Paleoambiente e proveniência da formação cabeças da bacia do Parnaíba: evidências da glaciação famenniana e implicações na potencialidade do reservatório

O histórico de prospecção de hidrocarbonetos da Bacia Paleozoica do Parnaíba, situada no norte-nordeste do Brasil, sempre foi considerado desfavorável quando comparado aos super-reservatórios estimados do Pré-Sal das bacias da Margem Atlântica e até mesmo interiores, como a Bacia do Solimões. No entanto, a descoberta de gás natural em depósitos da superseqüência mesodevoniana-eocarbonífera do Grupo Canindé, que incluem as formações Pimenteiras, Cabeças e Longá, impulsionou novas pesquisas no intuito de refinar a caracterização paleoambiental, paleogeográfica, bem como, entender o sistema petrolífero, os possíveis plays e a potencialidade do reservatório Cabeças. A avaliação faciológica e estratigráfica com ênfase no registro da tectônica glacial, em combinação com a geocronologia de zircão detrítico permitiu interpretar o paleoambiente e a proveniência do reservatório Cabeças. Seis associações de fácies agrupadas em sucessões aflorantes, com espessura máxima de até 60m registram a evolução de um sistema deltaico Devoniano influenciado por processos glaciais principalmente no topo da unidade. 1) frente deltaica distal, composta por argilito maciço, conglomerado maciço, arenito com acamamento maciço, laminação plana e estratificação cruzada sigmoidal 2) frente deltaica proximal, representada pelas fácies arenito maciço, arenito com laminação plana, arenito com estratificação cruzada sigmoidal e conglomerado maciço; 3) planície deltaica, representada pelas fácies argilito laminado, arenito maciço, arenito com estratificação cruzada acanalada e conglomerado maciço; 4) shoreface glacial, composta pelas fácies arenito com marcas onduladas e arenito com estratificação cruzada hummocky; 5) depósitos subglaciais, que englobam as fácies diamictito maciço, diamictito com pods de arenito e brecha intraformacional; e 6) frente deltaica de degelo, constituída pelas fácies arenito maciço, arenito deformado, arenito com laminação plana, arenito com laminação cruzada cavalgante e arenito com estratificação cruzada sigmoidal. Durante o Fammeniano (374-359 Ma) uma frente deltaica dominada por processos fluviais progradava para NW (borda leste) e para NE (borda oeste) sobre uma plataforma influenciada por ondas de tempestade (Formação Pimenteiras). Na borda leste da bacia, o padrão de paleocorrente e o espectro de idades U-Pb em zircão detrítico indicam que o delta Cabeças foi alimentado por áreas fonte situadas a sudeste da Bacia do Parnaíba, provavelmente da Província Borborema. Grãos de zircão com idade mesoproterozóica (~ 1.039 – 1.009 Ma) e neoproterozóica (~ 654 Ma) são os mais populosos ao contrário dos grãos com idade arqueana (~ 2.508 – 2.678 Ma) e paleoproterozóica (~ 2.054 – 1.992 Ma). O grão de zircão concordante mais novo forneceu idade ²⁰⁶Pb/²³⁸U de 501,20 ± 6,35 Ma (95% concordante) indicando idades de áreas-fonte cambrianas. As principais fontes de sedimentos do delta Cabeças na borda leste são produto de rochas do Domínio Zona Transversal e de plútons Brasilianos encontrados no embasamento a sudeste da Bacia do Parnaíba, com pequena contribuição de sedimentos oriundos de rochas do Domínio Ceará Central e da porção ocidental do Domínio Rio Grande do Norte. No Famenniano, a movimentação do supercontinente Gondwana para o polo sul culminou na implantação de condições glaciais concomitantemente com o rebaixamento do nível do mar e exposição da região costeira. O avanço das geleiras sobre o embasamento e depósitos deltaicos gerou erosão, deposição de diamictons com clastos exóticos e facetados, além de estruturas glaciotectônicas tais como plano de descolamento, foliação, boudins, dobras, duplex, falhas e fraturas que refletem um cisalhamento tangencial em regime rúptil-dúctil. O substrato apresentava-se inconsolidado e saturados em água com temperatura levemente abaixo do ponto de fusão do gelo (permafrost quente). Corpos podiformes de arenito imersos em corpos lenticulares de diamicton foram formados pela ruptura de camadas pelo cisalhamento subglacial. Lentes de conglomerados esporádicas (dump structures) nos depósitos de shoreface sugere queda de detritos ligados a icebergs em fases de recuo da geleira. A elevação da temperatura no final do Famenniano reflete a rotação destral do Gondwana e migração do polo sul da porção ocidental da América do Sul e para o oeste da África. Esta nova configuração paleogeográfica posicionou a Bacia do Parnaíba em regiões subtropicais iniciando o recuo de geleiras e a influência do rebound isostático. O alívio de pressão é indicado pela geração de sills e diques clásticos, estruturas ball-and-pillow, rompimento de camadas e brechas. Falhas de cavalgamento associadas à diamictitos com foliação na borda oeste da bacia sugerem que as geleiras migravam para NNE. O contínuo aumento do nível do mar relativo propiciou a instalação de sedimentação deltaica durante o degelo e posteriormente a implantação de uma plataforma transgressiva (Formação Longá). Diamictitos interdigitados com depósitos de frente deltaica na porção superior da Formação Cabeças correspondem a intervalos com baixo volume de poros e podem representar trapas estratigráficas secundárias no reservatório. As anisotropias primárias subglaciais do topo da sucessão Cabeças, em ambas as bordas da Bacia do Parnaíba, estende a influência glacial e abre uma nova perspectiva sobre a potencialidade efetiva do reservatório Cabeças do sistema petrolífero Mesodevoniano-Eocarbonífero da referida bacia.

ABSTRACT: The hydrocarbon prospection history of the Paleozoic Parnaíba Basin, northeastern Brazil, has been unfavorable when compared to the putatively large reservoirs of the Pré-Sal of the Coastal basins and the onshore Solimões Basin. However, the discovery of natural gas in the Devonian-Eocarboniferous siliciclastic deposits of the Canindé Group which include Pimenteiras, Cabeças and Longá formations, has motivated new research to improve the paleoenvironmental and paleogeographic interpretations to understand the petroliferous system, the possible plays and the potenciality of the Upper Devonian Cabeças reservoir. Based-outcrop facies and stratigraphic analysis combined with detrital zircon geochronology allowed to interpret the paleoenvironment and the sedimentary provenance from Cabeças reservoir. Six facies association grouped in the succession with up to 60m thick, records the evolution of deltaic system influenced by glacial processes mainly in the top of the unit: 1) distal deltaic front, composed of massive mudstone and conglomerate, sandstone with massive bedding, even parallel lamination and sigmoidal cross-bedding; 2) proximal deltaic front, represented by sandstone with massive bedding, even parallel lamination and sigmoidal cross-bedding sandstone and massive conglomerate; 3) deltaic plain, consisting laminated mudstone, massive conglomerate, sandstone with massive bedding and trough cross-bedding; 4) glacial shoreface, composed by sandstone with rippled bedded and hummocky crossbedding; 5) subglacial deposits, which include massive diamictite, diamictite with sandstone pods and intraformational breccia; and 6) melt-out deltaic front, consisting of sandstone with massive bedding, even parallel lamination, climbing ripple-cross lamination and sigmoidal cross-bedding sandstone, as well as, deformed sandstone. In the Fammenian (374-359 Ma), a fluvial dominated deltaic front prograding to the NW (eastern border of the basin) and to the NE (western border of the basin) on a storm influenced platform (Pimenteiras Formation). In the eastern border of the basin, the paleocurrent pattern and the U-Pb zircon ages spectrum indicate that the Cabeças delta was fed by source lands located in the southeastern of the basin, probably in the Borborema Province. Mesoproterozoic (~ 1.039-1.009 Ma) and Neoproterozoic zircon ages are the most populous, differently of the grains with Archean (~ 2.508-2.678 Ma) and Paleoproterozoic (~ 2.054-1.992 Ma) ages. The youngest concordant zircon grain yielded a ²⁰⁶Pb/²³⁸age of 501.20 ± 6.35 Ma (95% concordant) indicating Cambrian source areas. The main sediments source of the Cabeças delta in the eastern border were provide of the Transversal Zone Domain and the Brasilian plutons of the crystalline basement found in the southeast of the Parnaíba Basin. Small contribution of sediments was derived from the Central Ceará and of the Western Rio Grande do Norte domains. In the Famennian, the migration of the Gondwana Supercontinent to the South Pole resulted in the implantation of the glacial conditions concomitant with the sea-level fall and exposure of the coastal region. The advance of the glaciers upon the basement crystalline rocks and deltaic deposits generated erosion, deposition of diamicton with exotic and faceted clasts, as well as, glaciotectonic strucutures such as foliation, boudins, folds, duplex, faults and fractures reflecting a brittle-ductile tangential shear. The unconsolidated and water saturated substrate had temperature slightly below to the melting point of ice (warm permafrost). Sporadic conglomerate lenses (dump structure) in shoreface deposits suggest an ice-rafted process due to icebergs during glacier retreat phase. The increase of the temperature in the Late Famennian reflects the dextral rotation of the Gondwana and South Pole migration from western portion of the South America and to the West Africa. The new paleogeographic configuration positioned the basin in subtropical latitudes initiating the glacier retreat and increase the influence of the isostatic rebound. The structures formed during pressure decrease were clastic sills and dykes, ball-and-pillow structures, beds disruption and intraformational breccia. Thrust faults associated with foliated diamictites in the western border of the basin suggest glaciers migrating to the N-NE. The continuity of the sea-level rise propitiates the implantation of melt-out deltaic system and, afterwards, a transgressive platform (Longá Formation). Diamictites interbedded with deltaic front deposits in the Upper Cabeças Formation correspond intervals with low pore volume and can represent secondary stratigraphic traps in the reservoir. The subglacial primary anisotropies were found in the both borders of the Parnaiba Basin, extend the glacial influence and opens a new perspective about the heterogeneity and effective potentiality of the Cabeças reservoir from the Mesodevonian- Eocarboniferous petroliferous system.