Comparative analysis of coastal to shallow marine wave-dominated depositional systems from mesozoic and cenozoic : impact on reservoir quality

Abstract

Resumo: Análogos de reservatórios são comumente utilizados na indústria do petróleo na predição da distribuição de heterogeneidades em escala de afloramento que afetam a qualidade dos reservatórios, mas não são capturadas por ferramentas de imageamento de subsuperfície. Os análogos são comumente sistemas deposicionais modernos, de acordo com uma visão atualística de interpretação estratigráfica. Entretanto, quando se considera o baixo potencial de prerservação do registro estratigráfico e a repetibilidade de processos de alta energia através do tempo geológico, análogos modernos podem não ser ideais para capturar a complexidade de depósitos mais antigos. O objetivo desta tese é avaliar a viabilidade do uso de análogos modernos na predição da qualidade de reservatórios, com base no estudo de sistemas costeiros dominados por ondas. Estes sistemas são reconhecidos como bons alvos e considerados reservatórios homogêneos e de padrão estratigráfico simples. Os controles deposicionais sobre a costa variam entre processos de ondas, fluviais e de maré, afetados por processos periódicos de energia anômala. A posição dos sistemas costeiros em porções rasas da bacia também resulta em baixo potencial de preservação durante os ciclos estratigráficos. As hipóteses da pesquisa são de que os produtos associados a processos de alta energia têm maior potencial de preservação que os relacionados a processos de energia 'normal', e de que consequentemente, análogos modernos são confiáveis apenas para o entendimento de elementos arquitetônicos dos depósitos, não para sua estruturação interna. Duas áreas foram escolhidas para a pesquisa. A primeira está localizada na porção offshore da Bacia de Santos, englobando sucessões marinhas rasas dos intervalos Campaniano e Eoceno. O banco de dados inclui linhas sísmicas 2D, volumes sísmicos 3D e poços, avaliados através de interpretação sísmica, correlação de poços e geomorfologia sísmica. A segunda área se localiza na coasta paranaense, onde sistemas costeiros do Quaternário da Bacia de Santos estão expostos em cavas de areia e imageados em linhas de Ground-Penetrating Radar (GPR). Os métodos incluíram análises sedimentológicas e estratigráficas e interpretação de GPR. Na área offshore, a análise sismo-geomorfológica resultou na definição de sistemas de planície costeira com cordões litorâneos formados durante regressões normais, sistemas costeiros parcialmente erodidos durante regressões forçadas, e sistemas de esporões e lagunas associados a transgressões. As planícies costeiras com cordões litorâneos apresentam maior homogeneidade e potencial para reservatórios, especialmente quando associadas a suprimento sedimentar relativamente alto e baixa acomodação. Os resultados da costa paranaense mostram a interdigitação de depósitos de planícies costeira com cordões litorâneos, esporões e lagunas. Processos de alta energia foram responsáveis por erosão e deposição na costa e são considerados mecanismos importantes para a arquitetura deposicional, mas não processos dominantes. Este sistemas costeiro pode ser utilizado como análogo para um sistema de planície costeira com cordões litorâneos complexo, com barreiras expressivas na forma de depósitos lagunares lamosos, e diferentes unidades de fluxo associadas à planície costeira e aos esporões. Estas heterogeneidades seriam sub-sísmicas em um reservatório, e não previstas em modelos costeiros clássicos. Este sistema pode portanto ser utilizado como um caso pessimista para reservatórios costeiros como os do Cretáceo da Bacia de Santos. Palavras-chave: análogos de reservatório, potencial de preservação, sistemas costeiros, Bacia de Santos

Abstract: Reservoir analogs are commonly used in the petroleum industry to cover the gap between low resolution subsurface data and outcrop-scale heterogeneities that might affect reservoir quality. These analogs are commonly modern depositional systems, following an actualistic approach for stratigraphic interpretation. However, considering the low preservation potential of the rock record and repeatability of high-energy processes through the geological time, modern analogs might not be ideal to capture the complexity of past deposits. This thesis aims to evaluate the applicability of modern analogues to predict reservoir quality in subsurface, using wave-dominated nearshore systems as a base for the studies. Such systems are long recognized as good targets in the petroleum industry and often considered homogeneous sheet-like reservoirs. In terms of depositional controls, they are influenced by wave, tidal and fluvial mechanisms, affected by anomalous-energy processes that periodically reach the coast, and are located in shallow parts of the basin that are exposed to erosion during stratigraphic cycles. The hypotheses are that products related to anomalous-energy processes have a higher preservation potential than the ones related to 'normal' processes, and that as consequence, modern analogues can be used only to assess architectural elements, but not the internal character of nearshore systems. Two study areas were chosen for evaluation. The first area is in offshore Santos Basin, were nearshore successions were previously recognized in the Campanian and Eocene intervals. This area is covered by 2D and 3D seismic data and wells, and was studied through seismic interpretation, well log correlation and seismic geomorphology. The second area is in Quaternary Santos Basin, were nearshore systems are exposed in sand pits in the Paraná coast and imaged by Ground-Penetrating Radar (GPR). The methods included sedimentological and stratigraphic analysis and GPR interpretation. In offshore Santos Basin, seismic-geomorphologic interpretation leaded to the definition of strandplain systems related to periods of normal regression, partially-eroded systems associated with forced regressions, and spit-inlet and lagoon systems formed during transgressions. Strandplain systems are the most homogeneous and have best reservoir potential, especially the ones formed in periods of relatively low accommodation and high supply. The results from Quaternary Santos Basin show that the Paraná coastal plain is composed by the interdigitation of strandplain, spit-inlet and lagoon systems. High-energy processes caused both deposition and erosion of the coast and can be considered important mechanisms for the depositional architecture, but not the dominant processes. This coast can serve as an analog for a complex strandplain system, with expressive flow barriers in the form of muddy lagoonal deposits, and different flow units associated with strandplain and spit deposits. These heterogeneities would be sub-seismic in a reservoir, differing from classic coastal models. This system could thus be used as a pessimistic case for strandplain reservoirs such as the ones from offshore Santos Basin. Keywords: reservoir analog, preservation potential, coastal systems, Santos Basin