou oblíquos à direção de distensão.

Análise da geometria das falhas internas às bacias

No interior da bacia ortogonal predominam falhas antitéticas à falha de borda, embora também ocorram pequenos falhamentos sintéticos nas proximidades da falha principal. Em geral, as



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falhas antitéticas cortam o pacote sedimentar e também afetam o embasamento cristalino. Na bacia ortogonal o número de falhas é ligeiramente superior àquele da bacia oblíqua.

Várias dessas falhas internas às bacias não se propagam até a superfície. Em superfície, essas falhas são mais desenvolvidas na bacia ortogonal, formando degraus e pequenas rampas de revezamento, principalmente nos extremos da bacia e no limite entre a porção ortogonal e a rampa oblíqua, onde ocorre uma falha de transferência que une a falha de borda da bacia ortogonal, com uma das falhas internas na margem flexural da bacia oblíqua.

Em ambas as bacias, a primeira falha antitética importante define, junto com a falha de borda, o depocentro; na bacia ortogonal o depocentro é mais largo na extremidade sudoeste, onde a bacia faz uma inflexão para oeste (perfis AA’, BB’ e CC’, figura 20). Na bacia oblíqua o comportamento do depocentro é inverso, tornando-se mais largo em direção ao centro da bacia (perfís AA’, B’’B’’’ e C’’C’’’, na figura 20). Na extremidade sudoeste da bacia oblíqua, o perfil AA’ não mostra a nucleação de falhas antitéticas e o depocentro é definido pelo mergulho das camadas sintectônicas em direção à falha de borda, numa típica geometria em semi-graben.

Figura 20 – Perfis transversais às bacias ortogonal (BB’ e CC’) e oblíqua (C’’C’’’ e B’’B’’’). O perfil AA’ secciona ambas

as bacias (ver inset da figura 19 para localização dos perfis). Nota-se uma variação na largura da região do depocentro,

bem como no mergulho das falhas internas às bacias. Notar que algumas falhas não se propagam até a superfície.

A intensidade do mergulho das falhas varia com a distância da falha de borda, havendo uma tendência à compartimentação em três domínios. Mais próximo às bordas falhadas, as falhas internas das bacias possuem intensidade de mergulho moderada (56º-68º); na porção intermediária



PPGG/UFRN

os mergulhos diminuem, em comparação ao domínio anterior e, no dominio mais distal, as falhas exibem os mergulhos mais elevados (65º-75º) (figura 21). Na bacia ortogonal, as falhas do domínio proximal do perfil CC’ mostram um comportamento anômalo, com intensa variação de mergulho. Não foi possível estabelecer se o mergulho mais baixo de algumas falhas é fruto do processo de rotação ou se essas falhas foram originalmente nucleadas com mergulhos mais baixos.

Figura 21 – Ilustração gráfica da variação dos mergulhos das falhas internas às bacias, com a distância em relação à

falha de borda. a) Bacia ortogonal; b) bacia oblíqua. Notar que, no geral, as falhas mais distantes da falha de borda

possuem mergulho mais forte do que aquelas mais próximas.

COMPARAÇÃO ENTRE AS ESTRUTURAS EXPERIMENTAIS E A BACIA DO RIO DO

PEIXE.

As bacias interiores do Nordeste brasileiro se desenvolveram contemporaneamente, em resposta à distensão NW-SE eocretácea que culminou com a abertura do Atlântico Sul, com nítido controle pelas estruturas ("zonas de fraqueza") do embasamento. Os dados experimentais aqui apresentados são comparados com os dados disponíveis sobre a Bacia do Rio do Peixe, em especial os semigráben de Brejo das Freiras e Sousa, orientados de forma ortogonal e oblíqua, respectivamente, à distensão NW-SE.

O arranjo arquitetural em subsuperfície da Bacia do Rio do Peixe é revelado por linhas sísmicas adquiridas pelo Projeto Bacias Interiores do Nordeste do Brasil (UFRN/Petrobras) e duas delas são ilustradas a seguir, para fins de comparação com os resultados da modelagem física. As linhas sísmicas 0295-2090 e 0295-2088 (figuras 22a e 22b) possuem orientação NW-SE sendo que a primeira delas secciona as duas sub-bacias (Sousa e Brejo das Freiras) enquanto que a segunda corta apenas a Sub-bacia de Sousa. A linha 0295-2090 mostra os dois semi-grabens controlados pelas respectivas falhas de borda, que definem um alto de embasamento (subaflorante) entre as mesmas (ver também figura 22c). As falhas de borda apresentam um decréscimo no ângulo de mergulho com a profundidade, tendendo a uma geometria lístrica. A sub-bacia de Brejo das Freiras mostra a predominância de falhas sintéticas, da falha de borda à margem flexual, onde há, agora, uma concentração de falhas antitéticas de menor porte (figura 22a). A margem falhada, porção SE da sub-bacia, exibe a presença de um conjunto de três falhas que se unificam e se enraizam no embasamento como uma estrutura única. Na sub-bacia de Sousa, embora com um número de falhas internas bastante reduzido, ocorre o inverso, com pequenas falhas antitéticas mais próximas à falha de borda enquanto que as sintéticas ocorrem mais próximas à margem flexural e a falha de borda é uma estrutura única (figura 22a). No que diz respeito às falhas internas, esse fato se repete na seção



PPGG/UFRN

0295-2088 que, como particularidade, exibe na borda falhada mais de uma falha, gerando batentes e, na extremidade NW da seção, uma falha sintética importante delimita um novo depocentro (figura 22b). Em ambas as seções, várias das falhas internas à bacia (sintéticas e antitéticas) não atingem a superfície. A geometria lístrica das falhas de borda e um número relativamente pequeno de falhas interiores às bacias também é sugerido pelo perfil da figura 22c, baseada em dados de campo (Jardim de Sá et al., 2010).

A modelagem simultânea das sub-bacias mostrou o desenvolvimento de uma sub-bacia mais ampla, cuja abertura foi ortogonal a direção de distensão, equivalente a sub-bacia de Brejo das Freiras, e outro semigráben de abertura mais restrita, oblíquo à direção de distensão, equivalente a Sub-bacia de Sousa (figura 22d). Os resultados experimentais exibem semelhanças e diferenças em relação ao análogo de campo. Como principais semelhanças destacam-se a geometria das falhas de borda, que se apresenta lístrica, às vezes com o desenvolvimento de degraus (figuras 22d, 22e), podendo se mostrarem ramificadas, como observado nas seções sísmicas e pela interpretação dos dados de campo. São também características as dobras de propagação de falhas, formando estruturas sinclinais (ou em bacia) que permitem definir as regiões de depocentro. O depocentro da Sub-bacia de Brejo das Freiras é mais profundo que aquele da Sub-bacia de Sousa. A presença de falhas com desenvolvimento restrito às camadas mais inferiores das bacias também é um fato comum nos perfís da modelagem física (cf. figura 20), em consonância com a estruturação ilustrada nas seções sísmicas.

O principal contraste nos resultados obtidos relaciona-se ao expressivo desenvolvimento, na modelagem, de falhas antitéticas. Tomando como exemplo o semigráben de abertura ortogonal, observa-se a geração de uma série de falhas antitéticas na margem flexural, a exemplo do modelo natural; todavia, a continuação desse sistema de falhas em direção à borda falhada difere do modelo natural, que nessa região exibe várias falhas sintéticas (comparar as figuras 22d e 22a). O número de falhas antitéticas desenvolvidas nos perfís das figuras 9b e 16 é superior àquele visualizado nas seções sísmicas. As falhas sintéticas, pouco desenvolvidas nos experimentos, são mais comuns na Sub-bacia de Brejo das Freiras que na Sub-bacia de Sousa e são, em maioria, localizadas no embasamento e atingindo apenas as camadas mais basais das bacias (ver figura 22a). Esse fato sugere a presença de descontinuidades menores no substrato da bacia, não consideradas na modelagem, que sofreram pequena reativação durante o processo de distensão.



PPGG/UFRN

Figura 22 – Ilustração das linhas sísmicas 0295-2090 a) e 0295-2088 b) da Bacia do Rio do Peixe; c) perfil ilustrando o

comportamento das duas sub-bacias com base nos dados estruturais de campo (Jardim de Sá et al., 2010); d) seção

obtida com a simulação de desenvolvimento simultâneo de uma bacia ortogonal e outra oblíqua à direção de distensão;

e) seção obtida da simulação da bacia obliqua, mostrando a falha de borda ramificada com a formação de degraus; f)

mapa da Bacia do Rio do Peixe (Jardim de Sá et al., 2010) com localização dos perfis sísmicos, de campo e da

modelagem física. A interpretação estrutural das seções sísmicas foi feita pelo Prof. A. F. Antunes (UFRN), com

contribuição subordinada do primeiro autor deste trabalho.

CONCLUSÕES

Um dos principais aspectos a destacar na modelagem realizada, é o desenvolvimento, no tempo e no espaço, das falhas que dão o contorno principal das bacias. A influência da trama pretérita (herdada do embasamento) na geometria e desenvolvimento das bacias foi reproduzida com sucesso e assim confirmada. Quando as bacias ortogonal e oblíqua à direção de distensão foram geradas de forma independente, observou-se a conservação parcial da sua largura durante alguns incrementos deformacionais (figura 11) que são interpretados como devido à transferência da deformação para uma nova falha mais interna ao semigráben, com as falhas mais antigas ficando encoberta pela sedimentação sintectônica (o monitoramento foi feito na superfície). Esse fato também sugere a migração, de NW para SE, dos depocentros dos semigráben. Quando a geração dos semigráben foi simultânea, verificou-se que a abertura de um semigráben interfere, de alguma forma, no desenvolvimento temporal e na velocidade/intensidade de abertura do outro. Em determinados momentos, um dos semigráben respondia menos aos incrementos deformacionais, resultando em quiecência ou sensível retardo na sua abertura. Comparando os perfís GG’ (figura 9) e CC’ (figura 20) verifica-se que o semigráben ortogonal, quando desenvolvido simultaneamente



PPGG/UFRN

com o oblíquo, apresenta-se mais largo e com o depocentro mais raso. No caso do semigráben oblíquo, o depocentro continua sendo mais raso para o desenvolvimento em simultâneo, mas sua largura é inferior àquela apresentada no caso de geração independente (cf. perfis C”C”’ e CC’ das figuras 20 e 12, respectivamente). Esse fato sugere a partição da deformação entre os dois semigráben, quando as mesmas são geradas simultaneamente. Essa interpretação é reforçada pela variação na velocidade e no tempo de abertura das bacias, uma vez que ao longo do experimento o semigráben ortogonal abriu primeiro que o oblíquo, mas ambas mostraram intervalos com menor deformação, ao longo dos incrementos na distensão.

Algumas das falhas, atualmente mapeadas como estruturas contínuas, desenvolveram-se, segundo a modelagem, por meio da interligação de segmentos escalonados, geralmente formando rampas de revezamento (cf. figura 15), o que pode ter implicações na forma de aporte de material para a bacia. O monitoramento, em superfície, da evolução desses segmentos mostrou alternância de coalescência e nova segmentação (às vezes com direção ligeiramente diferente da precedente), implicando que essas falhas apresentam uma geometria não regular.

O não aparecimento na modelagem de algumas falhas internas à bacia, como as estruturas de direção NE na Sub-bacia de Sousa (figuras 20b e 20f), sugere que as falhas naturais devem estar ligadas à reativação de uma estrutura antiga do embasamento da bacia, que não foi considerada na simulação.

O conhecimento da localização de depocentros, rampas de revezamento e geometria das falhas fornece subsídios para interpretações dos sítios e rotas mais adequadas à geração, migração e acumulação de hidrocarbonetos, mostrando que a modelagem pode ser uma ferramenta adicional à interpretação da evolução de bacias sedimentares e sua avaliação exploratória.

AGRADECIMENTOS

A.J.P.C.B. agradece a Agência Nacional do Petróleo – ANP, através do PRH-22, pela bolsa de mestrado no Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da UFRN. O Laboratório de Modelagem Física do PPGG conta com o apoio do CENPES- PETROBRAS.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BONINI, M.; SOURIOT, T.; BOCCALETTI, M.; BRUN, J. P.; Successive orthogonal and oblique extension episodes in a rift zone: Laboratory experiments with application to the Ethiopian Rift. Tectonics, v. 16, p. 347-362, 1997.

CORTI, G.; BONINI, M.; CONTICELLI, S.; INNOCENTI, F.; MANETTI, P.; SOKOUTIS, D. Analogue modelling of continental extension: a review focused on the relations between the patterns of deformation and the presence of magma. Earth Science Reviews, V. 63, p. 169-247, 2003.

CÓRDOBA, V. C.; ANTUNES, A. F.; JARDIM DE SÁ, E. F.; SILVA, A. N.; SOUSA, D. C.; LINS, F. A. P. L. Análise estratigráfica e estrutural da Bacia do Rio do Peixe, Nordeste do Brasil:



PPGG/UFRN

integração de dados a partir do levantamento sísmico pioneiro 0295_rio_do_peixe_2d. Bol. Geoc. Petrobras, v.16, p.53-68, 2008.

DOOLEY, T.; MCCLAY, K. Analogue modelling of pull-apart basins. AAPG Bulletin, v. 81, p. 1804-1826, 1997.

FRANÇOLIN, J.B.L. Analyse structurale du bassin du Rio do Peixe (Brésil) 1992. Tese de Doutorado - Centre Armoricaine d’Étude Structurale des Socles, Université de Rennes: 240p.

FRANÇOLIN, J.B.L.; COBBOLD, P.R.; SZATMARI, P. Faulting in the Early Cretaceous Rio do Peixe Basin (NE Brazil) and its significance for the opening of the Atlantic. Journal of Structural Geology, v.16, p. 647-661, 1994.

GOMES, C. J. S.; CALDEIRA, J. N. M. As propriedades friccionais de areias de quartzo (natural e colorida): medidas efetuadas em experimentos físicos- analógicos e um ring-shear tester. REM, v. 63, p. 289-298, 2011.

GUTOWSKI, J.; KOYI, H. A.; Influence of oblique strike-slip faults on the Mesozoic evolution of the south-eastern segment of the Mid-Polish Trough. Basin Research, V. 19, p. 67-86, 2007.

HENZA, A.; WITHJACK, M.; SCHLISCHE, R. How do the properties of a pre-existing normal-fault population influence fault development during a subsequent phase of extension? Journal of Structural, v. 33, p. 1312-1324, 2011.

HUS, R.; ACOCELLA, V. FUNICIELLO, R.; DE BATIST, M. Sandbox models of relay ramp structure and evolution. Journal of Structural Geology, v. 27, p. 459-473, 2005.

HUBBERT, M. K. Theory of scale models as applied to the study of geologic structures. Geological Society of America Bulletin, v.48, p.1459-1519, 1937.

JARDIM DE SÁ, E. F.; CAMPO, S. (coords.) 2010. Arquitetura e evolução tectono-estratigráfica das bacias interiores do nordeste, a norte do lineamento pernambuco. PETROBRAS/FUNPEC/UFRN, Relatório Inédito.

MATOS R. M. D. The Northeast Brazilian rift system. Tectonics, v. 11, p. 766-791, 1992. MATOS, R. M. D. History of the Northeast Brazilian rift system: kinematic implication for the break-up between Brazil and West Africa. In: Cameron, N. R.; Bate, R. H.; Clure, V. S. (eds.). The

Oil and Gas Habitats of the South Atlantic. Geol. Soc., London, Spec. Publ., 153:55-73, 1999. McCLAY, K. R. Extensional faults systems in sedimentary basins: a review of analogue studies. Marine and Petroleum Geology, v. 7, p. 206-233, 1990. McCLAY, K. & BONORA, M. Analogue Models of restraining stepovers in strike-slip fault systems. AAPG, v. 85 no. 2 p.233-260, 2001.

MORLEY, C.K.; NELSON, R. A.; PATTON, T. L.; MUNN, S. G. Transfer zones in the East African rift system and their relevance to hydrocarbon exploration in rifts. AAPG Bulletin v. 74, p. 1234-1253, 1990.



PPGG/UFRN

NELSON, R. A.; PATTON, T. L.; MCCLAY, C. K.; Rift-segment interaction and its relation to hydrocarbon exploration in continental rift systems. AAPG Bulletin v. 76, p. 1153-1169, 1992.

NUNES DA SILVA, A. Arquitetura, litofácies e evolução tectono-estratigráfica da Bacia do Rio

do Peixe, Nordeste do Brasil 2009. Dissertação (Mestrado), Programa de Pós-Graduação Geodinâmica e Geofísica, UFRN, Natal: 108p.

PONTE, F.C.; HASHIMOTO, A. T.; DINO, R. (coords.) 1991. Geologia das bacias sedimentares mesozóicas do interior do Nordeste do Brasil. PETROBRAS/CENPES/DIVEX/SEBIPE, relatório inédito.

PONTE, F.C.; PONTE FILHO, F.C. Estrutura geológica e evolução tectônica da Bacia do Araripe. DNPM, 4º/10º. Distritos Regionais, Relatório Interno 68p. 1996.

SCHLISCHE, R. W.; WITHJACK, M.; OLSEN, P. E. Relative timing of CAMP, Rifting, Continental breakup and basin inversion: Tectonic significance. American Geophysical Union Monograph, v. 136, p. 33-59, 2002.

TEIXELL, A.; KOYI, H. A. Experimental and field study of the effects of lithological contrasts on thrust-related deformation. Tectonics, v. 22 nº 5, 2003.

TRON, V.; BRUN, J. P. Experiments on oblique rifting in brittle-ductile systems. Tectonophysics, v. 188, p. 71-84, 1991.

Capítulo 6

Comparação entre os

Modelos experimentais e o

Análogo natural

Capítulo 6 – Comparação entre os modelos experimentais e o análogo natural Blanco, A.


PPGG/UFRN

Neste capítulo são feitas, primeiramente, comparações entre os modelos experimentais

abordando a formação isolada ou sincrônica de semigráben ortogonais e oblíquos à direção de

distensão. Esta comparação é realizada com base no último estágio de deformação de cada

semigráben ou experimento (ou seja, a sua geometria final), tanto em superfície como em

subsuperfície (perfis). Posteriormente esses resultados são comparados com o análogo natural, a

Bacia do Rio do Peixe, caracterizada estruturalmente por meio de mapeamento de campo e da

interpretação de linhas sísmicas orientadas segundo o eixo de distensão determinado na região.

6.1- Comparação entre os modelos experimentais de semigráben.

Nos semigráben modelados de forma isolada, comparativamente àqueles modelados com

desenvolvimento simultâneo, verifica-se, além das semelhanças, diferenças importantes. Nos

experimentos de geração de semigráben ortogonais observa-se que, quando gerado isoladamente,

este semigráben evolui mais rapidamente do que quando o seu desenvolvimento é simultâneo ao

de um semigráben oblíquo. Isto sugere que, para um mesmo estágio de desenvolvimento, o grau

de complexidade desse semigráben (representado pela expressão de suas falhas em superfície)

gerado individualmente é atingido com menor magnitude de deformação (% e) do que quando

gerado simultaneamente com o semigráben oblíquo. A figura 6.1 mostra a configuração final dos

semigráben ortogonais que, embora semelhantes, foram adquiridas em estágios com magnitudes

de deformação distintas. O semigráben desenvolvido simultaneamente com o semigráben

oblíquo necessitou de maior deformação (e = 18%) para atingir a configuração semelhante à do

semigráben modelado de forma independente (e = 14,3%, figura 6.1). Este fato sugere que o

desenvolvimento de um semigráben influenciou no desenvolvimento do outro, quando a abertura

é feita simultaneamente.



PPGG/UFRN

Figura 6.1 – Ilustração em mapa dos últimos estágios de deformação de um semigráben ortogonal: (a) desenvolvimento isolado e

(b) desenvolvimento simultâneo com um semigráben oblíquo à direção de distensão (cujo arranjo está representado na figura 18

do capítulo 5). A estruturação similar dos semigráben foi atingida com diferentes percentagens de deformação, sugestivo da

interferência mútua nos processos de desenvolvimento, quando gerados simultaneamente.

Os modelos de semigráben oblíquos à direção de distensão, isolada ou simultaneamente com

o semigráben ortogonal, apresentaram diferenças na geometria final da deformação (estabelecida

com e= 18%). No modelo isolado, a margem flexural exibe segmentos de falhas escalonados,

formando rampas de revezamento com mergulhos para oeste/sudoeste (figuras 6.2 e 6.3a). No

modelo gerado simultaneamente a um semigráben ortogonal, a margem flexural do semigráben

oblíquo não evidencia um sistema de falhas em superfície, no estágio final de deformação; no

caso, um sistema de falhas desenvolvido precocemente ocorre apenas em subsuperfície, sendo

capeado por sedimentos sintectônicos (perfis B’’B’’’ e C’’C’’’ da figura 20 do capítulo 5). A

ausência de expressão superficial desse sistema de falhas, no estágio final de deformação, sugere

que, neste experimento, seria necessário uma maior magnitude de deformação para que a

geometria do semigráben oblíquo se tornasse semelhante àquela do desenvolvimento isolado.



PPGG/UFRN

Figura 6.2 - Exemplo de rampa de revezamento gerada na margem flexural do semigráben oblíquo desenvolvido de forma

isolada. A seta amarela indica o mergulho, para oeste, da rampa de revezamento.

Figura 6.3 – Fotografia, com as falhas interpretadas, da superfície dos experimentos que geraram semigráben oblíquos: (a) de

forma independente e (b) de forma simultânea ao semigráben ortogonal. Em ambos a distensão foi a mesma (e= 18%). No caso

(b), notar que, embora existam outras falhas (formadas em estágios precedentes) em subsuperfície, no estágio representado

(final) apenas a falha principal é visível na superfície, sugerindo que a evolução deste semigráben oblíquo sofreu influência da

nucleação simultânea ao semigráben ortogonal.

Em subsuperfície os semigráben também mostraram particularidades na sua geometria,

quando desenvolvidos de forma isolada ou simultânea. Deve ser observado que essas

particularidades, como o número de falhas ou sua disposição espacial, podem variar dependendo

de onde é feito o corte (perfil) no experimento. De forma geral, o semigráben ortogonal é mais

amplo, e as falhas antitéticas apresentam mergulhos mais baixos, quando gerado

simultaneamente ao semigráben oblíquo, comparativamente ao modelo de geração independente

(figura 6.4a,b). Nos modelos de semigráben oblíquos, a largura é maior e as falhas antitéticas



PPGG/UFRN

ocorrem em maior número, quando gerado individualmente (figura 6.4c), enquanto que no

modelo sincrônico o mesmo apresenta-se mais estreito e desprovido de falhamentos antitéticos

na margem flexural (extremidade sudeste da figura 6.4a). Na figura 20 do capítulo 5 são

ilustrados outros cortes do semigráben oblíquo gerado simultanemente ao ortogonal, onde se

observam falhas antitéticas na margem flexural, mas sempre em menor número que no modelo

individual.

Figura 6.4 - Perfis obtidos nos experimentos de modelagem física (desenhados a partir de fotografia dos experimentos), para

comparação entre os modelos de desenvolvimento simultâneo de semigráben ortogonal e oblíquo à direção de distensão (a) ,

com aqueles desenvolvidos de forma isolada (b,c, semigráben ortogonal e oblíquo, respectivamente).

6.2- Comparação entre o análogo natural e os modelos experimentais de semigráben.

Durante a abertura do Atlântico Sul, zonas de cisalhamento pré-cambrianas no Nordeste do

Brasil foram reativadas e/ou controlaram o desenvolvimento das bacias interiores, tais como a

Bacia do Rio do Peixe. Sob a ação de um campo de esforços com distensão NW-SE, as falhas de

borda dos semigráben de Sousa e de Brejo das Freiras (figura 6.5) foram desenvolvidas sob

controle ou influência da trama dúctil das zonas de cisalhamento Patos (E-W) e Portalegre (NE-

SW) (Françolin et al., 1994; Córdoba et al., 2008; Jardim de Sá et al., 2010).



PPGG/UFRN

Figura 6.5 – Mapa simplificado da Bacia do Rio do Peixe, com representação das falhas principais. As zonas de cisalhamento,

com trend NE e E-W (Portalegre e Patos, respectivamente) controlaram a margem falhada dos semigráben de Brejo das Freiras

com desenvolvimento de falhas normais (ou oblíquas na rampa lateral a sul), e de Sousa com rejeito oblíquo normal-sinistral,

associado ao evento distensivo eocretáceo NW-SE (Jardim de Sá et al., 2010).

O arranjo geométrico em subsuperficie, da Bacia do Rio do Peixe, é ilustrado por linhas

sísmicas adquiridas pelo Projeto Bacias Interiores do Nordeste do Brasil (UFRN/Petrobras).

Duas dessas linhas, orientadas NW-SE de acordo com a direção de distensão, são apresentadas

neste trabalho, para comparação com os modelos experimentais físicos. A linha sísmica 0295-

2090 secciona os semigráben de Brejo das Freiras e Sousa, enquanto que a linha 0295-2088

secciona a porção central do semigráben de Sousa. A primeira (figura 6.6a) mostra a geometria

dos dois semi-grabens controlados por falhas de borda e separados por um alto estrutural do

embasamento (o "alto", ou degrau de Santa Helena), não aflorante nesta linha. As falhas de borda

dos semigráben exibem diminuição de mergulho em profundidade, tendendo a uma geometria

lístrica, com a particularidade de que, em Brejo das Freiras, a falha de borda encontra-se

ramificada em direção ao topo, gerando degraus controlados por esses vários ramos da falha. No

semigráben de Brejo das Freiras há uma maior concentração de falhas sintéticas próximas à

margem falhada, enquanto na margem flexural existe um pequeno número de falhas antitéticas,

planar e curviplanar, mas de pequeno porte. No semigráben de Sousa, as falhas sintéticas são

restritas à margem flexural, com pequenas falhas antitéticas próximas ao depocentro. Os dois

semigráben exibem diferenças de profundidade do depocentro, maior no semigráben de Brejo

das Freiras.

A linha sísmica 0295-2088 (figura 6.6b) mostra a falha de borda do semigráben de Sousa,

novamente ramificada definindo degraus. Próximo à margem flexural ocorre uma importante

falha diagonal, sintética, também com tendência a geometria lístrica e definindo um depocentro a



PPGG/UFRN

NW da mesma, embora subordinado em profundidade com respeito àquele próximo à falha de

borda (figura 6.6b). A maior concentração de falhas antitéticas localiza-se junto à falha de borda

e na margem flexural. As falhas antitéticas ocorrem na interface do topo do embasamento e as

camadas basais do semigráben, não alcançando a superfície.

Figura 6.6 – (a) Ilustração da linha sísmica 0295-2090 e (b) da linha sísmica 0295-2088 da Bacia do Rio do Peixe, mostrando a

distribuição e geometria das falhas em subsuperficie. Em (a), são observados os semigráben de Brejo das Freiras, a NW, e de

Sousa, a SE. A linha (b) atravessa apenas o semigráben de Sousa. Interpretação estrutural realizada pelo Prof. Dr. A.F. Antunes

do DG-UFRN, com contribuição subordinada do autor desta dissertação.

Nos experimentos físicos de desenvolvimento simultâneo dos semigráben ortogonal e

oblíquo, a direção de distensão foi convencionada ser NW-SE, equivalente àquela que deu

origem aos semigráben de Brejo das Freiras e Sousa. Os perfis dos experimentos mostraram

semelhanças e alguns contrastes com o modelo natural (figura 6.7). Como principais

semelhanças são destacadas a geometria lístrica das falhas de borda nos dois semigrábens, e o

desenvolvimento de ramificações na falha principal do semigráben ortogonal, formando degraus

(no caso, a figura 6.7a). A estrutura sinclinal desenvolvida pela combinação do basculamento

contra a falha de borda, e a propagação dessa estrutura (feição de "arrasto"), é também



PPGG/UFRN

reproduzida nos experimentos, em coerência com os dados de campo (figura 6.7b) e linhas

sísmicas (figura 6.6). Os perfis obtidos com base nos dados de mapeamento de campo (figura

6.7c; Jardim de Sá et al., 2010), e aqueles do experimento, têm orientação ligeiramente diferente

embora exibam semelhanças na geometria interna. Tal como ilustrado na linha sísmica 0295-

2090 (figura 6.6a), o modelo físico também evidenciou maior profundidade do depocentro no

semigráben ortogonal, e maior frequência de falhamentos na porção basal deste semigráben, os

quais não se propagam até à superfície. Por outro lado, o número de falhas antitéticas é superior

à do modelo natural. Embora a presença de falhas antitéticas na margem flexural seja condizente

entre o modelo físico e o análogo natural, a propagação desse sistema de falhas em direção ao

depocentro do semigráben ortogonal, no modelo físico, contrasta com a maior frequência de

falhas sintéticas identificadas na linha sísmica 0295-2090 (comparar figuras 6.7a e 6.6a).

Figura 6.7 – (a) Seção obtida no experimento simulando o desenvolvimento simultâneo dos semigráben ortogonal e oblíquo em

relação à direção de movimento; (b) perfil esquemático gerado com dados de mapeamento da Bacia do Rio do Peixe (Nunes da

Silva, 2009; Jardim de Sá et al., 2010); c) Mapa da Bacia do Rio do Peixe com localização dos perfis da modelagem física e do

mapeamento de campo (Jardim de Sá et al., 2010).

Considera-se que o modelo simultâneo de semigráben ortogonais e oblíquos à direção de

distensão, é o que melhor representa a Bacia do Rio do Peixe. Dados estratigráficos sugerem que

abertura do Semigráben de Brejo das Freiras foi anterior àquela do Semigráben de Sousa

(Córdoba et al., 2008), o que foi reproduzido no modelo experimental simultâneo. Embora a

estruturação interna dos modelos físicos gerados simultaneamente não reproduzam fielmente



PPGG/UFRN

aquela ilustrada nas linhas sísmicas, a maior concentração de falhas sintéticas junto à falha de

borda do semigráben de Brejo das Freiras pode ser explicada pelo fato de que, no experimento, o

movimento distensional é aplicado apenas em uma extremidade do modelo. Internamente, a

presença de um sistema de falhas antitético na margem flexural, e aflorante, é uma feição não

observada no análogo natural. Finalmente, a geometria das falhas de borda de ambos os

semigráben controla a sua assimetria e dobramentos relacionados, o que é condizente tanto com

os dados de mapeamento com as seções sísmicas apresentadas.

Capítulo 7

Discussões e Conclusões

Capítulo 7 – Discussões e Conclusões Blanco, A.


PPGG/UFRN

Os vários experimentos realizados permitiram melhorar o conhecimento da arquitetura de

semigráben por meio da modelagem física da tectônica distensional. Os trabalhos focaram mais

especificamente no desenvolvimento espaço-temporal (4D) das falhas principais e internas das

bacias, explorando a sua relação com alguns parâmetros, tais como a obliquidade do semigráben

em relação à direção de distensão, que por sua vez é influenciada pela trama e/ou

descontinuidades antigas no seu substrato.

Uma característica comum em todos os experimentos é que as falhas são nucleadas a partir de

segmentos que podem exibir pequenas variações na direção e que coalescem durante a

progressão da deformação; este tipo de evolução é exemplificado pela figura 13 do capítulo 5.

Quando a geração dos semigráben ortogonal e oblíquo ocorre de modo simultâneo, o semigráben

ortogonal inicia o seu desenvolvimento primeiro, e posteriormente evolui em conjunto com o

oblíquo, à semelhança do análogo natural, a Bacia do Rio do Peixe. Contudo, existe uma certa

diferença na sua complexidade, referente à quantidade da falhas e a própria geometria final dos

semigráben ortogonais e oblíquos, sugerindo uma partição da deformação entre ambos.

No estágio final, os modelos de desenvolvimento sincrônico precisaram de maior magnitude

da deformação para adquirir uma geometria final semelhante à dos modelos individuais, como

ilustrado na figura 6.1 para o caso de semigráben ortogonais à direção de distensão. No caso

particular do semigráben oblíquo, desenvolvido simultaneamente com o ortogonal, a sua

geometria final, em superfície, é mais simples que a do semigráben ortogonal. Muitas das falhas

geradas nos estágios precoces não se propagaram até a superfície, ficando, nos estágios finais,

encobertas pelas camadas sintectônicas (figura 6.3). Isto sugere que seria necessário uma maior

magnitude de deformação para que o semigráben oblíquo sincrônico se tornasse semelhante ao

modelo de formação isolada deste tipo de semigráben. Em subsuperficie, os perfis obtidos dos

modelos físicos individuais e simultâneos também exibiram diferenças. No modelo de

desenvolvimento isolado, tanto o semigráben ortogonal como o oblíquo apresentaram

profundidades constantes do depocentro ao longo de todo o seu comprimento (figura 9 para o

semigráben ortogonal; figura 12 para o semigráben oblíquo, no capitulo 5).

Em relação aos perfis dos modelos de geração simultânea, o semigráben ortogonal apresenta-

se mais amplo e, embora haja variação entre os perfis, seu depocentro é mais raso,

comparativamente ao modelo individual. Quanto ao semigrabem oblíquo, apresenta o depocentro

com profundidade decrescente de leste para oeste e sempre mais raso que quando gerado de

forma individual. De um modo geral, o desenvolvimento destes dois semigráben, gerados de

Capítulo 7 – Discussões e Conclusões Blanco, A.


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modo simultâneo, apresentou variação de profundidade entre si; quando um se torna mais

profundo, o outro se torna mais raso (figura 20 do capítulo 5).

Na interpretação da linha sísmica 0295-2090 (figura 6.6a), é ilustrada a geometria lístrica das

falhas de borda dos dois semigráben. No caso do semigráben de Brejo das Freiras (análogo para

a abertura ortogonal), observa-se que a falha de borda é ramificada, uma maior profundidade do

depocentro e a presença de um sistema de falhas antitéticas na margem flexural, afetando o

embasamento, tal como acontece no modelamento simultâneo, onde o semigráben ortogonal

desenvolve maior profundidade, em comparação com o oblíquo. As falhas de borda, nucleadas

sob o controle da anisotropia pré-existente, exibem geometria lístrica e com degraus

escalonados, deslocando o topo do embasamento (figura 6.6a e 6.7a).

Os exemplos acima e no texto desta dissertação demonstram como a modelagem física pode

fornecer informações sobre a evolução e localização de depocentros dos semigráben, o

desenvolvimento de rampas de revezamento (que constituem uma importante estrutura para o

aporte sedimentar da bacia e a migração de hidrocarbonetos), e a geometria da falha de borda,

controladora da arquitetura dos semigráben. Todas estas feições justificam a importância da

aplicação da modelagem estrutural física para a interpretação da evolução de bacias

sedimentares.

Referências Bibliográficas

Referências Bibliográficas Blanco, A.


PPGG/UFRN

Alves da Silva, F. C.; Oliveira, F. J. S.; Portugal, R. A. (2007) Influência da geometria de rampas pré-existentes na nucleação e desenvolvimento de falhas durante encurtamento frontal: visualização através do modelamento físico. In: SBG, XI Simpósio Nacional de Estudos Tectônicos, Anais, p. 78-80.

Bassi, G.; Keen, C. E.; Potter, P. (1993). Contrasting styles of rifting: models and examples from the eastern Canadian margin. Tectonics, v. 12, p. 639-655.

Bonini, M.; Souriot, T.; Boccaletti, M.; Brun, J. P. (1997). Successive orthogonal and oblique extension episodes in a rift zone: Laboratory experiments with application to the Ethiopian Rift. Tectonics, v. 16, p. 347-362.

Brun, J.P. & Fort, X. (2004). Compressional salt tectonics (Angolan margin). Tectonophysics v. 382, p. 129-150.

Castro, D. L.; Medeiros, W. E.; Jardim de Sá, E. F.; Moreira, J. A. M. (1998). Mapa Gravimétrico do Nordeste Setentrional do Brasil e margem continental adjacente: interpretação com base na hipótese de isostasia, Braz. J. Geophys. V. 16 (2/3), 9. 115-131.

Castro, D. L.; Oliveira, D. C.; Castelo Branco, R. M. G. (2007). On the tectonics of the Neocomian Rio do Peixe rift basin, NE Brazil: lessons from gravity, magnetics, and radiometric data. Journal of South American. Earth Science, v. 24, p. 284-202.

Clifton, A. E.; Schlische, R. W.; Withjack, M. O.; Ackermann, R. V. (2000). Influence of rift obliquity on fault-population systematic: results of experimental clay models. Journal of

Structural Geology, v. 22 p. 1491-1509.

Córdoba, V. C.; Antunes, A. F.; Jardim de Sá, E. F.; Silva, A. N.; Sousa, D. C.; Lins, F. A. P. L. (2008). Análise estratigráfica e estrutural da Bacia do Rio do Peixe, Nordeste do Brasil: integração de dados a partir do levantamento sísmico pioneiro 0295_rio_do_peixe_2d. Bol. Geoc. Petrobras, v.16, p.53-68.

Corti, G.; Bonini, M.; Conticelli, S.; Innocenti, F.; Manetti, P.; Sokoutis, D. (2003). Analogue modelling of continental extension: a review focused on the relations between the patterns of deformation and the presence of magma. Earth Science Reviews. v. 63, p.169-247.

Dixon, J. M. (1974). A new method of determining finite strain in models of geological structures. Tectonophysics, v. 24, p. 99-114.

Dooley, T.; McClay, K. (1997). Analogue modelling of pull-apart basins. AAPG Bulletin, v. 81, p. 1804-1826.

Dubois, A.; Odonne, F.; Massonnat, G.; Lebourg, T.; Fabre, R. (2002). Analogue modeling of fault reactivation: tectonic inversion and oblique remobilization of grabens. Journal of

Structural Geology, v. 24, p. 1741-1752.



PPGG/UFRN

Ebert, H. D.; Neves, M. A.; Hutton, D. H. W.; Guerra, M. C. M. (1995). Alojamento de rochas plutônicas em regimes transpressivos: uma modelagem experimental. In: SBG, V Simpósio Nacional de Estudos Tectônicos, p. 186-188.

Eisenstadt, G. & Sims, D. (2005). Evaluating sand and clay models. Journal of Structural

Geology, v. 27, p. 1399-1412.

Françolin, J.B.L. Analyse structurale du bassin du Rio do Peixe (Brésil) 1992. Tese de Doutorado - Centre Armoricaine d’Étude Structurale des Socles, Université de Rennes: 240p.

Françolin, J.B.L.; Cobbold, P.R.; Szatmari, P. (1994). Faulting in the Early Cretaceous Rio do Peixe Basin (NE Brazil) and its significance for the opening of the Atlantic. Journal of Structural Geology, v.16, p. 647-661.

Fraser, S. I.; Fraser, A. J.; Lentini, M. R.; Gawthorpe, R. L. (2007). Return to rifts – the next wave: fresh insights into the petroleum geology rift basins. Petroleum Geoscience, v. 13(2), p. 99-104.

Gaspar, D. (2010). Desenvolvimento de dobras e falhas em ambiente distensional: Aplicação da modelagem física. Dissertação de Mestrado. UFRN. Natal.

Gomes, C. J. S. (2013) Investigating new materials in the contexto of analog-physical models. Journal of Structural Geology. V. 46, p 158-166.

Gomes, C. & Caldeira, J. (2011). As propriedades friccionais de areias de quartzo (natural e colorida): medidas efetuadas em experimentos fisico-analógicos e em um ring-shear tester. REM, Ouro Preto, v. 64(3), p. 289-298.

Guerra, M. C. M.; Pequeno, M. A.; Szatimari, P.; Porsche, E. (1997). Modelagem física subaquática de sistemas deposicionais turbidíticos e tectônica do sal associada. In: SBG, VI Simpósio Nacional de estudos Tectônicos, p. 170-172.

Guerra, M. C. M.; Szatmari, P.; Pequeno, M. A.; Viana, A. R. (2005). Modelagem física da evolução pós-sal de bacias de margem passiva convergente. In: SBG, X Simpósio Nacional de Estudos Tectônicos, p. 116-119.

Gutowski, J.; Koyi, H. (2007). Influence of oblique strike-slip faults on the Mesozoic evolution of the south-eastern segment of the Mid-Polish Trough. Basin Research, v. 19, p. 67-86.

Henza, A.; Withjack, M.; Schlische, R. (2011). How do the properties of a pre-existing normal-fault population influence fault development during a subsequent phase of extension? Journal of Structural, v. 33, p. 1312-1324.

Hubbert, M. K. (1937). Theory of scale models as applied to the study of geologic structures. Geology Society of American Bulletin, v. 48, p. 1459-1520.

Hus, R.; Acocella, V. Funiciello, R.; de Batist, M. (2005). Sandbox models of relay ramp structure and evolution. Journal of Structural Geology, v. 27, p. 459-473.



PPGG/UFRN

Jardim de Sá, E. F.; Campo, S. (coords.) (2010). Arquitetura e evolução tectono-estratigráfica das bacias interiores do nordeste, a norte do lineamento pernambuco. PETROBRAS/FUNPEC/UFRN, Relatório Inédito.

Jackson, J. A. & White, N. J. (1989). Normal faulting in the upper continental crust: observations from regions of active extension. Journal of Structural Geology, v. 11, p. 15-36.

Koyi, H. (1997). Analogue modeling: from a qualitative to a quantitative technique – a historical outline. Journal of Petroleum Geology, v. 20(2), p. 223-238.

Koyi, H.; Sans M.; Teixell, A.; Cotton, J.; Zeyen, H. (2004). The significance of penetrative strain in the restoration of shortened layers from sand models and Spanish Pyrenees. In: K.R. McClay (Ed.) Thrust Tectonics and Petroleum Systems. AAPG Memoir, v. 82, P. 207-222.

Lima, M. R. & Coelho, M. P. C. A. (1987). Estudo palinológico da sondagem estratigráfica de Lagoa do Forno, Bacia do Rio do Peixe, Cretáceo do Nordeste do Brasil. Boletim.

Geociências USP, v. 18, p. 67-83.

Lyatsky, H. V. (2000) Cratonic basement structures and their influence on the development of sedimentary basins in western Canada. The Leading Edge, February p.146-149.

Mart, Y.; Dauteuil, O. (2000). Analogue experiments of propagation of oblique rifts. Tectonophysics, v. 316 p. 121-132.

Matos R. M. D. (1992). The Northeast Brazilian rift system. Tectonics, v. 11, p. 766-791. Matos, R. M. D. (1999). History of the Northeast Brazilian rift system: kinematic implication for

the break-up between Brazil and West Africa. In: Cameron, N. R.; Bate, R. H.; Clure, V. S. (eds.). The Oil and Gas Habitats of the South Atlantic. Geol. Soc., London, Spec. Publ., 153:55-73.

McClay, K. R. & Ellis, P. G. (1987). Geometrics of extensional fault systems developed in

model experiments. Geology, v. 15, p. 341-344. McClay, K. R. (1990a). Extensional fault sstems in sedimentar basins: a review of analogue

model studies. Marine and Petroleum Geology. V. 7(3), p. 206-233.

McClay, K. R. (1990b). Deformation mechanics in analogue models if distensional fault system. In: R.J. Knipe & H. Rutter (Eds.) Deformation mechanics, rheology and tectonics. Geologycal Society of London Specail Publication, v. 54, p. 445-453.

McClay, K. R. (1996) Recent advances in analogue modeling: uses in section interpretation and validation. Geological Society Publications v. 99, p. 201-225.

McClay, K. R. (2002). 4-D evolution of rift systems: Insights from scaled physical models. AAPG Bulletin, v. 86(6), p. 935-959.



PPGG/UFRN

McClay, K. R., White, M. J. (1995). Analogue modeling of orthogonal and oblique rifting. Marine and Petroleum Geology, v. 12 p. 137-151.

McClay, K. R.; Dooley, T.; Gloaguen, R.; Whitehouse, P.; Khalil, S. (2001). Analogue modeling of extensional fault architecture: comparisons with natural rift fault systems. PESA Eastern

Australian Basins Symposium, Melbourne Victoria, p. 573-584.

McKenzie, D. (1978). Some remarks on the development of sedimentary basins. Earth Science

Letter, v. 40, p. 25-32

Michon, L. & Sokoutis, D. (2005). Interaction between structural inheritance and extension direction during graben and depocentro formation: An experimental approach. Tectonophysics, v. 409, p. 125-146.

Moores E.M. & Twiss, R.J. (1995). Tectonics. 415p. W.H. Freeman and Company, New York.

Morley, C. K.; Nelson, R. A.; Patton, T. L.; Munn, S. G. Transfer zones in the East African rift system and their relevance to hydrocarbon exploration in rifts. AAPG Bulletin v. 74, p. 1234-1253, 1990.

Nelson, R. A.; Patton, T. L.; McClay, K. R.; Rift-segment interaction and its relation to hydrocarbon exploration in continental rift systems. AAPG Bulletin v. 76, p. 1153-1169, 1992.

Nunes da Silva, A. Arquitetura, litofácies e evolução tectono-estratigráfica da Bacia do Rio do

Peixe, Nordeste do Brasil 2009. Dissertação (Mestrado), Programa de Pós-Graduação Geodinâmica e Geofísica, UFRN, Natal: 108p.

Olsen, K. H. & Morgan, P. (1995). Introduction: process in understanding continental rifts. In: Olsen, K. H. (Ed.), Continental Rifts: Evolution, Structure, Tectonics. Developments in

Geotectonics, v. 25, p. 3-26.

Panien, M.; Schreus, G.; Pfiffner, A. (2006). Mechanical behavior of granular materials used in analogue modeling: insights from grain characterization, ring-shear tests and analogue experiments. Journal of Structural Geology, v. 28, p. 1710-1724.

Park, R. G. (2004). Fundations of structural geology (3ª Ed.) New York, EUA: Chapman and Hall 202 p.

Peacock, D.; Knipe, R. J.; Sanderson, D. J. (2000). Glossary of normal faults. Journal of

Structural Geology, v. 22, p. 291-305.

Peraro, A. A. (1995). Modelagem física aplicada ao rifte Tucano-Jatobá, In: SBG, V Simpósio Nacional de Estudos Tectônicos, p. 249-250.

Polônia, J. A. P.; Valeriano, C. M.; Guerra, M. C. M.; Pequeno, M. A. (1996). Modelagem física da deformação geradora do Rifte do Cabo, litoral sul do estado de Pernambuco. In: SBG, 39º Congresso Brasileiro de Geologia, v. 5, p. 421-425.



PPGG/UFRN

Ponte, F. C.; Hashimoto, A. T.; Dino, R. (coords.) (1991). Geologia das bacias sedimentares mesozóicas do interior do Nordeste do Brasil. PETROBRAS/CENPES/DIVEX/SEBIPE, relatório inédito.

Ponte, F. C. & Ponte Filho, F. C. (1996). Estrutura geológica e evolução tectônica da Bacia do Araripe. DNPM, 4º/10º. Distritos Regionais, Relatório Interno 68p..

Portugal, R. A. & Alves da Silva, F. C. (2006). Desenvolvimento, geometria e cinemática de falhas associadas à distensão oblíqua em bacias sedimentares: a contribuição do modelamento físico. In: SBG, 43º Congresso Brasileiro de Geologia., Anais, p. 112.

Portugal, R. A.; Alves da Silva, F. C.; Oliveira, F. J. S. (2007). A influência da obliquidade da distensão no arcabouço estrutural do rifte: experimentos em aparato tipo caixa de areia. In: SBG, XI Simpósio Nacional de Estudos Tectônicos, Anais, p. 81-84.

Portugal, R, A. (2008). A utilização da modelagem física no estudo do desenvolvimento, geometria e cinemática da falhas distensionais. Dissertação de Mestrado. UFRN. Natal.

Ramberg , H. (1981). Gravity, deformation, and the earth's crust: In theory, experiments, and geological application. Academic Press (London and New York) 2ª Ed. P. 424-436.

Rossi, D. & Storti, F. (2003) New artificial granular materials for analogue laboratory experiments: aluminium and siliceous microspheres. Journal of Structural Geology, v. 25, p. 1893-1899.

Schellart, W. P. (2000). Shear test for cohesion and friction coefficients for different granular materials: scaling implications for their usage in analogue modeling. Tectonophysics, v. 324, p. 1-16.

Schlische, R. W.; Withjack, M.; Olsen, P. E. (2002). Relative timing of CAMP, Rifting, Continental breakup and basin inversion: Tectonic significance. American Geophysical Union Monograph, v. 136, p. 33-59.

Szatmari, P. & Aires J. R. (1987). Experimentos com modelagem física de processos tectônicos no Centro de Pesquisas da Petrobras. Bol. Geoc. Petrobras, v.1, p 13-34

Szatmari, P.; Françolin, J. B. L.; Zanotto, O.; Wolff, S. (1987). Evolução tectônica da margem equatorial brasileira. Rev. Bras. Geoc. V. 17, p. 180-188.

Teixell, A. & Koyi, H. (2003). Experimental and field study of the effects of lithological contrasts on thrust-related deformation.

Tron, V. & Brun, J. P. (1991) Experiments on oblique rifting in brittle-ductile systems. Tectonophysics, v. 188, p. 71-84.

Vendeville, B. C. & Jackson, M. P. (1992). The rise of diapirs during thin-skinned extension. Marine and Petroleum Geology, v. 9(4), p. 331-354.



PPGG/UFRN

Weijermars, R. (1986b). Evolution on Earth may tell us what ETI look like. Geology Today, v. 2 p. 113-162.

Wernicke, B. & Burchfiel, B. C. (1982). Modes of extensional tectonics, v. 4(2), p. 105-115.

Withjack, M. O. (1995). Normal fault and their hanging wall deformation: An experimental study. AAPG Bulletin v. 79(1), p. 1-18.

Whitehead, J. A. & Luther, S. L. (1975). Dynamics of laboratory diapir and plume models. Journal of Geophysical Research, Research v.80, Issue 5 p.705-717.

Xiao, H. & Suppe, J. (1989). Role of compaction in listric shape of growth normal faults. AAPG Bulletin, v. 73 (6), p. 777-786.

Xiao, H. & Suppe, J. (1992). Origin of Rollover. AAPG Bulletin, v. 76(4), p. 509-529.

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