Litoestratigrafia e deformação cenzóica na região de Icapuí, Ceará, e implicações para a estruturação de campos de petróleo na borda ocidental da bacia Potiguar(NE do Brasil)

This thesis deals with the sedimentological/stratigraphic and structural evolution of the sedimentary rocks that occur in the NW continental border of the Potiguar Basin. These rocks are well exposed along coastal cliffs between the localities of Lagoa do Mato and Icapuí, Ceará State (NE Brazil). The sedimentological/stratigraphic study involved, at the outcrop scale, detailed facies descriptions, profile mapping of the vertical succession of different beds, and columnar sections displaying inferred lateral relationships. The approach was complemented by granulometric and petrographic analyses, including the characterization of heavy mineral assemblages. The data set allowed to recognize two kinds of lithological units, a carbonate one of very restricted occurrence at the base of the cliffs, and three younger, distinct siliciclastic units, that predominate along the cliffs, in vertical and lateral extent. The carbonate rocks were correlated to the late Cretaceous Jandaíra Formation, which is covered by the siliciclastic Barreiras Formation. The Barreiras Formation occurs in two distinct structural settings, the usual one with nondeformed, subhorizontal strata, or as tilted beds, affected by strong deformation. Two lithofacies were recognized, vertically arranged or in fault contacts. The lower facies is characterized by silty-argillaceous sandstones with low-angle cross bedding; the upper facies comprises medium to coarse grained sandstones, with conglomeratic layers. The Tibau Formation (medium to coarse-grained sandstones with argillite intercalations) occurs at the NW side of the studied area, laterally interlayered with the Barreiras Formation. Eolic sediments correlated to the Potengi Formation overly the former units, either displaying an angular unconformity, or simply an erosional contact (stratigraphic unconformity). Outstanding structural features, identified in the Barreiras Formation, led to characterize a neocenozoic stress field, which generated faults and folds and/or reactivated older structures in the subjacent late cretaceous (to paleogene, in the offshore basin) section. The structures recognized in the Barreiras Formation comprise two distinct assemblages, namely a main extensional deformation between the localities of Ponta Grossa and Redonda, and a contractional style (succeeded by oblique extensional structures) at Vila Nova. In the first case, the structural assemblage is dominated by N-S (N±20°Az) steep to gently-dipping extensional faults, displaying a domino-style or listric geometry with associated roll-over structures. This deformation pattern is explained by an E-W/WNW extension, contemporaneous with deposition of the upper facies of the Barreiras Formation, during the time interval Miocene to Pleistocene. Strong rotation of blocks and faults generated low-angle distensional faults and, locally, subvertical bedding, allowing to estimate very high strain states, with extension estimates varying between 40% up to 200%. Numerous detachment zones, parallel to bedding, help to acommodate this intense deformation. The detachment surfaces and a large number of faults display mesoscopic features analoguous to the ones of ductile shear zones, with development of S-C fabrics, shear bands, sigmoidal clasts and others, pointing to a hydroplastic deformation regime in these cases. Local occurrences of the Jandaíra limestone are controled by extensional faults that exhume the pre-Barreiras section, including an earlier event with N-S extension. Finally, WNWtrending extensional shear zones and faults are compatible with the Holocene stress field along the present continental margin. In the Vila Nova region, close to Icapuí, gentle normal folds with fold hinges shallowly pluging to SSW affect the lower facies of the Barreiras Formation, displaying an incipient dissolution cleavage associated with an extension lineation at high rake (a S>L fabric). Deposition of the upper facies siliciclastics is controlled by pull-apart graben structures, bordered by N-NE-trending sinistral-normal shear zones and faults, characterizing an structural inversion. Microstructures are compatible with tectonic deformation of the sedimentary pile, burried at shallow depths. The observed features point to high pore fluid pressures during deformation of the sediments, producing hydroplastic structures through mechanisms of granular flow. Such structures are overprinted by microfractures and microfaults (an essentially brittle regime), tracking the change to microfracturing and frictional shear mechanisms accompanying progressive dewatering and sediment lithification. Correlation of the structures observed at the surface with those present at depth was tested through geophysical data (Ground Penetrating Radar, seismics and a magnetic map). EW and NE-trending lineaments are observed in the magnetic map. The seismic sections display several examples of positive flower structures which affect the base of the cretaceous sediments; at higher stratigraphic levels, normal components/slips are compatible with the negative structural inversion characterized at the surface. Such correlations assisted in proposing a structural model compatible with the regional tectonic framework. The strong neogenepleistocene deformation is necessarily propagated in the subsurface, affecting the late cretaceous section (Açu and Jandaíra formations), wich host the hydrocarbon reservoirs in this portion of the Potiguar Basin. The proposed structural model is related to the dextral transcurrent/transform deformation along the Equatorial Margin, associated with transpressive terminations of E-W fault zones, or at their intersections with NE-trending lineaments, such as the Ponta Grossa-Fazenda Belém one (the LPGFB, itself controlled by a Brasiliano-age strike-slip shear zone). In a first step (and possibly during the late Cretaceous to Paleogene), this lineament was activated under a sinistral transpressional regime (antithetic to the main dextral deformation in the E-W zones), giving way to the folds in the lower facies of the Barreiras Formation, as well as the positive flower structures mapped through the seismic sections, at depth. This stage was succeeded (or was penecontemporaneous) by the extensional structures related to a (also sinistral) transtensional movement stage, associated to volcanism (Macau, Messejana) and thermal doming processes during the Neogene-Pleistocene time interval. This structural model has direct implications to hydrocarbon exploration and exploitation activities at this sector of the Potiguar Basin and its offshore continuation. The structure of the reservoirs at depth (Açu Formation sandstones of the post-rift section) may be controlled (or at least, strongly influenced) by the deformation geometry and kinematics characterized at the surface. In addition, the deformation event recognized in the Barreiras Formation has an age close to the one postulated for the oil maturation and migration in the basin, between the Oligocene to the Miocene. In this way, the described structural cenario represents a valid model to understand the conditions of hydrocarbon transport and acummulation through space openings, trap formation and destruction. This model is potentially applicable to the NW region of the Potiguar Basin and other sectors with a similar structural setting, along the brazilian Equatorial Atlantic Margin

Esta tese contempla a caracterização sedimentológica/litoestratigráfica e estrutural das rochas sedimentares na porção continental NW da Bacia Potiguar, e que afloram em falésias no setor litorâneo compreendido entre as localidades de Lagoa do Mato e Icapuí, Ceará (NE do Brasil). Os estudos sedimentológicos /estratigráficos das unidades mapeadas, em escala de afloramento, envolveram descrições faciológicas, levantamento de perfis com empilhamento vertical das diferentes camadas, e a construção de seções colunares caracterizando as relações laterais observadas. Ainda foram realizados estudos granulométricos e petrográficos, bem como a identificação das assembléias de minerais pesados. O conjunto desses dados permitiu identificar dois grupos de litologias, representados por uma unidade carbonática, que ocorre de forma restrita na base das falésias, e três unidades siliciclásticas, que predominam lateral e verticalmente, nas falésias. As rochas carbonáticas, correlacionadas à Formação Jandaíra, do Cretáceo superior, são capeadas pelas rochas siliciclásticas da Formação Barreiras. A Formação Barreiras ocorre em dois contextos estruturais distintos, sob a forma de estratos horizontalizados e não deformados, a situação mais usual, ou com camadas basculadas e afetadas por forte deformação. Foram individualizadas duas litofácies, dispostas verticalmente em contatos normais, ou por falhas. A denominada fácies inferior é composta por arenitos síltico-argilosos com estratificação cruzada de baixo ângulo; a fácies superior é caracterizada por arenitos médios a grossos, maciços, com intercalações conglomeráticas. No extremo NW da área ocorre uma segunda unidade, a Formação Tibau (arenitos médios a grossos com intercalações de argilitos), que está lateralmente interdigitada com a Formação Barreiras. Finalmente, no topo das unidades anteriores ocorrem sedimentos eólicos correlacionados à Formação Potengi. A discordância na base desta última unidade (a Formação Potengi) torna-se nítida quando os estratos sotopostos estão basculados e falhados (discordância angular). Para os demais casos, o contato é erosional (discordância estratigráfica). Na área estudada, chamam atenção as feições estruturais identificadas na Formação Barreiras, que permitem caracterizar o campo de tensões neocenozóico, que gerou falhas e dobras e/ou reativou estruturas mais antigas na seção neocretácica (a paleógena, no setor offshore da bacia) subjacente. As feições estruturais identificadas nas rochas da Formação Barreiras permitem distinguir duas situações distintas, caracterizadas por uma deformação principal distensional, entre as localidades de Ponta Grossa e Redonda, e um estilo contracional (sucedido por estruturas distensionais oblíquas), em Vila Nova. No primeiro caso, as feições observadas envolvem falhas distensionais de direção N-S (N±20°Az), com mergulhos de alto a baixo ângulo. Em geral possuem arranjo em dominó ou geometria lístrica com estruturas roll-over associadas. Este padrão deformacional pode ser explicado por uma distensão E-W/WNW, contemporânea à deposição da fácies superior da Formação Barreiras, no intervalo Mioceno-Pleistoceno. A pronunciada rotação de blocos e falhas delimitantes, gerando falhas distensionais de baixo ângulo e, localmente, verticalização do acamamento, traduz a forte magnitude deste evento, com estimativas que variam de 40% até 200% de distensão. São freqüentes as zonas de descolamento paralelas ao acamamento, que permitem acomodar a intensa deformação observada. As superfícies de descolamento e boa parte das falhas exibem feições mesoscópicas análogas às de zonas de cisalhamento dúctil, com desenvolvimento de superfícies S-C, shear bands, clastos sigmoidais e outras, caracterizando no caso um regime de deformação hidroplástico. As ocorrências localizadas do Calcário Jandaíra são condicionadas por falhas distensionais que exumam a seção pré-Barreiras, incluindo um evento precoce com distensão N-S. Finalmente, são observadas zonas de cisalhamento e falhas distensionais com direção WNW, tardias, explicadas por um evento compatível com o campo de tensões holocênico, neste setor da margem continental. Na região de Vila Nova, próximo a Icapuí, observam-se dobras suaves afetando a fácies inferior da Formação Barreiras, com eixos mergulhando para SSW, planos incipientes de clivagem de dissolução e uma lineação de estiramento de alto rake, compondo um fabric S>L. A deposição dos siliciclásticos da fácies superior é controlada por estruturas de graben pullapart, delimitados por falhas e zonas de cisalhamento sinistrais-normais, com direção N-NE, caracterizando uma inversão estrutural. Os aspectos microestuturais são compatíveis com deformação tectônica em um contexto de soterramento raso do pacote sedimentar. As feições identificadas sugerem altas pressões de fluidos nos poros dos sedimentos, gerando microestruturas de caráter hidroplástico, indicativos da atuação do mecanismo de fluxo granular. Tais estruturas são superpostas por microfraturas e microfalhas (caráter mais frágil), o que denota a passagem para mecanismos de microfraturamento e deslizamento friccional, com a progressiva desidratação e litificação dos sedimentos. A correlação das estruturas observadas em superfície com aquelas presentes em subsuperfície foi realizada a partir de dados geofísicos (Ground Penetrating Radar, sísmica e mapa magnético). Devem ser destacados os lineamentos E-W e NE, observados no mapa magnético e, nas seções sísmicas, os vários exemplos de estruturas em flor positiva, que afetam a base da seção neocretácea; em níveis superiores, também são discerníveis rejeitos/componentes normais, o que seria compatível com a inversão negativa caracterizada em superfície. Tais correlações auxiliaram na proposição de um modelo estrutural compatível com o arcabouço tectônico regional. A deformação neógena-pleistocênica, de grande magnitude, está necessariamente propagada em subsuperfície afetando, neste caso, a seção neocretácea (formações Açu e Jandaíra), hospedeira dos reservatórios de hidrocarbonetos neste setor da Bacia Potiguar. O modelo estrutural proposto foi relacionado à deformação transcorrente/transformante dextral da Margem Equatorial, associada com terminações em transpressão de zonas E-W, ou na interseção destas com zonas NE, a exemplo do Lineamento Ponta Grossa-Fazenda Belém (o LPGFB, controlado por uma zona de cisalhamento transcorrente, de idade brasiliana). Numa primeira etapa (e possivelmente no Cretáceo superior e Paleógeno), este lineamento funcionou em regime transpressional sinistral (antitético à deformação dextral nas zonas E-W), e pode ter gerado as dobras na fácies inferior da Formação Barreiras, bem como as estruturas em flor positiva em subsuperfície. Este estágio foi sucedido (ou foi penecontemporâneo) pelas estruturas distensionais que sugerem uma etapa de movimentação transtracional (também sinistral) associada a processos de vulcanismo (Macau, Messejana) e domeamento térmico, no intervalo Neógeno-Pleistoceno. Este modelo estrutural tem implicações diretas nas atividades de exploração e de explotação de hidrocarbonetos neste setor da Bacia Potiguar e em sua extensão offshore. A estruturação dos reservatórios em subsuperfície (arenitos da Formação Açu, da sequência pósrifte) pode estar condicionada (ou pelo menos, fortemente influenciada) pela geometria e cinemática da deformação, caracterizada em superfície. Em adição, o evento deformacional registrado na Formação Barreiras tem idade próxima à da janela de maturação e migração de óleo na bacia, estimada entre o Oligoceno e o Mioceno. Desta forma, o cenário estrutural descrito representa um modelo válido para entender as condições de transporte e aprisionamento de hidrocarbonetos, promovendo abertura de espaços, formação e destruição de trapas. Este modelo é potencialmente aplicável à região NW da Bacia Potiguar e a setores com contexto estrutural semelhante, ao longo da Margem Equatorial Atlântica brasileira