Anisotropia estrutural de arenitos do Grupo Itararé, permo-carbonífero da Bacia do Paraná

Abstract

Resumo: Neste trabalho são analisadas as anisotropias estruturais do Grupo Itararé - Bacia do Paraná, na região do Arco de Ponta Grossa, com base na análise estrutural multiescala. Para o estudo foram utilizados imagens de sensores remotos, dados estruturais de campo e dados microestruturais de bandas de deformação de amostras de superfície e subsuperfície. Especial atenção foi dada ao registro deformacional em arenitos da unidade, pois constituem importantes reservatórios para o gás gerado em folhelhos marinhos devonianos (Sistema Petrolífero Ponta Grossa – Itararé!). O arcabouço estrutural da área é essencialmente controlado por sistemas de falhas subverticais, com forte controle das estruturas de direção NW-SE na zona de charneira do Arco de Ponta Grossa. As estruturas descritas foram formadas em três eventos deformacionais, o primeiro predominantemente transtensivo, com cinemática sinistral em planos NNE, seguido por evento distensional oblíquo, associado à colocação de intrusivas básicas em escala regional, e finalizado por evento transcorrente, marcado pela reativação dos planos de falha previamente formados. Esses eventos foram aqui denominados, respectivamente, D1, D2 e D3 e puderam ser relacionados aos eventos tectônicos regionais. Foram descritas, sob enfoque microestrutural, lâminas de bandas de deformação e fraturas de amostras de superfície e subsuperfície. Com base em suas características microestruturais, as bandas de deformação foram subdivididas em dois tipos distintos: um marcado pelo fraturamento dos grãos e outro marcado pela cominuição dos grãos da rocha parental e conseqüente formação de zona brechada e/ou zona de gouge. O controle dessas estruturas na circulação de fluidos constitui importante ferramenta exploratória na predição do potencial selante de zonas de falha em reservatórios. Extrapolando os dados microestruturais para o fluxo de fluidos em reservatórios sugere-se que bandas de deformação caracterizadas pelo fraturamento dos grãos serviram como caminho para a circulação de fluidos durante um período da mesodiagênese. Amostras de subsuperfície analisadas evidenciam o preenchimento das fraturas por carbonato ou anidrita, sugerindo o fechamento posterior desses caminhos por minerais instáveis. O potencial selante das zonas de falha pode ser identificado pela formação de zonas de gouge em bandas de deformação. O principal fator a ser analisado na predição do comportamento hidráulico das bandas de deformação marcadas pela cominuição dos grãos é a existência de zonas brechadas (damage zones) que constituem um caminho preferencial para o fluxo lateral nas bordas das zonas de falha. Dessa forma, o potencial selante de bandas de deformação está diretamente relacionado à intensidade da redução granulométrica e conseqüente redução do tamanho e volume de poros.

Abstract: Deformation-related structural anisotropy was investigated in the Carboniferous-Permian Itararé Group, based on geometric, kinematic and dynamic structural analysis. Emphasis was made on naturally fractured sandstone reservoir analogues that crop out in the eastern flank of the Paraná Basin. In the subsurface, these reservoirs contain gas and condensate from Devonian marine shales (Ponta Grossa – Itararé Petroleum System!). The understanding of structural control on fluid flow within these reservoirs is decisive to improve gas recovery strategies. A multi-scale structural analysis was carried out using remote sensing images (Landsat, SRTM/Nasa, and aerial photos), regional and detailed field information, and microstructural data from fractured sandstone samples collected in outcrop and cores. The studied area was intensively affected by Mesozoic deformation and magmatism due to the uplift of the Ponta Grossa Arch. Regional tectonic framework is dominated by sub-vertical fracture systems and fault zones trending NW-SE, NE-SW, NNE-SSW and subordinately EW. The NW-SE trend is the most prominent fracture system in the Ponta Grossa Arch axial zone. The Carboniferous-Permian Itararé Group’s rocks record at least three major deformational events from Late Paleozoic to Cenozoic. Event D1 was essentially transtensional and caused left-hand shear movements along NNEtrending fractures probably during Permian times. Event D2 is related to Mesozoic magmatism (Late Jurassic to Early Cretaceous) and generated and/or reactivated NW-trending extensional fractures mostly filled with basic dykes. Event D3 caused extensional and strike-slip reactivation along previous structures, probably during Cenozoic times. Several fractures appear as deformation bands in the outcrop scale. Microstructuraly, two types of deformation bands can be recognized: one type characterized by fractures and a second type showing gouge zone formation due to intense grain comminution. According to hydraulic properties of deformation bands and temporal relationship with hydrocarbon generation and migration, fractures within the sandstones can act as permeability barriers or conduits for fluid flow. In the studied sandstones, deformation bands with gouge zones were potential seals because grain comminution is closely related to permeability decrease. These bands compartmentalize the reservoir in vertically arranged flow units limited by horizontal shale-rich stratigraphic barriers. Alternatively, it’s probable that marginal damaged zones should have acted as permeability pathways laterally along the gouge zones. Fractured deformation bands were conduits for fluid flow at least during a short time interval in the mesodiagenesis. Carbonate and anidrite cementation along fractures from core samples suggest that these potential conduits were subsequently sealed still during mesodiagenesis.