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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA

CARACTERIZAÇÃO

DE BANDAS DE DEFORMAÇÃO EM

ARENITOS POROSOS:

ESTUDO DE CASOS NAS BACIAS

POTIGUAR (RN) , SERGIPE-ALAGOAS (SE) E TUCANO (BA)

Autor:

Talles Souza Ferreira

Supervisor:

Fernando César Alves da Silva

Natal, Agosto de 2004

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA

RELATÓRIO DE GRADUAÇÃO (GEO 345)

CARACTERIZAÇÃO DE BANDAS DE DEFORMAÇÃO

EM ARENITOS POROSOS: ESTUDO DE CASOS NAS BACIAS

POTIGUAR, SERGIPE-ALAGOAS E TUCANO (BA)

Relatório de Graduação apresentado no dia 31 de agosto de 2004, para obtenção do título de Geólogo, financiado por projetos FINEP/CTPETRO e pelo PRH-22 da ANP.

Banca Examinadora:

Dr. Fernando César Alves da Silva (UFRN)

Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá (UFRN)

Dr. Antônio Carlos Galindo (UFRN)

Natal, Agosto de 2004

The deformation of ideas

never result in new theories.

Nevertheless,

deformed theories result from

stress of new ideas.


Dedico este trabalho a minha mãe

(Rosário Souza), pela dedicação e apoio

ao longo de toda a minha vida.

Como uma singela homenagem a todo seu

esforço na luta para a construção da minha

educação e do meu caráter.

i

Agradecimentos

Agradeço a Deus por sempre ter me dado alternativas nos momentos de dúvida, e

por me iluminar para as melhores. Agradeço por me dar força para continuar quando pensei

em desistir, e por me manter sempre firme e inerte com as minhas proposições de vida.

A minha Mãe (Rosário Souza) a quem dedico este trabalho, e que é responsável por

toda minha graduação moral. Agradeço por estar sempre ao meu lado em todos os

momentos da minha vida.

A minha Neguinha linda (Raphaella), o maior e mais belo presente que a geologia

poderia me dar, pela sua dedicação, compreensão e paciência comigo nestes últimos 4

anos. Amo tu.

Aos meus familiares, meu pai II (Ricardo) pela disponibilidade em ajudar sempre, ao

meu irmão (Saulo) pelo apoio, as minhas tias Fá e Ceiça por todo apoio desde antes do

vestibular. Ao meu tio Dr. Ademir e tia Deusinha pelo incentivo e apoio nos momentos

difíceis. Ao meu pai pelo apoio indireto para minha formação, e por ter me proporcionado

uma boa educação fundamental.

A todos os meus colegas e amigos de turma, isto inclui, a todos com quem partilhei

os estudos durante estes quatro anos e meio, em especial a turma que se consolidou no

final, se autodenominando de Os Cara são PhoDa. Valeu, por todas as aventuras,

brincadeiras e andanças por este sertão afora. Valeu, aos remanescentes da turma de 2000,

o gago (Daniel), Zé Lelé (Ewerton) e a Pirangueira (Verônica), também, a Marcus Vinícius, o

cabeção (Magno), Edgar, e as meninas: Natasha, Fernanda e Elissandra. Bem como, aos

colegas de bolsa Felipe e Petterson pela ajuda e companherismo. .

Ao meu orientador, Fernando César, que apesar de muito ocupado teve grande

paciência na correção do trabalho. Agradeço, também pela confiança que depositou em mim

ao longo destes mais de 2 anos, e principalmente pela liberdade de pensamento. Se algum

mérito este trabalho tiver, a metade pertence ao orientador, obrigado.

Estendo meus agradecimentos a todos os professores que tive, os quais contribuíram

para minha formação. Em especial, a minha admiração a: Galindo, Legrand, Emanuel e

Valéria; e meus profundos agradecimentos a Laécio, Jaziel, Pinheiro, Augusto, Ricardo

Sallet, Venerando, Zorano e Narendra. Inserido neste contexto, agradeço a Maria do Céo,

bibliotecária, que teve imensa paciência e benevolência com os meus livros em atraso,

expandindo o agradecimento a Clodoaldo e Emanuel bombeiro.

Ao Departamento de Geologia, ao Programa de Recursos Humanos da ANP (PRH 22),

pela concessão da minha bolsa, ao Projeto Falhas e Fraturas Naturais FINEP-CTPETRO, pelo

apoio financeiro, principalmente na etapa final do trabalho.

Em fim, a todos aqueles que torceram(m) por mim e acreditaram(m) no meu

potencial, muito obrigado!


ii

Resumo

O presente estudo trata da caracterização de estruturas denominadas como bandas de

deformação (deformation bands) (Aydin, 1978) nas escalas meso e microscópica, através do

estudo da ocorrência de casos nas bacias Potiguar (RN), Sergipe-Alagoas (SE) e de Tucano (BA).

As bandas de deformação ocorrem comumente em arenitos porosos, que podem ser rochas-

reservatório em sistemas petrolíferos. Estas estruturas podem influenciar o caráter permo-

poroso da rocha, por conseguinte o fluxo de fluido. Este fato tem levado a um grande interesse

na compreensão do processo de formação e desenvolvimento das referidas estruturas. Este

estudo tem objetivo de apresentar as similaridades e diferenças das feições deformacionais e dos

mecanismos de deformação responsáveis pela formação e desenvolvimento das bandas de

deformação presentes em zonas de danos de falhas em três bacias sedimentares distintas.

Nos arenitos conglomeráticos, mal selecionados, com expressiva presença de feldspatos

da Formação Açu, bacia Potiguar (RN), o desenvolvimento de bandas de deformação se deu a

partir de pequenas estruturas escalonadas que se desenvolvem por processos de linkage. Um

modelo sintético dextral, composto pelo desenvolvimento escalonado de R-P é proposto. A

análise microscópica mostrou a influência dos mecanismos de compactação e microfraturamento

no desenvolvimento das bandas de deformação.

Nos arenitos conglomeráticos, com bom selecionamento e arredondamento, pertencentes

à Formação Serraria, bacia de Sergipe-Alagoas (SE), as bandas de deformação se apresentam

como estruturas milimétricas formando clusters centimétricos, que podem evoluir até falhas. A

presença de duas estrias (de baixo, e alto rake) denota dois eventos distintos um normal e outro

transcorrente. Neste último, caracterizado como dextral de orientação NE-SW, foi possível

associar o desenvolvimento das bandas de deformação e o sistema de Riedel. Em micro-escala

as bandas de deformação se revelaram como resultado da interação dos mecanismos de

microfraturamento, concomitante ao mecanismo de transferência de massa por difusão.

No último caso estudado, os arenitos médios a grossos com bom selecionamento e

arredondamento pertences à Formação Massacará, bacia de Tucano (BA), exibem pares

conjugados de bandas de deformação como o padrão geométrico marcante em meso-escala. Um

sistema transpressivo sinistral é interpretado como responsável pela formação das bandas de

deformação. O estudo das seções delgadas mostrou novamente a ação dos processos

compactação e de microfraturamento no desenvolvimento das bandas de deformação.

No contexto tectônico regional foi verificada a compatibilidade dos modelos interpretados

em meso-escala, para a formação e disposição geométrica das bandas de deformação, com

estruturas na escala regionais, a exemplo do sistema de falhas dextral de Afonso Bezerra (bacia

Potiguar) e o contexto da falha transpressional de Jereomabo (bacia de Tucano).

Desta forma, embora as bandas de deformação se apresentem, no geral, com aspectos

similares, exibem também, algumas diferenças na sua formação e desenvolvimento nas escalas

meso e microscópica, que por sua vez estão intimamente relacionadas com parâmetros

sedimentológicos e reológicos da rocha, além da influência do contexto tectônico em que se

desenvolveram.

Palavras-chave: bandas de deformação, microfraturamento, zona de danos, arenitos porosos

iii

Abstract

The present study deals with the characterization of the deformation bands in the meso

and microscopic scale, their similarities and differences, in three sedimentary basins with distinct

geological context varying from equatorial (Potiguar) and setentrional (Sergipe-Alagoas)

Brazilian margins and a interior one (Tucano). Deformation bands are structures commonly

developed in porous sandstones that could be rock-reservoir in petroleum systems and once they

can influence the permo-porous character of the rock, the understanding of their formation

process and development has been focused in a great number of papers in the recent literature.

In the Formation Açu (Potiguar basin), the deformation bands are developed in

conglomeratic sandstone, badly sorted and with expressive feldspar presence. In this case the

mesoscopic study revealed the formation of the bands by linkage processes. A dextral synthetic

system is the model proposed for their development by R and P fractures. The microscopic

analysis showed the influence of the compactation process (due to the deformation) and

microfracturing mechanism in the development of such structures.

In the conglomeratic sandstones, with good sortment and rounding, belonging to the

Serraria Formation (Sergipe-Alagoas basin-SE), the deformation bands appear as milimetric

structures forming centimetric clusters that can evolve to small faults. The existence of two

slickenlines (low and hight rake) denotes two different events, normal and strike-slip. In the last

case a dextral motion along a NE-SW trend was characterized. Again a Riedel pattern for the

development of the bands was showed. In micro-scale, the deformation bands were interpreted

as a result of the interplay between microfracturing mechanism and mass transfer for diffusion.

In the last case studied, the medium grained sandstone showing good sortment and

rounding belongings to the Formation Massacará (Tucano basin-BA) display the development of

conjugated pairs of deformation bands at outcrop scale. A transpressional sinistral system is the

scenario proposed for the development of the deformation bands. Thin sections analysis once

more showed the influence compactation process associated with microfracturing mechanism in

the growing of the deformation bands.

In the regional tectonic context, the formation and geometric disposition of the

deformation bands are associated with major structures. In the case of the Formation Açu, was

observed correlation with the dextral system of faults of Afonso Bezerra; In the Sergipe-Alagoas

basin, the presence of normal faults, and subsequent dextral strike-slip can be associated with

the faulting of the basin boarder. The case of the Tucano basin the relationship is done with the

Jereomabo transpressional fault, a major structure occurring a few kilometers to the north.

This work contributes with application of structural geology tools for a better

understanding of the geometric disposition and growing mechanisms of deformation bands in

different litologic and tectonic settings.

This way, although the deformation bands occur, in the general, with similar aspects, the

sedimentological, reological parameters of the horst rock and the tectonic context can play a

role in the development of deformation bands at meso and microscopic scales.

Key-words: deformation bands, microfracturing, damage zone, porous sandstone

ÍNDICE

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO

1.1. APRESENTAÇÃO..................................................................................................................................1

1.2. OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS .............................................................................................................1

1.3. METODOLOGIA ...................................................................................................................................2

1.4. APRESENTAÇÃO DOS DADOS ...............................................................................................................3

CAPÍTULO 2 – BREVE REVISÃO DE CONCEITOS SOBRE MECANISMO DE

FRATURAMENTO E CRESCIMENTO DE FALHAS

2.1. MECANISMOS DE FORMAÇÃO DE FALHAS EM ARENITOS .........................................................................4

2.2. INICIAÇÃO E PROPAGAÇÃO DE FALHAS.................................................................................................5

2.2.1. FALHAS DESENVOLVIDAS A PARTIR DE ESTRUTURAS PRÉ-EXISTENTES ..............................................8

2.2.2. FALHAS QUE SE DESENVOVEM COM ESTRUTURAS PRECURSORAS .....................................................9

2.2.2.1. JUNTAS..................................................................................................................................9

2.2.2.2. SUPERFÍCIES DE DISSOLUÇÃO POR PRESSÃO (JUNTAS ESTILOLÍTICAS) .......................................10

2.2.2.3. BANDAS DE DEFORMAÇÃO.......................................................................................................10

2.3. FATORES QUE INFLUENCIAM O ESTILO DE INICIAÇÃO DE FALHAS ...........................................................12

2.4. MECANISMO DE PERTUBAÇÃO DA TENSÃO LOCAL ..................................................................................13

2.5. NUCLEAÇÃO RELACIONADA AO SISTEMA DE FRATURAS DE RIEDEL ..........................................................13

2.6. ZONA DE DANOS ................................................................................................................................14

2.6.1. ELEMENTOS DE UMA ZONA DE DANOS EM ARENITOS POROSOS ........................................................15

2.7. DENSIDADE DE DEFORMAÇÃO..............................................................................................................16

2.8. PROCESSO DE ACUMULAÇÃO DE DESLOCAMENTO ..................................................................................17

2.9. A IMPORTÂNCIA DO STRAIN HARDENING X STRAIN SOFTENING ..............................................................18

CAPÍTULO 3 – ESTUDO DO CASO NA FORMAÇÃO AÇU, BACIA POTIGUAR

3.1. CONTEXTO GEOLÓGICO E LOCALIZAÇÃO...............................................................................................19

3.2. APRESENTAÇÃO DO CASO EM ESTUDO..................................................................................................21

3.3. ANÁLISE ESTRUTURAL EM MESO-ESCALA ..............................................................................................22

3.3.1. CARACTERIZAÇÃO DAS BANDAS DE DEFORMAÇÃO ...........................................................................22

3.3.3.1. ESPESSURA VS DISTÂNCIA DA BDP ..........................................................................................25

3.3.3.2. TIPO DE CRESCIMENTO DE FALHA ............................................................................................27

3.3.2. CORRELAÇÕES ESTATÍSTICAS........................................................................................................30

3.3.3. INTERPRETAÇÃO PARA INICIAÇÃO E PROPAGAÇÃO DAS BD’S ............................................................31

3.4. ANÁLISE ESTRUTURAL EM MICRO-ESCALA.............................................................................................38

3.4.1. IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS FEIÇÕES DEFORMACIONAIS...............................................38

3.4.2. FEIÇÕES DEFORMACIONAIS NA ESCALA DE GRÃO ............................................................................43

3.4.3. INTERPRETAÇÃO DOS MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO EM MICRO-ESCALA..........................................45

3.5. CONSIDERAÇÕES ...............................................................................................................................48

CAPÍTULO 4 – ESTUDO DO CASO NA FORMAÇÃO SERRARIA,

BACIA SERGIPE-ALAGOAS

4.1. LOCALIZAÇÃO E CONTEXTO GEOLÓGICO...............................................................................................50






4.3.3. INTERPRETAÇÃO PARA DISPOSIÇÃO GEOMÉTRICA DAS BD’S.............................................................60



4.4.2. FEIÇÕES DEFORMACIONAIS NA ESCALA DE GRÃO ............................................................................64


4.5. CONSIDERAÇÕES ...............................................................................................................................67

CAPÍTULO 5 – ESTUDO DO CASO NO GRUPO MASSACARÁ,

BACIA DE TUCANO

5.1. CONTEXTO GEOLÓGICO E LOCALIZAÇÃO...............................................................................................68






5.3.3. INTERPRETAÇÃO PARA DISPOSIÇÃO GEOMÉTRICA DAS BD’S.............................................................78




5.5. CONSIDERAÇÕES ...............................................................................................................................83

CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS

6.1. CONCLUSÕES.....................................................................................................................................85

6.2. CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................................................88

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .........................................................................................91

Ferreira, T S Capítulo 1 Introdução

1

Capítulo 1

Introdução

1.1. Apresentação

Este relatório comporta uma síntese de dados e discussões, gerados a partir de

atividades de campo e laboratório abordando três casos de ocorrências de bandas de

deformação em arenitos porosos, pertencentes às formações Açu, Serraria e ao Grupo

Massacará dentro do contexto geológico das bacias Potiguar (RN), Sergipe-Alagoas (SE), e

Tucano (BA), respectivamente. Este trabalho é parte integrante da disciplina GEO 345 –

Relatório de Graduação, da grade curricular do curso de graduação em Geologia da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

1.2. Objetivos e justificativas

A análise das estruturas denominadas primeiramente por Aydin (1978) como Bandas

de Deformação, é o principal objetivo deste trabalho. As Bandas de Deformação vêm sendo

muito estudadas nos últimos anos, principalmente pela indústria do petróleo, devido a sua

importância na estruturação permo-porosa de reservatórios. A observação de que as

Bandas de Deformação ocorrem principalmente em arenitos porosos, os quais

freqüentemente se comportam como rochas-reservatório em sistemas petrolíferos, justifica

o grande número de trabalhos publicados na literatura nos últimos anos. Portanto, este

trabalho se propõe a caracterizar as bandas de deformação, a fim de se ter uma melhor

compreensão de aspectos sobre a formação e desenvolvimento (incluindo geometria e

mecanismos de deformação), em arenitos porosos. Sendo assim, foram caracterizados dois

casos de ocorrências de Bandas de Deformação nas formações Açu e Serraria, que são

rochas-reservatório em duas bacias brasileiras produtoras de Petróleo, Potiguar (RN) e

Sergipe-Alagoas (SE); e um terceiro caso que ocorre em uma bacia com potencial, mais

ainda sem produção petrolífera, a bacia de Tucano (BA), em arenitos porosos do Grupo

Massacará (Figura 1.1).

A caracterização consistiu da aplicação de conceitos de geologia estrutural em meso

e micro-escala, além da utilização de ferramentas estatísticas para análise e inter-relação

de alguns parâmetros da deformação. Esta caracterização resultou na interpretação dos

aspectos deformacionais das bandas de deformação, que possibilitaram a proposição de

modelos para formação e desenvolvimento das bandas nas escalas micro e mesoscópica.

Além disso, proporcionou a comparação das similaridades e diferenças entre os casos


2

estudados. De forma geral, estes casos foram correlacionados a mega-estruturas; os

sistemas de falhas de Carnaubais e Afonso Bezerra, as falhas de borda da bacia de Sergipe-

Alagoas e a falha de Jeremoabo; responsáveis pela compartimentação tectônica das bacias

(Figura 1.1). A localização de cada caso estudado será detalhada no seu capítulo

correspondente.

Figura 1.1 – Mapa esquemático e simplificado de localização e contextualização geológica dos casos

estudados.

1.3. Metodologia

A análise estrutural das Bandas de Deformação constou de duas etapas distintas: a

análise mesoscópica e microscópica. Estas análises se basearam em dados coletados ao

longo de linhas de amostragem (Scanlines) realizadas tanto em afloramento quanto em

seções delgadas.

Análise Mesoscópica

Baseada na observação geral do afloramento e de forma sistemática nos dados

levantados através de scanlines na zona de danos. Foram utilizadas ferramentas estatísticas

e de geologia estrutural a fim de caracterizar a disposição espacial e os padrões

geométricos das Bandas de Deformação.

Análise Microscópica


3

Baseada no estudo das bandas de deformação em seções delgadas orientadas.

Foram observadas as feições deformacionais na escala de grão. Embora as Bandas tenham

sido estudadas em um grande número de seções delgadas, a coleta de dados sistemática

(scanlines) foi obtida em algumas lâminas selecionadas para tal fim. Nas lâminas foram

levantados parâmetros microestruturais como tipo e orientação da microfraturas, tipo e

forma das Bandas de Deformação, tipo de preenchimento, etc.

1.4. Apresentação dos dados

Este trabalho mostra, antes da apresentação dos dados obtidos, uma breve revisão

da formação e desenvolvimentos de falhas como bandas de deformação em arenitos

porosos, a fim de se basear o trabalho em conceitos e nomenclaturas recentes sobre o

assunto abordado.

Os dados obtidos são apresentados, individualizados por bacia. Cada capítulo trata

separadamente os dados meso e microscópico das bacias Potiguar, Sergipe-alagoas e

Tucano, respectivamente. No capítulo final é feita uma tentativa de comparar os dados e

interpretações dos diversos sítios estudados, bem com correlacioná-las com estruturas

maiores de cada área.

Ferreira, T S Capítulo 2 Breve revisão de conceitos sobre mecanismos de fraturamento e crescimento de falhas

4

Capítulo 2

Breve revisão de conceitos sobre

Mecanismos de Fraturamento e Crescimento de Falhas

Neste trabalho é proposto o reconhecimento da arquitetura de falhas como produto

de mecanismos específicos de deformação providos de uma base de características

precedentes. Como exemplo, a zona de danos, cuja ocorrência e distribuição de juntas de

distensão, brechas e/ou bandas de deformação apresenta-se ao longo de uma falha.

Uma falha pode agir como condutor ou barreira para fluidos dependendo do

desenvolvimento e distribuição de rochas falhadas bem como, do arranjo de estruturas

como juntas de distensão e bandas de deformação na zona de danos (Aydin, 2000).

Portanto, a arquitetura e evolução temporal de falhas são elementos cruciais para

elucidação das rotas de migração dos hidrocarbonetos e do potencial de trapeamento.

Neste capítulo pretende-se fazer uma breve revisão dos conceitos atuais sobre

mecanismos, processos e nomenclaturas relacionadas à deformação frágil com ênfase em

arenitos porosos.

2.1. Mecanismos de formação de falhas em arenitos

Atualmente, baseando-se em recentes conceitos relacionados à deformação frágil em

arenitos porosos, podem-se aceitar dois mecanismos gerais e distintos para a formação de

falhas que podem ser descritos como (Davatzes et al., 2003): (1) falhas formadas por

bandas de deformação (BD) e (2) falhas geradas pela formação e subseqüente

cisalhamento de juntas de distensão.

As falhas compostas por bandas de deformação acumulam o rejeito pela adição de

novas bandas. Eventualmente, uma descontinuidade planar pode se formar ao longo da

zona de bandas de deformação, como uma superfície de deslocamento que acomoda a

maioria do rejeito subseqüente. O mecanismo de deformação em bandas é controlado pelas

propriedades do material na escala dos grãos incluindo porosidade, selecionamento,

composição mineralógica e o estado de tensão (Antonellini & Aydin, 1994).

Em contrapartida, o cisalhamento de descontinuidades planares é controlado pela

presença de flaws microscópicos (p.e. superfícies de descontinuidades pré-existentes) em

uma orientação favorável para localizar a tensão cisalhante. A formação de banda de

deformação, durante fases precoces ao falhamento, estabelece uma anisotropia que é

explorada pelo cisalhamento subseqüente ao longo de falhas (Antonellini & Aydin, 1995).

Com o acréscimo no rejeito, se dá o crescimento no comprimento e na quantidade de

superfícies de deslocamento.


5

Assim, estas falhas são constituídas por três características estruturais: bandas de

deformação individuais, zonas de bandas de deformação e superfícies de deslocamento

(Figura 2.1a).

O segundo mecanismo de deformação em arenitos é caracterizado pelo cisalhamento

de descontinuidades pré-existentes, como juntas de distensão ou interfaces do acamamento

(Figura 2.1b). As juntas ocupam o plano principal normal a menor tensão compressiva

durante o fraturamento. Na ordem de juntas de distensão para falhas, a tensão cisalhante

deve estabelecer no plano da junta uma magnitude capaz de exceder a resistência friccional

da superfície. A tensão cisalhante pode ocasionar a rotação do material. O cisalhamento de

juntas de distensão resulta de tensões locais próximas à extremidade, onde novas juntas

denominadas de splays podem se propagar (Figura 2.1b) (Cruiksbank et al., 1991).

Falhas formadas porbandas de deformação

(a)

Estágio 0

Estágio 1BD simples

Rejeito: 1-3mm

Estágio 2Zona de Bd’sanastomosadas

Rejeito: < 1m

Estágio 3Zona de Bd’s comsuperfícies de deslizamentoadjacentes

Rejeito: > 1m

(b)

Estágio 0

Estágio 1Falhamento por cisalhamentoao longo de fraturas pré-existentes acompanhado por processos de linkage

Rejeito: 10 - 10-3 -2

Estágio 2Deslocamento transferido ao longo das estrturas conectadas/fragmentação

Rejeito: 10 - 10-2 -1

Estágio 3Zona de falha comsuperfície de deslocamento

Rejeito: > 1m

Pré-existência de fraquezas mecânicas(juntas, acamamento, etc.)

Rejeito =0

marcador

0 1 2m

Falhas a partir decisalhamento de juntas

Zona de fragmentação

Superfície dedeslocamento

Figura 2.1 - Mecanismos de desenvolvimento de falhas em arenitos: (a) Por formação de bandas de deformação (BD) e (b) Pela formação e cisalhamento subseqüente de juntas. Fonte: Modificado de Davatzes et al. (2003).

As juntas splays têm sido identificadas na literatura como fraturas horsetail (rabo de

cavalo), fraturas pinnate, fraturas Kink, entre outras denominações. O termo junta splay é


6

adotado aqui para enfatizar estas estruturas que se formaram sob circunstancias e resultam

em uma geometria característica em relação ao deslizamento de descontinuidades. Com o

aumento do rejeito, juntas precocemente formadas podem ser reativadas no cisalhamento e

formarem uma segunda geração de juntas splay. Davatzes et al. (2003) documentou a

formação de zonas de danos, brechas e falhas pela formação de juntas splay e que

conectam juntas cisalhantes em en échellon ou em arranjos paralelos (Figura 2.1b). As

características estruturais das juntas relacionadas à falhamento incluem: juntas (ou outras

descontinuidades pré-existentes); juntas cisalhantes; juntas splay; zonas de danos e falhas.

2.2. Iniciação e propagação de falhas

A compreensão dos vários estilos de iniciação e propagação de falhas é de grande

importância na compreensão das propriedades da rocha deformada, bem como, das

populações de falhas. Diferentes estilos de iniciação de falhas têm sido descritos em vários

trabalhos com diferentes litologias e ambientes tectônicos. Uma síntese sobre alguns

importantes estilos de iniciação e propagação de falhas e uma discussão sobre os fatores

que influenciam estes diferentes estilos, serão descritos baseados em trabalhos recentes.

(a) Wing crack (fratura em forma de asa)

(b) Rabo de cavalo ou fratura pinnate

(c) Falhas sintéticas

(D) Falhas antitéticas

(e) Rabo de cavalo + falhas antitéticas

(f) Falhas Sintéticas + falhas antitéticas

(g) Mista

Figura 2.2 – Ilustrações esquemáticas dos principais tipos de propagação de falhas por suas terminações (Tip propagation ou process zone de Cowie & Shipton, 2003) que podem ser divididas em quatro principais (a-d) e alguns tipos combinados ou mistos (e-g). Fonte: Modificado de Kim et al. (2004).

As falhas comumente formam zonas complexas de interação e ligação (linkage) de

segmentos, e esta segmentação é, em parte, uma conseqüência da forma na qual a falha se

inicia e cresce (Figuras 2.2, 2.3 e 2.4). Podemos reconhecer e organizar a iniciação de

falhas em três estilos segundo Crider & Peacock (2004): iniciação por estruturas pré-

existentes, iniciação com estruturas precursoras, ou iniciação como zonas de cisalhamento

contínuas. Estes estilos de iniciação e subseqüente crescimento (Figuras 2.2, 2.3 e 2.4)


7

influenciam na zona de danos e, portanto, controlam intimamente as características e

propriedades da rocha deformada, incluindo o fluxo de fluidos ao longo da falha.

(a) Propagação pela terminação

(b) Veios escalonados

(c) Fraturas distensionais

(d) Falhas sintéticas

(e) Falhas antitéticas

(f) Rotação de blocos ou juntas de arrasto

Figura 2.3 – Ilustrações esquemáticas dos principais tipos de estruturas relacionadas ao desenvolvimento e/ou propagação de falhas. Fonte: Modificado de Kim et al. (2004).

Para este trabalho é definido como falha uma superfície ou zona de deformação

através da qual existe um deslocamento descontínuo que inclui (mas não é limitado por)

deslizamentos (slips) paralelos a superfície ou bordejando a zona principal. Esta definição

pode ser utilizada para as conhecidas fraturas de cisalhamento (shear fractures), que são

superfícies singulares de deslocamento descontínuo responsáveis pelo início de um

cisalhamento. Esta definição é distinta de zona de cisalhamento (shear zone), que é uma

região localizada de deslocamento contínuo (Crider & Peacock, 2004).

Falhas também podem se desenvolver a partir de estruturas precoces em meso-

escala. As estruturas mais comuns são juntas de distensão (fraturas tipo I), veios (fraturas

tipo I preenchidas), ou superfícies de dissolução por pressão (fraturas tipo –I, juntas

estilolíticas, ou anticracks) (Figura 2.3). A distinção entre estruturas pré-existentes e

estruturas precursoras pode ser entendida através de suas definições.

As estruturas preexistentes são estruturas que foram formadas mais cedo em um

campo de tensão aparentemente sem relação com o falhamento. As estruturas precursoras

foram formadas em um estágio anterior ao falhamento, no mesmo campo de tensão. Esta

revisão conceitual é baseada na iniciação de falhas associadas às juntas de distensão,

superfícies de dissolução por pressão e bandas de deformação.


8

(a) Juntas de distensão

(b) Pull-apart

(c) bloco rotacionado

d) lentes isoladas

(e) Bloco e/ou falhas antitéticas rotacionados

(f) Falha sintética de conexão

(g) Lentes isoladas

Pont

es c

o ntr

acio

n ais

Pont

es e

xten

sion

ais

Figura 2.4 – Ilustrações esquemáticas dos principais estilos relacionados aos processos de ligação (linkage) de estruturas resultando na propagação de falhas. Fonte: Modificado de Kim et al. (2004).

2.2.1. Falhas desenvolvidas a partir de estruturas pré-existentes

A compreensão de falhas desenvolvidas a partir de estruturas pré-existentes pode

ser simplificada e sintetizada a partir do desenvolvimento de juntas de distensão, que são

as estruturas mais comumente envolvidas neste tipo de iniciação de falhas.

11

1

1Tardio

(1)

(2)

(3)

(4)

1

1Tardio

1

1Tardio

Figura 2.5 – Modelo de evolução para o desenvolvimento de zona de falha iniciada por juntas de distensão pré-existentes. Ver explicação no texto. Fonte: Crider & Peacock (2004).

Estas estruturas podem ser desenvolvidas em quatro estágios principais (Crider &

Peacock, 2004) (Figura 2.5):


9

(1) Algum tempo antes da iniciação do falhamento, um arranjo de juntas de

distensão en échellon se desenvolve paralelo à direção do tensor de máxima compressão

(σ1). Estas juntas de distensão tornam-se estruturas pré-existentes a falha. (2) A direção

do tensor compressivo regional rotaciona, causando deslizamento através das juntas. (3)

Pequenos cracks (também conhecidos como tail cracks) se desenvolvem em passos

distensionais entre as juntas en échellon, conduzindo ao desenvolvimento de pull-aparts

como o acréscimo de deslocamento. (4) O aumento do deslocamento causa a rotação de

blocos que são bordejados pelos pull-aparts, e o resultado final é uma zona de falha com

formação de brechas.

2.2.2 - Falhas que se desenvolvem com estruturas precursoras

2.2.2.1 - Juntas

As falhas são cercadas por um conjunto (set) de juntas dominantes, com blocos de

muro comumente incluídos na zona de falha. Um modelo para exemplificação do

desenvolvimento de um sistema de juntas paralelas à direção de σ1 é mostrado na figura

2.6, onde se torna localmente intenso em uma zona de cisalhamento incipiente. Um

conjunto de juntas transversais (cross-joints) se desenvolve para ligar o primeiro conjunto

de juntas. Juntas transversais comumente se desenvolvem perpendicularmente ao

espaçamento pré-existente das juntas devido a uma reorientação local do σ1 (Crider &

Peacock, 2004).

1

1

(1)

(2)1

1

1

1

(3)

trajetóriado stress

1

11

1

(4)

(5)

Figura 2.6 – Modelo de evolução para o desenvolvimento de zona de falha iniciada por juntas precursoras. Ver explicação no texto. Fonte: Crider & Peacock (2004).


10

Peacock (2001) interpreta as juntas transversais como tendo sido desenvolvido pela

perturbação do σ1 dentro da zona de cisalhamento (Figura 2.6, 4 a 5). Uma superfície de

falha se desenvolve como um cisalhamento continuado. Utilizando este processo, falhas se

desenvolvem em uma rocha sem a propagação de fraturas pré-existentes ou fraturas tipo II

(fraturas cisalhante), dentro de um sistema de tensão particular (Peacock e Sanderson,

1995).

2.2.2.2 – Superfícies de dissolução por pressão (juntas estilolíticas)

As superfícies de dissolução por pressão podem também servi como

descontinuidades no desenvolvimento de falhas, principalmente relacionada à zona de

empurrões (thrusts). Estas estruturas podem iniciar com arranjos a partir de pequenos

empurrões. Estas superfícies podem ser ligadas por veios produzindo uma superfície de

falha continua. Este modelo é similar ao mostrado para juntas precursoras (Figura 2.6), pois

requer perturbação no campo de tensão para a ligação das estruturas precursoras. Peacock

& Sanderson (1995) mostram arranjos transpressionais similares com superfícies de

dissolução por pressão. Ohlmacher & Aydin (1997) descreve veios e superfícies de

dissolução por pressão, relacionadas a empurrões, e sugere que estas superfícies se

formam durante períodos inter-deslizamento (inter-slip), e veios paralelos as falhas podem

se formar durantes os eventos de deslizamento.

2.2.2.3 – Bandas de deformação

As exemplificações anteriores requereram a presença do desenvolvimento preliminar

de fraturas tipo I (juntas de distensão) ou –I (juntas estilolíticas) para iniciação de falha.

Porém, algumas falhas são iniciadas através do desenvolvimento de zonas de cisalhamento.

As bandas de deformação são delgadas zonas de redução de porosidade, cortadas por

cisalhamentos que possuem rejeitos milimétricos, quando podem ser medidos (Antonellini

et al.,1994).

Segundo Antonellini & Aydin (1994) as bandas de deformação não contem um

deslocamento descontínuo. Sendo assim, falando estritamente, elas não são consideradas

falhas propriamente ditas, sendo mais bem descritas como zonas de cisalhamento semi-

frágeis (semi-brittle) (Crider & Peacock, 2004). As bandas de deformação podem ser

reconhecidas em dois grandes tipos principais (Antonellini & Aydin, 1994): bandas de

deformação com catáclase em zona de redução de porosidade, e bandas sem catáclase. As

bandas de deformação com catáclase apresentam redução da porosidade de uma ordem de

magnitude e redução da permeabilidade de três ordens comparada com a rocha não

deformada (Antonellini & Aydin, 1994). Exposições deste estilo de banda de deformação

comumente formam partes resistentes a erosão. Shipton & Cowie (2001) sugerem um

modelo para o desenvolvimento de falhas por bandas de formação em arenitos (Figura 2.7).


11

A) B)

C) D)

Figura 2.7 – Modelo de desenvolvimento de falha por bandas de deformação em arenitos porosos. (A) A deformação ocorre concentrada nas terminações das bandas simples para a formação dos primeiros clusters; (B) As maiores superfícies de deslizamento coalescem para formarem uma superfície de falha. A densidade clusters aumenta, e novas superfícies de deslizamento continuam a se formar dentro dos clusters; (C) O aumento da acumulação de deslocamento é concentrado na superfície de falha. Algumas superfícies de deslizamento continuam a ser nucleadas dentro da zona de danos. (D) A espessura da zona de danos da falha aumenta com a deformação. Fonte: Modificado de Shipton & Cowie (2001).

Em arenitos porosos com bom selecionamento dos grãos, a deformação é localizada

onde o cimento é mais fraco ou onde a forma dos grãos permite o deslizamento e rolamento

entre os grãos. O rearranjo dos contatos entre os grãos (partindo, por exemplo, do

empacotamento hexagonal para cúbico) reduz a área de contato de uma parte dos grãos e

aumenta o contato tensional, conduzido ao microfraturamento (Figura 2.8). Com o contínuo

cisalhamento e catáclase, os grãos têm aumento na área de contato. Por fim, com o

aumento da fricção entre os grãos, as tensões não são suficientes para continua a

deformação na banda. A seqüência é repetida em pequenos intervalos, até a zona de

bandas de deformação ter acumulado uma moderada quantidade de deslocamento (Figura

2.8c). A zona é suficientemente larga para concentrar tensão de uma forma inflexível em

uma meio soft, produzindo uma superfície de deslizamento (slip plane) ou falha no núcleo

da zona (Crider & Peacock, 2004).


12

(2)(1) (3)

Figura 2.8 – Evolução microestrutural para formação de banda de deformação. (1) empacotamento hexagonal inicial dos grãos de areia; (2) deslizamento dos grãos ao longo de um plano de cisalhamento contendo menos pontos de contato; (3) Microfraturamento dos grãos formando uma zona de catáclase com redução de porosidade. Fonte: Crider & Peacock (2004).

Outros estilos de deformação contínua e descontínua podem preceder o falhamento,

porém foi apresentado aqui apenas um breve resumo de alguns dos principais estilos de

iniciação de falhas. Este foi realizado a partir da compilação de vários artigos científicos e

baseado no trabalho de Crider & Peacock (2004). Uma falha pode ainda se propagar

envolvendo dobramentos de camadas, ou guiadas por suas terminações, ou a combinação

dos vários estilos aqui descritos, ou ainda podem incluir outras estruturas.

2.3. Fatores que influenciam o estilo de iniciação de falhas

A estrutura da rocha, incluindo tamanho dos grãos, acamamento e mineralogia

parecem ser as principais influências primárias na natureza da estruturas precursoras. Por

exemplo, é evidente que rochas com minerais altamente solúveis (calcita, dolomita) são

comumente formadoras de superfícies de dissolução (juntas estilolíticas, fraturas tipo –I) do

que rochas sem estes minerais. A dissolução por pressão é também mais acentuada em

rochas de granulometria fina do que naquelas de granulometria grossa (Andrews &

Railsback, 1997). Nestas rochas, a maior parte da área superficial da falha é percorrida e

exposta a fluidos devido à dissolução.

Em rochas sedimentares de granulometria grossa, os próprios grãos minerais podem

influenciar na textura da superfície de juntas pré-existentes, produzindo asperezas que

podem direcionar o aumento da catáclase. As bordas dos grãos também são importantes

estruturas precursoras para o falhamento, tanto na formação de falhas em rochas

cristalinas, com em bandas de deformação (Antonellini & Aydin, 1994).

A cimentação e a porosidade podem ter importantes influências na iniciação de

falhas na escala de grãos em rochas sedimentares. Falhas em rochas fracamente

cimentadas podem ser iniciadas como zonas de zonas de cisalhamento ou bandas de

deformação, enquanto falhas em rochas mais competentes comumente começam com

fraturas distensionais. Shipton & Cowie (2001) observaram que em zona de danos em

rochas de baixa porosidade, existem mais contatos entre os grãos, e ocorre mais


13

fraturamento na zona de danos em escala de grãos. Para rochas com alta porosidade, o

fraturamento na escala de grãos é observado somente dentro da banda de deformação

(Anders & Wiltscchko, 1994). Nestas rochas o strain adicional pode ser acomodado pelo

deslizamento e rolamento dos grãos. As rochas melhor cimentadas mostram um maior

fraturamento dos grãos com a predominância de zonas de catáclase. Falhas em rochas mais

porosas e fracamente cimentadas aparentam ser iniciadas por reorganização e colapso de

grãos (Anders & Wiltscchko, 1994).

A compactação mecânica nas rochas sedimentares é importante para a natureza das

estruturas iniciais de falhas. Os planos de acamamento podem agir como descontinuidades

a partir dos quais as falhas se iniciam. O acamamento geralmente controla o comprimento e

espaçamento de juntas distensionais pré-existentes. A relação geométrica entre a

orientação da tensão principal e o acamamento é um importante fator controlador do estilo

de iniciação da falha.

2.4. Mecanismos de pertubação da tensão local

A pertubação da tensão local requer a ligação de várias estruturas precursoras ou

pré-existentes para formar uma zona de falha incipiente. Os estilos de iniciação de falhas

descritos aqui operam em escala de centímetros e metros, o tamanho típico do intervalo de

juntas de distensão e outras estruturas precursoras. Em falhas de comprimentos maiores do

que dezenas de metros, os mecanismos de crescimento de falha começam dominantemente

pelo crescimento por ligação (linkage) de segmentos de falhas dispersos. Este mecanismo é

bastante importante na evolução de falhas transcorrente (strike-slip), bandas de

deformação e falhas de empurrão (thrusts faults). A ligação de segmentos tem relevância

na perturbação e concentração da tensão na zona entre os segmentos. Os mecanismos de

interação dos segmentos de falhas têm sido descritos e modelados por vários autores (p.e.

Crider, 2001). Estes estudos mostram que a trajetória e magnitude da tensão local são

perturbadas a partir de valores regionais, produzindo fraturas secundárias e variações na

distribuição do deslocamento correspondente ao campo de observações. A ligação de

segmentos de falhas pré-existentes é um mecanismo de crescimento mais eficiente do que

a propagação a partir das terminações da falha, pois as falhas individuais aumentam de

comprimento em grandes intervalos de deformação (Mansfiel & Cartwright, 2001).

2.5. Nucleação relacionada ao sistema de fraturas de Riedel

O termo Riedel Shears ou fraturas/cisalhamentos de Riedel refere-se a uma

geometria específica inicialmente criada em modelos de blocos de argila (Riedel, 1929 Apud

Davis et al., 1999). O padrão inclui um relativo encurtamento, segmentos de falhas en

échellon que podem ser ligadas de algumas formas a zona de cisalhamento principal (ZCP).


14

R

Y

T

R’

ZCP

ZCP

ZCP

P

/290-

/2

/2

X

Figura 2.9 – Desenho ilustrando os elementos comuns do sistema de cisalhamento de Riedel, nem todos podem estar presentes em uma dada zona de cisalhamento principal (ZCP). A presença de cisalhamentos R é apenas um requisito para uma zona de cisalhamento ser considerada com zona de Riedel, e cisalhamentos R, estão quase sempre presentes (Davis et al., 1999). Fonte: Modificado de Davis et al. (1999).

Geometricamente, o padrão idealizado de Riedel é definido por uma série de fraturas

orientadas em ângulos específicos com a direção da ZCP (Figura 2.9). O sistema idealizado

inclui fraturas cisalhantes R e R’, inclinadas a 45º +/- φ/2 (φ é o ângulo de fricção interna

da rocha não deformada), uma cisalhante P, inclinada em –45° +φ/2, e uma fatura T,

inclinada em 45º e uma possível cisalhante X, –45° -φ/2. Algumas fraturas cisalhantes

podem ser sub-paralelas (Figura 2.9)

2.6. Zona de danos

Falhas são freqüentemente cercadas por uma zona com estruturas subsidiárias,

denominada como zona de danos. As possíveis origens para as estruturas na zona de danos

são referidas na literatura como devido a: As juntas de distensão ocupam o plano principal

normal a menor tensão compressiva durante o fraturamento (Cowie & Shipton, 2003). Na

ordem de juntas para falhas, a tensão cisalhante é estabelecida no plano da junta de

distensão e sua magnitude deve exceder a resistência friccional da superfície da junta. A

tensão cisalhante pode ocasionar a rotação do material. Cowie & Shipton (2003) citam

alguns fatos causadores de uma zona de danos:

Flexura de camadas ao longo de falhas;

Deslocamentos repetitivos na superfície da falha;

Concentração de tensão nas terminações da falha;

Strain em zonas onde ocorre linkage de segmentos de falha adjacentes.

Em rochas areníticas com alta porosidade observa-se que a espessura da zona de

danos é proporcional ao rejeito total da falha principal (Shipton & Cowie, 2001), porém as


15

regras do mecanismo de deformação no controle da espessura e do deslocamento na zona

de danos ainda não são previamente bem discutidos (Figura 2.10).

tensão aliviada

tens

ão in

tens

ifica

da tensão intensificada

tensão aliviada

Figura 2.10 – Visão em planta da variação de tensão ao redor de uma falha normal. Regiões de variação positiva de tensão (tensão intensificada) indicadas em cinza, áreas de variação de stress negativo (tensão aliviada) indicados em linhas pontilhadas. Se a tensão ao redor das terminações da falha excede o yield strenght local da rocha então pode ocorrer deformação na região de intensificação de tensão (tensão intensificada). Fonte: Modificado de Shipton & Cowie (2003).

Um modelo proposto por Cowie & Shipton (1998) concebe o crescimento de falhas

ocorrendo devido a deslocamentos repetitivos em pequenas partes (patch) da superfície da

falha. Isto pode ser modelado pela evidência de vários eventos pequenos de deslocamento

sem a criação de concentrações de tensão irreal nas terminações da falha (Cowie & Scholz,

1992). Este modelo (Slip-patch) tem importantes implicações para o desenvolvimento de

estruturas em zona de danos.

2.6.1. Elementos de uma zona de danos em arenitos porosos

A zona de danos em arenitos porosos pode ser compreendida por um conjunto de

estruturas (bandas de deformação, juntas, etc.) e ocasionais superfícies de deslocamento,

com uma proporção relativa de rocha não deformada. Os elementos que compõe e definem

uma zona de danos são:

Zona de Falha – consiste de uma falha-núcleo ou principal cercada por uma zona de

danos composta por conjunto de bandas de deformação e/ou fraturas;

Banda de deformação (Deformation Bands) – são zonas de catáclase sendo elementos

típicos em arenitos porosos, geralmente de espessura milimétrica a centimétrica;


16

Falha Núcleo ou Principal – consiste de um grupo compacto de bandas de deformação

geralmente bordejadas por bandas finas, altamente polidas pela superfície de

deslizamento;

Superfícies de deslizamento (slip-planes) – apresentam características distintivas nas

micro-estruturas, comparada com as bandas de deformação;

Limite da Zona de Danos – a transição do conjunto de bandas de deformação para

poucas ou nenhuma define a margem.

2.7. Densidade de deformação

A Densidade de deformação é definida como o número de feições por unidade de área.

Esta medida é diferente da intensidade de deformação, que é a densidade multiplicada por

um fator (offset) para cada feição. A intensidade é mais de difícil de obter, pois este fator é

difícil de medir e pode ocasionar erros significativos. A variação da densidade de

deformação dentro de uma zona de danos é uma maneira conveniente de descrever as

variações locais de strain (Figura 2.11).

densidade de deformação pode variar ao longo da FN

FNZD

ZD

Rochanão-deformada

envelope da zona de danos

superfícies de deslizamento podem ocorrer dentro da zona de danos

espessura da ZD aumentacom o deslocamento

densidade de deformaçãomáxima estará dentro da ZD

espessura finita da ZDna terminação da falha

Rochanão-deformada

Figura 2.11 – Bloco diagrama idealizando a disposição de estruturas em uma zona de danos. A relação de escala da espessura da zona de danos com o rejeito é observada na visão em planta. As superfícies de deslizamento são mostradas como linhas escuras nas bandas de deformação. ZD – zona de danos; FN – falha núcleo/principal. Fonte: Modificado de Shipton & Cowie (2003).


17

2.8. Processo de acumulação de deslocamento

O modelo Slip-Patch apresentado por Cowie & Shipton (1998) discuti a implicação da

modificação do modelo de crescimento de falhas que incluem o strain hardening para

explicar a geração de zona de danos.

A proporção de strain que é assumida para uma zona de danos, comparada com o

deslocamento principal não é precisamente conhecida, contundo, sabendo que as bandas de

deformação nunca têm grandes deslocamentos dentro da zona de danos sendo

relativamente poucas em número e extensão lateral. Isto denota que a maioria das medidas

de rejeito na zona de danos é assumida como sendo da falha principal (Cowie & Shipton,

2003).

A geometria das estruturas dentro de uma zona de danos indica, em geral,

desenvolvimento devido ao processo de acumulação de deslocamento na superfície da falha.

Segundo Cowie & Shipton (2003), inicialmente, as bandas de deformação teriam um

caráter sintético e/ou antitético a falha principal, mas a direção não é paralela. Esta

variação de direção é simétrica ao redor do plano de falha principal definindo geralmente

uma simetria ortorrômbica, indicando que estas se formaram dentro de um campo tri-

dimensional de strain. Esta disposição das estruturas da zona de danos é interpretada como

tendo sido formada em um campo localmente controlado devido ao crescimento destas

falhas (bandas de deformação).

Também, é visto que a espessura da zona de danos varia ao longo da falha principal.

Isto sugere que a zona de danos resulta de processos de acumulação de deslocamento no

plano da falha principal. Na terminação da falha o deslocamento medido ainda não é

acumulado pois a deformação não pode ser assumida devido ao resultado direto de

acumulação de deslocamento. Esta deformação é interpretada como sendo associada à

propagação da terminação da falha (tip propagation). Ex. zona de processo (process zone).

A deformação pode ser produzida fora do plano de falha se a concentração de

tensões nas terminações de um fragmento de deslizamento (slip-patch) excede o yield

strength local da rocha. Microestruturas no plano de falha podem denotar uma historia

complexa marcada por eventos de deslizamento. Relações cruzadas múltiplas entre bandas

de deformação ao redor da superfície da falha principal podem denotar um crescimento de

falha em arenitos porosos por eventos de deslizamento múltiplos.

Outros fatores afetam a espessura da zona de danos que incluem variações

litológicas, ligação de falhas e evolução dos mecanismos através do tempo. A espessura da

zona de danos pode se mostra diferente de acordo com o yield strenght da rocha.

Considerando assim, o contraste dos mecanismos de deformação associados com as bandas

de deformação (strain hardening local) e superfícies de deslizamento (strain softening local)

dentro da zona de danos, ambos podem explicar o espessamento da zona com o acréscimo

de rejeito e a máxima deformação constante. O acréscimo da densidade de deformação

ocorre inicialmente devido ao strain hardening local. Quando a densidade de deformação


18

atinge um valor crítico desenvolve uma superfície de deslizamento interconectada com a

zona de danos que começa a acumular o rejeito e então produz mais zonas de danos

através da falha principal. Uma hierarquia de desenvolvimento das superfícies de

deslizamento (slip planes) é produzida com o maior numero de bem desenvolvidas

superfícies de deslizamento formadas onde o rejeito é maior.

2.9. A importância do strain hardening x strain softening

A observação da deformação máxima constante na zona de danos compostas por

bandas de deformação, combinada com a correlação da espessura da zona de danos com o

rejeito, sugere que algum processo transfere deformação através da falha principal para

cada evento de deslizamento envolvendo strain hardening e softening (Cowie & Shipton,

2003).

A transição strain hardening para strain softening é vital para todo o

desenvolvimento da zona de danos em arenitos porosos. Possíveis deslizamentos repetitivos

na falha principal causam adição de bandas de deformação para forma a zona de danos.

Devido ao strain hardening, os danos são concentrados preferencialmente na parte não

deformada da rocha até a intensificação na densidade de deformação. Entretanto, quando a

densidade de deformação em algum ponto dentro da zona de danos assume um valor crítico

(para arenitos com porosidade alta, cerca de 30%; Cowie & Shipton, 1998), se desenvolve

uma superfície de deslizamento interconecta através da falha principal e torna local

qualquer rejeito total através da zona. Esta nova superfície de deslizamento pode gerar

pequenas zonas de danos quando acontece sua ruptura.

Em litologias que não exibem comportamento de strain hardening, os efeitos de

intensificação de tensão nas terminações dos fragmentos de deslizamento (slip-patch)

podem ser simplificados pela superposição de estruturas.

Ferreira, T S Capítulo 3 Estudo do caso na Formação Açu, Bacia Potiguar (RN)

19

Capítulo 3

Estudo do caso na Formação Açu, Bacia Potiguar

3.1. Contexto geológico e localização

A área discutida neste capitulo está inserida geologicamente na Formação Açu, no

contexto geológico da Bacia Potiguar. A parte emersa da Bacia Potiguar abrange uma área

de cerca de 25.500Km2 (Ojeda & Dos Santos, 1982), cobrindo uma faixa que se estende ao

longo do litoral dos estados do Rio Grande do Norte e Ceará (Figura 3.1).

O arcabouço estrutural é constituído por feições tafrogênicas representadas por

horsts, grabens, altos, baixos e plataformas, recobertas por extenso sinclinal com eixo

mergulhando para nordeste, no sentido da plataforma continental.

36°

5°5°

37°38°

BaciaPotiguarBRASIL

CE

Macau

Pendências

O c e a n o A t âl n t i c o

N

S

EW

Bacia Potiguar

Figura 3.1 – Mapa simplificado de contextualização geológica da Bacia Potiguar. Observar a extensão e disposição da Formação Açu dentro do contexto regional da Bacia potiguar emersa.

A estratigrafia da Bacia Potiguar pode ser resumida como sendo constituída por uma

espessa seqüência de sedimentos clásticos grossos a finos, correspondente a Formações

Pendência, Alagamar e Açu, recoberta concordantemente pela seção carbonática da

Formação Jandaíra. A formação Açu, predominantemente arenosa, repousa


20

discordantemente sobre a Formação Alagamar. A Formação Jandaíra é constituída de

calcarenitos e calcilutitos, creme-claros acizentados, bioclásticos, com eventuais

intercalações de arenitos, folhelhos anidrita e marga. O seu contato com a Formação Açu é

transicional.

A Bacia Potiguar é classificada com bacia costeira estável superposta a uma bacia Rift

(Ojeda & Dos Santos, 1982). A história geológica da bacia pode ser dividida em três

estágios: Estágio rift, decorrente da ruptura crustal que precedeu o afastamento das placas

Africana e Sul-americana, iniciado no Neocomiano, caracterizado por intensa tafrogenia que

deu lugar a rifts valleys orientados preferencialmente NE-SW. O estágio de transição no

Aptiano-Eoalbiano, quando o tectonismo foi menos intenso, e teve início à ruptura crustal e

as primeiras transgressões marinhas. Por fim, O estágio de migração iniciado no

Neoalbiano-Campaniano, ocorrendo um lento e gradual basculamento para norte decorrente

da separação definitiva das placas. Concomitantemente, desenvolveu-se ativa subsidência

ao longo de um eixo N70E onde foram depositados os sedimentos fluvio-deltáicos da

Formação Açu.

A formação Açu foi reconhecida como unidade litoestratigráfica destes as primeiras

investigações na Bacia Potiguar e designada de “Arenito Vermelho” por Oliveira et al.

(1943) e de Basal Sandstone por Kreidler em 1949. Cypriano & Nunes (1968) propuseram

formalmente o nome Formação Açu para a unidade litoestratigráfica clástica que constitui a

base do cinturão de afloramentos que circunda a Bacia. A Formação Açu repousa

discordantemente sobre a Formação Alagamar e sua área de ocorrência estende-se além

dos limites ocupados por esta última, fazendo com que a formação Alagamar não aflore.

Dados de palinoestratiografia (Regali & Gonzaga, 1982) indicam consistentemente, Idade

Cenomiano para a Formação Açu, em terra.

Do ponto vista sedimentológico a formação Açu já foi objeto de vários estudos

detalhados em afloramentos, amostras de calha e testemunhos de poços. Estes estudos

reconhecem sistemas de leques aluviais e fluviais (entrelaçado e meandrante), na parte

inferior e média da formação, os quais evoluíram para sistemas deltaicos e estuarinos, no

topo da Formação. Esta variação faciológica ambiental é interpretada com o resultado de

um grande ciclo transgressivo, que se iniciou com a deposição continental (fluvio-deltáica),

passou por um ciclo transicional (deltaico-estuarino) culminando com a deposição

transicional (lagunar-supramaré) e marinha da Formação Jandaíra.

Na região em estudo (parte central da Bacia Potiguar) próximo a cidade de Açu-RN, a

Formação Açu aflora como arenitos hialinos, amarelo-claro e avermelhdos, médios a

grossos, por vezes conglomeráticos, subangulares a subarredondados, mal selecionados,

quartzosos e localmente piritosos. Por vezes, apresentam intercalações de siltitos, argilitos

e folhelhos, esverdeados a castanho-avermelhado.

A área em estudo, na margem sudoeste da lagoa do Piató, localiza-se a cerca de 5

km do centro da cidade de Açu, em sentido NW. O afloramento em estudo é constituído por


21

rochas areníticas que afloram em algumas dezenas de metros de comprimento e até 10

metros de largura, acompanhando a margem da lagoa do Piató (Figura 3.2).

Figura 3.2 - Mapa de localização do caso estudado pertencente à Formação Açu (afloramento Açu-

Aaç).

3.2. Apresentação do caso em estudo

O presente capítulo trata da analise estrutural da deformação frágil que ocorre em

arenitos porosos pertencentes à Formação Açu (Bacia Potiguar). A deformação é

representada principalmente por bandas de deformação que é o objeto de estudo deste

trabalho.

As bandas de deformação (BD’s) ocorrem em diversos pontos ao longo da Formação

Açu aflorante (Figura 3.1), porém os afloramentos são pouco expressivos e dispersos. Este

estudo é baseado em um afloramento-chave que ocorre na margem sudoeste da lagoa do

Piató, no município de Açu. O afloramento, aqui denominado como afloramento-Açu (Aaç)

corresponde a um pacote de arenito conglomerático com dimensões aproximadas de 15m x

8m x 1,5m. Este arenito apresenta estratificações cruzadas tabulares com níveis

conglomeráticos na base dos foresets e topsets. As estratificações cruzadas são de médio

porte com ângulo dos foresets de cerca de 30º e denotam direção de paleocorrente para


22

noroeste. As bandas de deformação ocorrem cortando todas as estruturas sedimentares ou

se desenvolvem, raramente, aproveitando a superfície de acamamento sedimentar.

No contexto tectônico regional o Aaç está localizado a SE do sistema de falhas de

Carnaubais. Este sistema tem direção NE-SW sendo formado principalmente por um sistema

de falhas normais que controlaram a compartimentação da Bacia Potiguar on shore. Uma

importante observação é que a direção das BD’s do Aaç é preferencialmente quase que

perpendicular a este trend regional. Outra importante feição da tectônica frágil na região é a

falha de Afonso Bezerra que está localizada a NE do Aaç. A falha de Afonso Bezerra tem

trend NW-SE (aproximadamente paralelo à direção preferencial das BD's) com cinemática

predominantemente dextral.

De forma geral, as bandas de deformação estão dispostas com espessuras que

variam 0.5 cm a 9 cm e comprimento observável podendo alcançar de 8m a 12m. Estas

BD’s têm orientação preferencial NW-SE, e subordinadamente, N-S, preferencialmente com

mergulhos fortes a vertical, embora alguns sets apresentem mergulhos fracos à sub-

horizontais, mas sem grandes variações na orientação dos planos. Apresentam-se na forma

clusters resultantes da aglomeração de várias bandas de deformação milimétricas. Estes

clusters mostram uma forma interna ligeiramente anastamosada, porém apresentando uma

feição externa bastante retilínea. Estes planos são facilmente observáveis pela erosão

diferencial, que preservam as bandas, devido a maior resistência ao imtemperismo. Em

algumas BD’s é observado a formação de argila (smearing) devido à cominuição dos grãos

adjacentes (principalmente feldspatos). A presença de estrias visíveis é restrita

preferencialmente aos planos cujas zonas tem espessuras superiores a 4 cm. Na maioria

dos casos as estrias mostram baixo rake variando de 05º a 22º. A priori, cinemática das

BD’s é de difícil determinação pela falta de boas feições que denotem um deslocamento

relativo. Embora marcadores potenciais podem ser observados (p.e. níveis

conglomeráticos), em nível mesoscópico, não mostram deslocamentos. Registra-se também

ausência de estruturas associadas e relacionáveis, tais como: juntas de distensão, etc. A

analogia da disposição geométrica das BD’s e o sistema de Riedel para a disposição

geométrica das BD’s é neste contexto bastante útil, na determinação da cinemática da

deformação.

3.3. Análise estrutural em meso-escala

A análise estrutural da deformação frágil em escala mesoscópica, aqui dividida em

duas etapas: Caracterização das BD’s e Interpretação da iniciação e propagação das BD’s.


23

3.3.1. Caracterização das bandas de deformação.

As BD’s apresentam-se, em escala mesoscópica, como superfícies de espessura que

varia de 0.5 a 9 cm, por vezes, não facilmente individualizadas. Para este estudo foi tomada

como referência uma BD principal (BDP) por ser feição mais relevante no Aaç. Portanto, na

ausência de uma falha mais importante, interpretou-se a zona de danos como relacionada a

BDP (Figura 3.3).

64°

34°

71°

82°

84°

65°

84°

65°

39° 44°

43°

scan

line

80°

64°

BDP

BDP - Banda de Deformação Principalcom mergulho médio

Fm. Açu - Arenito conglomeráticoCobertura, Vegetação/solo

N = 35

Banda de Deformação Secundáriacom mergulho médio

Banda de Deformação SimplesAmostra com seção delgada

DetalheA

N

BDP

Figura 3.3 – Mapa simplificado da distribuição das BD’s no Afloramento Açu (Aaç). Observar a disposição da scanline (linha tracejada vermelha), os pontos de amostragem para seções delgadas e as regiões interpretadas em detalhe. O diagrama de rosetas mostra a direção das BD’s secundárias mais relevantes. O plano representativo da BDP e sua estria, também são mostrados. Os retângulos A e B, se referem à figura 3.9 (ver adiante).


24

A figura 3.3 mostra um mapa esquemático da distribuição BD’s no Aaç e a

localização dos dados coletados. As BD’s secundárias apresentam-se preferencialmente

distribuídas paralelamente a BDP, com direção variando 120-140º Az, e subordinadamente

ocorrem BD’s simples com direções bastante variadas (350º-20ºAz), com a predominância

daquelas de direção próxima a N-S.

A BDP é um cluster com textura predominantemente compacta, se apresenta com

contorno retilíneo, com direção 130º Az e mergulho médio de 64º NE. A BDP mostra estrias

bem conservadas com atitude média de 22º/120º Az. É a feição estrutural mais relevante

do afloramento com espessura média de 9 cm, e comprimento observável de até 12 m. As

BD’s secundárias (Figura 3.3) correspondem a clusters compostos por bandas de

deformação individualizadas ou não (Prancha 3.2, foto 3.2.4), que se mostram com

comprimentos variáveis no Aaç, e espessura de 4 a 7cm. Estas BD’s têm mergulho

moderado a vertical. Estes planos podem exibir estrias de baixo rake de 05º a 10º.

Apresentam-se com a forma externa bastante retilínea e internamente, se mostram de

forma compacta ou, em alguns casos, apresentam um caráter anastomosado composto por

BD’s simples.

As BD’s simples são BD’s composta por uma banda de deformação singular

individualizada em escala mesoscópica, e apresenta espessura de 0,5 a 3 cm. Estas BD’s

não mostram estrias e se apresentam de forma curvilínea com caráter anastomosado ou

com forma retilíneas, por vezes, escalonadas. As BD’s ocorrem dispersas por todo Aaç entre

as BD’s secundárias e possuem comprimento observável de 0,2 a 2,0m. Estas BD’s

mostram-se, por vezes, de forma curvilínea em mergulhos sub-horizontais ou se desenvolve

aproveitando a superfícies de acamamento sedimentar.

N=98

N Y

P

R’R

Figura 3.4 – Diagrama de rosetas das BD’s da zona de danos relacionada à BDP, interpretados como um sistema de fraturas de Riedel (acima à direita).


25

Para o estudo sistemático da zona de danos relacionada BDP foi realizado uma

scanline perpendicular à sua direção média (Figura 3.3). O objetivo foi obter dados de

forma sistemática e representativa de toda a zona de danos. Os dados de atitude e

espessura das BD’s interceptadas pela scanline são tratadas a seguir. A orientação das BD’s

é mostrada na figura 3.4. O agrupamento das estruturas seguindo o modelo de Riedel

mostra a distribuição das BD’s segundo R, R’, Y e P. O detalhamento da interpretação

destes grupos será exposto posteriormente.

A outra etapa do trabalho foi a caracterização das BD’s a partir da análise do

comportamento destas estruturas no plano vertical, ou seja, a caracterização das estruturas

no perfil do afloramento, o que permitiu a visualização da disposição tridimensional das

BD’s e suas correlações com as estruturas sedimentares do pacote arenítico (Figura 3.5).

No plano vertical mostrou claramente que as BD’s não apresentam deslocamento

observável em escala mesoscópica de qualquer horizonte sedimentar (acamamento

sedimentar, nível conglomerático, etc.) ou pertubação nas estruturas sedimentares

(espessamento de camadas, destruição de arranjos internos, etc.) (Figura 3.5, detalhes A,

B e C).

As BD’s secundárias se mostram mergulhando alternadamente ora para NE ora para

SW, com planos retilíneos de mergulho predominantemente forte. As BD’s simples

apresentam-se predominantemente com formas curvilíneas com mergulhos médios a

suaves. Foi possível observar também a presença de BD simples que se desenvolveram em

baixo ângulo com o acamamento sub-horizontal. As BD’s ocorrem freqüentemente entre

blocos não-deformados por BD’s secundárias fazendo ligação com mergulhos suaves entre

duas BD’s secundárias sucessivas (Figura 3.5).

3.3.1.1. Espessura vs distância da BDP

As variações na espessura médias das BD’s em função da distância a BDP, também,

puderam ser estudadas a partir de dados levantados pela scanline. A figura 3.6a mostra a

distribuição linear da densidade de deformação (número de BD’s/metro linear) em função

da distância da BDP. Este gráfico mostra uma variação irregular na densidade de

deformação com o maior pico no intervalo de 9-10m, e dois picos menores de nos intervalos

de 3-4m e, logo após o intervalo de maior densidade de deformação, 10-11m.

A distribuição de cada BD e sua respectiva espessura ao longo da scanline, é

apresentada no gráfico da figura 3.6b. Este gráfico mostra a predominância de BD’s simples

(espessura de 0.5 a 3 cm), ocorrendo quase que homogeneamente ao longo de toda

scanline, com algumas concentrações anômalas próximas as BD’s secundárias,

principalmente no centro do perfil (distância da BDP de 6 a 10m). Este gráfico mostra ainda

que as BD’s secundárias (espessura 4 a 7 cm) têm distribuição irregular com quatro picos

importantes, sendo três deles posicionados no centro do perfil. Outro importante dado que


26

Figura 3.5 – Fotomosaico e sketch do perfil NE-SW do afloramento Açu mostrando a disposição das bandas de deformação (BD’s). Nos detalhes (A e B) nota-se que apesar da BD ser um estrutura proeminente não se observa deslocamento do acamamento sedimentar, bem marcado por níveis conglomeráticos. Em (C) observar-se a presença de estratificações cruzadas tabulares próximo ao plano da BDP que não mostram nenhum tipo de pertubação ou deformação. Em (D) é apresentado um modelo esquemático da disposição tridimensional das BD’s e sua relação com as feições sedimentares.

Ferreira, T S Capítulo 3 Estudo do caso da Formação Açu, Bacia Potiguar (RN)

27

pode ser visualizado neste gráfico, são os picos relacionados às superfícies de deslizamento

(slip planes). De fato, no campo, as estrias foram observadas somente em superfícies que

atingiam uma certa espessura, as quais foram caracterizadas como as BD’s secundárias.

A figura 3.6c mostra um gráfico que demonstra a deformação ao longo da zona de

danos, considerando não só a quantidade de BD’s em um determinado intervalo, mas

também um parâmetro físico relacionado à deformação de cada BD (espessura). Para isto, o

gráfico foi formulado considerado o número de BD’s em certo intervalo da linha de

amostragem (scanline), ponderado pelas espessuras das BD’s neste intervalo. O resultado é

mostrado no gráfico 3.6c, apresenta a variação do denominado, fator T (espessura das BD’s

acumluda . metro/número de BD’s no intervalo) em função da distância da BDP. Este

gráfico é bem mais representativo do que o gráfico de densidade de deformação, pois

considera a espessura das BD’s, além da quantidade, ou seja, um intervalo com 10 BD’s de

0,2 cm, teria a mesma representatividade que um outro intervalo com 10 BD’s de 3 cm, no

gráfico de densidade de deformação. Entretanto, no gráfico do fator T que considera a

espessura da BD’s, o intervalo com 10 BD’s de 3 cm teria uma maior representatividade na

deformação (Figura 3.6).

A diferença entre os gráficos de densidade de deformação e do fator T, pode ser

observada nos intervalos 0-1 m (que contém a BDP) e 8-9 m (no centro da scanline, duas

estruturas relevantes na zona de danos). Nestes intervalos, o gráfico de densidade de

deformação mostra um valor relativamente pequeno, porém estes intervalos contêm as

estruturas mais relevantes da zona de danos. No gráfico de fator T, que considera a

espessura das BD’s, observa-se os maiores picos ao longo da scanline nestes intervalos.

Portanto o gráfico do fator T, representa melhor a deformação de um determinado

intervalo linear na scanline, diante disto, segundo este gráfico, os intervalos de maior

deformação seriam, em ordem descrescente: 0-1 m (contendo a BDP), 8-9 m (contendo

duas estruturas relevantes, espessura > 4 cm) e 6-7 m (contendo a segunda estrutura mais

relevante).

3.3.1.2. Tipo de crescimento de falha

O estereograma (Figura 3.7) confirma as observações preliminares mostrando a

predominância de BD’s com direções variando dentro dos quadrantes NW-SE, com

mergulhos preferencialmente fortes a verticais, e raramente sub-horizontais. Os mergulhos

dos planos ocorrem tanto para NE (com mergulhos médios a vertical) quanto para SW

(ângulos fortes a vertical).

De forma geral, nota-se que a densidade de BD’s diminui com a distância da falha

(BDP), embora se possa ter picos em situação intermediária, sinal da nucleação de nova

superfície de deslocamento. Este fato é comumente documentado na literatura (p.e. Scholz,

1998). Observações sugerem que uma distribuição logarítimica da distância da distribuição


28

Figura 3.6 – Dados de espessura das BD’s, coletados a partir da scanline realizada no Afloramento Açu (Aaç). Em (A) curva mostrando a espessura da BD’s vs a distancia relativa da BDP. (B) gráfico que mostra a variação da densidade de deformação no intervalo de 1 metro. Em (C) gráfico mostrando uma estimativa do comportamento da deformação ao longo da zona de danos a partir de uma fator de ponderação relacionado à espessura das BD’s (ver texto).

dos danos ao longo da falha principal pode refletir os estágios precoces associado com a

formação da falha e a propagação na sua terminação (Cowie & Scholz, 1992). O timing do

desenvolvimento do fabric das microfraturas e a distribuição da orientação na zona de

danos devem refletir o processo de formação da falha (Wilson et al., 2003). Seguindo a

metodologia de Wilson et al. (supracitada), investigou-se esta possibilidade de comparar o

fabric de BD’s relacionadas à falhas de referência (BDP), com os fabric preditos com base

nos modelos mecânicos de formação de falhas.

Para os modelos, a normal da orientação média das fraturas (BD’s) (direção da

menor tensão compressiva) deve ficar no plano contendo o vetor de deslocamento (estria)

da falha de referência (BDP) e a normal da superfície da falha. A direção normal neste plano

será diferente para cada modelo (Wilson et al., 2003). Como exemplo, o modelo

andersoniano de falhamento é baseado no estado de tensão homogêneo e no critério de


29

quebra de Coulomb e prediz que o stress compressivo máximo é de cerca de 30º com o

plano da falha. A normal das fraturas (BD’s) seria orientada a 30º com a normal da falha,

na direção do vetor de deslocamento (Figura 3.7).

Se o modelo assume uma distribuição heterogênea do stress durante a propagação

nas terminações e linkage de segmentos, é sugerido que as fraturas (BD’s) precoces devam

se formar em orientações distintas. Para as juntas distensionais o ângulo esperado é 20º do

lado compressional e 70º do lado extensional (tensil side), enquanto as cisalhantes o ângulo

é 45º (Figura 3.7).

Portanto, Wilson et al. (2003), analisando microfraturas dentro de uma zona de

danos, sugere ser possível predizer o tipo/mecanismo de crescimento da falha principal de

referência a partir da concentração máxima dos pólos dos planos das microfraturas. Nesta

metodologia é plotado um plano perpendicular ao plano da falha principal (ou BDP)

contendo a estria (e) e pólo (P) deste plano (plano M) (Figura 3.7). De acordo com Wilson

et al. (2003), o tensor de compressão máxima de cada tipo/mecanismo de crescimento de

falha seria distribuído ao longo de diferentes ângulos a partir do vetor de deslocamento

(estria) (slip vector) no plano M (Figura 3.7, quadro abaixo do estereograma). A

concentração máxima dos pólos das estruturas na zona de danos (dada pelas curvas de

contorno) se coincidente com alguns destes tensores de máxima compressão poderia

sugerir tipo iniciação e crescimento da falha principal associada.

N

BDP

N=98

Andersoniano (20º)

Terminação da falha por distenção (30º, 70º)

Terminação da falha por cisalhamento (45º)

Fadiga - deslizamento friccional a fechamento (75º)

Fadiga - deslizamento superf. irregular e frágil (85º)

TIPOS DE CRESCIMENTO DE FALHA

ee

N

e

P

bFalha Principal

Wilson et al. (2003)

Figura 3.7 – Estereograma das BD’s que compõem a zona de danos relacionada à BDP. Neste estereograma é mostrado a BDP (grande círculo, e pólo - P) seu respectivo vetor de deslocamento (estria- e), relacionando as curvas de contorno (BD’s da zona de danos). Segundo Wilson et al. (2003) é possível predizer o mecanismo de crescimento de uma falha a partir da distribuição das estruturas que formam a zona de danos. (ver explicação no texto). Pólo do plano perpendicular, (b) – eixo b.

A metodologia acima descrita foi tentativamente aplicada aos dados obtidos no Aaç.

Os máximos de densidade de distribuição das BD’s, entretanto, não mostraram uma


30

distribuição que pudesse ser atribuída a um determinado mecanismo, especificamente. A

tendência de paralelismo (baixo ângulo) entre as BD’s da zona de danos e a BDP leva a

disposição dos máximos em ângulo elevado com o vetor de deslocamento, ou seja, um

posicionamento em torno do pólo (P) (Figura 3.7). Este arranjo sugere segundo esta

metodologia, a existência do processo de fadiga do material.

3.3.2. Correlações estatísticas

O estudo da zona de danos relacionada à BDP, mostrou importantes resultados a

partir do tratamento dos dados das scanlines, com auxílio de ferramentas estatísticas. Os

dados coletados foram classificados/reclassificados e organizados na forma de tabelas

representadas por atributos específicos para, enfim, a formulação de gráficos (log10 - log10)

(Figura 3.8).

Figura 3.8 – Gráficos de correlação estatística sobre a disposição espacial das BD’s em meso-escala. A equação da reta que relaciona os parâmetros apresentados (X,Y) é baseada na lei das escala (power-law). O parâmetro estatístico R2 mede a correlação dos dados com a reta. Dados perfeitamente correlacionáveis apresentam R2=1. N- Número de BD’s, E- Espessura da BD, EM- Espaçamento Médio, F- Freqüência cumulativa.

1 10

1

10

Núm

ero

deBD

's

Espessura da BD (cm)

1 100,1

1

10

Espa

çam

ento

méd

io(/m

)

Espessura BD (cm)

N= 10,4 E -1,3

EM= 0,5 E 1,5 EM= F -1,0

a) b)a)

c) d)

R =0,972

R =0,992 R =1,002

1 10

0,1

1

Freq

uênc

iacu

mul

ativ

a(/m

)

Espessura BD (cm)

N= 2,1 E -1,5

R =0,992

0,1 10,1

1

10

Espa

çam

ento

méd

io(/m

)

Frequência cumulativa (/m)


31

Os principais atributos das BD’s utilizados no tratamento estatísticos, foram os

relacionados à disposição espacial das BD’s dentro da zona de danos. Desta forma, o

número de BD’s, espaçamento e freqüência cumulativa foram correlacionados a um atributo

físico singular de cada BD (espessura da BD), este como parâmetro de deformação.

Os gráficos (Figura 3.8, a, b e c) que relacionam o parâmetro de deformação

(espessura da BD) com atributos de disposição espacial mostraram uma ótima distribuição

linear dos dados (R2>0,97). O gráfico que relaciona atributos de disposição espacial das

BD’s (Figura 3.8, d) mostra uma perfeita distribuição linear (R2>1,00). A partir desta

distribuição é possível estabelecer a equação da reta que representa a distribuição dos

dados. Esta equação relacionando os atributos analisados (p.e. N=10,4 E –1,3), representa

estatisticamente a correlação destes atributos para o caso estudado.

Isto possibilita a predição de um atributo em função de um outro, e denota um

arranjo homogêneo e regular na distribuição das BD’s dentro da zona de danos. Por

exemplo, de acordo com o gráfico a, da figura 3.8, a espessura de uma BD, seria

correlacionável com o número de BD’s dentro da zona de danos estudada, segundo a

equação N=10,4 E –1,3 (onde, N=numero de BD’s, E=espessura da BD), ou seja, como

exemplificação, pode-se predizer que haveria cerca 6 BD’s com 1,5 cm de espessura e

espaçamento médio entre elas de 90 cm dentro da zona de danos com as mesmas

características da analisada.

3.3.3. Interpretação para iniciação e propagação das BD’s

A caracterização das BD’s serviu de base para a segunda etapa do estudo

mesoscópico que foi de estabelecer hipóteses para iniciação e propagação das BD’s no caso

em estudo. Na caracterização das BD’s foi observado alguns padrões na disposição espacial,

na geometria e inter-relação entre os diversos tipos de BD’s. A partir da definição dos

padrões, utilizaram-se os conceitos das fraturas de Riedel, para classificar as BD’s.

A zona de danos relacionada à BDP mostra uma distribuição irregular do strain,

denotado pela distribuição irregular dos tipos BD’s ao longo da scanline (Figura 3.9). Esta

distribuição irregular proporciona a observação das BD’s em diversos estágios de

desenvolvimento, podendo ser agrupado numa seqüência lógica de propagação. Esta

seqüência de propagação segue os conceitos estabelecidos na literatura da deformação

frágil, onde as BD’s se iniciariam a partir de pequenas estruturas (cracks) e se

desenvolveriam segundo mecanismos de deformação bem estabelecidos.

Para o caso em estudo, foi observado em áreas pouco deformadas (baixo strain) um

escalonamento à direita de BD’s simples de direção NW-SE (Figura 3.9a). Estas BD’s

também apresentam processos de linkage com outras BD’s simples através de segmentos

de orientação NE-SW. Isto sugere a iniciação das BD’s como: BD’s simples escalonadas a

direita, e posterior ligação entre estas BD’s por segmentos orientados NE-SW. Tomando-se


32

PRANCHA 3.1

3.1.1 – Fotografia e sketch (3.1.1a) mostrando o padrão geométrico interpretado como R-P

das BD’s secundárias.

3.1.2 – Fotografia e sketch (3.1.2a) mostrando o escalonamento das BD’s interpretado

como um sistema conjugado sintético de BD’s de estruturas R-P de Riedel.

3.1.3 – Fotografia e sketch (3.1.3a) mostrando Clusters formados pela junção de duas BD’s

secundárias mostradas em 1.1.2. Notar um padrão interno de escalonamento e linkage das

BD’s similar ao padrão externo R-P.

3.1.4. – Sketch mostrando o escalonamento da BD’s como um sistema sintético R-P,

também observado no padrão interno dos clusters. Notar a junção dos dois arranjos (3.1.2)

de BD’s e a formação do cluster (3.1.3).


33

essa geometria escalonada como embrião das estruturas mais complexas (clusters) (Figura

3.9b), pode-se interpretar que estes últimos são originados em um mesmo processo de

deformação, no qual se infere uma cinemática dextrógira. A zona de danos como um todo

mostra diversos estágios intermediários para o desenvolvimento das BD’s.

Estes estágios mostram o maior desenvolvimento de processos linkage e surgimento

de novas BD’s. A presença de concentrações de BD’s simples associadas à BD’s secundárias

mostrada no gráfico da figura 3.9a reforça esta idéia da formação de novas BD’s simples ao

longo do processo de propagação.

A disposição geométrica das BD’s em relação à direção principal de cisalhamento da

BDP, pode ser interpretada dentro do conceito das fraturas de Riedel. As BD’s simples

escalonadas e com orientação NW-SE são interpretadas como sendo fraturas (neste caso,

BD’s) do tipo R. Já as BD’s com orientação NE-SW que fazem a ligação entre o sistema

escalonado R, seriam do tipo P (Prancha 3.1, fotos 3.1.1 a 3.1.3, e sketch 3.1.4).

Considerando este conjunto de BD’s como sendo os iniciadores da propagação, então as

BD’s seriam iniciadas e propagadas em um sistema sintético (fraturas tipo R e P) (Prancha

3.2, fotos 3.2.1 e 3.2.2).

Figura 3.9 – Fotointerpretação de fotomosaicos mostrando as BD’s em diferentes estágios de propagação. Em (A) BD’s simples em uma área pouco deformada da zona de danos, interpretada como do início da formação das BD’s, observar o escalonamento a direta das bd’s de direção NW-SE e linkage destas por segmentos de orientação NE-SW. Em (B) uma BD secundária mostrando internamente a disposição das BD’s simples. Notar, também, o escalonamento à direita, e os padrões de linkage das BD’s simples que compõe esta BD secundária. O quadro cinza no centro da figura representa um modelo para o padrão de propagação R-P, de acordo com as fotointerpretações e observações de campo.


34

No entanto é importante ressaltar, que este seria apenas um modelo baseado na

interpretação de uma parte bastante representativa das BD’s, não sendo apresentado aqui

como único arranjo de propagação, mas o principal arranjo responsável pela iniciação e

propagação.

Situações mais complexas ocorrem em algumas BD’s com formas curvilíneas e em

diversos arranjos geométricos. Este arranjo principal também é observado internamente em

BD’s secundárias que formam clusters apresentando a disposição do padrão R-P de BD’s

simples (Figura 3.9).

A determinação de um padrão geométrico principal ao longo das direções R-P

(modelo sintético) para o desenvolvimento das BD’s sugere a iniciação e propagação das

BD’s a partir de formação pequenas estruturas (cracks). Este modelo é baseado

essencialmente na interpretação da exposição das BD’s em diversos estágios ao longo da

zona de danos.

A presença destas estruturas, em diferentes estágios de evolução, propicia a

formulação de um modelo, na escala mesoscópica, para a formação das BD’s. Essas BD’s

seriam iniciadas a partir de pequenas descontinuidades (estruturas R), um conjunto com

padrão de escalonamento predominante (Figura 3.10, estágio 1). Com o contínuo processo

de deformação esta estruturas escalonadas seriam ligadas através das seguintes

interpretadas como P, iniciando um arranjo mais complexo (Figura 3.10, estágios 2 a 4).

O processo de linkage (ligação) é responsável pela formação de arranjos geométricos

complexos entre os diversos segmentos das BD’s iniciais. O abandono de uma BD e a

formação de outra, está ligado a processos de strain hardening, levando a formação de

diversas BD’s (sub) paralelas. O acúmulo dessas BD’s em um espaço reduzido, conduz a

formação dos denominados clusters (Prancha 3.2, foto 3.2.4), estruturas mais complexas

chamadas aqui como BD’s secundárias (Figura 3.10, estágios 5 e 6).

A formação das BD’s secundárias se iniciaria, então, pela acumulação de BD’s

simples segundo o padrão R-P e se finalizaria com a formação e acumulação de BD’s

simples denominadas Y, que podem envelopar o padrão pré-existente (Prancha 3.1) (Figura

3.10, estágios 7 a 9). Obviamente o processo ou ciclo pode ser interrompido em qualquer

estágio. O registro no afloramento de diversos estágios de desenvolvimento permiti elaborar

o modelo proposto.

As BD’s secundárias formam as principais feições de deformação dentro da zona de

danos. Com a evolução da deformação, estas estruturas seriam responsáveis pela transição

do comportamento deformacional, com a passagem do strain hardening para o strain

softening. Esta mudança seria caracterizada pela formação de superfícies de

deslizamento/deslocamento (slip planes), observadas nos clusters por superfícies estriadas.

O desenvolvimento das superfícies deslizamento ocorreria devido aos clusters, cuja

espessura é bem mais importante do que as BD’s simples, acumularem strain, podendo

desencadear o processo de strain softening, criando superfícies de deslizamento como


35

forma de dissipar o strain. Estas superfícies de deslizamento ocorrem predominantemente

na posição Y do modelo aqui proposto. Estas apresentam rejeito (cm) observável em escala

mesoscópica, eventualmente podem evoluir para falhas com rejeitos de alguns metros a

dezenas de metros.

No arenito Açu, tem-se um set de BD’s com orientação NNE-SSW, ocorrendo, por

vezes de forma escalonada a esquerda, e com pequenos segmentos de ligação (Figura 3.10,

estágio 9). Nenhuma relação de corte foi visualizada entre esse conjunto e as estrutura R-P.

Uma das interpretações possíveis é que sejam estruturas antitéticas (tipo R’) desenvolvidas

no estágio mais tardio do processo (Prancha 3.2, foto 3.2.3).


36

PRANCHA 3.2

3.2.1 – Fotografia e sketch (3.2.1a) mostrando o padrão geométrico interno das BD’s

secundárias interpretado como uma rede de estrutura R-P.

3.2.2 – Fotografia e sketch (3.2.2a) mostrando o escalonamento das BD’s interpretado

como um sistema conjugado sintético de BD’s de estruturas R-P de Riedel.

3.2.3 – Fotografia e sketch (3.2.3a) mostrando o escalonamento à esquerda de BD’s

simples com direção aproximadamente NS. Estas estruturas são interpretadas como R’, e

tardias com relação às BD’s secundárias que compõem o padrão R-P.

3.2.4. – Fotografia em detalhe de um cluster (BD secundária) formando uma zona de

banda de deformação, sem um padrão interno que possa ser individualizado.


37

P

R

Y

P Y

Y

Y

5 cm

Link

agem

Str

ain

Har

deni

ng

(

Stra

in S

ofte

ning

) - s

lip p

lane

s

Processos deDeformação

2

1

3

4

5

6

7

8

9

BD

’s S

ecun

daria

sB

D's

Sim

ples

R

R

P

P

R

Y

YP

5 cm

R’

R’

R’

R’

σ1 σ3

Figura 3.10 – Modelo sugerido para a seqüência de iniciação e propagação, em escala mesoscópica, das BD’s no arenito Açu, Bacia Potiguar. Na extremidade esquerda da figura o gráfico mostra os prováveis processos/mecanismos deformacionais envolvidos. Enquanto na extremidade direita tem-se a sugestão para o tensor principal.


38

3.4. Análise estrutural em micro-escala

A análise microestrutural das bandas de deformação (BD’s) foi realizada a partir de

seções delgadas devidamente orientadas, oriundas de amostras coletadas nas BD’s ao longo

da zona de danos (Figura 3.3). Análise em micro-escala abrangeu duas etapas distintas: a

identificação e caracterização das feições deformacionais, e a interpretação dos aspectos

(mecanismos/processos) deformacionais relacionados à formação das BD’s.

3.4.1. Identificação e caracterização das feições deformacionais

A caracterização das BD’s em microescala foi baseada na observação das feições de

deformação apresentadas entre os grãos da rocha, bem como os constituintes químicos

(cimento, preenchimento de microfraturas, etc).

Para a caracterização da deformação em microescala os dados obtidos são

analisados de forma qualitativa e semi-quantitativa. Os dados qualitativos foram extraídos

de observações em pontos específicos na seção delgada. Os dados semi-quantitativos foram

coletados de forma padronizada, no caso, foram realizadas scanlines representativas para o

conjunto total da seção delgada. Os resultados dos dados qualitativos observados em

microfotografias que serviram de base para formulação de modelos interpretativos. Os

dados semi-quantitativos foram tratados em laboratório e forneceram, através de gráficos,

parâmetros importantes da deformação microscópica.

Do ponto de vista de petrográfico, a rocha estudada é denominada quartzo arenito

conglomerático, é composta essencialmente por quartzo, monocristalino (70-80%) e

policristalino (3-5%) e K-feldspato (microclina) (5-10%), compostos químicos (cimento e

preenchimento) e “matriz tectônica” (5-10%), além de minerais opacos (traços). Os grãos

mostram-se arredondados, porém os fragmentos produtos da catáclase são angulosos a

subangulosas. A rocha apresenta-se pobremente selecionada, em uma textura grossa com o

tamanho médio dos grãos variando de 1,5 a 2,5 mm. Ocorrem porfiroclastos (tamanho

>3,5mm) predominantemente de quartzo monocristalino, porém ocorre, também, com

freqüência porfiroclastos de microclina. A presença destes porfiroclastos é importante na

caracterização do microfraturamento e dos aspectos de cominuição relacionados ao fluxo

cataclástico.

Foram coletados dados nas scanlines sobre tipo, orientação e preenchimento das

microfraturas, os quais serviram para a confecção de diagramas de rosetas que denotam as

principais direções das microfraturas. As scanlines na seção delgada foram dispostas

perpendicularmente à direção as BD de referência (Figura 3.11). O microfraturamento

apresenta uma forte distribuição de microfraturas em alto ângulo com a direção da BD

principal (130º Az). No diagrama da scanline 1 observa-se uma ampla distribuição na

orientação, onde podemos destacar três conjuntos principais: NW-SE (~320º Az), NNE-SSW


39

e ENE-WSW. A scanline 2 mostram apenas um conjunto bem proeminente com orientação

aproximadamente ESE-WNW (~110º Az). Para a scanline 3 ocorre três conjuntos bem

destacados: NW-SE (~330º Az), NNE-SSW (~15º Az) e E-W.

BD

N

n=107

N

n=91

N

n=129

BD

SCANLINE 1

SCANLINE 2

SCANLINE 3

PP

P

R

T

130º Az

scanline 3

scanline 2

scanline 1

60 mm

BD

R`

T

R`

TT

BD

Figura 3.11 – Diagramas de rosetas de microfraturas coletadas a partir de scanlines realizadas. A ilustração acima dos diagramas exemplifica a disposição espacial das scanlines nas seções delgadas estudadas. BD- Banda de deformação de referência (em cinza).

Os dados obtidos através das scanlines também forneceram subsídios para

formulação de gráficos que denotam alguns aspectos e parâmetros de deformação como

mostra a figura 3.12. O gráfico de densidade de deformação foi formulado a partir da

quantidade de microfraturas em intervalo determinado (10 mm) nas scanlines. Verificou-se

nesses gráficos, uma curva decrescente à medida que se afasta, da BD de referência,

denotando, então, uma maior concentração de microfraturas próximas da BD principal. As

curvas mostram também dois patamares distintos de densidade de deformação, sendo um

maior patamar principal a até aproximadamente 25 mm de distância da BD principal, e um

patamar secundário a partir desta distância (Figura 3.12, 27 mf/cm e 13 mf/cm,

respectivamente). No entanto, vale ressaltar que estas curvas obtidas não são

continuamente perfeitas, pois apresentam variações positivas e negativas restritamente

relacionadas a parâmetros microestruturais específicos. Portanto, o comportamento

decrescente das curvas descrito anteriormente é baseado no conjunto das curvas avaliadas

e reflete um comportamento geral das curvas (Figura 3.12).


40

PRANCHA 3.3

3.3.1 - Microfotografia mostrando fraturas curvas em porfiroclasto de quartzo (Qz) geradas

possivelmente por impactos entre os grãos no processo de cominuição (fraturas

conchoidais?). Nicóis X, luz transmitida.

3.3.2 - Microfotografia mostrando fraturas curvas em porfiroclastos de quartzo (Qz)

responsável pela fragmentação do grão. Notar a linkage de microfraturas intragranulares no

porfiroclastos (fraturas curvas ou junção de duas fraturas intragranulares?). Nicóis X, luz

transmitida.

3.3.3 - Microfotografia mostrando uma BD bordejando dois porfiroclastos de quartzo (Qz),

causando a fragmentação dos grãos. Observar o padrão de microfraturas produzidas no

porfiroclasto, com a re-priciptação de quartzo (ver sketch abaixo da microfotografia). Nicóis

X, luz transmitida.

3.3.4 - Microfotografia mostrando a linkage de duas microfraturas em um porfiroclasto de

microclina (Qz) como parte do processo de fragmentação dos porfiroclastos. Nicóis X, luz

transmitida.

3.3.5 - Microfotografia mostrando um grão de porfiroclasto de quartzo (Qz) apresentando

uma microfratura aberta em forma de V pelo efeito da introdução do fluxo cataclástico.

Notar as microfraturas intragranular tardias, causadas pelo fluxo cataclástico. Nicóis X, luz

transmitida.

3.3.6 - Microfotografia mostrando um porfiroclasto de microclina (Mi) fragmentado por

microfraturas. Notar que um dos fragmentos da microclina é deslocado devido a o impacto

de um grão de quartzo deslocado pelo fluxo cataclástico (ver esquema em detalhe). Nicóis

X, luz transmitida.


41

Os parâmetros microestruturais específicos causadores de anomalias no padrão de

microfraturamento, são relacionados principalmente a reologia, a disposição espacial e

propriedades mineralógicas (clivagem, geminação, etc) dos grãos do arcabouço envolvidos

na deformação. Dois exemplos bem representativos são demonstrados no gráfico de

densidade de deformação (Figura 3.12a) na scanline 1. Nesta scanline ocorrem duas

anomalias na curva (nos intervalos 27-31 mm e 43-50 mm) devido às propriedades

reológicas, e por sua vez é relacionada à variação mineralógica interceptada pela scanline. A

microclina é mineral menos competente a deformação do que o quartzo, predominante na

rocha. As anomalias referidas anteriormente são atribuídas à presença de grãos de

microclina apresentando poucas microfraturas e aspecto pulverulento formando uma matriz

caolinítica (Prancha 3.4, fotos 3.4.1 e 3.4.3). As microfraturas podem se orientar

preferencialmente paralelo à clivagem do mineral, no caso a microclina (porfiroclastos).

Estes parâmetros microestruturais são bastante relevantes, pois podem causar dificuldades

e até mascarar a interpretação de padrões microestruturais.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

10 20 40 50 60

scanline 1 scanline 2 scanline 30,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Ban

da d

e D

efor

maç

ão =

6.2

mm

Nº de m

icrofraturas (mf)

Tamanho m

édio da m

atriz (mm

)m

áximo

Distância da BD (mm)

erro analítico = 5%

variação = 10%

zona de cominuiçãode microclina

Porfiroclastode microclina

DENSIDADE DE DEFORMAÇÃO

INTENSIDADE DE COMINUIÇÃO

A

B

redu

ção

de 3

,3x

27mf/cm

13mf/cm

Figura 3.12 – Gráficos formulados a partir dos dados obtidos em scanlines realizada na seção delgada. Em (A) Relação entre a densidade de deformação (estimativa pelo numero de microfraturas) e a distância da BDP. (B) Relação entre a intensidade de cominuição (estimada pela granulometria da matriz tectônica) e a distância da BDP.

A cominuição é resultado dos processos de deformação que ocorrem relacionados à

formação em micro-escala das BD’s. O estudo microscópico revelou que próximo as BD’s os

processos de cominuição dos grãos são muito mais intensos. Isto se reflete na maior

presença de “matriz tectônica” próxima as BD’s e na observação da crescente redução do


42

tamanho dos grãos em direção a BD. Na figura 3.12b o gráfico de intensidade de

cominuição ilustra o poder de redução dos grãos da BD. Nesse caso específico, cerca de 60

mm de distância de uma BD de 6.2 mm de espessura tem-se uma matriz com tamanho

médio máximo superior a 1 mm, ou seja uma matriz relativamente grossa, enquanto que

nas adjacências desta BD tem-se em média os maiores grãos da matriz, com tamanho de

cerca 0,3 mm. Embora esta relação matemática demande maiores estudos para se testar

sua reprodutividade, é possível se ter uma estimativa sobre a capacidade de redução

(cominuição) de uma BD de cerca de 6,2 mm de espessura. A redução granulométrica é de

mais de 3 vezes ao longo de uma distância cerca de 10 vezes maior que a sua espessura

(Figura 3.12b).

A observação da cominuição em diferentes estágios desenvolvidos na BD e suas

adjacências reflete a variação na atuação e intensidade dos mecanismos de

microfraturamento com a influência do fluxo cataclástico. A figura 3.13 demonstra a

evolução da cominuição através de microfotografias que representam intervalos de distância

da BD de referência. Estas microfotografias exemplificam as diferenças na textura e

granulometria dos grãos do arcabouço com a crescente cominuição em direção a BD. Nota-

se que no intervalo de 6 cm (Figura 3.13, detalhe 6) de distância da BD (com espessura 1,3

mm) tem-se o apenas o microfraturamento dos grãos, principalmente dos porfiroclastos,

sem formação de “matriz tectônica”.

No intervalo de 5 cm se observa o microfraturamento mais intenso com

deslocamento dos grãos e a formação de núcleos de maior cominuição. Nos intervalos 3 e 4

cm, é notável a redução granulométrica e pode-se individualizar dois conjuntos

granulométricos representados por grãos maiores (porfiroclastos) e uma fração de menor

granulometria. Nos intervalos 1 e 2 cm, é visível a presença de alguns porfiroclastos

conjuntamente com uma fração granulométrica menor, angulosa, remanescente do

microfraturamento de grãos maiores. Estes dois conjuntos de grãos se mostram imersos em

uma “matriz tectônica” fina. A partir deste intervalo até a BD propriamente dita pode-se

observar claramente a forte influência do fluxo cataclástico que ocorre na menor fração

granulométrica, e se mostra importante no processo de cominuição dos porfiroclastos

remanescentes e na formação de “matriz tectônica”(Figura 3.13).


43

Figura 3.13 – Microfotografias exemplificando a cominuição dos grãos do arcabouço em intervalos de distância determinados em relação a uma BD de referência. O desenho no inferior esquerdo mostra a disposição dos intervalos na seção delgada.

3.4.2 – Feições deformacionais na escala de Grão

As principais feições deformacionais observadas nas seções delgadas analisadas

foram relacionadas aos mecanismos de microfraturamento, cominuição e fluxo cataclástico

que atuam em micro-escala.

O microfraturamento é representado por fraturas intra e transgranulares que

mostram feições características. As microfraturas intragranulares se apresentam tanto com

feições retilíneas paralelas a orientação das BD’s, bem como relacionadas a impactos de

grãos, ou com formas curvas (Prancha 3.3, fotos 3.3.1 e 3.3.2). Eventualmente, essas

fraturas mostram-se, também, em processo de linkage dentro de porfiroclastos, e podem

por vezes, aproveitar a clivagem dos minerais para se desenvolverem (Prancha 3.3, fotos

3.3.4 e 3.3.6).

Algumas microfraturas intragranulares se apresentam preenchidas pela re-

precipitação de quartzo (Prancha 3.3, fotos 3.3.3), e também, por hidróxido de Ferro

(Prancha 3.5, fotos 3.5.3 a 3.5.7). O fluxo cataclástico desempenha um importante papel no

desenvolvimento do microfraturamento. É comum, fraturas intragranulares com a abertura

em forma de V, pela introdução do material carreado pelo fluxo (Prancha 3.3, fotos 3.3.5).


44

PRANCHA 3.4

3.4.1 - Microfotografia mostrando porfiroclastos de microclina (Mi) sofrendo processo de

cominuição com a formação de argila caolinítica, no contato com porfiroclastos de quartzo

(Qz). Nicóis X, luz transmitida.

3.4.2 - Microfotografia mostrando porfiroclasto de microclina fragmentado por microfraturas

aproveitando a clivagem do mineral. Notar que as bordas angulosas dos fragmentos são

cominuídos pelo fluxo cataclástico, podendo causar a falsa impressão de deslocamento

relativo dos fragmentos (ver figura esquemática no detalhe). Nicóis X, luz transmitida.

3.4.3 - Microfotografia mostrando aspectos da cominuição de grãos de microclina (Mi)

(mineral mais susceptível a fragmentação por suas características reológicas) com a

formação de argila mostrando já alguns aspectos sericitização (Se). Nicóis X, luz

transmitida.

3.4.4 - Microfotografia mostrando a fragmentação de um porfiroclasto de quartzo (Qz).

Observar a forte influência do fluxo cataclástico no processo de cominuição, causando

deslocamento e rotação dos fragmentos (ver figuras esquemáticas 3.4.4a e 3.4.4b). Nicóis

X, luz transmitida.

3.4.5 - Microfotografia mostrando fraturas transgranulares observadas dentro de um BD

pelo alinhamento dos grãos cominuídos (Qz), e o corte em porfiroclastos maiores (Qz).

Nicóis X, luz transmitida.

3.4.6 - Microfotografia mostrando fraturas transgranulares mostrando um arranjo tipo

dominó em fragmentos de quartzo (Qz). Nicóis X, luz transmitida.


45

A abertura neoformada e preenchida pelo material ocasiona a formação de novas

microfraturas intragranulares que colaboram para o processo de cominuição do grão.

As microfraturas transgranulares são observadas, principalmente, pelo alinhamento

dos fragmentos (fabric) e como feições retilíneas em porfiroclastos (Prancha 3.4, fotos

3.4.2, 3.4.5 e 3.4.6). Estas microfraturas contribuem, no estágio inicial, para o

desenvolvimento do fluxo cataclástico pela dispersão e rotação dos fragmentos (Prancha

3.4, fotos 3.4.4; Prancha 3.5, foto 3.5.1). A microclina apresenta feições específicas na

deformação com formação de argilas (Prancha 3.4, fotos 3.4.1 e 3.4.3), reflexo

provavelmente da presença de fluidos.

O processo de cominuição, em geral, é o produto da ação dos mecanismos de

microfraturamento e fluxo cataclástico que se sobrepõem na formação de microfraturas

(trans ou intragranulares), proporcionando a redução granulométrica ao longo de bandas

com espessura milimétrica.

3.4.3 – Interpretação dos mecanismos de deformação em microescala

A compreensão do processo de deformação (abrangência, intensidade, etc.) na

escala de grão é de fundamental importância para a determinação do caráter selante ou

não-selante das estruturas, em relação à percolação de fluidos (p.e. petróleo).

A partir das observações, em diversas seções delgadas, dos aspectos deformacionais

descritos neste capitulo, são sugeridas aqui algumas hipóteses e modelos para o processo

de formação de BD’s desenvolvidas no arenito Açu. Um modelo esquemático é proposto na

figura 3.14. Neste modelo são ressaltados principalmente o mecanismo de

microfraturamento e o fluxo cataclástico como os responsáveis pela cominuição causada em

um BD.

A rocha (pós-litificação) (Figura 3.14, detalhe 1) apresentando alta porosidade e

cimentação incipiente, é submetida a uma compactação mecânica devido a esforços

tectônicos. Inicialmente, o strain seria por acomodação de espaço através do rearranjo dos

grãos e redução da porosidade (Figura 3.14, detalhe 2). Esta acomodação chegaria a um

limite em que a trama (arranjo, fabric) dos grãos se comportaria mecanicamente como um

só corpo e responderia a tensão de forma competente, onde os grãos passam a transmitir

stress, uns aos outros iniciando o microfraturamento (Figura 3.14, detalhes 3 e 4). Após o

início do microfraturamento os grãos respondem à tensão de maneira individual de acordo

com os seus parâmetros microestruturais.


46

PRANCHA 3.5

3.5.1 - Microfotografia mostrando fragmentos provenientes do processo de cominuição.

Notar o alinhamento dos fragmentos denotando microfraturas transgranulares com

cinemática dextral, observada pela rotação dos fragmentos (ver figura esquemática 3.5.1a,

e detalhe). Nicóis X, luz transmitida.

3.5.2 - Microfotografia do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura) mostrando aspectos

do preenchimento das microfraturas por precipitação de quartzo relacionado ao processo de

cominuição dos grãos.

3.5.3 - Microfotografia do MEV mostrando o preenchimento de hidróxido de Ferro nas

microfraturas.

3.5.4 - Microfotografia do MEV mostrando em maior detalhe aspectos do preenchimento por

hidróxido de Ferro de microfraturas.

3.5.5 - Microfotografia do MEV mostrando fragmentos relacionados ao processo de

cominuição, cimentados por hidróxido de Ferro.

3.5.6 – Microfotografia do MEV mostrando em detalhe da morfologia dos cristais de

hidróxido de Ferro, como preenchimento de microfraturas.

3.5.7 - Microfotografia do MEV mostrando em detalhe de uma microfratura preenchida por

hidróxido de Ferro.


47

Neste momento, a intensidade da cominuição dos grãos passa a ser em um primeiro

estágio, função de suas características, tais como a reologia do mineral e a orientação das

microfraturas iniciais. A redução granulométrica de uma parte dos grãos alimente e facilita o

fluxo cataclástico. A atenuação deste fluxo seria de fundamental importância na cominuição

por impacto dos fragmentos resultando em microfraturas intragranulares (Figura 3.14,

detalhes 5 e 6).

Qz

QzMi

BD

11 2 13

14 15 16

17 18 19

estágio inicial compactação fraturas intragranulares

fraturas transgranulares

estágios de individualização de bandas de deformação

rotação e dirpersão dos fragmentos

0,25 mm

0,25 mm

Mi

Qz

Qz

Figura 3.14 – Seqüência esquemática do processo de deformação frágil em microescala para a formação de uma BD. As setas ( ) indicam um sentido hipotético do fluxo cataclástico. BD – Banda de Deformação.

Os impactos e a fricção causados pelos grãos resultariam na formação de fraturas

intragranulares e por fim a cominuição dos fragmentos (Figura 3.14, detalhes 7 e 8). O

fluxo cataclástico assumiria o papel principal na deformação intensificando, a rotação de

grãos/fragmentos e atuando em microfraturas abertas pelo fluxo (microfraturas

intragranulares devido ao impacto de grãos, etc.) (ver pranchas 3.3 e 3.4). Por fim, este

quadro evoluiria em determinadas regiões mecanicamente favoráveis da trama granular até

a formação de uma porção de alta concentração de cominuição originando a BD (Figura

3.14, detalhes 9).


48

A percolação de fluido preenchendo microfraturas por óxidos/hidróxidos de Ferro,

ocorreria possivelmente em diversos momentos (sugerindo que pelo menos em algum

estágio de desenvolvimento estas estruturas não eram selantes) mais intensamente na fase

final da deformação. A precipitação, (principalmente de quartzo) (ver prancha 3.3, foto

3.3.3) ocorreria nas etapas iniciais como resultado da compactação mecânica e do

mecanismo de microfraturamento, atestando a atuação do mecanismo de transferência de

massa por difusão (dissolução e precipitação do quartzo) em microfraturas (Figura 3.14,

detalhes 2 a 4).

A disposição geométrica e orientação do microfraturamento mostram arranjo das

microfraturas (Figura 3.11) que pode ser sugestiva a uma disposição similar do sistema

conjugado R-P de Riedel (Figura 3.10). Sendo assim, poderia haver a possibilidade de um

downscaling entre o padrão R-P nas BD’s em escala mesoscópica e sua repetição com

microfraturas na escala microscópica, porém para confirmação desta hipótese é preciso

mais estudos, principalmente com dados quantitativos sobre o microfraturamento.

3.5. Considerações

As estruturas estudadas neste capítulo tratadas como BD’s, mostraram, como quase

tudo na natureza, seguir um padrão no arranjo geométrico de iniciação e propagação, em

escala mesoscópica. Este arranjo geométrico foi determinado pelo tipo de deformação

sendo regido por mecanismos de deformação específicos. O padrão escalonado das

estruturas estudadas e o arranjo interno das BD’s foram interpretados como compatível

com o modelo sistema sintético (R-P) durante uma cinemática trancorrrente dextral

(provavelmente com componente de achatamento). Neste contexto é sugerido um tensor

regional (σ1R) de máxima compressão horizontal e com orientação próximo a NS (NNW-

SSE) (Figura 3.15).

Dentro do contexto regional, este tensor poderia sugerir uma correlação com o

sistema dextral da Falha de Afonso Bezerra, que é uma estrutura bastante relevante no

contexto da Bacia Potiguar, localizado a nordeste o Aaç. O tensor sugerido neste capitulo

para a deformação no arenito Açu por BD’s poderia ser compatível, com pelo menos, a

reativação deste sistema de falhas transcorrente.

O estudo microestrutural serviu para revelar as feições deformacionais e estimar a

atuação dos mecanismos de deformação atuantes na formação de BD em quartzo arenitos

mal selecionados. Este tipo de rocha mostrou através da análise seções delgadas, BD’s com

forte cominuição dos grãos devido principalmente ao mecanismo de microfraturamento e o

desenvolvimento de fluxo cataclástico. A partir de análises semiquantitativas o estudo

microscópio apresentou dados preliminares que poderiam conduzir para uma possível

correlação de escala entre o arranjo geométrico mesoscópico das BD’s e um padrão de

microfraturamento responsável por sua formação.


49

Figura 3.15 – Modelo tridimensional esquemático mostrando o pacote arenítico poroso com a distribuição das BD’s estudadas neste capítulo. Notar a disposição espacial das feições sedimentares e sugestão de orientação dos principais tensores de deformação regional.

0,5 m

1r

3r

1 m

σ

σ

Ferreira, T S Capítulo 4 Estudo do caso na Formação Serraria, Bacia Sergipe-Alagoas

50

Capítulo 4

Estudo do caso na Formação Serraria, Bacia Sergipe-Alagoas

4.1. Localização e contexto geológico

A Bacia de Sergipe-Alagoas está localizada no nordeste do Brasil ocorrendo ao longo

de uma estreita faixa na planície costeira dos Estados de Sergipe e Alagoas (Figura 4.1). As

principais feições estruturais da bacia são relacionadas às atividades tectônicas que

afetaram a região no processo de rifteamento que ocorreu entre a América do sul e África

no eo-Cretáceo.

Fazenda Pedra da Onça

FALH

A DA FA

Z.

PEDRA DA O

NÇA

FALH

A

MAL

HADA

DO

S BO

IS

FALH

A

DE BATIN

GA

A B

AB

AB

B A

Ase

Embasamento

Fm. Serraria

Fm. Barra de Itiuba

Fm. Penedo

Fm.Rio Pitanga

Fm.Barreiras

Eocr

etác

eoTe

rc.

Pré

0 2,5 Km

Contato A B Falha observável

Falha InferidaA-alto , B- baixo

730000

8840

000

AB

BRASIL

BACIA S

ERGIPE-A

LAGOAS

ARACAJU

MACEIÓ

Rio São Francisco

Alto de Maragogi

20 Km

LEG

END

A

Malhadados Bois

N

N

Embasa

mento

Cris

talino Oce

ano

Atlânt

ico

Figura 4.1 – Mapa de localização da bacia de Sergipe-Alagoas, e contextualização geológica do afloramento estudado (denominado Ase). Base geológica modificada de Destro et al. (1990).


51

A Bacia de Sergipe-Alagoas forma um rift assimétrico cujos limites são, o alto de

Maragogi, a norte, e o sistema de falhas de Vaza-Barris a sul, que a separa das bacias de

Pernambuco-Paraíba e Jacuípe. As sub-bacias de Sergipe e de Alagoas são separadas por

importantes descontinuidades estruturais e estratigráficas (Feijó & Vieira, 1990; Feijó,

1992).

No contexto da Bacia a área de estudo localiza-se na borda oeste, marcada por três

feições estruturais de grande destaque no âmbito regional: no sudoeste a Falha de Malhada

dos Bois, no centro a Falha da Fazenda da Pedra da Onça e no nordeste da área a Falha de

Batinga, delineando o limite da bacia com os metassedimentos do embasamento indiviso

(Figura 4.1).

Regionalmente, a área apresenta falhas de regime distensional com estiramento

crustal de direção NW-SE. Contudo, localmente ocorrem falhas de transferência, além das

falhas de alívio, que apresentam um comportamento transcorrente com resultante oblíqua.

Em planta pode-se observar a disposição das Falhas de Malhada dos Bois e Fazenda Pedra

da Onça en échelon, contudo a rampa de conexão entre as falhas foi destruída por falhas de

transferência (Destro et al., 1990).

Em detalhe, a área estudada esta localizada nas proximidades do município de

Malhada dos Bois (Figura 4.1). É cortada por sistemas de falhas com direção aproximada

N35E, que afetam também o embasamento e rochas pré-rifte (Formações Batinga, Aracaré,

Bananeiras e Serraria), além das seqüências sin-riftes (formações Barra do Itiúba, Penedo,

Rio Pitanga e o Membro Morro dos Chaves). Essas falhas são do tipo lístricas e apresentam

características de grande variabilidade no rejeito ao longo da extensão do plano de falha

(Destro et al., 1990).

O caso estudado é composto de um afloramento de arenito da Formação Serraria

(Ase) que apresenta bandas de deformação como resposta aos esforços regionais. A

Formação Serraria denominada por Perrella et al. (1963), recebeu seu nome da pequena

vila homonima, no sul de Alagoas. Possui uma espessura média de 100 metros sendo

constituída por arenitos de granulação grossa com estratificação tabular e acanalada. Estes

arenitos são relativamente pobres em fósseis, porém localmente contem grandes troncos

fossilizados de coníferas (agathoxylon denderi). Esta Formação é datada do Neojurássico ao

Eocretáceo através de ostracodes não-marinhos. Os sedimentos são interpretados como

sendo depositado em um sistema fluvial tipo braided, por vezes, com retrabalhamento

eólico. A Formação Serraria é correlata a Formação Sergi das Bacias de Tucano e do

Recôncavo. Os arenitos da Formação Serraria formam alguns dos reservatórios mais

produtivos na bacia de Sergipe-alagoas (Azambuja Filho et al., 1998).

No contexto tectônico regional o Ase está localizado próximo a Falha de

transferência entre as falhas de bordas denominadas de Pedra da Onça e Malhada dos Bois.

Estas falhas tem direção NE-SW sendo formado principalmente por um sistema de falhas

normais que controlaram a compartimentação da Bacia Sergipe-Alagoas, conjuntamente

com falhas de transferência.


52


O presente capítulo trata da análise estrutural da deformação frágil que ocorre em

arenitos porosos pertencentes à Formação Serraria (bacia Sergipe-Alagoas). A deformação

é representada principalmente por bandas de deformação, e subordinadamente por juntas

tardias, entretanto este capítulo dará ênfase à caracterização das bandas de deformação.

As bandas de deformação (BD’s) ocorrem em diversos pontos da Formação Serraria

aflorante (Figura 4.1), porém muitos deles apresentam-se em afloramentos pouco

representativos para um estudo sistemático de detalhe. Este estudo é baseado em um

afloramento-chave que ocorre na margem oeste da bacia Sergipe-Alagoas, próximo à sede

do município de Malhada dos Bois. O afloramento, aqui denominado afloramento-Serraria

(Ase) corresponde à exposição em planta de arenito conglomerático com dimensões

aproximadas de 70m x 15m (Prancha 4.1, foto 4.1.1). Este arenito apresenta estratificações

cruzadas acanaladas com níveis conglomeráticos na base dos foresets e topsets (Prancha

4.2, foto 4.2.4). As estratificações acanaladas denotam direção de paleocorrente para

nordeste. As bandas de deformação ocorrem cortando todas as estruturas sedimentares.

De forma geral, as bandas de deformação ocorrem com espessuras que variam 0,2 a

23 cm, e comprimento observável da ordem de 8m a 20m. Estas BD’s têm orientação

preferencial NNE-SSW, e subordinadamente, NE-SW. É comum presença de clusters

resultantes da aglomeração de várias bandas de deformação milimétricas (>0,1mm). Estes

clusters mostram uma forma interna ligeiramente anastamosada, porém apresentando uma

feição externa bastante retilínea. As BD’s ocorrem preferencialmente com mergulhos

médios a fortes, embora alguns sets apresentem mergulhos fracos. Estes planos são

facilmente observáveis devido à erosão diferencial, que preservam as bandas, por sua maior

resistência ao intemperismo.

A presença de estrias na escala mesoscópica visíveis ocorre, com maior freqüência,

em planos de espessura centimétrica (>1,0 cm) (Prancha 4.1, fotos 4.1.2 e 4.1.3). Foi

verificada a presença de duas estrias, uma de alto rake e mergulho médio de 35° a 40°, e

outra de baixo rake e mergulho de 05° a 10°. A cinemática das BD`s pode ser obtida

principalmente, pelo deslocamento relativo de outras BD’s, e outros marcadores

sedimentares com níveis conglomeráticos, por exemplo. Os deslocamentos, entretanto, são

de pequenas dimensões. A ocorrência de juntas relacionadas às BD’s é interpretada como

um estágio tardio ou posterior à formação das BD’s, devido a feições sistemáticas de

deslocamento relativo com as BD’s.


A análise estrutural em escala mesoscópica, a exemplo do capítulo anterior, também

será também apresentada de forma a representar as duas etapas: a caracterização das

BD’s e a interpretação geométrica das BD’s.


53


As BD’s apresentam-se, em escala mesoscópica, como superfícies de espessura que

varia de 0.1 cm a 22 cm, por vezes formando clusters contendo diversas bandas de

deformação, por vezes, bem individualizadas. Para este estudo foi tomada como referência

uma BD principal (BDP) por ter a feição mais relevante no Ase, na ausência de uma falha

mais importante.

O afloramento foi explorado através de três scanlines que serviram de base para a

coleta dos dados das BD’s (Prancha 4.1, foto 4.1.1). As BD’s secundárias apresentam-se

preferencialmente distribuídas paralelamente a BDP, com direção variando no quadrante

NE-SW.

A BDP é um cluster com textura predominantemente compacta, se apresenta com

contorno encurvado, com direção média de 030º Az e mergulho médio de 40º para NE. Esta

mostra estrias bem conservadas com atitude média de 37º/128º Az. É a feição estrutural

mais relevante com espessura média de 9 cm e comprimento observável de até 20 m

(Prancha 4.1, foto 4.1.2).

As BD’s secundárias correspondem a clusters compostos por bandas de deformação

individualizadas ou não, que se mostram com feições bastante relevantes no Ase, com

espessura de 1 cm até clusters de 23 cm. Estas BD’s têm mergulho médio a forte e são

reconhecidas estrias. As estrias mostram alto rake e mergulho médio de 34º a 45º. Estas

BD’s apresentam com a forma externa bastante retilínea e internamente mostram-se de

forma compacta ou, em alguns casos, apresentam um caráter anastomosado composto por

BD’s simples. Essas BD’s possuem mergulhos médios a fortes (Figura 4.3) e portam duas

estrias, uma de alto rake (mergulho de 35°-40°), e outra de baixo rake ( mergulho de 05°-

10°) (Prancha 4.1, fotos 4.1.2 e 4.1.3), esta última sendo mais jovem, o que indica uma

movimentação transcorrente superimposta a movimentação normal (esse fato será

abordado mais adiante neste capítulo).

As BD’s simples são BD’s compostas por um banda de deformação singular

individualizada em escala mesoscópica, apresentando espessura de 0,1 a 0,8 cm. Estas

BD’s, em geral, raramente mostram estrias e se apresentam de forma externa curvilínea

com caráter anastomosado ou com forma retilínea, por vezes, escalonadas. Ocorrem

dispersas por todo Ase entre as BD’s secundárias e possuem comprimento observável de

até poucos metros. Estas BD’s mostram-se, por vezes, de forma curvilínea em mergulhos

sub-horizontais.

O estudo sistemático das estruturas existentes no afloramento foi realizado através

de três scanlines perpendiculares à direção média da BDP. O objetivo foi obter dados de

forma sistemática e representativa de toda a zona de danos.


54

n=180

N

R’

R

Figura 4.2 – Diagrama de rosetas das BD’s apresentando a orientação das BD’s interceptadas pelas 3 scanlines. Notar a distribuição das orientações das BD’s com relação a BDP, com dois conjuntos bem distintos (NNE-SSW e NE-SW) com as respectiva cinemática observadas.

A partir dos dados integrados das 3 scanlines, pode-se verificar a existência de picos

de concentração em algumas orientações preferenciais (Figura 4.2). É possível distinguir

dois conjuntos principais: um de orientação média NNE-SSW, e um outro E-W. O primeiro

conjunto coincide com a orientação BDP e possui a mesma cinemática de falha normal

apresentando estrias de alto rake, com deslocamento dextral, subordinado. O outro

conjunto E-W, apresenta cinemática predominantemente sinistral, e subordinadamente

dextral, a partir do deslocamento relativo das BD’s.

O estereograma com as curvas de densidade mostrado na figura 4.3 apresenta a

predominância de BD’s com direções variando dentro dos quadrantes NE-SW, com

mergulhos preferencialmente fortes, e raramente sub-horizontais. Os mergulhos dos planos

são predominantemente para SE (com mergulhos médios a fortes) e subordinadamente

para NW (ângulos fortes a vertical).

Novamente nenhuma correlação entre os dados de concentração máxima dos pólos

das BD’s a distribuição proposta pelo método de Wilson et al. (2003) descrito no capítulo

anterior. Porém, neste caso, se observa uma concentração considerável dos pólos das BD’s

coincidente com um crescimento por fadiga com deslizamento em superfície irregular e

frágil (Figura 4.3, ver quadro abaixo do estereograma). Esta observação poderia sugerir,

pelo menos, uma tendência a este tipo de mecanismo para o crescimento da BDP.


55

N

N=180

BDP

e

Andersoniano (20º)






N

Falha Principal


e

b

P

e

Figura 4.3 – Estereograma das BD’s que compõem as três scanlines relacionada a BDP. Neste estereograma é mostrado a BDP (grande círculo, e pólo - P) seu respectivo vetor de deslocamento (estria- e), relacionando as curvas de contorno (BD’s da zona de danos). Segundo Wilson et al. (2003) é possível prever o mecanismo de crescimento de uma falha a partir da distribuição das estruturas que formam a zona de danos. (ver explicação no texto). (b) – eixo b.


A distribuição da variação na espessura média das BD’s em função da distância da

BDP, também foi estudada a partir de dados levantados pelas scanlines. A figura 4.4 mostra

a distribuição de cada BD e sua respectiva espessura ao longo das scanlines. Os gráficos

mostram a predominância de BD’s simples (espessura de < 1,0 cm) ocorrendo quase que

homogeneamente em toda scanline. Algumas concentrações anômalas ocorrem próximas as

BD’s secundárias (espessura > 1,0 cm). Estas concentrações podem ser observadas (nos

intervalos 2 a 3 m, 3 a 4 e 4,5 a 5 m) na scanline 2 e na scanline 3 (intervalo 10,5 a

11,3m) (Figura 4.4); onde ocorrem concentrações da BD’s simples nas adjacências de BD’s

secundárias. Isto sugere o processo de acumulação de BD’s simples para o desenvolvimento

de BD’s secundárias. Outra consideração é a observação de planos de deslizamento (slip

plane) em BD’s secundárias com espessura < 2,0 cm, bem próximo a BD’s com maior

espessura (> 4 cm) e apresentando slip planes denominadas como BDP e BDP2, (Figura 4.4,

scanlines 1 e 3). Esse fato sugere que embora esses planos não apresentem rejeitos

visíveis, a mudança dos mecanismos de strain hardening para strain softening pode não ser

tão tardio em relação ao desenvolvimento de clusters (BD’s secundárias) que venham a

nuclear falhas.

Este gráfico mostra ainda que as BD’s secundárias (espessura > 1 cm) têm

distribuição irregular com seis estruturas relevantes (com espessura variando de 2,5 a 22

cm), sendo cinco delas relacionadas a concentrações anômalas de BD’s simples (Figura 4.4,


56

nas scanlines 2 e 3). Por fim, outro importante dado que pode ser visualizado nestes

gráficos, é a observação que planos de deslizamento ocorre independente a espessura da

BD, tanto em bandas secundárias (clusters) quanto em BD’s simples, porém com a ressalva

de que os slip planes em BD’s simples ocorrem associados à slip planes em BD’s

secundárias bem desenvolvidas (com espessura maior que 5 cm) (Figura 4.4).

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

55,5

66,5

77,5

8

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

02468

10121416182022

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

0123456789

101112131415161718

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5

(BDP)sp sp

sp

sp

sp - slip planeSCANLINE 1

SCANLINE 2

SCANLINE 3

sp sp

sp

(BDP )2

(BDP )2

(BDP )2

Distância da (m)BDP2

Distância da (m)BDP2

Distância da BDP (m)

Espe

ssur

a da

BD

(cm

)

SE NW310º Az

Figura 4.4 – Dados de espessura das BD’s coletados a partir das scanlines realizada no Ase. Os gráficos mostram as curvas das espessuras das BD’s vs a distancia relativa da BDP. Para as scanlines 2 e 3, foi tomada a BDP2 (mostrada na scanlines 1) com referência devido a BDP se apresenta encoberta pelo solo.

A figura 4.5 apresenta de forma esquemática e simplificada a posição relativa e dos

dados coletados nas scanlines, possibilitando a correlação dos dados entre as scanlines.

Observa-se a partir do diagramas de rosetas de cada scanline variações na orientação

Ferreira, T S Capítulo 4 Estudo do caso na Formação Serraria, Bacia Sergipe-Alagoas (RN)

57

Figura 4.5 – Desenho esquemático apresentando a posição relativa e alguns dados coletados das scanlines realizadas no Ase, Observar a distribuição das BD’s ao longo das scanlines e as concentrações anômalas de BD’s simples, em posições correlacionáveis entre as scanlines. Notar a predominância de BD’s com orientação média NE-SW, todavia atentar para dois conjuntos subordinados: um de orientação média NNE-SSW, o qual ocorre bem marcado nos diagramas de roseta das scanlines 1 e 2; e o outro de orientação aproximadamente E-W, bem marcado no diagrama da scanline 3. fkdfodfodfodfodfdoifdoifhodfodfodfodfdofd

02468

101214161820

7

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

3,7 4,2 4,7 5,2 6,2 6,7 7,7 8,7 9,2 9,7 10,2 10,7 11,2 11,7 12,2 12,7 13,2 13,7 14,2 15,2 15,7

20 m

32 m

BDP

slip plane

6

5

4

3

2

1

9

18

15

6

4

21

SCALINE 2

SCALINE 1

SCALINE 3

NW

SE

BDP2

310º Az

Distância da BDP (m)

slip planeslip plane slip plane

slip plane slip plane

Esp

essu

ra d

a B

D (

cm)

n=30n=81

N

N

n=69


58

das BD’s. É mostrado três conjuntos distintos, sendo dois de orientação NE-SW ( ocorre na

scalines 1 e 2), e um outro de orientação E-W que se apresenta de forma peculiar apenas

na scanline 3, e possui cinemática predominantemente sinistral. O diagrama de rosetas da

figura 4.2 que apresenta o resultados da orientação de todas as BD’s coletadas nas

scanlines, ressalta os conjuntos vistos separadamente nas scanlines 1 e 2 (conjuntos NNE-

SSW e NE-SW, dextrais) e oblitera o conjunto E-W (sinistral) somente observado na

scanline 3.


Os dados coletados no afloramento Ase foram organizados na forma de tabelas

representadas por atributos específicos para, enfim, a formulação de gráficos (log10 - log10).

Os principais atributos das BD’s utilizados no tratamento estatísticos, foram os

relacionados à disposição espacial das BD’s dentro da zona de danos (espaçamento,

freqüência cumulativa, número de BD’s), estes correlacionados a um atributo físico singular

a cada BD (espessura da BD), como parâmetro de deformação. A não utilização do

parâmetro de comprimento se deve a dificuldade de se determinar o real tamanho das BD’s,

muitas se prolongam além da área de rocha aflorante. O processo de coalescência das BD’s

simples para formação de clusters também dificulta a individualização das terminações das

BD’s.







estatisticamente a correlação destes atributos para o caso estudado.

Esse tipo de análise possibilita, portanto, a predição de um atributo em função de um

outro, e denota um arranjo homogêneo e regular na distribuição das BD’s dentro da zona de

danos. Como exemplo, de acordo com o gráfico a, da figura 4.6, a espessura de uma BD,

seria correlacionável com o número de BD’s dentro da zona de danos estudada, segundo a

equação N=5,4 E –1,0 (onde, N=numero de BD’s, E=espessura da BD), ou seja, pode-se

predizer que haveria exatamente 54 BD’s com 0,1 cm. Este valor corresponde a menor

espessura e mais freqüente encontrada (BD’s simples), dentro da zona de danos e

correspondem a (54/180) 30 % das BD’s (Figura 4.6). Ainda segundo esta metodologia esta

BD’s 0,1 cm teriam um espaçamento médio de 8 cm.


59

PRANCHA 4.1

4.1.1 – Fotografia mostrando uma visão geral de parte do afloramento Ase, com a

disposição das BD’s.

4.1.2 – Fotografia mostrando uma visão geral da BDP. Notar o padrão curvilíneo do plano

de deslizamento (falha) que mostra estrias predominantemente de alto rake. O cabo do

martelo aponta para o norte.

4.1.3 – Fotografia mostrando estrias de baixo rake mergulhando para sul na BDP,

sugerindo um evento transcorrente posterior ao deslocamento principal normal.

4.1.4 – Fotografia e sketch (4.1.4a) mostrando BD’s (clusters) pertencentes a conjunto de

orientação NNE-SSW, apresentando um padrão no arranjo interno bem definido.

4.1.5 – Fotografia mostrando uma BD secundária pertencente ao conjunto principal de

orientação NE-SW, deslocada por BD’s simples de orientação E-W e cinemática sinistral.


60


4.3.3. Interpretação da disposição geométrica das BD’s

A análise mesoscópica das BD’s do afloramento Ase revelou que estas BD’s

apresentam alguns padrões geométricos de inter-relação. Esses padrões geométricos estão

correlacionados a processos de propagação das BD’s, principalmente pelo processo de

linkage. As zonas de linkage entre as BD’s mostram feições características com interação e

formação de novas BD’s formando pontes entre as BD’s precursoras (Prancha 4.2). O

deslocamento relativo que ocorre entre as BD’s dentro das zonas de linkage denota uma

formação contemporânea das BD’s, com deslocamento de um conjunto de BD’s de mesma

orientação em função de outro, e vice-versa. No entanto, há uma cinemática predominante

para cada conjunto. Os conjuntos descritos anteriormente (Figura 4.5, ver estereogramas)

0,1 1

1

10

núm

ero

deBD

´s

espessura da BD (cm)

N= 5,4 E -1,0

0,1 1

0,1

1

10

Freq

uênc

iacu

mul

ativ

a(/m

)


F= 0,4 E -1,5

0,1 10,1

1

10

Espa

çam

ento

Méd

io(/m

)

Espessura da BD (cm)0,1 1 10

0,1

1

10Es

paça

men

toM

édio

(/m)


EM= 2,6 E 1,5 EM= F -1,0

a) b)

c) d)

R =0,932 R =0,972

R =0,972 R =1,002


61

PRANCHA 4.2

4.2.1 – Fotografia e sketch (4.2.1a) mostrando a interação de BD’s simples na zona de

linkage entre BD’s secundárias de orientação NE-SW denotando uma cinemática dextral.

4.2.2 – Fotografia e sketch (4.2.2a) mostrando a interação de BD’s simples na zona de

linkage entre BD’s secundárias de orientação NE-SW. Notar o deslocamento relativo das

BD’s simples dentro da zona de linkage.

4.2.3 – Fotografia e sketch (4.2.3a) mostrando a inter-relação de dois conjuntos de

direções NNE-SSW e ESE-WNW.

4.2.4. – Fotografia e sketch (4.2.4a) mostrando a inter-relação de dois conjuntos de

direções NE-SW e E-W. Observar o deslocamento sinistral do conjunto NE-SW realizado pelo

conjunto de direção E-W. Notar, também, a ocorrência de deslocamento centimétricos, de

cinemática dextral, no acamamento sedimentar (S0) pelo conjunto principal de orientação

NE-SW.


62

NE-SW, NNE-SSW e subordinadamente o E-W, mostram cinemática predominante, além de

uma inter-relação bem marcada.

O conjunto de BD’s principal de orientação NE-SW, composto BD’s simples (Prancha

4.2, foto 4.2.1) ou secundárias (clusters). Esses últimos portam estrias de alto rake,

interpretadas como falhas normais. Esse processo é bem marcado na área estudada.

(Prancha 4.1, fotos 4.1.2).

Associado a este conjunto principal (NE-SW), do qual pertence a BDP, ocorrem BD’s

disposta de forma correlacionáveis com um padrão de Riedel, considerando o evento

direcional dextral apresentado pelo conjunto NE-SW (BDP) (Prancha 4.2, fotos 4.2.1, 4.2.2

e 4.2.3). O diagrama de rosetas da figura 4.2, mostra um arranjo que parece compatível

para um sistema principal de cinemática dextral, onde o conjunto de BD’s com cinemática

antitética (conjunto E-W) poderia ser interpretado como estruturas R’, e o conjunto de BD’s

sintético, com orientação NE-SW próxima a orientação da BDP poderia ter funcionado como

R. O outro conjunto que ocorre no afloramento tem caráter sintético dextral com orientação

NNE-SW (Prancha 4.1, foto 4.1.4), porem não se enquadraria neste sistema de Riedel.

O conjunto E-W pode ser interpretado como tardio no sistema principal dextral, pois

apresenta predominantemente deslocando as BD’s do conjunto principal de orientação NE-

SW (Prancha 4.1, foto 4.1.5 e Prancha 2, foto 4.2.4).

4.4. Análise Estrutural em Micro-escala

A análise microestrutural das bandas de deformação (BD’s) foi realizada a partir de

seções delgadas devidamente orientadas de amostras coletadas nas BD’s ao longo da zona

de danos. Análise em micro-escala abrangeu duas etapas distintas: a identificação e

caracterização das feições deformacionais, e a interpretação dos aspectos

(mecanismos/processos) deformacionais relacionados à formação das BD’s.

4.4.1. Identificação e Caracterização das Feições Deformacionais

A caracterização das BD’s em microescala foi baseada na observação das feições de


(cimento, preenchimento de microfraturas, etc). Para caso a metodologia utilizada foi a

mesma descrita no capítulo anterior.

Petrograficamente, a rocha é um quartzo arenito conglomerático, é composta

essencialmente por quartzo monocristalino (90-95%), compostos químicos (cimento e

preenchimento) e “matriz tectônica” (<10%), além de minerais opacos (traços). Os grãos


sub-angulosas. A rocha apresenta-se bem selecionada, em uma textura média com o

tamanho médio dos grãos variando entre 0,25 e 1,0 mm. Ocorrem porfiroclastos (tamanho

>1,0mm), predominantemente de quartzo monocristalino.


63

PRANCHA 4.3

4.3.1 – Microfotografia de uma BD com grãos remanescentes (QZ) a cominuição no seu

interior. Observar o caráter retilíneo de um de seus limites da BD (fraturas transgranular) e

a forte redução granulométrica produzida pela cominuição dentro da BD. Nicóis X, luz

transmitida.

4.3.2 – Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz) na borda de uma

BD. Nicóis X, luz transmitida.

4.3.3 - Microfotografia mostrando a inter-relação de duas BD em micro-escala. Notar os

grãos remanescentes (Qz) da cominuição dentro das BD. Nicóis X, luz transmitida.

4.3.4 – Microfotografia mostrando uma BD de forma curvilínea. Notar a compactação do

arranjo de grãos nas adjacências a BD. Nicóis X, luz transmitida.

4.3.5. – Microfotografia de uma BD com grãos remanescentes (Qz) a cominuição no seu

interior. Observar o caráter retilíneo de uma das bordas e o desprendimento de grãos do

arranjo compactado na outra. Nicóis X, luz transmitida.

4.3.6 - Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz) na borda de uma

BD. Observar o desprendimento de grãos do arranjo compactado pela BD. Nicóis X, luz

transmitida.

4.3.7 - Microfotografia mostrando o aspecto geral do arranjo compactado dos grãos (Qz).

Observar a presença de microfraturamento intragranular e contatos côncavo-convexos, os

quais propiciam a dissolução e precipitação de quartzo entre os grãos, servindo de cimento

no processo de compactação do arranjo de grãos. Notar a fraturas transgranulares (seta

amarela). Nicóis X, luz transmitida.

4.3.8 - Microfotografia mostrando o aspecto geral do interior de uma BD. Observar a

presença de grãos maiores (porfiroclastos) (Qz) imersos em “matriz tectônica”, formada

pela forte cominuição dos grãos. Notar, também, o alinhamento de alguns grãos dentro da

BD denotando fraturas transgranulares (seta amarela). Nicóis X, luz transmitida.


64

4.4.2. Feições deformacionais na escala de grão

A análise na escala dos grãos constou da observação e caracterização das feições

deformacionais que ocorrem relacionadas com as BD’s. As principais feições observadas

foram relacionadas aos mecanismos de microfraturamento com a cominuição grãos

observadas em micro-escala.

De forma geral as BD’s se apresentam em micro-escala com zonas de cominuição

dos grãos com bordas bastante retilíneas, e raramente BD’s curvas (Prancha 4.3, fotos

4.3.1, 4.3.2, 4.3.3, 4.3.4 e 4.3.6). AS BD’s se mostram bordejadas por um arranjo

compacto de grãos, por vezes é observado o deslocamento de grãos das bordas,

pertencentes ao arranjo compacto, para dentro da BD (Prancha 4.3, fotos 4.3.1, 4.3.2,

4.3.3 e 4.3.4). Também, pode ser observado grãos remanescentes a cominuição dentro da

BD (Prancha 4.3, fotos 4.3.1 e 4.3.5).

A compactação do arranjo de grãos se apresenta como fator primordial para o

desenvolvimento do microfraturamento, aliado ao processo de cimentação dos grãos pela

re-precipitação de quartzo. A compactação da rocha ocasiona a formação de contatos

côncavo-convexo, e causa a formação pontos de alta pressão, onde ocorreria a dissolução

do quartzo e precipitação em zona de menor pressão (p.e. porosidade) (Prancha 4.4, foto

4.4.1, 4.4.2 e 4.4.3).

O microfraturamento se apresenta como microfraturas intra e transgranulares. As

microfraturas intragranulares se apresentam como as estruturas precursoras no

desenvolvimento das BD’s. As microfraturas intragranulares observadas resultam da

interação dos grãos do arcabouço, devido atuação da compactação mecânica da rocha

(Prancha 4.4, fotos 4.4.2 e 4.4.2a).

As microfraturas transgranulares são observadas, principalmente por feições

retilíneas que cortam e/ou alinham os grãos tanto no arranjo compactado quanto dentro da

BD (Prancha 4.3, fotos 4.3.7 e 4.3.8). Estas contribuem, em um estágio inicial, para o

desenvolvimento do BD propriamente dita (Prancha 4.4, fotos 4.4.3 e 4.4.4). Algumas

fraturas intragranulares já apresentam processo de fragmentação dos grãos, em um

estágio bem próximo ao desenvolvimento da cominuição (Prancha 4.4.5, foto 4.4.6).

O processo de cominuição, em geral, abrange a interação do mecanismo de

microfraturamento relacionado a compactação mecânica, e a dissolução e precipitação de

fluidos, formando bandas com forte redução granulométrica dos grãos constituintes da

rocha. (Prancha 4.4, foto 4.4.7).


65

PRANCHA 4.4

4.4.1 - Microfotografia mostrando o contato côncavo-convexo entre dois grãos (Qz) que

denota a forte a compactação da rocha. Notar a presença de precipitação de quartzo na

porosidade remanescente próxima ao contato (setas amarelas indicam o sítio compressão-

dissolução). Notar fratura transgranular incipiente (seta amarela maior) Nicóis //, luz

transmitida.

4.4.2 - Microfotografia mostrando a expressiva presença de quartzo precipitado (cimento

secundário) e além do desenvolvimento de fraturamento intragranular. 4.4.2a -

Microfotografia mostrando em detalhe da geometria ortorrômbica na trama do

microfraturamento de um grão (Qz), interpretado como resultado da compactação

mecânica da rocha. Nicóis //, luz transmitida.

4.4.3 – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular (seta amarela maior) ainda

pouco desenvolvida dentro do arranjo compacto de grãos. Notar o contato côncavo-convexo

entre três grãos (Qz) (no centro da microfotografia, setas amarelas menores), formando no

ponto tríplice uma zona de maior pressão com possível dissolução do quartzo e precipitação

nas zonas de menor pressão adjacentes (p.e. porosidade). Nicóis //, luz transmitida.

4.4.4 – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular já bem desenvolvida dentro

arranjo compacto de grãos (seta amarela). Nicóis //, luz transmitida.

4.4.5 – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular desenvolvida com abertura na

forma de V, e com fragmentação dos grãos (Qz) (seta amarela). Notar a precipitação de

quartzo que ocorre entre os fragmentos, denotando uma precipitação de quartzo

concomitante ao microfraturamento. Nicóis //, luz transmitida.

4.4.6. – Microfotografia mostrando uma fratura transgranular com processo de

fragmentação de grãos (Qz), início da cominuição (seta amarela). Nicóis //, luz transmitida.

4.4.7 - Microfotografia mostrando uma BD bem desenvolvida com espessura de cerca de

1mm, apresentando forte cominuição dos grãos. Nicóis //, luz transmitida.


66

4.4.3 – Interpretação dos mecanismos de deformação em micro-escala

O resultado do processo de compactação, aliado aos mecanismos de deformação de

transferência de massa por difusão (TMD – dissolução e precipitação do quartzo) e

microfraturamento, é a formação de bandas milimétricas de cominuição dos grãos (BD’s). A

compreensão deste processo de deformação (abrangência, intensidade, etc.) é de

fundamental importância para a determinação do caráter selante ou não-selante das

estruturas, em relação à percolação de fluidos em nível granular.

A partir das observações e dos aspectos deformacionais descritos neste capitulo foi

possível formular um modelo para o processo de formação de BD’s. O modelo esquemático

é proposto na figura 4.7. Neste modelo apresenta a evolução de todo o processo de

formação de uma BD, relacionado ao processo de compactação e aos mecanismos de

deformação supracitados.

Qz

BD

11 2

134 16

18 19

estágio inicial compactação fraturas intragranulares

fraturas transgranulares

estágios de individualização da banda de deformação

rotação e dirpersão dos fragmentos

QzQz

Qz

3

Qz

Qz

5

7

0,25 mm

0,25 mm

Pre. Qz

Pre. Qz

Pre. Qz

Pre. Qz

Pre. Qz

Figura 4.7 – Seqüência esquemática do processo de deformação frágil em micro-escala para a formação de uma BD no caso estudado de arenitos pertencentes a Formação Serraria, Bacia de Sergipe-Alagoas. BD – Banda de Deformação, Pre-Qz – precipitação de quartzo.

Inicialmente a rocha (pós-litificação) (Figura 4.7, detalhe 1) apresentando alta

porosidade, bom selecionamento e cimentação incipiente, seria submetida ao processo de

compactação mecânica (Figura 4.7, detalhe 2) onde o strain seria acomodado pelo rearranjo


67

dos grãos e redução da porosidade. Esta acomodação chegaria a um limite em que a trama

(arranjo) dos grãos se comportaria mecanicamente como um só corpo.

Concomitante, atuaria o mecanismo de transferência de massa por difusão,

representado pela dissolução e precipitação do quartzo. O fluido produzido pela dissolução

seria depositado em sítios de baixa pressão (p.e. porosidade remanescente) e serviria de

cimento secundário na agregação do arranjo compactado de grãos. Neste contexto o

arranjo de grãos responderia a tensão de forma competente através do microfraturamento

intragranular (Figura 4.7, detalhes 3). A fricção dos grãos resultaria na formação de

microfraturas intragranulares.

Com desenvolvimento da compactação, ocorreria a redução granulométrica de uma

parte dos grãos e a atenuação da dissolução e precipitação do quartzo (Figura 4.7, detalhe

4). A intensificação da compactação seria de fundamental importância no desenvolvimento

de fraturas transgranulares (Figura 4.7, detalhes 4, 5 e 6). O fraturamento transgranular

desenvolveria a fragmentação de grãos (Figura 4.7, detalhes 7 e 8). Assim, este quadro

evoluiria em determinadas regiões mecanicamente favoráveis da trama granular até a

formação de uma porção de alta concentração de cominuição que seria a BD (Figura 4.7,

detalhes 9).


O caso estudado neste capítulo apresentou algumas características peculiares para a

formação, desenvolvimento e disposição das BD’s dentro da zona de danos.

Em escala mesoscópica, foi observada uma distribuição bem regular e

aparentemente homogênea denotadas pelos gráficos estatísticos (log10-log10). Algumas

interpretações puderam ser tomadas a partir da disposição geométrica das BD’s no contexto

de um sistema de falhas normais com componente dextral, bem marcado pelo rejeito

aparente apresentando nos deslocamento entre as BD’s. Este sistema normal com

deslocamento direcional dextral subordinado poderia ser explicado pela proximidade do

afloramento a falha de transferência, entre as falhas normais de Pedra da Onça e Malhada

dos Bois. Outra consideração importante na análise em meso-escala foi à distribuição das

BD’s apresentadas no estereograma, em que segundo o método apresentado por Wilson et

al. (2003) o mecanismo/tipo de crescimento de falha para o caso em estudo se poderia

especular sobre um crescimento da falha por fadiga da rocha desenvolvendo em uma

superfície irregular e frágil.

Os dados microestruturais mostraram feições deformacionais relacionadas ao

mecanismo de microfraturamento, o qual é representado por fraturas intra e

transgranulares que regem a deformação da BD, conjuntamente com a compactação

mecânica da rocha, associada ao mecanismo de transferência de massa, representado pela

dissolução e precipitação de quartzo como cimento secundário, e pelo mecanismo de

microfraturamento.

Ferreira, T S Capítulo 5 Estudo do caso no Grupo Massacará, Bacia de Tucano (BA)

68

Capítulo 5

Estudo do caso no Grupo Massacará, Bacia de Tucano (BA)

5.1. Contexto geológico e localização

A Bacia de Tucano corresponde à porção central do rifte intracontinental de

Recôncavo-Tucano-Jatobá (RTJ), situado na região Nordeste do Brasil, ocupando uma área

de cerca de 45.000 km2 entre os Estados da Bahia, Sergipe e Pernambuco. Trata-se de um

sistema de meios grabens alongados na porção N-S e NE-SW, conectado a margem leste

brasileira, com preenchimento sedimentar de idade jurássica superior a cretácea inferior. Os

grabens mergulham para SE desde a Bacia do Recôncavo até a Sub-bacia do Tucano

Central, e invertem o mergulho para NW a partir do Arco de Vaza-Barris, assim

permanecendo até a Bacia do Jatobá (Magnavita & Cupertino 1987). Este conjunto de

bacias relacionado ao RTJ, limita-se a norte, com a Província Borborema, a leste e a oeste

com cráton São Francisco, a Faixa Sergipana e a Província Borborema e a sul , com a Bacia

de Camamu.

O RTJ possui direção geral N-S, relacionado a esforços distintivos associados ao

estiramento da litosfera continental, que conduziu ao quebramento do Gowndwana e à

formação do Oceano Atlântico, a leste do sistema de rifte. A direção geral de distensão para

RTJ é considerada NW-SE (Milani, 1985 Apud Carvalho Costa, 2004). Neste contexto, a

Bacia de tucano não teria evoluído até a fase oceânica, permanecendo como lagos durante

o Cretáceo.

A bacia de Tucano é dividida por feições estruturais em três sub-bacias denominadas

como: Sub-bacias Tucano Norte, Central e Sul. A sub-bacia Tucano Central contém o caso

estudado neste trabalho, portanto será descrita em maior detalhe.

A sub-bacia de Tucano central é a maior entidade ao longo do rifte (RTJ),

compreendendo uma área de cerca de 14.700 km2, limita-se a leste e a oeste com o

embasamento. O limite leste é feito por meio de falhas de grande rejeito, e o limite oeste,

por falhas menores ou mesmo flexuras. Na porção sul a sub-bacia de Tucano Central está

parcialmente separada da sub-bacia Tucano Sul pela falha de Itapicuru, e na porção norte

está limitada pela sub-bacia Tucano Norte pela ampla zona de acomodação denominada

Arco de Vaza-Barris (Magnavita & Cupertino, 1987; Magnavita 1992). A borda entre as sub-

bacias Tucano Central e Norte é parcialmente localizada ao longo da Falha de Caritá (borda

norte do Arco de Vaza-Barris). No geral, esta Sub-bacia é caracterizada por um conjunto de

falhas normais de orientação N-S, que provocaram o basculamento das camadas para leste,


69

resultando, em um estilo estrutural tipo dominó (Magnavita & Cupertino, 1987, 1988;

Santos et. al, 1990; Magnavita, 1992).

O preenchimento sedimentar da sub-Bacia de Tucano Central pode ser relacionado

às fases de evolução tectônica da bacia de Tucano, sendo o Grupo Brotas (formações

Aliança e Sergi) e a base do Grupo Santo Amaro (Formação Itaparica) associados à fase

pré-rifte, e a Formação Candeias do Grupo Santo Amaro, o Grupo ilhas, o grupo Massacará

e Formação Salvador associados a fase rifte (Caixeta et. al, 1994 Apud Carvalho Costa,

2004).

O caso estudado corresponde a um afloramento (Ama) de arenitos médios

relacionados ao Grupo Massacará (Figura 5.1). Este Grupo é constituído de arenitos

depositados por sistemas fluviais atuantes do Berriasiano ao Eoaptiano, como resultado do

assoreamento final do sistema de riftes.

Figura 5.1 - Mapa de localização e contextualização geológica do caso estudado no Grupo Massacará, Bacia de Tucano, composto pelo afloramento Ama.


O presente capítulo trata da análise estrutural da deformação frágil, representada

principalmente por bandas de deformação, que ocorre em arenitos porosos pertencentes à

Formação Massacará (bacia de Tucano).

As Bandas de Deformação (BD’s) ocorrem em diversos pontos da Formação

Massacará aflorante, porém foi escolhido um afloramento representativo para um estudo

sistemático de detalhe (Figura 5.1). Este estudo é baseado em um afloramento-chave que

ocorre a cerca 5 Km a sul da cidade de Jeremoabo (BA). O afloramento, aqui denominado

afloramento-massacará (Ama) corresponde à exposição em planta de um arenito médio

com dimensões aproximadas de 25 m x 10 m. Este arenito apresenta estratificações


70

cruzadas acanaladas com níveis conglomeráticos na base dos foresets e topsets. As bandas

de deformação ocorrem deslocando algumas estruturas sedimentares (S0= 40/200)

(Prancha 5.1, fotos 5.1.1, 5.1.2 e 5.1.5).

De forma geral, as bandas de deformação ocorrem com espessuras que variam 0,1

cm a 10 cm e comprimento observável de até 15 m.. Como nos exemplo anteriores é

comum a presença de clusters resultantes da aglomeração de várias bandas de deformação

milimétricas (>0,1 cm). Estes clusters mostram uma forma interna ligeiramente

anastamosada, porém apresentando uma feição externa bastante retilínea. Estas BD’s têm

orientação geral no quadrante NE-SW, preferencialmente com mergulhos médios a fortes.

Estes planos são facilmente observáveis devido à erosão diferencial.

A presença de estrias visíveis na escala mesoscópica ocorre, com maior freqüência,

em planos de espessura centimétrica (>1,0 cm). A cinemática das BD`s pode ser obtida

principalmente, pelo deslocamento relativo de outras BD´s e de estruturas sedimentares

(p.e. níveis conglomeráticos). Os deslocamentos, entretanto, são de pequenas dimensões

(0,2 a 5 cm).


O estudo mesoscópico seguiu a mesma metodologia utilizada nos capítulos

anteriores: caracterização das BD’s e interpretação da disposição geométrica das BD’s.


A estrutura mais importante da localidade estudada é um cluster (falha) localizado a

cerca de 36 metros do Ama, onde dados foram obtidos através da scanline. A falta de

continuidade de afloramento não permitiu a coleta continua dos dados. Como é comum na

região, essas zonas de clusters podem resistir a alteração exibindo planos que se ressaltam

na topografia, e no caso específico, a ausência de rochas nas imediações não permitiu a

avaliação nas porções imediatamente após o cluster (falha). Para este estudo foi tomado

como referência esse cluster, denominado, aqui, como Banda de Deformação Principal

(Figura 5.2) (Prancha 5.1, foto 5.1.1).

A BDP é a feição estrutural mais relevante, aproximadamente 36 metros, a norte do

Ama, sua espessura média é de ate 15 cm e comprimento observável de até 20 m (Prancha

5.1, foto 5.1.1). Trata-se de um cluster com forma predominantemente compacta, se

apresenta com contorno encurvado, com direção média de 045º Az e mergulho médio de

75º SE (Figura 5.2). Embora não tenha sido individualizado o desenvolvimento de estrias, é

bem visível o deslocamento de níveis grossos do arenito com componente inverso (Prancha

5.1, fotos 5.1.2 e 5.1.3).


71

Ama

BDPCobertura

(solo/vegetação)

36 m

scanline

Figura 5.2 – sketch (fora de escala) mostrando o posicionamento do afloramento Ama, onde foi realizada a scanline; e a posição da estrutura maior, denominada Banda de Deformação Principal (BDP), nas proximidades do afloramento.

As BD’s secundárias de grande ocorrência no Ama correspondem a clusters, com

espessura de 1 até 10 cm. Estas BD’s têm mergulho médio a forte, portam estrias que

mostram rake variando de baixo a médio de 02º a 28º mergulhando para SSE. Estas BD’s

se apresentam com a forma externa bastante retilínea e internamente mostrando forma

compacta ou, em alguns casos, apresentam um caráter interno anastomosado (Prancha 5.1,

foto 5.1.4).

As BD’s simples referem-se às estruturas mais elementares, do ponto de vista

mesoscópico, apresentando-se como um plano de espessura variando entre 0,1 e 0,8 cm.

Estas BD’s raramente mostram estrias e se apresentam de forma curvilínea com caráter

anastomosado ou com forma retilínea, por vezes, escalonadas. Ocorrem dispersas por todo

Ama entre as BD’s secundárias e possuem comprimento observável de até poucos metros.

O afloramento foi explorado através de um scanline que serviu de base para a coleta

dos dados das BD’s. A Figura 5.3 mostra o diagrama de rosetas formulado com os dados da

scanline, onde é possível distinguir dois conjuntos de estruturas: um de orientação média

NNE-SSW, e outro NE-SW. Este último conjunto é aproximadamente coincidente com a

orientação da BDP e possui estrias de mergulho médio (22 a 28º), e a mesma cinemática

sinistral. O conjunto NNE-SSW apresenta comumente estrias de mais baixo mergulho e com

deslocamento predominantemente dextral, de outras BD’s.


72

N

n=200

Figura 5.3 – Diagrama de rosetas mostrando a orientação das BD’s no Ama. Notar a distribuição das orientações das BD’s, evidenciando dois conjuntos bem distintos (NNE-SSW e NE-SW). As respectivas cinemática observadas em campo, também são mostradas.

O diagrama de densidade (contorno) dos pólos das BD’s (Figura 5.4) evidencia os

mergulhos fortes dos dois conjuntos, NE-SW e NNE-SSW, de bandas de deformação.A

metodologia utilizada por de Wilson et al. (2003) para estimar o mecanismo/tipo de

crescimento de falha (descrita nos capítulos anteriores) ao contrario dos casos anteriores ,

mostra aqui relação entre a concentração máxima dos pólos das BD’s que compõem a zona

de danos, com o tensor de máxima compressão. Segundo esta metodologia, a BD’s do Ama

teria um tipo de crescimento pelo processo de fadiga da rocha, com deslizamento friccional

a fechamento da superfície de descontinuidade (Figura 5.4).


A distribuição da variação na espessura média das BD’s em função da distância da

BDP, também, foi estudada a partir de dados levantados pelas scanlines. Como já foi dito a

BDP considerada para o Ama dista cerca de 36m, logo pela impossibilidade de coletar dados

imediatamente após a BDP, foi considerado o marco zero na scanline no início do Ama,

haveria assim, um gap sem informarão. Aparentemente isto não compromete as análises

efetuadas, pois apenas o adensamento das BD’s era esperado nesse gap (Figura 5.2). O

gráfico da figura 5.5a apresenta a variação da densidade de deformação da zona de danos

ao longo da scanline. Neste gráfico é possível notar a maior densidade de deformação no

intervalo de 5 a 8,5 m (ver Prancha 5.2, foto 5.2.3), com pequena amplitude de variação.

A figura 5.5b mostra a distribuição de cada BD e sua respectiva espessura ao longo

da scanline. Os gráficos mostram a predominância de BD’s simples (espessura de < 1,0 cm)

ocorrendo quase que homogeneamente em toda scanline, com algumas concentrações

anômalas próximas as BD’s secundárias (espessura > 1,0 cm). Estas concentrações podem


73

ser observadas, principalmente no intervalo 3,5 a 7 m, na parte central, scanline. Uma

observação importante neste gráfico são os planos de deslizamento (slip planes) que

ocorrem de forma irregular ao longo da scanline, por vezes associados a estruturas maiores

(intervalos 5-5,5 m e 6,5-7 m).

A figura 5.5c mostra o gráfico do fator T, (já explicado no capítulo 3) ressalta dois

intervalos de maior deformação: o intervalo 3,5-4 m, contendo duas estruturas relevantes

(> 4 cm de espessura); o intervalo 6-6,5, onde ocorre uma alta concentração de BD’s

simples com maior estrutura associada (espessura = 10 cm).

Estes gráficos (Figura 5.5, A e C) mostram que se deve ter cautela na representação

dos dados. Notar que os gráficos A e C expressam de forma diferente os picos de

concentração de deformação. O gráfico A pode mascarar (não descriminando de forma

enfática) as espessuras das BD’s ao longo da scanline. Enquanto que o gráfico C é uma

tentativa de se obter a concentração das BD’s em certos intervalos, considerando suas

espessura como parâmetro de deformação.

Andersoniano (20º)






N


N

N=200

Falha

Princip

al

Pe

b

BDP

Figura 5.4 – Estereograma das BD’s que compõem Ama relacionado a BDP. Neste estereograma é representando a BDP (grande círculo, e pólo - P) seu respectivo vetor de deslocamento (estria- e), relacionando as curvas de contorno (BD’s da zona de danos). A esse estereograma é superposto o contorno (densidade) dos pólos das BD’s, conforme a metodologia proposta por Wilson et al. (2003) para estimar o tipo de mecanismo de formação de falhas. (b) – eixo b.


74

Figura 5.5 – Gráficos formulados a partir dos dados das scanlines. Em (A) gráfico de densidade de deformação no intervalo de 0,5 m. Em (B) gráfico mostrando a posição de cada BD e sua respectiva espessura. Em (C) gráfico de fator T (espessura acumulada . 0,5 / número de bandas, no intervalo), que considera a espessura das BD’s no intervalo de 0,5 m. Ver discussões no texto. S dissssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss

Ferreira, T S Capítulo 5 Estudo do caso no Grupo Massaracá, Bacia de Tucano (BA)

75

PRANCHA 5.1

5.1.1 – Fotografia mostrando a Banda de Deformação Principal (BDP), utilizada como

referência para o estudo do Ama. A seta indica a direção do Ama, que dista

aproximadamente 36 m da BDP.

5.1.2 – Fotografia mostrando, em perfil zona deformada bem próximo a BDP. Notar o

deslocamento de níveis mais grossos indicando um sistema de falhas inversas (ver detalhe

5.1.2a e sketch 5.12b).

5.1.3 – Fotografia mostrando uma região bem próxima a BDP. Observar novamente o

deslocamento inverso dos níveis mais grossos do arenito (ver sketch 5.1.3a).

5.1.4 – Fotografia mostrando um exemplo típico de BD’s secundárias formando par

conjugado no Ama. Observar o deslocamento relativo e mútuo entre as BD’s sugerindo uma

origem contemporânea. O número 1 na moeda aponta para o norte.

5.1.5 – Fotografia mostrando o deslocamento dextral de um nível conglomerático pelo

conjunto de orientação NNE-SSW.


76


Os dados coletados no afloramento Ama, também foram plotados em gráficos (log10

- log10). Os principais atributos das BD’s utilizados no tratamento estatísticos, foram os

relacionados à disposição espacial das BD’s dentro da zona de danos (espaçamento,

freqüência cumulativa, número de BD’s), correlacionados a um atributo físico singular a

cada BD (espessura da BD), como parâmetro de deformação. A não utilização do parâmetro

de comprimento se deve, como nos casos anteriores, a dificuldade de se determinar o real

tamanho das BD’s.







estatisticamente a correlação destes atributos para caso estudado.

Esse tipo de análise possibilita, portanto, a predição de um atributo em função de um

outro, e denota um arranjo homogêneo e regular na distribuição das BD’s dentro da zona de

danos. Como exemplo, de acordo com o gráfico a, da Figura 4.6, a espessura de uma BD,

seria correlacionável com o número de BD’s dentro da zona de danos estudada, segundo a

equação N=10,6 E –1,1 (onde, N=numero de BD’s, E=espessura da BD), ou seja, pode-se

predizer a partir de um dado de espessura, por ex 0,3 cm, a existência de cerca 40 BD’s. E

ainda de acordo com a figura 5.5, se teria 40 BD’s com 0,3 cm com espaçamento médio 11

cm dentro de uma zona de danos como a analisada.

No estudo deste caso, foi possível, também, estabelecer uma correlação estatística

entre os rejeito aparentes observados no deslocamento relativo das BD’s. Como será

discutido no próximo item deste capítulo, existem dois conjuntos principais que compõem a

zona de danos, NNE-SSW e NE-SW, e estes possuem cinemática dextral e sinistral,

respectivamente. A partir da coleta dos rejeitos aparente destes conjuntos foi possível

formular um gráfico de correlação entre o rejeito vs espessura da BD’s, para cada conjunto

(Figura 5.7).


77


Para o conjunto NNE-SSW, de cinemática dextral houve uma ótima correlação dos

dados coletados (R2=0,97), onde é possível predizer o rejeito aparente a partir da

espessura da BD. Isto, indicaria então que para o conjunto NNE-SSW, o rejeito aparente

seria diretamente proporcional a espessura , ou seja, quanto maior a espessura da BD,

maior o rejeito. Como exemplificação, segundo gráfico da figura 5.7a, uma BD de 0,1 cm de

espessura produziria um rejeito aparente de 0,55 cm, enquanto que uma BD com espessura

de 20 cm teria um rejeito aparente dextral de um pouco mais de 13 cm.

Já para o conjunto NE-SW, de cinemática sinistral, não houve uma boa correlação

dos dados (R2=0,30), sugerindo que o rejeito aparente é independente da espessura das

BD’s para este conjunto. Notar na figura 5.7b, que uma espessura pode ser responsável por

uma grande variação no “tamanho” do rejeito. Isto poderia ser explicado, dentre outros

0,1 11

10

100

Núm

ero

deBD

´s


N=10,6 E -1,1

0,1 1

0,1

1

10

Freq

uênc

iacu

mul

ativ

a(/m

)


F=1,7 E -1,4

0,1 1 10

0,1

1

10

Espa

çam

ento

Méd

io(/m

)


EM= 0,6 E 1,4

0,1 1 10

0,1

1

10Es

paça

men

toM

édio

(/m)


EM= F -1,0

a) b)a)

c) d)

R =0,902R =0,902

R =0,982 R =1,002


78

fatores, pela existência de um componente oblíquo do rejeito, negligenciado quando da

coleta dos dados.

Figura 5.7 – Gráficos de correlação estatística entre o rejeito aparente e a espessura das BD’s. Em (a) a correlação para o conjunto NNE-SSW, de cinemática dextral. Em (b) a correlação para o conjunto NE-SW, de cinemática sinistral. Ver discussões no texto.

5.3.3. Interpretação para a disposição geométrica das BD’s

A análise mesoscópica das BD’s do afloramento Ama revelou que estas BD’s

apresentam com três conjuntos, dois principais, de orientações NNE-SSW (005º-010º Az) e

NE-SW (040°-045º Az) (ver Prancha 5.2, foto 5.2.1). Estes conjuntos apresentam

cinemática bem marcada pelo deslocamento mútuo entre as BD’s, em que predomina uma

cinemática dextral (NNE-SSW), e sinistral (NE-SW). A disposição destes conjuntos com suas

respectivas cinemáticas denotam um arranjo como par conjugado. Ainda ocorre um outro

conjunto, subordinado, de orientação ENE-WSW (075º-080º Az), ocorre com cinemática

predominantemente sinistral (ver Prancha 5.2, foto e sketch 5.2.2).

Sendo assim, teríamos então no Ama a disposição geométrica das BD’s como um

par conjugado, no quadrante NE-SW (ver Prancha 5.1, foto 5.1.4), e um o conjunto

subordinado de orientação aproximadamente E-W e cinemática sinistral.

Mesmo com o desenvolvimento contemporâneo, interpretado para os dois conjuntos

acima descritos, é possível se deduzir uma cronologia relativa entre os conjuntos. Através

da interação entre os conjuntos com predominância de deslocamento entre eles, pode-se

especular que o conjunto NNE-SSW seria o mais precoce, sendo predominantemente

deslocado pelo outros conjuntos (ver Prancha 5.2, fotos 5.2.1 e 5.2.3).

0,1 10,1

1

Reje

itoAp

aren

te(c

m)

Espessura da BD (cm)0,1 1 10

1

10

Reje

itoAp

aren

te(c

m)


conjunto NE-SW - cinemática sinistralconjunto NNE-SSW - cinemática dextrala) b)

RA= 1,4 E 0,6

RA= 2,2 E 0,6

R =0,972

R =0,302


79

PRANCHA 5.2

5.2.1 – Fotografia e sketch (5.2.1a) mostrando o arranjo geométrico das BD’s no Ama. É

possível distinguir três conjuntos principais de diferentes orientações. Ver discussões no

texto.

5.2.2 – Fotografia e sketch (5.2.2a) mostrando em maior detalhe o deslocamento relativo

entre as BD’s produzindo rejeitos aparentes de ordem centimétrica.

5.2.3 – Fotografia e sketch (5.2.3a) mostrando a diferença de densidade de deformação

dividida por uma BD secundária (cluster). Notar que as BD’s são adensadas, mas mantêm o

mesmo padrão geométrico.


80

5.4. Análise estrutural em micro-escala

A identificação e caracterização das feições deformacionais, em micro-escala, e a

interpretação dos aspectos (mecanismos/processos) deformacionais relacionados à

formação das BD’s, constituíram as duas etapas da análise microscópica, descrita a seguir.

5.4.1. Identificação e caracterização das feições deformacionais

A caracterização das BD’s em micro-escala foi baseada na observação das feições de


(cimento, preenchimento de microfraturas, etc).

Também par este caso, a caracterização microscópica da deformação foi baseada em

dados qualitativos, embora os dados tenham sido extraídos de observações em pontos

específicos na seção delgada. Os resultados dos dados qualitativos serviram de base para

formulação de modelos interpretativos.

Do ponto de vista da petrografia, a rocha é um quartzo arenito médio, constituído

essencialmente por quartzo monocristalino (90-95%), compostos químicos (cimento e

preenchimento) e matriz tectônica (<10%), além de minerais opacos (traços). Os grãos


subangulosas. A rocha apresenta-se bem selecionada, em uma textura média com o

tamanho médio dos grãos variando de 0,25 a 0,5 mm. Ocorrem porfiroclastos (tamanho

>1,0mm) predominantemente de quartzo monocristalino. A presença destes porfiroclastos é

importante na caracterização do microfraturamento e dos aspectos de cominuição.

A análise microestrutural foi constituída da observação e caracterização das feições

deformacionais que ocorrem na escala dos grãos relacionada com as BD’s. As principais

feições observadas foram relacionadas ao mecanismo de microfraturamento com a

cominuição grãos.

De forma geral, as BD’s se apresentam em micro-escala com zonas de cominuição

dos grãos com bordas bastante retilíneas (Prancha 5.3, fotos 5.3.1 e 5.3.2). Neste caso é

visto que as BD’s se formam pelo colapso dos grãos devido à compactação mecânica e o

desenvolvimento de microfraturas intra e trans granulares.

O microfraturamento se apresenta na formação das BD’s como microfraturas intra e

transgranulares que mostram feições características. As microfraturas intragranulares se

apresentam como as estruturas precursoras no desenvolvimento das BD’s. As microfraturas

intragranulares observadas resultam da interação dos grãos do arcabouço, devido atuação

da compactação mecânica da rocha (Prancha 5.3, foto 5.3.3).


81

PRANCHA 5.3

5.3.1 – Microfotografia mostrando uma BD de cerca de 2 mm que ocorre nos arenitos do

Ama. Observar que a borda da BD é uma fratura transgranular (seta amarela), e que a

redução granulométrica dentro da BD, não chega a formar uma “matriz tectônica”. Nicóis //,

luz transmitida.

5.3.2 - Microfotografia mostrando uma BD de cerca de 1 mm. Atentar para diferença

granulométrica entre os fragmentos gerados pela cominuição dentro da BD, e porfiroclastos

(Qz) que bordejam a BD. Nicóis //, luz transmitida.

5.3.3 - Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz). Observar as

fraturas intragranulares nos grãos resultada da interação dos grãos devido a compactação.

Nicóis X, luz transmitida.

5.3.4. – Microfotografia mostrando o arranjo compactado dos grãos (Qz). Notar a presença

de fraturas transgranulares (seta amarela) com início de fragmentação e cominuição dos

grãos. Nicóis //, luz transmitida.

5.3.5 - Microfotografia mostrando BD’s associadas a um arranjo (fabric) compactado de

grãos (Qz), apresentando fraturas transgranulares (seta amarela). Nicóis //, luz

transmitida.

5.3.6 - Microfotografia mostrando o arranjo compactado de grãos com a presença de

fraturas transgranulares (seta amarela). Notar o deslocamento sinistral de um grão (Qz)

cortado por um destas fraturas transgranulares (círculo amarelo). Nicóis //, luz transmitida.

5.3.7 - Microfotografia mostrando uma fratura transgranular (seta amarela) relacionada

com a fragmentação de grãos (Qz) (início da cominuição). Nicóis //, luz transmitida.

5.3.8 - Microfotografia mostrando um BD com forte cominuição. Observar a diferença de

granulometria entre os porfiroclastos (Qz). Nicóis //, luz transmitida.


82

As microfraturas transgranulares são expressivas no arranjo (fabric) compacto de

grãos e exercem um papel fundamental para o desenvolvimento de uma superfície

precursora para o inicio da cominuição resultando na formação da BD (Prancha 5.3, fotos

5.3.4, 5.3.5 e 5.3.6).

A compactação do arranjo de grãos se apresenta, neste caso, como fator primordial

aliado ao desenvolvimento do microfraturamento. Primeiramente, com fraturas

intragranulares resultantes das interações dos grãos devido compactação, posteriormente

ocorrem fraturas transgranulares proporcionando o desenvolvimento do processo de

cominuição (Prancha 5.3, foto 5.3.7).

O processo de cominuição, em suma, abrange a interação do mecanismo de

microfraturamento relacionado à compactação mecânica, resultando em bandas

milimétricas com redução granulométrica dos grãos constituintes da rocha (Prancha 5.3,

foto 5.3.8). Vale ressaltar, como consideração adicional que para este caso é observado que

a redução granulométrica devido à cominuição nas BD’s, em geral, ocorre em uma menor

amplitude do que os casos estudados anteriormente, ou seja, a cominuição na maioria dos

casos não chega a formar uma “matriz tectônica” fina.

5.4.2 – Interpretação dos mecanismos de deformação em micro-escala

As BD’s no caso estudado resultam da compactação por esforços tectõnicos, através

do mecanismo de microfraturamento produzindo a cominuição dos grãos. A compreensão

deste processo de deformação é de fundamental importância para a determinação do

caráter selante ou não-selante das BD’s. A partir das observações e dos aspectos

deformacionais descritos neste capitulo foi possível formular o modelo para o processo de

formação de BD’s. Um modelo esquemático é proposto na figura 5.8.

Inicialmente a rocha (pós-litificação) (Figura 5.8, detalhe 1), apresentando alta

porosidade, bom selecionamento e arredondamento, com cimentação incipiente, seria

submetida a mecanismo de deformação por compactação mecânica (Figura 5.8, detalhe 2)

onde o strain seria por acomodação de espaço através do rearranjo dos grãos e redução da

porosidade. Esta acomodação chegaria a um limite em que a trama (fabric) dos grãos

entraria em colapso. Os impactos e a fricção causados pelos grãos resultaria na formação

de microfraturas intragranulares.(Figura 5.8, detalhes 3).

A evolução do processo se aplicaria ao sistema de microfraturamento através do

desenvolvimento de fraturas intragranulares (Figura 5.8, detalhe 4). A intensificação da

compactação seria de fundamental importância no desenvolvimento de microfraturas

transgranulares, que formariam superfícies favoráveis para o início do processo de

cominuição dos grãos (Figura 5.8, detalhe 5). Por fim, este processo evoluiria com a

intensificação da cominuição dos fragmentos (Figura 5.8, detalhe 6).


83

11 2

134 16estágio inicial compactação fraturas intragranulares

fraturas transgranulares Cominuição

0,25 mm

3

5

0,25 mm

Qz

Qz

BD

Qz

Qz

Figura 5.8 – Seqüência esquemática do processo de deformação frágil em micro-escala para a formação de uma BD nos arenitos pertencentes ao Grupo Massacará, bacia de Tucano. BD – Banda de Deformação.


O caso estudado neste capítulo revelou algumas características peculiares para a

formação, desenvolvimento e disposição das BD’s dentro da zona de danos.

Em escala mesoscópica, foi visto uma disposição geométrica regular das BD’s como

mostrado pelos gráficos estatísticos. Dentro desta disposição as BD’s seriam composta por

um par conjugado principal formado por dois conjuntos de direções NNE-SSW e NE-SW.

Onde, de acordo com a metodologia de Wilson et al. (2003) estas BD’s teriam um

crescimento por fadiga da rocha com deslizamento friccional a fechamento da superfície de

falha.

Os dados microestruturais mostraram feições deformacionais relacionadas ao

mecanismo de microfraturamento, o qual é representado por fraturas intra e

transgranulares que regem a deformação da BD conjuntamente com a compactação

mecânica da rocha devido a esforços tectõnicos. As BD’s em geral mostram-se como feições

retilíneas de cominuição dos grãos onde ocorre a cominuição dos grãos pelo colapso do

arranjo granular devido à compactação resultando no microfraturamento. Detalhe

importante, é que neste caso estudado a intensidade da cominuição em geral não é muito

grande, sem ocorrência de “matriz tectônica” fina. Os grãos cominuidos na BD’s se

apresentam como fragmentos angulosos.

Por fim, como consideração final poderia se ressaltar a relação entre o tipo

crescimento de falha denotado pela metodologia de Wilson et al. (2003) para as BD’s em

meso-escala, e aspectos de deformação granular. A formação das BD’s, por colapso dos


84

grãos devido à compactação, poderia ser uma analogia ao desenvolvimento de uma

superfície de deslizamento friccional, na escala microscópica que evolui na compactação da

BD e fechamento desta superfície. Este processo poderia ser análogo a um sistema de

falhas transpressivo. Este sistema é invocado para o desenvolvimento de uma grande falha

regional (falha de Jeremoabo) que ocorre não muito distante do sítio estudado (Destro, et

al., 2003).

Ferreira, T S Capítulo 6 Conclusões e Considerações Finais

85

Capítulo 6

Conclusões e Considerações Finais

6.1. Conclusões

O trabalho de análise estrutural das Bandas de Deformação (BD’s) em diferentes

contextos geológicos e tectônicos mostrou seus diversos aspectos geométricos genéticos e

sua relação-temporal associada as grandes estruturas. Alguns aspectos são similares em

diversos arenitos porosos, outros nem tanto. As características de formação e

desenvolvimento das BD’s podem ser contrastantes sob o ponto de vista das escalas micro

e mesoscópica. As diferenças e similaridades que foram mostradas nos casos estudados

neste trabalho demonstram, também, que a Bandas de Deformação são regidas por

diferentes mecanismos/processos de deformação, e que estes são fortemente relacionados

às características geológicas e reológicas do material, e ao ambiente geotectônico. Diante

disso, é possível tecer algumas conclusões sobre os aspectos estruturais das Bandas de

Deformação estudadas, em meso e micro-escala (Figura 6.1):

Meso-escala:

A geometria pode ser analisada segundo o modelo de fraturas cisalhantes de Riedel

(1929). As BD’s se apresentam por vezes escalonadas, ou formando pares conjugados,

sendo relacionadas a uma zona de danos com deformação de caráter regional (falhas).

O estudo da zona de danos de uma falha principal (Banda de Deformação Principal –

BDP) mostrou que a formação e desenvolvimento das BD’s seguem padrões geométricos

bem estabelecidos. Estes padrões são influenciados pela distância da BDP e seguem a

relação temporal e cinemática determinada por esta estrutura maior.

A disposição das estruturas na zona de danos em baixo ângulo com a Falha Principal, é

observada em todos os casos, sendo assim uma característica comum. A confecção de

estereograma mostrando as curvas de contorno de densidade dos pólos das BD’s que

compõem a zona de danos denota esta distribuição. A análise deste estereogramas de

cada caso estudados e sua comparação com os mecanismos de formação de falhas,

utilizando o princípio de Wilson et al. (2003) sugere que as BD’s apresentam uma

tendência geral para o surgimento de uma superfície de falha por fadiga da rocha, como

bem evidenciado nos casos da bacia de Tucano. O desenvolvimento da falha se daria por

um deslizamento friccional, podendo chegar ao fechamento da superfície de falha.


86

Os dados coletados pelas linhas de amostragem (scanlines) na zona de danos dos casos

estudados mostraram através dos gráficos de densidade de deformação, distancia vs

espessura da BD e do fator T, que apesar destas zonas de danos apresentarem uma

disposição geométrica regular, estas apresentam variações significativas de densidade e

espessura das BD’s. A partir da análise dos gráficos supracitados foi possível observa

estas variações e localizar as regiões ou intervalos de maior e/ou menor intensidade dos

parâmetros analisados, ou seja, sítios de nucleação de falhas (slip planes) e por

conseqüência a influencia na distribuição espacial de atributos que influenciam a permo-

porosidade em determinada área.

A análise dos dados da zona de danos com ferramentas estatísticas através de gráficos

de log10-log10 denota uma distribuição espacial bastante regular das BD’s, assim como

da distribuição das espessuras das BD’s. A importância desta contribuição é que através

dela é possível à correlação de parâmetros físicos de deformação (p.e. espessura,

comprimento da BD) com parâmetros de disposição espacial das BD’s (p.e. espaçamento

médio, freqüência).

A interpretação da geometria das BD’s em diversos estágios de desenvolvimento que

ocorre dentro da zona de danos relacionada a uma Banda de Deformação Principal

(BDP), apresenta possibilidade de se formular modelos de formação e desenvolvimento

das BD’s. Estas informações podem, por exemplo, fornecer subsídios sobre a quão

evoluída é uma determinada zona de danos.

Micro-escala:

As Bandas de Deformação se desenvolvem em arenitos porosos a partir de um processo

de deformação fundamental que seria a compactação do arranjo (trama) dos grãos,

devido a esforços tectônicos regionais. Inicialmente, esta trama granular reage à

deformação com o rearranjo no processo de acomodação do espaço. É neste ponto que

a porosidade é fator primordial no desenvolvimento das BD’s, pois proporciona, através

dos espaços entre grãos, uma maior amplitude de acomodação dos grãos.

O mecanismo de transferência de massa por difusão ocorre ao longo do

desenvolvimento da compactação dos grãos através, principalmente, da dissolução e

preciptação do quartzo. A dissolução ocorre em pontos específicos de alta pressão que

no arranjo compactado de grãos ocorre nos contatos côncavo-convexos. Após a

dissolução, o fluido é depositado em sítios de baixa pressão dentro do arranjo (fabric)

compactado (p.e. porosidade remanescente). Este mecanismo se apresenta intimamente

ligado à compactação (p.e. o caso da Formação Serraria, Bacia de Sergipe-Alagoas) e

pode, também, estar relacionado ao mecanismo de microfraturamento, onde o quartzo é


87

dissolvido devido à deformação e precipitado preenchendo microfraturas intragranulares

(p.e. Formação Açu, Bacia Potiguar).

O mecanismo de microfraturamento é o agente precursor do processo de cominuição

dos grãos e desenvolvimento das BD’s. Este mecanismo se iniciaria a partir do instante

em que acomodação do espaço no arranjo granular não é suficiente para acomodar a

deformação (strain) devido à compactação da rocha. Neste instante surge microfraturas

intragranulares devido à interação e fricção dos grãos. Estas fraturas intragranulares

provocam o colapso e fragmentação de alguns grãos concomitante ao desenvolvimento

de superfície de descontinuidade no arranjo granular, a fraturas transgranulares. Estas

fraturas têm importante papel, pois sua distribuição é responsável pela nucleação de

sítios mecanicamente favoráveis a fragmentação e inicio da cominuição dos grãos,

resultando no desenvolvimento de bandas de deformação de espessura milimétrica.

A ocorrência dos mecanismos que regem a formação e desenvolvimento das BD’s em

micro-escala é fortemente relacionada a parâmetros sedimentológicos e reológicos dos

minerais que compõem a rocha, como a presença de clivagem, geminação,

arredondamento e esfericidade dos grãos, granulometria, selecionamento,

susceptibilidade de dissolução dos grãos, presença de fluidos, entre outros. Através dos

casos estudados foram verificados alguns pontos sobre esses aspectos. O mau

selecionamento dos grãos influencia positivamente na geração de sítios mecanicamente

favoráveis à fragmentação dos grãos, bem como no desenvolvimento de fluxos

cataclásticos (p.e. Formação Açu, bacia Potiguar). Já o bom selecionamento dos grãos

influencia positivamente no re-arranjo devido à compactação e proporciona maior

superfície de contatos entre os grãos contribuindo para o desenvolvimento de contatos

côncavo-convexos, resultando na dissolução dos grãos (p.e. Formação Serraria, bacia de

Sergipe-Alagoas). A presença de minerais que reagem à deformação formando argilas,

caso do feldspato, favorece a ocorrência de uma “matriz tectônica” fina, que contribui no

desenvolvimento de fluxo cataclástico (p.e. microclina na Formação Açu, bacia

Potiguar). A granulometria influencia diretamente a espessura mínima da Banda

observada em escala mesoscópica, ou seja, quanto maior a granulometria maior será a

espessura mínima de ocorrência de BD’s em meso-escala (p.e. 0,5 cm, Formação Açu,

0,2 cm Formação Serraria, e 0,1 cm Grupo Massaracá). Por fim, a presença de fluidos

meteóricos poderia influenciar nos parâmetros químicos (Ph, Eh) regendo, juntamente

com a temperatura e pressão, a dissolução e preciptação de fluidos, além de interagir

com o material fragmentado chegando a formar argilo-minerais a até minerais de baixa

temperatura (sericita) (p.e. caolinita neoformada e o processo de sericitização de

microclina, no arenito Açu, bacia Potiguar).


88

Ambiente tectônico:

Foi verificada a compatibilidade dos modelos interpretados em meso-escala, para a

formação e disposição geométrica das bandas de deformação com mega-estruturas

regionais. No caso da Formação Açu, observou-se a compatibilidade com o sistema de

falhas dextral de Afonso Bezerra (Oliveira et al., 1993). Na bacia de Sergipe-Alagoas a

presença de duas lineações sugere um sistema de falhas normais, com posterior

transcorrência dextral. Já o caso da bacia de Tucano se encaixa no contexto da falha

transpressional de Jereomabo (Destro et al., 2003), onde ocorre a formação de pares

conjugados (Figura 6.1).

6.2. Considerações Finais

As rochas areníticas porosas podem servir como rochas-reservatório em sistemas

petrolíferos. A compreensão de aspectos relacionados à migração e armazenamento de

fluidos como o petróleo passa pelo entendimento de estruturas que possam facilitar ou

dificultar a passagem de fluidos. As bandas de deformação são uma dessas estruturas, e

são bastante comuns em arenitos porosos, logo a necessidade de se conhecer os aspectos

de geometria-temporal e os mecanismos de deformação que lhe deram origem. Esta foi à

tônica deste trabalho. A análise em meso-escala revelou que as bandas de deformação se

apresentam com uma distribuição regular, denotada pelo tratamento estatítisco. Este

estudo produziu gráficos de ótima correlação (R2>0,90) entre parâmetros das BD’s, sendo

possível se predizer através de atributos sobre a disposição espacial (espaçamento médio,

freqüência) e aspectos físicos (p.e. espessura, comprimento, etc.) dentro de uma zona

deformada. Esta ferramenta poderia ser aplicável para predizer rotas migração de fluidos.

Além disso, a consolidação de que as BD’s se dispõem geometricamente em resposta a

deformação segundo, por exemplo, o conceito de Riedel, poderia ser mais um aspecto

relevante na correlação entre análogos de terreno e de subsuperfície. Por fim, a tendência

verificada nos casos estudados para o desenvolvimento de falhas por fadiga da rocha, em

uma superfície de deslizamento friccional, com cominuição e fechamento dos poros, com

precipitação de material, em um primeiro momento, para demonstrar que as BD’s agem

como estruturas selantes para fluidos. Em outra análise, poderia ser dito que elas podem

“canalizar” os fluidos através da porosidade inter-bandas.

Em micro-escala, este trabalho contribuiu revelando alguns aspectos sobre o

processo de compactação, e os mecanismos de deformação por transferência de massa por

difusão, e microfraturamento (cominuição), além de ressaltar alguns parâmetros

microestruturais que influenciam na formação de BD’s, conseqüentemente no seu caráter

selante ou não-selante. A observação do microfraturamento com a presença expressiva de

microfraturas transgranulares no arranjo compactado de grãos, conjuntamente com o

desenvolvimento da dissolução e preciptação de quartzo, preenchendo microfraturas,


89

porosidade remanescente ou atuando como cimento secundário, suporta a idéia de que as

BD’s, nos caso estudados, tenderiam a um comportamento selante, embora estudos

específicos de permo-porosidade sejam necessários.

Figura 6.1 – Desenho esquemático mostrando a localização dos casos estudados dentro dos seus contextos tectônicos e apresentando a visualização em conjunto de uma síntese dos resultados obtidos pela análise estrutural das BD’s em meso e micro-escala. Observar para cada caso, o diagrama de rosetas com os dados cinemáticos interpretados e o tensor de máxima compressão estimado (no caso Ase, para o segundo evento, transcorrente); o estereograma das BD’s que compõem a zona de danos com a representação da Banda de Deformação Principal (BDP); e, também, o quadro esquemático mostrando o aspecto geral de um BD e suas características em micro-escala (quadro cinza escuro). Aaç – afloramento Açu; Ase – afloramento Serraria; Ama – afloramento Massacará.


90

Este trabalho não objetivou, nem teve a pretensão de elucidar todos os aspectos de

deformação que regem a formação de estruturas complexas, como as bandas de

deformação em arenitos porosos, apenas apresenta, de forma sintética, algumas

características destas estruturas e, dentro do estudo de caracterização, a interpretação dos

mecanismo/processos de deformação observados nos casos estudados. As ferramentas

estatísticas e de geologia estrutural, utilizadas neste trabalho, assim com os conceitos e as

metodologias aplicadas foram somente uma tentativa de fundamentar a caracterização das

BD’s. Sendo assim, é importante que as interpretações e conclusões, aqui relatadas, sejam

suportados por maiores e mais aprofundados estudos posteriores.

Ferreira, T S Referências Bibliográficas

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