Petrogênese de carbonatos acamadados da formação Barra Velha, aptiano da Bacia de Santos

Orientadora: Profa. Dra. Anelize Manuela Bahniuk RumbelspergerCoorientador: Prof.Dr. Almério Barros FrançaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geologia. Defesa : Curitiba, 09/05/2018Inclui referênciasResumo: Desde as primeiras descobertas de acumulações petrolíferas em reservatórios carbonáticos do Cretáceo Inferior da Bacia de Santos, a sua gênese vem sendo intensamente discutida no meio cientifico. Diferentes modelos vêm sendo propostos, alguns enfatizando sua origem microbial e, outros, sua origem abiótica, como travertinos. No entanto, a não usualidade das fácies e a necessidade de se achar um análogo carbonático pode estar colocando em segundo plano fatores possivelmente mais importantes para a sua precipitacao. Com o objetivo de se entender melhor a gênese desses depósitos, esta dissertação teve como metodologia a caracterização petrográfica (petrografia, catodoluminescencia, MEV, QEMSCAN) e geoquímica (DRX; Isótopos de C, O e Sr; Isótopos agrupados; analise de elementos maiores e traços por LA-ICP-MS) em detalhe de 50 metros de testemunho carbonático. Padrões de sedimentação evaporítica em bacias endorréicas, definindo uma arquitetura deposicional de rebaixamento hidrostático dos níveis aquosos, são dominados por uma hidrologia de playas-lake efêmeros controlados em seu nível eustático por aquitardes regionais, cujos padrões de sedimentação são registrados na forma de crostas evaporíticas acamadadas. Estas crostas se acumulam como camadas de cristais subaquosos alinhados, precipitação digenética de cristais evaporíticos junto a sedimentos de mudflat abaixo da superfície do corpo aquoso seguido pela deposição de sedimentos laminados. Esse padrão e interpretado nesta dissertação como a causa da ciclicidade em alta frequência entre precipitados calcíticos do tipo shrub, agregados esferulíticos digenéticos em matriz de argila magnesiana e/ou dolomitizada e laminitos, sucessões típicas da sequencia estudada. Para tal, em uma abordagem inédita em sedimentos carbonáticos, foram aplicados os critérios petrográficos para o reconhecimento de evaporitos continentais. A deposição não usual desses carbonatos provavelmente deveu-se a condições muito especificas no ambiente deposicional. A chave para a proposição do modelo geoquímico neste trabalho foi a consideração do importante papel possivelmente exercido pela Cadeia Vulcânica Walvis como uma barreira topográfica no Aptiano. E proposto que a reação entre a agua do mar e basalto em profundidade foi a principal fonte de cálcio para o paleólogo Barra Velha. Considerando a descontinuidade de Moho a poucos quilômetros de profundidade da superfície durante a deposição, devido ao processo de estiramento crustal, ter-se-ia aumentado consideravelmente o gradiente geotérmico na área, gerando salmouras hidrotermais do tipo CaCl2, processo facilitado pela elevada concentração do íon Ca2+ nos oceanos cretáceos. Estes fluidos entrariam na bacia devido ao gradiente potenciométrico existente entre o nível do oceano e o nível da bacia. O fator determinante para a saturação do paleólogo em carbonato de cálcio em condições de alta salinidade e previsto pela mistura com aguas de drenagem da porção interna do rifte de filiação alcalina (NaHCO3), devido ao intemperismo físico/químico de rochas basálticas penecontemporâneo a deposição dos carbonatos na bacia e rochas expostas do embasamento cristalino, formando uma salmoura hibrida (2NaHCO3 + CaCl2 = Ca(HCO3)2 + 2NaCl). Essa saturação em carbonato de cálcio teria formado uma salmoura salina-alcalina muito especifica, com alta temperatura do corpo aquoso, alto influxo de CO2 magmático e elevado teor de Sr e metais derivados das salmouras hidrotermais, interpretação suportada pelos dados geoquímicos (valores de 18O SMOW de 8 a 12‰ e temp. em torno de 550 em Isótopos Agrupados, ~3000 ppm de Sr, ~300 ppm de Fe e Mn em LA-ICP-MS). Em termos de contexto geotectônico, os carbonatos acamadados da Formação Barra Velha, na Bacia de Santos, pela recorrência dessas fácies por toda a bacia, podem ser interpretados como carbonatos evaporativos na base de grandes espessuras de evaporitos de grande extensão em área (basinwide evaporites), representados na Bacia de Santos pela Formação Ariri, os quais sao definidos como sucessões evaporíticas marinhas ou hibridas (a partir de salmouras formadas pela mistura de aguas continentais, hidrotermais e marinhas) que preencheram bacias sedimentares em grande escala abaixo do nível do mar, tectonicamente e hidrograficamente isoladas ao seu nível de equilíbrio hidrológico. Essas bacias ocorrem a partir de uma combinação de circunstancias geotectônicas não atuantes nos tempos atuais, como quando a abertura de um rifte continental causa a ocorrência do substrato do rift valley abaixo do nível do mar, situação provável durante a implantação do oceano Atlântico nas margens leste/oeste da África e do Brasil respectivamente. Palavras-chave: Pré-sal. Carbonatos evaporíticos. Salmouras hidrotermais. Bacia abaixo do nivel do mar.Abstract: Since the first discoveries of oil accumulations in carbonate reservoirs of the Barra Velha Formation, Lower Cretaceous of Santos Basin, their genesis has been intensely discussed. Different models have been proposed, with some authors emphasizing their microbial origin, while others their abiotic origin, as travertines or travertine-like rocks. However, the serach for a modern carbonate analogue for these unusual rocks may be putting aside other crucial factors. For this thesis, was made detailed petrographic observations (cathodoluminescence, SEM, QEMSCAN) added to geochemical analyses (XRD; carbon, cxigen and strontium Isotopes; Clumped Isotopes; Major, minor and trace elements by LA-ICP-MS) in a fully cored carbonate section 50m long of a single well. Evaporitic sediment patterns in endorheic basins, defining a depositional framework of brine drawdown, are dominated by an ephemeral salt pan hydrology indicated by bedded salt crusts. The crusts accumulates as a stack of subaqueous aligned crystal beds, together with diagenetic growth of salt within saline and mud layers beneath the dry pan surface followed by deposition of laminated sediments. The same pattern is suggested here as the cause of cyclicity between shrub-like crystal growths, diagenetic spherulites in magnesium clay matrix and laminites observed in the pre-salt core described. Hence, in an unprecedented approach for carbonate sediments, were successfully applied the petrographic criteria for recognition of salt pan evaporites to the Santos Basin pre-salt carbonates. The unusual deposition of these carbonate rocks was due to highly specific conditions in the basin environment. The key factor in the conceptual model was the presence of the Walvis Ridge volcanic barrier as a topographic dam in Aptian times. It is proposed that the reaction between seawater and the basaltic volcanic barrier at depth was the major source of calcium to the Barra Velha paleolake. The Moho, close to surface at that time, increased the geothermal gradient, generating hydrothermal CaCl2 brines, facilitated by the elevated Ca ion concentration of the Cretaceous ocean. Such fluids would enter the basin due to the potentiometric gradient between ocean level and basin level. The determining factor in the saturation of the paleolake in calcium bicarbonate/carbonate under high salinity conditions is the mixing of these CaCl2 brines with internally drained waters inside the rift with alkaline filliation (NaHCO3), derived from chemical weathering of basaltic rocks penecontemporaneous with carbonate deposition and basement rocks exposed on the flanks of the basin. This mixing would form a highly specific hybrid brine (2NaHCO3 + CaCl2 = Ca(HCO3)2 + 2NaCl), warm, saline and alkaline, with high influx of magmatic CO2, and elevated metal contents derived from hydrothermal brines. All of these conditions supported by our geochemical data (8 to 12‰ 18O SMOW in clumped isotopes, Sr contents up to 3000 ppm and ~300 ppm of Fe and Mn in LA-ICP-MS). In a geotectonic context, the Aptian carbonates of the Barra Velha Formation, presenting the same facies pattern throughout the basin, are herein proposed as evaporative carbonates at the base of a huge sequence of thick basinwide evaporites, defined as marine or hybrid (marine, continental and hydrothermal waters) successions that filled a large scale tectonically and hydrographically isolated subsealevel sedimentary basin to their hydrological equilibrium level. Such basins occur from a combination of geotectonic cirscumstances not working in modern times, as when the spreading of a continental rift caused the rift valley to subside below sea level, a situation probable during the implantation of the South Atlantic Ocean along the conjugate margins of the separating South American and African continents. Keywords: Pre-Salt. Evaporative carbonates. Hydrothermal brines. Below sea-level basin