UNESP – UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO MESQUITA FILHO” IGCE – INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS Campus Rio Claro Pós Graduação em Geociências Área de Concentração em Geologia Regional FALHAS DE TRANSFERÊNCIA DA PORÇÃO NORTE DA BACIA DE SANTOS INTERPRETADAS A PARTIR DE DADOS SÍSMICOS: SUA INFLUÊNCIA NA EVOLUÇÃO E DEFORMAÇÃO DA BACIA Iata Anderson de Souza Orientador: Prof. Dr. Joel Carneiro de Castro Tese de Doutorado elaborada junto ao Curso de Pós-Graduação em Geociências Área de Concentração em Geologia Regional, para obtenção do Título de Doutor em Geociências Rio Claro (SP) 2008 Comissão Examinadora ___________________________________________ Prof. Dr. Joel Carneiro de Castro – orientador _____________________________________ Dr. Gilmar Vital Bueno __________________________________________ Dr. Sergio Henrique Sousa Almeida ___________________________________________ Prof. Dr. Yociteru Hasui ___________________________________________ Dr. Adilson Viana Soares Jr. ___________________________________________ - Iata Anderson de Souza Rio Claro, ______ de ___________________ de ___________. Resultado: ____________________________________________________ Souza, Iata Anderson de Falhas de transferência da porção norte da Bacia de Santos interpretadas a partir de dados sísmicos: sua influência na evolução e deformação da bacia / Iata Anderson de Souza. - Rio Claro - SP : [s.n.], 2008 182 f. : il., figs. Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas Orientador: Joel Carneiro de Castro 1. Geologia estrutural. 2. Tectônica. 3. Sensoriamento Remoto. 4. Geofísica. 5. Lineamentos. I. Título. 551.8 S729f Ficha Catalográfica elaborada pela STATI - Biblioteca da UNESP Campus de Rio Claro/SP DEDICATÓRIA Ao Amigo, Professor e Orientador, Hans Dirk Ebert ( in memoriam) Fica a saudade, as boas lembranças e a certeza de que estará em nossa memória AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Joel Carneiro de Castro pela responsabilidade de assumir a orientação, principalmente, no auxílio na interpretação do poço que foi essencial para o andamento do trabalho; Aos colegas do Laboratório de Geomodelagem Gustavo Henrique Teixeira Silva, Thelma Cardozo, Carlos Felipe Benvenutti, Maíra G. Izeli, Mariana A. Fernandes pelo auxílio durante a realização deste trabalho. Ao Prof. Dr. Yociteru Hasui pelas correções e sugestão da finalização da tese. A Dr. Engenheira Geofísica Maria Gabriela C. Vicentelli pela introdução aos métodos de interpretação sísmica e de poços. Ao Programa de Formação de Recursos Humanos para Setor de Petróleo e Gás – PRH-05-ANP-MCT, principalmente o Coordenador Prof. Dr. Dimas Dias Brito pelo auxílio financeiro por meio de bolsa de estudo e pela implantação e todo suporte necessário do Laboratório de Interpretação Sísmica e Geológica (LISG). Ao Zé Maria pelo suporte prestado durante a realização do trabalho. A Landmark Graphics que cedeu diversos módulos do programa Landmark e Geographix através de Grant Educacional. A ANP/BDEP que forneceu os dados geofísicos para realização do trabalho, através da política de gratuidade para universidades. Em especial, agradeço aos meus grandes amigos de turma da Geologia que continuaram no Campus: Daniel F. Godoy, Fábio B. Machado, Ana Olívia e César Moreira pela bela amizade e por sempre responderam às minhas necessidades extremamente gentis. Agradeço aos grandes “parceiros de descontração”: Ives Haifig, Giovana Cestaro, Lucas Cestaro e Lilian Cestaro, Tatiane Pedro, que sempre estiveram presentes nos bons e maus momentos. Ao novo amigo Adilson Viana Soares Jr. pela sugestão da tese. Aos meus pais e irmãos, pelo carinho, apoio e educação oferecida durante todos os anos de minha vida. E, finalmente, a Eliana Aparecida Paes de Carvalho pelo amor, companheirismo e paciência durante todos esses anos. SUMÁRIO ÍNDICE.................................................................................................................................... i ÍNDICE DE FIGURAS........................................................................................................... iii ÍNDICE DE ANEXOS............................................................................................................ viii RESUMO................................................................................................................................. xi ABSTRACT............................................................................................................................. xiii 1 – INTRODUÇÃO................................................................................................................. 01 2 – ZONAS DE TRANSFERÊNCIA...................................................................................... 10 3 – GEOLOGIA REGIONAL................................................................................................. 13 4 – LINEAMENTOS TECTÔNICOS..................................................................................... 32 5 – INTERPRETAÇÃO DOS DADOS DE POÇOS............................................................... 62 6 – INTERPRETAÇÃO GEOFÍSICA..................................................................................... 72 7 – INTEGRAÇÃO DOS DADOS E CONCLUSÕES........................................................... 139 8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................. 146 ANEXOS 1 a 25 i ÍNDICE Página 1 – INTRODUÇÃO.............................................................................................................. 01 1.1 – Objetivos...................................................................................................................... 02 1.2 – Localização da área..................................................................................................... 02 1.3 – Métodos, procedimentos e materiais........................................................................... 03 1.3.1. Levantamento bibliográfico e cartográfico........................................................... 04 1.3.2. Processamento digital de imagens e extração de lineamentos do continente....... 04 1.3.3. Interpretações dos dados sísmicos........................................................................ 04 1.3.4. Interpretações dos dados de métodos potenciais.................................................. 07 1.3.5. Integração dos dados em ambiente tridimensional............................................... 08 1.4 - Organização do Tese.................................................................................................... 08 2 – ZONAS DE TRANSFERÊNCIA................................................................................... 10 3 – GEOLOGIA REGIONAL.............................................................................................. 13 3.1 – Pré-Cambriano a Cambro-Ordoviciano....................................................................... 13 3.1.1 – Estruturas...................................................................................................... 17 3.1.2 – Evolução....................................................................................................... 20 3.2 – Mesozóico-Paleogeno e Neogeno-Quartenário.......................................................... 21 3.2.1 – Bacia de Santos............................................................................................. 21 3.2.2 – Magmatismo do Cretáceo-Paleogeno........................................................... 24 3.2.3 - Bacias Continentais Paleogênicas................................................................. 25 3.2.4 – Neogeno-Cenozóico..................................................................................... 26 3.2.5 – Estruturas Tectônicas Mesozóicas e Cenozóicas.......................................... 27 3.2.6 – Evolução Tectônica...................................................................................... 29 4 – LINEAMENTOS TECTÔNICOS.................................................................................. 32 4.1 – Lineamentos interpretados na imagem SRTM 90 m................................................... 32 4.2 - Integração dos lineamentos com as isolinhas de anomalia Bouguer........................... 42 4.3 – Sistemas de direções de lineamentos tectônicos......................................................... 51 4.4 – Idades dos lineamentos tectônicos............................................................................... 53 4.5 – Interpretação dos lineamentos rúpteis que se projetam para a bacia........................... 58 ii 5 - INTERPRETAÇÃO DOS DADOS DE POÇOS............................................................ 62 5.1 - Reorganização dos dados e construção dos perfis dos registros de poços................... 62 5.2 – Construção dos sismogramas sintéticos...................................................................... 63 5.3 – Correlação dos poços e definição dos intervalos estratigráficos................................. 67 6– INTERPRETAÇÃO GEOFÍSICA.................................................................................. 72 6.1 – Sísmica......................................................................................................................... 72 6.1.1 – Tratamento sísmico e mapeamentos dos intervalos estratigráficos e estruturas.............................................................................................................................. 72 6.1.2 – Intervalos estratigráficos interpretados......................................................... 74 6.1.3 – Mapas estruturais em tempo......................................................................... 80 6.1.4 – Principais feições estruturais........................................................................ 91 6.2 – Sísmica 3D................................................................................................................... 95 6.3 – Métodos Potenciais...................................................................................................... 118 6.3.1 – Gravimetria................................................................................................... 118 6.3.2– Magnetometria............................................................................................... 122 6.4 – Arcabouço estrutural e a identificação das falhas de transferência............................. 125 7 – INTEGRAÇÃO DOS DADOS E CONCLUSÕES........................................................ 139 8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................... 146 iii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 – Mapa de localização da área de estudo............................................................... 03 Figura 1.2 - Home page do BDEP, contendo informações de dados geofísicos públicos. As linhas em cinzas são as sísmicas 2D, os retângulos alaranjados representam as sísmicas 3D e os pontos alaranjados situam os poços.................................................................................. 06 Figura 1.3 - Mapa de localização dos dados geofísicos solicitados ao BDEP........................ 07 Figura 1.4- Mapa de localização dos mapas de métodos potenciais utilizados no estudo...... 08 Figura 2.1 – (a) Falha de transferência deslocando uma falha lístrica. (b) Duas falhas de transferência separando três zonas de diferentes estilos de deformação (Gibbs, 1984). 2 – Falha de transferência em bloco-diagrama (a) e em planta (b) (Gibbs, 1990)........................ 10 Figura 2.2 - (A) Bloco-diagrama ilustrando falha relay ramp, característica em zonas de transferência (Roberts & Yielding, 1994). (B) Esquema de classificação das zonas de transferência em planta e em bloco-diagrama, simplificado de Morley et al. (1990)............. 11 Figura 3.1 - O Cinturão Ribeira. Fonte: Hasui (2008), modificado........................................ 14 Figura 3.2 - Domínios litológicos e lito-estratigráficos do Cinturão Ribeira. Fonte: Hasui (2008)....................................................................................................................................... 17 Figura 3.3 - Os sistemas transcorrentes do Cinturão Ribeiroo e da porção sul da Província Tocantins. Fonte: Hasui e Oliveira (1984) e Ebert e Hasui (1998), modificado..................... 19 Figura 3.4 - As suturas indicadas pela gravimetria e cinturões granulíticos. Os triângulos indicam o sentido de inclinação da sutura, que é oposto ao da vergência. Fonte: Hasui (2008)....................................................................................................................................... 19 Figura 3.5 - As bacias da margem passiva do Leste ao Sul do Brasil. Carta de relevo submarino de Mohriak (2004)................................................................................................. 21 Figura 3.6 - Carta estratigráfica da Bacia de Santos. Fonte: Pereira & Feijó (1994), modificado............................................................................................................................... 23 Figura 3.7 - As instrusivas alcalinas, diques, bacias paleogênicas e depósitos Quaternários. Fonte: Bizzi et al. (2001)......................................................................................................... 25 Figura 3.8 - Principais elementos estruturais do continente e na plataforma na região da Bacia de Santos........................................................................................................................ 28 Figura 3.9 - Modelo de evolução desde o Jurássico ao longo de uma seção transversal à costa na altura do extremo leste de São Paulo. Ocorreram soerguimento, rifteamento e iv abertura do Atlântico. Além da Bacia de Santos, no interior do continente formaram-se intrusões de diques de diabásio (Cretáceo) e alcalinas (Cretáceo e Paleogeno), as serras da Mantiqueira e do Mar, bem como da Bacia de Taubaté. Notar a geometria irregular admitida para a célula de convecção para explicar o soerguimento paleogênico da área costeira. Fonte: Hasui (2008)................................................................................................... 30 Figura 4.1- Imagem SRTM 90m utilizada no trabalho, destacando as serras do Mar e da Mantiqueira e as bacias sedimentares...................................................................................... 33 Figura 4.2- Exemplos de modelo de fotointerpretação de Amaral (1994) e Liu (1984), para a identificação dos principais elementos estruturais................................................................ 34 Figura 4.3- Exemplo de aplicação da ferramenta Edit Sun Angle, tendo como função a variação dos ângulos de azimute e a elevação da iluminação simulada do sol sobre a superfície da imagem SRTM. (A) Azimute da iluminação na direção NE destaca as feições de direção NW-SE. (B) Azimute na direção SW destaca as feições de direção NE-SW........ 34 Figura 4.4 – Mapa de lineamentos tectônicos extraídos de imagens SRTM 90m e respectivas rosetas de comprimento e freqüência acumulados................................................ 35 Figura 4.5- Mapa de lineamento de direção NE-SW extraídos a partir da imagem SRTM 90m........................................................................................................................................... 36 Figura 4.6- Mapa de lineamento de direção NNE-SSW extraídos a partir da imagem SRTM 90m .............................................................................................................................. 37 Figura 4.7- Mapa de lineamento de direção NW-SE extraídos a partir da imagem SRTM 90m........................................................................................................................................... 38 Figura 4.8- Mapa de lineamento de direção NNW-SSE extraídos a partir da imagem SRTM 90m .............................................................................................................................. 39 Figura 4.9- Mapa de lineamento de direção N-S extraídos a partir da imagem SRTM 90m.. 40 Figura 4.10- Mapa de lineamento de direção E-W extraídos a partir da imagem SRTM 90m........................................................................................................................................... 41 Figura 4.11- Sobreposição dos lineamentos extraídos de imagem do satélite Landsat 7ETM (Souza, 2004) ao mapa de isolinhas de anomalias Bouguer.................................................... 43 Figura 4.12 – Mapa de lineamentos obtidos da integração das isolinhas de Anomalias Bouger com os lineamentos extraídos de imagens de satélite. Os diagramas de rosetas representam os comprimentos e freqüências acumuladas....................................................... 44 Figura 4.13- Mapa de lineamentos de direção NE-SW obtidos pela integração de anomalias Bouguer com os extraídos das imagens de satélite................................................. 45 v Figura 4.14- Mapa de lineamentos de direção NNE-SSW obtidos pela integração de anomalias Bouguer com os extraídos das imagens de satélite ................................................ 46 Anexo 4.15- Mapa de lineamentos de direção NW-SE obtidos pela integração de anomalias Bouguer com os extraídos das imagens de satélite................................................. 47 Figura 4.16- Mapa de lineamentos de direção NNW-SSE obtidos pela integração de anomalias Bouguer com os extraídos das imagens de satélite................................................. 48 Figura 4.17- Mapa de lineamentos de direção N-S obtidos pela integração de anomalias Bouguer com os extraídos das imagens de satélite.................................................................. 49 Figura 4.18- Mapa de lineamentos de direção E-W obtidos pela integração de anomalias Bouguer com os extraídos das imagens de satélite.................................................................. 50 Figura 4.19- Mapa integrado de lineamentos tectônicos de direções NE-NW e ENE-WSW com as estruturas continentais reconhecidas (CPRM, 2001)................................................... 53 Figura 4.20- Sobreposição de idades TFA obtidas nos trabalhos publicados ao mapa de lineamentos extraídos de imagens de sensores remotos. O relevo está delineado em cinza e branco.................................................................................................................................................... 54 Figura 4.21 - Histograma das idades TFA na região de estudo............................................... 56 Figura 4.22 - Histograma das idades TFA na região da Serra do Mar.................................... 57 Figura 4.22 - Histograma das idades TFA na região da Serra da Mantiqueira........................ 57 Figura 4.24 - MDT com sobreposição dos lineamentos tectônicos, destacando as bacias cenozóicas e as serras do Mar (direita) e da Mantiqueira (esquerda)...................................... 58 Figura 4.25 – Extração das principais descontinuidades transversais que se projetam para a bacia sobre o mapa de lineamentos direção NW-SE............................................................... 59 Figura 4.26 - Principais descontinuidades transversais que se projetam para a bacia............. 60 Figura 4.27 - Principais lineamentos extraídos sobre o mapa de anomalia Bouguer.............. 60 Figura 4.28 – Mapa de integração dos lineamentos extraídos por gravimetria (anomalia Bouguer) e satélite (imgem SRTM 90m ................................................................................. 61 Figura 5.1- Exemplo de perfis de raios gama (em azul), sônico (preto) e densidade (vermelho) elaborados no programa Prizm............................................................................. 64 Figura 5.2- Exemplo de sismograma sintético construído partir de um dado de poço utilizando o programa Syntool................................................................................................. 65 Figura 5.3 – Exemplos de sismogramas sintéticos retrabalhado no Corel Draw.................... 66 Figura 5.4- Seção Estrutural da Bacia de Santos..................................................................... 70 vi Figura 5.5- Carta estratigráfica da Bacia de Santos (Pereira & Feijó, 1994) com os intervalos estratigráficos identificados.................................................................................... 71 Figura 6.1- Exemplo de amarração dos intervalos estratigráficos a partir da integração do sismograma sintéticos com os refletores da sísmica................................................................ 73 Figura 6.2- Exemplo de amarração dos intervalos estratigráficos a partir de interceptação de outras seções sísmicas interpretadas................................................................................... 74 Figura 6.3 – Seções sísmicas 0248_0010 (A) e 0222_0103 (B) interpretadas........................ 78 Figura 6.4 – Seções sísmicas 0222_0092 (A) e 0231_1332 (B) interpretadas........................ 79 Figura 6.5- Exemplo de formação de “mini-bacias” causada pela estrutura halocinética....... 80 Figura 6.6 - Mapa estrutural em tempo do Embasamento. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ........................................................................................ 82 Figura 6.7 - Mapa estrutural em tempo do Topo do Rifte. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ............................................................................................................ 83 Figura 6.8 - Mapa estrutural em tempo da Formação Ariri. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ........................................................................................ 84 Figura 6.9 - Mapa estrutural em tempo do Albiano. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) .................................................................................................................. 85 Figura 6.10 - Mapa estrutural em tempo do Eosantoniano. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ........................................................................................ 86 Figura 6.11 - Mapa estrutural em tempo do Eocampaniano. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ........................................................................................ 87 Figura 6.12 - Mapa estrutural em tempo do Topo do Cretáceo. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ........................................................................................ 88 Figura 6.13 - Mapa estrutural em tempo do Eoeoceno. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ............................................................................................................ 89 Figura 6.14 - Mapa estrutural em tempo do Mesomioceno. A escala vertical está apresentada em tempo: segundo (s) ........................................................................................ 90 Figura 6.15 – Exemplos de feições estruturais interpretadas nas seções sísmicas.................. 91 Figura 6.16 – Exemplos de feições estruturais interpretadas na seções sísmicas.................... 92 Figura 6.17 – Seções crossline de direção NNW-SSE interpretadas no cubo sísmico 1......... 100 Figura 6.18 – Seções inline de direção WSW-ENE interpretadas no cubo sísmico 1............. 101 Figura 6.19 – Seções crossline de direção NNW-SSE interpretadas no cubo sísmico 2......... 102 Figura 6.20 - Seções inline de direção WSW-ENE interpretadas no cubo sísmico 2............. 103 vii Figura 6.21 - Seções crossline de direção NNW-SSE interpretadas no cubo sísmico 3......... 104 Figura 6.22 - Seções inline de direção WSW-ENE interpretadas no cubo sísmico 3............. 105 Figura 6.23 - Seções crossline de direção NNW-SSE interpretadas no cubo sísmico 4......... 106 Figura 6.24 - Seções inline de direção WSW-ENE interpretadas no cubo sísmico 4............. 107 Figura 6.25- Mapas estruturais em tempo do Embasamento (A) e do Topo do Rifte (B) dos cubos 1, 2 e 3. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ............................................. 108 Figura 6.26 - Mapas estruturais em tempo da Formação Ariri (A) e Albiano (B) dos cubos 1, 2 e 3. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ....................................................... 109 Figura 6.27- Mapas estruturais em tempo Eosantoniano (A) e do Eocampaniano (B) dos cubos 1, 2 e 3. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ............................................. 110 Figura 6.28 - Mapas estruturais em tempo do Topo Cretáceo (A) e Eoeoceno (B) dos cubos 1, 2 e 3. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ....................................................... 111 Figura 6.29 - Mapa estrutural em tempo do intervalo Mesomioceno dos cubos 1, 2 e 3. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ......................................................................... 112 Figura 6.30- Mapa estrutural em tempo do intervalo Embasamento do cubo 4. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ................................................................................... 112 Figura 6.31- Mapas estruturais em tempo do Topo do Rifte (A) e Formação Ariri (B) do cubo 4. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ........................................................ 113 Figura 6.32- Mapas estruturais em tempo do Albiano (A) e Eosantoniano (B) do cubo 4. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ......................................................................... 114 Figura 6.33 - Mapas estruturais em tempo do Eocampaniano (A) e Topo Cretáceo (B) do cubo 4. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ........................................................ 115 Figura 6.34 - Mapas estruturais em tempo do Eoeoceno (A) e Mesomioceno (B) do cubo 4. A escala vertical está apresentada em tempo (s) ..................................................................... 116 Figura 6.35- Mapa de integração das estruturas mapeadas dos cubos 1,2,3............................ 117 Figura 6.36- Mapa de integração das estruturas mapeadas do cubo4...................................... 117 Figura: 6.37- Mapa de Anomalia Bouguer (levantamento Santos Reconhecimento - P0141) gerado a partir da interpolação Mínima Curvatura com malha de 5 X 5 Km.......................... 119 Figura 6.38 - Exemplo de gráfico logaritmo do espectro de potência por freqüências espaciais dos dados de anomalia Free-Air utilizado durante a aplicação do filtro Passa Banda. Entre as duas linhas vermelhas no gráfico são os valores utilizados........................... 120 Figura 6.39- Mapa de Anomalia Bouguer (levantamento Santos Reconhecimento - P0141) com Filtro Passa Banda............................................................................................................ 121 viii Figura 6.40 - Mapa de Anomalia Free-Air (levantamento Santos Reconhecimento - P0141) com Filtro Passa Banda............................................................................................................ 122 Figura: 6.41- Mapa de anomalias do campo magnético total (levantamento Plataforma Continental Sul – App040) gerado a partir da interpolação Mínima Curvatura com malha de 5 X 5 Km............................................................................................................................. 123 Figura 6.42 - Exemplo de correção quando é aplicado o filtro de redução ao pólo (Blakely, 1995)........................................................................................................................................ 124 Figura 6.43 - Mapa de anomalia do campo magnético total (levantamento Plataforma Continental Sul – App040) com Filtro de Redução ao Pólo.................................................... 125 Figura 6.44 - Mapa estrutural em tempo da Formação Ariri destacando a Falha de Cabo Frio (Modica & Brush, 2004; Paula & Mohriak, 2005). A escala vertical está apresentada em tempo (s)............................................................................................................................. 127 Figura 6.44 - Mapa de Anomalia Bouguer destacando a Falha de Cabo Frio (Modica & Brush, 2004; Paula & Mohriak, 2005). A escala vertical está apresentada em tempo (s)............................................................................................................................................. 127 Figura 6.45 - Mapa de anomalia do campo magnético total e as falhas de transferências (cinza) identificadas................................................................................................................. 131 Figura 6.47- Mapa de anomalia Bouguer e as falhas de transferências (cinza) identificadas. 132 Figura 6.48- Mapa de anomalia Free-Air e as falhas de transferências (cinza) identificadas. 132 Figura 6.49 - Mapa estrutural do Embasamento e as falhas de transferências (cinza) identificadas. A escala vertical está apresentada em tempo (s)............................................... 133 Figura 6.50 - Mapa estrutural do Topo do Rifte e as falhas de transferências (cinza) identificadas. A escala vertical está apresentada em tempo (s)............................................... 134 Figura 6.51- Mapa de isópaca do Rifte e as falhas de transferências (cinza) identificadas..... 135 Figura 6.52 - Parte das seções sísmicas strikes interpretadas destacando as falhas de transferências FT-1 e FT-2 (em cinza).................................................................................... 136 Figura 6.53 - Parte das seções sísmicas strikes interpretadas destacando as falhas de transferências FT-3 e FT-4 (em cinza).................................................................................... 137 Figura 6.54 - Parte das seções sísmicas strikes interpretadas destacando as falhas de transferências FT-5 e FT-6 (em cinza).................................................................................... 138 Figura 7.1: Mapa de integração em ambiente SIG das principais descontinuidades do continente com as falhas de transferência identificadas.......................................................... 139 ix Figura 7.2: Integração em ambiente tridimensional das principais descontinuidades do continente com as falhas de transferência identificadas.......................................................... 140 Figura 7.3: Integração em ambiente tridimensional das principais descontinuidades do continente com as falhas de transferência identificadas.......................................................... 141 Figura 7.4: Mapa de anomalia Free-air extraída do trabalho de Almeida (2002, Modificada), destacando a Zona de Transferência do Funil deslocando a Zona de Sutura Abre-Campo (Haralyi et at., 1985).......................................................................................... 143 x ÍNDICE DE ANEXOS ANEXO 01 - Seção sísmica 0248_0019 ANEXO 02 - Seção sísmica 0248_0014 ANEXO 03 - Seção sísmica 0248_0011 ANEXO 04 - Seção sísmica 0248_0010 ANEXO 05 - Seção sísmica 0222_0108 ANEXO 06 - Seção sísmica 0222_0107 ANEXO 07 - Seção sísmica 0222_0105 ANEXO 08 - Seção sísmica 0222_0103 ANEXO 09 - Seção sísmica 0222_0102 ANEXO 10 - Seção sísmica 0239_0366 ANEXO 11 - Seção sísmica 0228_3707 ANEXO 12 - Seção sísmica 0222_0091 ANEXO 13 - Seção sísmica 0222_0092 ANEXO 14 - Seção sísmica 0222_0093 ANEXO 15 - Seção sísmica 0222_0094 ANEXO 16 - Seção sísmica 0231_1332 ANEXO 17 - Seção sísmica 0247_0103 ANEXO 18 - Seção sísmica 0228_3730 ANEXO 19 - Seção sísmica 0247_0100 ANEXO 20 - Seção sísmica 0250_1225 ANEXO 21 - Seção sísmica 0248_0097 ANEXO 22 - Seção sísmica 0248_0107 ANEXO 23 - Seção sísmica 0248_0108 ANEXO 24 - Seção sísmica 0248_0113 ANEXO 25 - Seção sísmica 0248_0114 xi RESUMO Na parte continental desenvolveu-se um estudo para o reconhecimento estrutural, tectônico e geomorfológico, por meio de sensoriamento remoto, com o intuito de identificar as feições lineares transversais que se projetam para a porção norte da Bacia de Santos. Para isso, utilizou-se imagem de satélite SRTM 90 para mapear os principais lineamentos tectônicos, onde foram extraídas aproximadamente 5600 feições lineares no continente. A imagem permitiu a identificação dos lineamentos tectônicos transversais (NW-SE e NNW-SSE) que interceptam as principais estruturas pré-cambrianas (NE-SW). Esses lineamentos transversais foram selecionados e classificados em 47 conjuntos principais de lineamentos e o critério para essa seleção foi verificar o padrão de segmentos contínuos das feições lineares. Esses conjuntos foram objeto de estudo para a interpretação de dados de subsuperfície (geofísicos). Na porção norte da Bacia de Santos foram interpretadas 25 seções sísmicas 2D, 12 dados de poços, assim como dados aeromagnetométricos e gravimétricos, fornecido BDEP-ANP. Por meio da análise nas seções sísmicas com a localização das feições transversais (NW-SE e NNW-SSW) observadas nos mapas estruturais e métodos potenciais, mostram que algumas falhas interpretadas apresentam estrutura-em-flor, ocorrência de inversão do rejeito com a profundidade, mudanças abruptas na espessura ou mesmo o desaparecimento dos refletores ao longo da seção sísmica, que são características de falhas de movimentação laterais. E provavelmente estão associados a falhas de transferência. A integração desses dados em ambiente SIG e tridimensional permitiu identificar seis conjuntos de falha de transferência que foram nomeados de FT-1, FT-2, FT-3, FT-4, FT-5 e FT-6. Esses resultados de subsuperfície foram integrados com aqueles obtidos nas interpretações do continente por sensoriamento remoto, em ambiente SIG e tridimensional. A integração permitiu observar que os lineamentos principais interpretadas no continente somente 6 deles (de direção NW) coincidem com as falhas de transferência identificadas na bacia. A descontinuidade FC1, localizada na porção sul da área, atravessa a Bacia de São Paulo até o litoral da região de Santos e coincide com a falha de transferência FT-1 da bacia de Santos. É representada por lineamentos de curto comprimento, com alguns deslocamentos da estruturação principal do continente (NE) e também coincidem com a feição identificada no mapa de anomalia Bouguer. Como a Bacia de São Paulo e seu preenchimento são do Paleogeno, essa descontinuidade está associada à reativação cenozóica, observada também nas seções sísmicas onde as falhas da FT-1 interceptam intervalos até o Eoceno. A descontinuidade FC2 tem continuidade com a FT-2 e passa pela região da Ilha de Sebastião e se prolonga para a borda xii da Bacia de Taubaté. Essa borda é caracterizada por um alto estrutural. Esta descontinuidade sofreu reativações durante o Mesozóico Superior e Cenozóico, pois de acordo com a projeção para a Bacia de Santos, é possível observar que as falhas interceptam os intervalos do Eosantoniano e Eoeoceno. A descontinuidade FC3 corresponde FT-3 da Bacia de Santos. Passa pela região de Parati e alcança a porção nordeste da Bacia de Taubaté, onde coincide com o alto estrutural Alto Capela Nossa Senhora do Socorro, que separa as sub-bacias de Quirimim e Roseira. Os lineamentos identificados nas imagens que representam a descontinuidade FC3 interceptam algumas estruturas do pré-cambriano. A análise das seções sísmicas indica reativações durante o Cretáceo Superior e Eoceno. A descontinuidade FC4 passa pela região da Ilha Grande e no interior coincide com o alto estrutural referido como Soleira de Queluz, que separa as bacias de Taubaté e Resende. Esse alto foi controlado por sistemas de falhas NW. Em direção à Bacia de Santos a descontinuidade FC4 se projeta com a FT-4. Nas seções sísmicas é possível observar a presença de estrutura-em-flor negativa e indicação de que a descontinuidade sofreu reativação cenozóica. A descontinuidade FC5, com projeção a FT-5, está localizada na região de Sepetiba e segue para o interior com sentido à porção central da Bacia de Resende. Esta descontinuidade coincide com a Zona de Transferência de Funil, identificada pela interpretação de anomalia Bouguer, onde esta desloca a Sutura de Abre-Campo. Observou-se que o conjunto de lineamento NW passa pela região entre os maciços alcalinos Itatiaia e Morro Redondo, ambos do Paleogeno. Nas seções sísmicas que cruzam essa descontinuidade na Bacia de Santos mostram que as falhas interceptam camadas mais recentes (Holoceno), indicando reativação cenozóica. A descontinuidade FC6 tem sua projeção situada na borda nordeste das bacias de Resende e Volta Redonda até próximo a Baía de Guanabara, e se ajusta com a FT-6. Essa descontinuidade entre a região de Volta Redonda e Barra do Piraí coincide com a Zona de Transtensão de Volta Redonda representada por falhas transcorrentes dextrais que deslocam lateralmente as estruturas pré-cambrinas. Os maciços alcalinos Serra dos Tomazes e Mendanha do Paleogeno são interceptados por esta descontinuidade. A descontinuidade FC6 apresenta reativação cenozóica que pode ser evidenciado no limite da borda das Bacias de Resende e Volta Redonda e nas seções sísmicas onde as falhas interceptam o intervalo Mesomioceno. Em geral, as falhas de transferência interpretadas na porção norte da Bacia de Santos influenciaram na estruturação e evolução da bacia, uma vez que se originaram durante o evento distensivo, afetando o principal trend estrutural (direção NE-SW) da bacia. xiii ABSTRACT In the continental area has developed a research for the structural, tectonic and geomorphological recognition, through remote sensing, intending to identify linear features transverse that has a projection for the northern portion of the Santos Basin.. For this, used image satellite SRTM 90m to map the main tectonic lineaments, which were extracted from approximately 5600 linear features on the continent. The image allowed the identification of transverse tectonic lineaments (NW-SE and NNW-SSE) that intersect the main structures of pre-cambrian (NE-SW). These lineaments transverse were selected and classified into 47 segments and criterion for this selection was check the pattern of continuous segments of the linear features. These sets have been object of studied for the interpretation of subsurface data (geophysical). In the northern portion of the Santos Basin were interpreted 25 seismic sections, 12 well data and potential methods data (aeromagnetometric and gravimetric), provided by BDEP-ANP. Through the seismic sections analysis with the location of the features transverse (NW-SE and NNE-SSW) observed in the structural maps and potential methods, demonstrate that some fault interpreted to show flower structures, displacement inversion in depth (inverse at the base and normal at the top), sudden changes of thickness or even disappearance of reflectors, that are characteristic of transcurrent faults. And probably are associated with transfer faults. The integration of these data in GIS and three-dimensional environment allowed identified 6 transfer faults (TF) that were named of TF-1, TF-2, TF-3, TF-4, TF-5 and TF-6. These results of subsurface were integrated with those obtained in the interpretations of the continent by remote sensing, in a GIS environment and three- dimensional. The integration allowed observe that the main lineaments interpreted on the continent only 6 of them (of NW direction) coincide with the transfer faults identified in the basin and are described below. The discontinuity FC1, located in the southern area, crosses the São Paulo basin even the coastal region of Santos and coincides with the TF-1 from Santos Basin. Is represented by lineaments of short length, with some shifts of the main structure of the continent (NE) and also coincide with the feature identified in the map of Bouguer anomaly. As the sediment of the São Paulo basin are of the Paleogene, the discontinuity is associated with reactivation cenozoic, also observed in seismic sections where the failures of the TF-1 intercept the intervals even the Eocene. The discontinuity FC2 has continuity with the TF-2 and passes through the region of the Island of São Sebastião and extends to the edge of Taubaté Basin. This discontinuity suffered reactivation during the Upper Mesozoic and Cenozoic, because according to the projection of the Santos Basin, is xiv possible observe that faults intersect the intervals Eosantonian and Eoeocene. The discontinuity FC3 corresponds the TF-3 in the Santos Basin. Passes through the region of Parati and reaches the northeastern portion of Taubaté Basin, which coincides with the structural high Alto Nossa Senhora do Socorro, that separating the sub-basins Quirimim and Roseira. The lineaments identified in the images that represent discontinuity FC3 some intercept main structures of the pre-Cambrian. The analysis of seismic sections indicates reactivation during the Upper Cretaceous and Eoeocene. The discontinuity FC4 passes through region of Ilha Grande and in the interior matches the structural high referred of as High of Queluz, that separates the basins of Taubaté and Resende. This high was controlled by fault systems NW. Towards the Santos Basin the discontinuity FC4 has the same projection of the TF-4. In the seismic sections is possible to observe the presence of negative flower structure and indication that the discontinuity suffered Cenozoic reactivation. The discontinuity FC5, with projected TF-5, is located in the region of Sepetiba and follows to the interior toward the central portion of the Basin Resende. Esta descontinuidade coincide com a Zona de Transferência de Funil, identified by interpretation of Bouguer anomaly, where this displaces the Suture of Abre-Campo. It was observed that the set of NW lineament passes through the region between the massive alkali Itatiaia and Morro Redondo, both of Paleogene. In seismic sections that cross the discontinuity in the Santos Basin show that the fault intercepts the layers of Holocene, indicating reactivation cenozoic. The discontinuity FC6 has its projection situated in the edge northeast of the basins of Resende and Volta Redonda up to next Guanabara Bay, and fits with the TF-6. This discontinuity between the region of Volta Redonda and Barra of Pirai coincides with the Zone of Transtension Volta Redonda represented by dextrals transcurrent faults that laterally displaces the structures precambrian. The massive of alkali Sierra Tomaz and Mendanha of the Paleogene are intercepted by this discontinuity. The discontinuity FC6 presents cenozoic reactivation which can be evidenced in the edge boundary of basins of Resende and Volta Redonda and in the seismic sections where the faults intersect the interval Mesomiocene. In general, the transfer faults interpreted in the northern portion of the Santos Basin influenced in the structuring and evolution of the basin, once that originated during the event distensive, affecting the main structural trend (NE-SW) of the basin. 1 1 – INTRODUÇÃO O embasamento continental da região costeira do Brasil constitui importante alvo de investigações geológicas, pois registra os processos tectônicos Mesozóicos da fragmentação do Gondwana, que resultou na abertura do Atlântico e na separação da América do Sul e África. Na porção da plataforma continental do Brasil que se estende do Nordeste ao Sul, esses processos de natureza distensiva foram responsáveis por falhamentos que geraram e compartimentaram bacias sedimentares e que, em parte, acompanharam manifestação magmática neocomiana durante a fase rifte. Uma dessas bacias é a de Santos, na região Sudeste e Sul. Além das falhas normais sintéticas e antitéticas próprias do regime distensivo, o desenvolvimento das bacias normalmente envolve outras importantes falhas, de transferência e compartimentais, de movimentação lateral. Elas influenciam muito na configuração geométrica da bacia, erosão e acumulação sedimentar, geração de trapas estruturais e migração de hidrocarbonetos (Zalán, 1986a; Mohriak et al., 1995; Demercian & Szatmari, 1999; Novais et al., 2004; Mohriak, 2004). Também, o desenvolvimento da Bacia de Santos foi acompanhado pelo soerguimento das serras do Mar e da Mantiqueira na área emersa, que se sujeitaram a intensos processos erosivos e aportaram materiais dissolvidos e em suspensão para a bacia durante o Neocretáceo e Paleogeno (Macedo, 1987; Almeida & Carneiro, 1998). Esse soerguimento teve dois pulsos, um relacionado com os processos de ruptura que levaram à separação América do Sul-África no Cretáceo e outro no Paleogeno, renovando as áreas-fonte de materiais que preencheram a bacia. O entendimento de todos esses processos tem sido buscado com impulso da importância econômica para a investigação e exploração de petróleo e gás, que é agora potencializada pelas descobertas mais recentes na porção da fase rifte, que tem sido chamada pré-sal. 2 Um dos aspectos importantes é o papel das estruturas pré existentes na configuração das bacias da Margem Continental Sudeste como um todo e na de Santos em particular (Dias et al., 1987; Macedo, 1987; Macedo, 1989; Guardado et al., 1990; Chang et al.,1992; Karner & Driscoll, 1999; Cobbold et al., 2001; Meisling et al., 2001; Modica & Brush, 2004; Zalán & Oliveira, 2005). As falhas reconhecidas na margem continental têm sido correlacionadas com lineamentos tectônicos presentes na faixa costeira da região Sudeste. Estes lineamentos são na maioria de direção NE-SW e relacionados com as estruturas pré existentes e também existem algumas transversais NW-SE e NNW-SSE que as cruzam e se projetam para dentro da bacia, podendo corresponder a possíveis falhas de transferência. O estudo delas pode contribuir para o melhor entendimento da tectônica não só da bacia e seus depósitos de petróleo e gás, mas também das águas subterrâneas e microorganismos continentais, responsáveis pela biodegradação dos campos de petróleo. É nesse contexto que se insere este estudo. 1.1 – Objetivo O objetivo é a identificação e caracterização das estruturas transversais presentes no embasamento aflorante no continente, suas projeções para a margem continental associando- as com falhas de transferência e suas relações com a evolução e deformação da Bacia de Santos. O foco é a porção norte da Bacia de Santos 1.2 – Localização da área A área de estudo compreende a região emersa que se estende pelo sul do Rio de Janeiro, sudeste de Minas Gerais e leste de São Paulo e a porção submersa do norte da Bacia de Santos, aproximadamente entre as latitudes 22°S e 26°S e longitudes 42°W e 47°W (figura 1.1). 3 Figura 1.1: Mapa de localização da área de estudo. 1.3 – Métodos, procedimentos e materiais Em essência, os lineamentos transversais constituem o objeto do estudo. Eles são abordados em termos de: 1) caracterização geométrica mediante interpretação de imagens de satélite no continente e através de sísmica 2D e dados de métodos potenciais na porção submersa; 2) caracterização cinemática por meio da integração e correlação dos dados e relação com a formação, sedimentação e deformação da porção norte da Bacia de Santos; 3) caracterização dinâmica por inserção no quadro dos eventos tectônicos ocorridos durante o Mesozóico e Cenozóico. Para isso, uma série de atividades multidisciplinares foram desenvolvidas. 4 1.3.1. Levantamento bibliográfico e cartográfico Envolveu a pesquisa e compilação de dados sobre o embasamento da porção emersa, tais como, constituição litológica, estruturas tectônicas dúcteis e rúpteis, e feições geomorfológicas. Para a área submersa os dados pesquisados dizem respeito aos pacotes de rochas sedimentares, paleoambientes e evolução tectono-sedimentar. Foram coletados documentos básicos: cartográficos e geológicos para a área emersa, assim como geofísicos (gravimetria, magnetomeria e sísmica), cartas e seções estratigráficas e registros de poços perfurados para a área submersa. 1.3.2. Processamento digital de imagens e extração de lineamentos do continente Foram utilizadas imagens de satélite SRTM 90m para extrair as principais feições lineares, através dos programas Global Mapper v.6.01 e ER Mapper 6.4. Os dados foram comparados com os lineamentos extraídos do trabalho de Souza (2003) e integrados com interpretações sísmicas e métodos potenciais da bacia, com a finalidade de associar as estruturas transversais (NW-SE e NNW-SSE) com possíveis falhas de transferência. 1.3.3. - Interpretação de dados sísmicos Foi selecionada, preliminarmente, uma série de dados mais adequados ao objetivo da pesquisa (figura 1.2) no site do Banco de Dados de Exploração e Produção (BDEP), administrado pela Agência Nacional do Petróleo (ANP). Tratam-se de dados de poços, contendo registros sônicos, densidade e raio gama, e seções sísmicas migradas que permitem uma visão mais próxima da geometria do subsolo. Os dados selecionados foram solicitadas ao BDEP (figura 1.3), dentro da política de gratuidade para universidades, 25 linhas sísmicas, dados de 12 poços, um contendo Arquivo Geral do Poço (AGP) e 4 cubos sísmicos abrangendo 80 km2. As seções seccionadas ou com espessuras locais influenciadas pelas zonas de fraturas ou falhas forneceram indicações sobre as idades de ativação, bem como seu caráter cinemático. Nos estudos tradicionais, conduzidos pela indústria do petróleo, o enfoque maior tem sido dado aos perfis transversais à linha de charneira da bacia, onde se busca identificar os principais depocentros e os altos estruturais (horstes e grábens). Aqui, além de se 5 contemplar os perfis transversais, procurou-se também e, principalmente, trabalhar em perfis paralelos à costa, para permitir a identificação e o melhor entendimento das estruturas transversais (falhas de transferência). Tais dados foram interpretados no Laboratório de Interpretação de Dados Sísmicos e Geológicos (LISG), utilizando-se os programas da Geographix (SeisVision 2D e 3D e Prizm) e Landmark (SynTool), cedidos através da Grant Educacional, e também no Laboratório de Geomodelagem 3D, usando os programas Gocad, ArcView 9.1 e ErMapper 6.4. Os dois laboratórios são da UNESP/Campus de Rio Claro. Para as interpretações geofísicas (dados sísmicos e de poços) foram utilizadas as propostas metodológicas de Vail (1987), adequada para trabalhos estratigráficos, e de Brown (1993), adequada a trabalhos de caráter estrutural. Seguindo essas propostas foram realizados: - inspeção prévia dos dados no monitor e em filmes do volume; - identificação dos horizontes nos dados de poços (avaliação da fase e da polaridade dos dados); - reconhecimento das principais falhas em seções sísmicas; - amarração das falhas utilizando as seções horizontais; - controle inicial dos horizontes usando seções verticais e horizontais; - verificação prévia de produtos para cada horizonte, a fim de determinar os procedimentos para validação do traçado; - estruturas em tempo baseado na escala de cores; - revisão dos horizontes e falhas; - mapas estruturais finais em tempo e os horizon slices; - mapas estruturais em tempo, isópacas e em profundidade. 6 Figura 1.2: Home page do BDEP, contendo informações de dados geofísicos públicos. As linhas em cinzas são as sísmicas 2D, os retângulos alaranjados representam as sísmicas 3D e os pontos alaranjados situam os poços. Figura 1.3: Mapa de localização dos dados geofísicos solicitados ao BDEP. 7 1.3.4. - Interpretações dos dados de métodos potenciais Foram obtidos do BDEP dados aeromagnetométrico (levantamento Plataforma Continental Sul) e marítimo (levantamento Santos Reconhecimento p0141, contendo mapas de anomalias Bouguer e Free-Air e de magnetometria) (figuras 1.4 e 1.5). Esses dados foram processados e interpolados através do programa Oasis Montaj (Geosoft) e interpretados no programa Er Mapper 6.4 e ArcView 9.1, com agregação das interpretações sísmicas. Foram identificadas as principais estruturas da bacia, principalmente de descontinuidades que podem ser falhas de transferência. Figura 1.4: Mapa de localização dos dados aeromagnetométrico utilizados no estudo. 8 Figura 1.5: Mapa de localização dos dados marítimos (gravimetria e magnetometria) utilizados no estudo. 1.3.5 – Integração dos dados em ambiente tridimensional Os dados de superfície e subsuperfície interpretados foram integrados em ambiente tridimensional, usando-se o programa Gocad, que permitiu observar as direções das falhas interpretadas e a geometria da bacia e do continente. 1.4 – Organização da Tese É a seguinte a estruturação do texto seguinte: - O capítulo 2 traz um apanhado de conceitos e estilos estruturais de zonas de transferência. 9 - O capítulo 3 expõe os aspectos geológicos, estruturais e tectônicos da região de estudo. - O capítulo 4 apresenta os dados e resultados da investigação da área emersa. - O capítulo 5 apresenta os dados da área submersa. Nesse capítulo, são descritas as técnicas aplicadas para a interpretação dos dados de poços e os resultados obtidos. - O capítulo 6 descreve as técnicas utilizadas e os resultados obtidos na interpretação de dados sísmicos (2D) e métodos potenciais (gravimetria e magnetometria). - O capítulo 7 consubstancia a integração dos dados e resultados obtidos. 10 2 - ZONAS DE TRANSFERÊNCIA De acordo com os trabalhos de Gibbs (1984 e 1990) e Zalán (1986a e 1986b), as falhas de transferência são falhas transcorrentes, cujos trends são praticamente perpendiculares à direção geral da faixa tectônica em que se situam, deslocando segmentos de falhas normais ou inversas. Essas falhas deslocam blocos de um lado da bacia para outro e a movimentação principal pode ocorrer em ambiente tectônico puramente distensivo ou compressivo (figura 1.1). Figura 2.1: 1 - (a) Falha de transferência deslocando uma falha lístrica. (b) Duas falhas de transferência separando três zonas de diferentes estilos de deformação (Gibbs, 1984). 2 – Falha de transferência em bloco-diagrama (a) e em planta (b) (Gibbs, 1990). Morley et al. (1990), Morley (1995) e Roberts & Yielding (1994) descreveram zonas de transferência quando os principais trends de falhas da bacia são interrompidos e separados por falhas relay ramp ou bridge, ou seja, afastada por uma espécie de rampa ou ponte (figura 2.2.A). Morley (1995) classificou essas zonas (figura 2.2.B) em sintética, onde as falhas têm a mesma direção de mergulho; e conjugadas (ou antitéticas), quando as falhas mergulham em 11 direções opostas, sendo subdivididas em convergentes e divergentes, de acordo com o sentido das falhas. Figura 2.2: (A) Bloco-diagrama ilustrando falha relay ramp, característica em zonas de transferência (Roberts & Yielding, 1994). (B) Esquema de classificação das zonas de transferência em planta e em bloco-diagrama, simplificado de Morley et al. (1990). Mohriak et al. (1995) observaram, através de análise de linhas sísmicas, que o Alto de Cabo Frio (limite entre a bacias de Santos e Campos) é caracterizado pela mudança no padrão estratigráfico e estrutural da Margem Sudeste Brasileira. Dentre as principais feições desse alto destaca-se uma zona de transferência expressa por falhas de alto ângulo ou estruturas em flor, mergulhando para o continente e descolando blocos da plataforma carbonática albiana. Estes sistemas de falhas controlam feições mapeáveis, numa área de centenas de quilômetros de comprimento por dezenas de largura. Nas bacias do Espírito Santo e porção norte de Campos as falhas transcorrentes, de direções NW-SE e EW, podem ter controlado a deposição de rochas-reservatório da seção pós-rifte dessas bacias e influenciado na migração de hidrocarbonetos e na percolação de águas meteóricas (Novais et al., 2004). Ao longo da margem continental do Sudeste, abrangendo as bacias de Santos, Campos e porção sul da Bacia do Espírito Santo, foi interpretado um sistema de zonas de transferência, com base em dados sísmicos e gravimétricos (Meisling et al., 2001), que se desenvolveu durante a seqüência rifte no Cretáceo Inferior (Neocomiano, 135 a 120 Ma). Essas zonas de transferência de direção geral NW-SE associadas a rifteamento oblíquo, foram reativadas durante o Eoceno (54 a 33 Ma.) e Neógeno (23 Ma. ao Recente) (Cobbold et al., 2001). Na região de Volta Redonda, no Estado do Rio de Janeiro, foram identificadas importantes zonas de falhas, de natureza transtensiva com direção NNW-SSE e NW-SE, que 12 são evidenciadas por brechas e zonas de silicificação e, principalmente, pelos deslocamentos laterais das estruturas pré-cambrianas. Estas zonas foram denominadas de Zona de Transtensão de Volta Redonda (Valeriano & Heilbron, 1993). Almeida & Ebert (2002) identificaram, através de mapa de anomalia Bouguer, a Zona de Transferência do Funil, de direção NW-SE, na região da Serra da Bocaina que se dirige para a costa Atlântica. Essa feição coincide em superfície com os lineamentos estruturais NW-SE, que dissecam o relevo e geram colinas assimétricas e esporões alongados na mesma direção. Em direção à Bacia de Santos, esta zona parece conectar-se com uma das zonas de transferência NW-SE, identificada por Meisling et al. (2001) na fase rifte Neocomiana (135 a 120 Ma). Na porção distal da Bacia de Santos foi identificado um lineamento de direção noroeste com movimentação em tesoura, denominado de Lineamento de Capricórnio (Bueno et al, 2004). Segundo os autores esse lineamento se originou durante a fase rifte, com a implantação de uma zona de acomodação de direção NW superimposta a uma zona de sutura Proterozóica, e no inicio da fase drifte a descontinuidade é reativada lateralmente atuando como uma zona de transcorrência. 13 3 - GEOLOGIA REGIONAL Um apanhado da geologia da área continental adjacente à Bacia de Santos é importante para mostrar o quadro regional de fontes dos materiais que a preencheram e dos processos em que se insere seu desenvolvimento. A geologia da área de estudo é registrada por rochas de idades variando do Arqueano até o Recente. Elas são reunidas em unidades correspondentes as etapas da evolução regional, compreendendo rochas pré-cambrianas a cambro-ordovicianas, mesozóicas-cenozóicas (incluindo intrusivas alcalinas e sedimentos das bacias de Santos e continentais cenozóicas), e cenozóicas. A etapa paleozóica também está representada. Essas unidades são apresentadas de modo resumido a seguir. 3.1 - Pré-Cambriano a Cambro-Ordoviciano As unidades pré-cambrianas formam a área continental e podem ser os constituintes do embasamento da parte rasa e em partes mais profundas da Bacia de Santos (Macedo, 1989). Na região costeira elas constituem a Província Mantiqueira que se estende do extremo sudeste da Bahia até o Uruguai. Na porção adjacente à Bacia de Santos ela é representada pelo Cinturão Orogênico Ribeira. O Cinturão Ribeira (figura 3.1) situa-se ao longo da região costeira da região sudeste e sul do Brasil. Limita-se ao sul do Cinturão Pelotas pela Falha de Itajaí-Perimbó e ao norte com o Cinturão Araçuaí, onde não está ainda bem definido seu limite. Em direção ao interior, a oeste deste cinturão, é limitado com as províncias São Francisco (Cráton São Francisco), Tocantins (Cinturão Brasília) e Paraná (Bacia do Paraná). Na faixa litorânea, a leste, confronta-se com a Província da Margem Continental. 14 Figura 3.1. O Cinturão Ribeira. Fonte: Hasui (2008), modificado. As unidades litoestratigráficas e litológicas do Cinturão Ribeira são encontradas, na literatura, várias esquemas de divisão e numerosas designações (Tupinambá et al., 2007; Heilbron et al., 2004; Trouw et al., 2000), em geral é descrita em termos de vários segmentos separados por falhas transcorrentes ou de empurrão. O presente trabalho, baseou-se em Hasui (2008) (Figura 3.2), que elaborou a mais recente síntese de abrangência regional com base nos conhecimentos mais atuais, e que apresenta as seguintes descrições: O Domínio Mantiqueira: representado pelo Complexo Mantiqueira, constituído por granito-gnaisses TTG, com enclaves metassedimentares e metavulcânicos diversos. Esse domínio foi metamorfizado em condições de médio grau, migmatizado, deformado e injetado por granitóides sincolisionais de idade 2,1-2,0 Ga (PaleoProterozóico). Todo esse conjunto é interpretado como parte de um sistema orogênico (Cinturão Orogênico Mineiro), desenvolvido no Ciclo Transamazânico (Alkimim, 2004). O Domínio Juiz de Fora: representado pelo complexo de mesmo nome, é formado por granulitos félsicos a máficos, gnaisses bandados, gnaisses kinzigitos, quartzitos, metabasitos e rochas cálcio-silicáticas, que representam um cinturão granulítico. Apresentam idades 15 Arqueanas (3,0 – 2,8 Ga) e PaleoProterozóicas (2,2 – 2,1 Ga), e o metamorfismo foi de alto grau com intrusão de granitóides colisionais durante o Evento Transamazônico (2,1 Ga), onde essa deformação tangencial foi intensa, segmentando lascas empurradas sobre o Complexo Mantiqueira. O Domínio Paraíba do Sul: apresenta metamorfismo de médio grau acompanhado de migmatização. A deformação tangencial desmembrou as rochas em lascas empurradas para oeste sobre o domínio Juiz de Fora. Esse domínio apresenta idades entre 2,3 – 2,2 Ga (PaleoProterozóico) e é constituído pelo Complexo Quirino, formado por granito-gnaisses com enclaves de metamafitos, metaultramafitos e rochas cálcio-silicicáticas; também supracrustais do Grupo Paraíba do Sul, composto por micaxistos, quartizitos, gnaisses bandados, gnaisses kinzigíticos, metacalcários, rochas cálcio-silicicáticas, gonditos, metamafitos e metaultramafitos. O Domínio Rio Doce: é constituído pelo grupo de mesmo nome, constituído por metagrauvacas, micaxistos, gnaisses bandados, paragnaisses, quartizitos, rochas cálcio- silicicáticas, gonditos, metafelsitos, metamafitos e metaultramafitos. Apresentam metamorfismo de médio grau (idade entre 590 e 560 Ma) e foi intrudido por corpos granitóides pré-colisionais a pós-colisionais (de idade 630-500 Ma) e de pegmatitos. O Domínio Paragnáissico: está mais extensivamente representado no Cinturão Araçuaí e é formado por rochas paragnaisses e kinzigitos, com enclaves de quartzito, grafita gnaisse, rochas cálcio-silicicáticas. Esse domínio é constituído pelo Complexo Jequitinhonha, com idades de 630-585 Ma, e Nova Venécia, idades 580-560 Ma, localizado no norte do Espírito Santo (Heilbron et al. 2004). O Domínio Rio Negro: é formada pelo complexo de mesmo nome e três faixas de rochas metavulcano-sedimentares. O Complexo Rio Negro constituído por granito-gnaisses, são corpos pré-colisionais interpretados como arco continental que foi envolvido nos processos colisionais do Evento Brasiliano. A faixa metavulcano-sedimentar de oeste é formada pelas unidades São Fidélis e São Sebastião do Alto e a sua litologia é formada por gnaisses kinzigíticos, gnaisses bandados, rochas cálcio-silicáticas, gonditos, anfibolitos e quartizitos. A de leste é constituída pela unidade Cambuci constituída por gnaisses, gnaisses bandados, metamafitos, gonditos, rochas cálcio-silicáticas e mármores dolomíticos. Essas duas faixas apresentam metamorfismo de médio a alto grau, migmatizadas e parcialmente 16 fundidas, deformadas tangencialmente e injetadas por intrusões granitóides pré-colisionais a pós-colisionais, incluindo charnockitos. A terceira faixa está embutida na porção leste e é representados pelo Grupo Italva formada por rochas mármores, paragnaisses, gnaisses bandados e anfibolitos, metamorfizado em médio grau, migmatizado e deformado tangencialmente. O Domínio Cabo Frio: apresenta metamorfismo de médio a alto grau (em 530 Ma), com migmatização associada, bem como deformação tangencial, gerando falhas de empurrão para o oeste que carrearam as lascas sobre o Domínio Rio Negro, seguida de falhas transcorrentes em 500-490 Ma (Schmitt et al. 2004). Esse domínio é representado pelo Complexo Região de Lagos, formado por granito-gnaisses com enclaves de anfibolitos de idade 2,0 Ga; e o Complexo Búzio constituído por xistos, paragnaisses, quartizitos, rochas cálcio-silicáticas e anfibolitos de idade 600 Ma. O Domínio São João Del Rei: é formado por rochas metassedimentares de ambientes rasos, lagunar e deltaico, representado por quartizitos, filitos, metarritimitos e metacalcários de idade Mesoproterozóica. O grupo apresenta o mesmo nome do domínio e o seu metamorfismo foi de médio a alto grau e a deformação foi imposta por processos de cavalgamento e transcorrência. O Domínio Costeiro: é constituído basicamente por granito-gnaisses, gnaisses bandados e gnaisses kinsigíticos, com enclaves de xistos, quartizitos, anfibolitos e rochas cálcio-silicáticas, incluindo ortognaisses paleoproterozóicos de idade 2,1 Ga. Apresenta metamorfismo de médio a alto grau e a deformação foi imposta por processos de cavalgamento e transcorrência. O Domínio Embu: apresenta metamorfismo variando de baixo a alto grau, deformação tangencial seguida de intensa movimentação de falhas transcorrentes e injeção de granitóides pré-colisionais, sincolisionais e pós-colisionais sofrida durante o Evento Brasiliano. Esse domínio é constituído pelo Complexo Rio Capivari composto por granito-gnaisses; e o Complexo Embu representado por micaxistos, quartzitos, paragnaisses, gnaisses bandados, rochas cálcio-silicáticas, kinzigitos, gonditos e anfibolitos. O Domínio São Roque-Apiaí: é representado por dois grupos, na parte basal é o Grupo Serra do Itaberaba, com idade de 1,4 Ga, constituído por xistos, filitos, quartizitos, rochas cálcio-silicáticas, metabasitos e metandesitos, e o seu metamorfismo é de baixo a médio grau. 17 A parte superior é o Grupo São Roque que apresenta metamorfismo de baixo grau e é composto por filitos, metarritimitos e quartizitos, associados com metarcóseos, metaconglomerados, metacalcários, rochas cálcio-silicáticas, anfibolitos e metabasaltos. O Domínio Curitiba: representado pelo Complexo Atuba, compõe-se de rochas granito-gnaisses e gnaisses bandados com quartizitos, micaxistos, metacalcários, rochas cálcio-silicáticas, anfibolitos e metaultramafitos. Apresenta metamorfismo de médio a alto grau, migmatizadas e fortemente deformadas no Evento Transamazônico (idade 2,1 – 2,0 Ga). Figura 3.2. Domínios litológicos e lito-estratigráficos do Cinturão Ribeira. Fonte: Hasui (2008). 3.1.1 – Estruturas As feições internas, tais como a xistosidade e o bandamento composicional, as principais anisotropias das rochas e zonas de fraqueza do Cinturão Ribeira são resultado do metaformismo ocorrido durante os processos orogênicos brasilianos. Esse metamorfismo é acompanhado por forte deformação tangencial e também por transcorrência tardia. 18 No cinturão a deformação tangencial foi muito ativa, gerado dobras recumbentes e falhas de empurrão que formam sistemas de cavalgamento marcados por nappes empilhadas, complicando as reconstituições estratigráficas originais. No setor central, tais feições foram reconhecidas em várias porções com vergências para sudeste nos domínios Curitiba e parte oriental paranaense do domínio Apiaí-São Roque. A sobreposição do domínio Paraíba do Sul sobre Juiz de Fora e deste sobre o domínio Mantiqueira, configura um sistema de cavalgamento, relacionado com Evento Transamazônico, em que os deslocamentos se deram de leste para oeste, onde é marcado pelas foliações de baixo mergulho, lineações de estiramento e indicadores de rotação. E uma estruturação similar a este sistema de cavalgamento mais antigo, envolvendo arcos continentais e colisões do Ciclo Brasiliano foram desenvolvidas nos domínios Rio Doce, Rio Negro e Cabo Frio. No final do Ciclo Brasiliano o setor central do cinturão foi fortemente transfigurado pelas numerosas falhas que formam feixes e configuram sistemas transcorrentes (zonas de cisalhamentos) com deslocamentos alcançando até algumas centenas de quilômetros. Estes sistemas transcorrentes têm direção NE-SW no Paraná, passam para ENE-WSW no leste de São Paulo e oeste do Rio de Janeiro e infletem para N-S no sudeste de Minas Gerais e norte do Rio de Janeiro. Essa inflexão está relacionada com os deslocamentos horários do Sistema Transcorrente Paraíba do Sul representado simplificadamente na figura 3.3 (Ebert e Hasui 1998). A sudoeste, o sistema transcorrente tem extensão até o Paraná onde se oculta sob a Bacia do Paraná. A leste, no Rio de Janeiro e sudeste de Minas Gerais, esse sistema passa para um sistema de cavalgamento num arranjo em rabo-de-cavalo que adentra no Cinturão Araçuaí. A porção norte desse sistema, no sudoeste mineiro, tem um feixe de falhas de direção ENE-WSW (Jacutinga, Ouro Fino, Monte Sião e outras) que afetou a porção sul da Província Tocantins. As suturas são também importantes feições na região (figura 3.4) e a mais notável é a de Abre Campo que separa os domínios Juiz de Fora e Mantiqueira (Haralyi e Hasui, 1982), continuando para norte até a Bahia. Mais recentemente ela foi caracterizada com base em dados geoquímicos e relacionada com um cinturão orogênico do Ciclo Transamazônico (Heilbron et al 2004) e reativada no Ciclo Brasiliano. 19 Figura 3.3. Os sistemas transcorrentes do Cinturão Ribeira e da porção sul da Província Tocantins. Fonte: Hasui e Oliveira (1984) e Ebert e Hasui (1998), modificado. Figura 3.4. As suturas indicadas pela gravimetria e cinturões granulíticos. Os triângulos indicam o sentido de inclinação da sutura, que é oposto ao da vergência. Fonte: Hasui (2008). 20 3.1.2 - Evolução O Cinturão Ribeira iniciou-se nos ciclos Jequié (2,7-2,6 Ga) e Transamazônico (2,2- 2,0 Ga) e o seu embasamento fez parte de uma massa continental nomeado de Supercontinente Colúmbia. Esse supercontinente passou por um evento de distensão denominado de Tafrogênese Statheriana, após o Ciclo Transamazônico (Brito Neves et al. 1995). Fragmentando-se em continentes e abrindo oceanos, em seguida, com os movimentos de placas, esses oceanos se fecharam e houve incidência de processos orogênicos, resultando em reaglutinação desses continente e a formação do Supercontinente Rodínia por volta de 1,0 Ga. Durante o Mesoproterozóico a área do Cinturão Ribeira situava-se no interior de um dos continentes e um novo evento de distensão (nomeado de Tafrogênese Toniana) criou riftes acumulando pacotes de rochas sedimentares e vulcano-sedimentares (Brito Neves et al., 1995). A partir no Neoproterozóico esses riftes evoluíram para ruptura continental, abertura do Oceano Adamastor, formação de margens passivas até com fundo oceânico, e acumulação de novos pacotes sedimentares e vulcano-sedimentares. Com a convergência das placas, esses pacotes foram atingidos por processos de acresção e orogênicos do Evento Brasiliano formando o Supercontinente Gondwana. Os processos de colisão e orogenia do Evento Brasiliano ocorreram em três etapas no Brasil, designadas Brasiliano I, II e III e cada uma dessas tiveram fases sincolisional, tardicolisional e pós-colisional, com processos de metamorfismo de baixo a alto grau, migmatização e até anatexia em partes, e forte deformação. Intrusões granitóides e possíveis pacotes sedimentares de bacias intermontanas também foram afetados pelos processos térmicos e tectônicos. A deformação foi tangencial, gerando numerosas nappes, e tardiamente falhas transcorrente, estas formando alguns sistemas que respondem pela fisionomia do setor central. No Ordoviciano Médio houve uma estabilidade e todo o território brasileiro se constituiu na Plataforma Sul-Americana, que fazia parte do Supercontinente Gondwana. 21 3.2. Mesozóico-Paleogeno e Neogeno-Quaternário 3.2.1 – Bacia de Santos A Bacia de Santos situa-se na costa sudeste brasileira, entre os paralelos 23°S e 28°S, e ocupa cerca de 275.000 km2 até a cota batimétrica de 2.000 m. Limita-se ao norte com a Bacia de Campos no Alto de Cabo Frio, e ao sul com a Bacia de Pelotas no Lineamento de Florianópolis (figuras 3.5). Figura 3.5. As bacias da margem passiva do Leste ao Sul do Brasil. Carta de relevo submarino de Mohriak (2004). 22 O preenchimento da Bacia de Santos durante as seqüências das fases rifte, de transição e de margem passiva está representado na carta estratigráfica da figura 3.6. São identificadas: A Seqüência Rift na base praticamente ao longo de toda a bacia, a Formação Camboriú (Pereira & Feijó, 1994), que reúne os derrames basálticos eocretáceos. No topo, sobrepôs-se a Formação Guaratiba, que reúne conglomerados de matriz argilo-arenosa, arenitos médios a conglomeráticos imaturos e coquina branca, acumulados em ambiente continental, provavelmente sob a forma de leques aluviais progradantes sobre lagos rasos no Barremiano e Eoaptiano (Pereira & Feijó, 1994). A Seqüência de Transição é representada pela Formação Ariri, constituída de espessos pacotes de halita, associada a anidrita, calcilutito, folhelhos e margas do Neoaptiano, depositados em ambiente marinho restrito, com a formação de planícies de sabkha.(Pereira & Feijó, 1994). A Seqüência da Margem Passiva, do Albiano ao Quaternário, tem várias unidades. No Albiano constituíram-se as formações Florianópolis, Guarujá e Itanhaém. A Formação Florianópolis tem arenitos finos a grossos, folhelhos e siltitos depositados por leques aluviais no Albiano (Pereira & Feijó, 1994). A Formação Guarujá é representada por calcarenitos oolíticos gradando lateralmente para calcilutitos acumulados no Eoalbiano em ambiente de planície de maré, lagunar raso, plataforma externa e mar aberto (Pereira et al., 1986). A Formação Itanhaém é constituída por folhelhos, siltitos, margas, calcilutitos e arenitos, depositados em ambiente nerítico interno a externo e raramente batial superior (Pereira & Feijó, 1994). Seguiram-se as formações Santos, Juréia e Itajaí-Açu, do Cenomaniano ao Maastrichtiano. A Formação Santos é representada por conglomerado e arenito lítico, intercalado com folhelho e argila, acumulados em ambiente continental/transicional, na forma de leques aluviais, rios entrelaçados e deltas (Pereira et al., 1986). A Formação Juréia é constituída por folhelhos, siltitos, arenitos finos e muitos finos e calcilutitos depositados em plataforma marinha (Pereira, 1990). A Formação Itajaí-Açu se caracteriza por uma espessa seção de clásticos finos (folhelhos) depositados no talude e na bacia (Pereira & Feijó, 1994). 23 Figura 3.6. Carta estratigráfica da Bacia de Santos. Fonte: Pereira & Feijó (1994), modificado. 24 O pacote seguinte reúne as formações Iguape e Marambaia, do Maastrichtiano ao Plioceno. A Formação Iguape reúne calcarenitos e calcirruditos bioclásticos acumulados em plataforma carbonática, com influência de leques aluviais nas áreas mais proximais (Pereira et al., 1986). A Formação Marambaia é uma espessa seção de folhelhos e margas, com arenitos finos turbidíticos intercalados, gerada no talude e na bacia. Por fim, Formação Sepetiba, do Quaternário, é constituído de areia grossa a fina, quartzosa, feldspática, glauconítica, e coquina de moluscos, briozoários e foraminíferos depositados por leques costeiros (Pereira & Feijó, 1994). 3.2.2 – Magmatismo do Cretáceo-Paleogeno O magmatismo do Cretáceo-Paleogeno foi de dois tipos: toleítico e alcalino. O magmatismo toletítico incidiu em torno de 130 Ma, num intervalo de tempo muito curto, e gerou os derrames de basaltos e rochas mais ácidas da Bacia do Paraná (Formação Serra Geral), os basaltos do fundo da Bacia de Santos (Formação Camboriú) e enxames de diques de diabásio (figura 3.7) em toda extensão da região aqui focalizada. Os enxames mais destacados são os ligados ao Arco de Ponta Grossa e ao Lineamento de Guapiara e o do litoral norte de São Paulo. As intrusões alcalinas distribuem-se na borda da Bacia do Paraná, entre os estados de Santa Catarina e Rio de Janeiro (figura 3.7). São reconhecidas desde aquelas de cerca de 110 ma do Paraná até as paleogênicas de cerca de 40 Ma do Rio de Janeiro. São dezenas de corpos alcalinos isolados em forma de stocks, plugs, chaminés e diques; também rochas piroclásticas aparecem associadas a alguns deles (Silva & Cunha, 2001). A composição é predominantemente peralcalina, com predominância de rochas félsicas, tais como: nefelina sienitos, leucita sienitos, foiaítos, fonólitos, tinguaítos, traquitos, e em alguns casos granito alcalino. 25 Figura 3.7. As instrusivas alcalinas, diques, bacias paleogênicas e depósitos Quaternários. Fonte: Bizzi et al. (2001). 3.2.3 - Bacias Continentais Paleogênicas As bacias continentais paleogênicas, que abragem a área de estudo, são as de São Paulo, Taubaté, Resende e Volta Redonda. Estudos palinológicos situam-nas no Eoceno-Oligoceno. A Bacia de São Paulo (figura 3.7) é delimitada por falhas normais que coincidem com grandes falhas pré-cambrianas (Taxaquara, do Rio Jaguari, Caucaia e Alto da Fartura, Hasui e Carneiro, 1980). Sobre ela se instalou a cidade de São Paulo. Seu preenchimento é constituído por fácies marginal na borda norte com conglomerados e arenitos, e fácies interior com camadas de argilitos siltosos com intercalações de bancos de arenitos argilosos e conglomerados, depositados em ambiente fluvial. A espessura do pacote chega a 290 m. A Bacia de Taubaté se localiza na porção oriental do Estado de São Paulo, configurando o médio vale do Rio Paraíba do Sul (figura 3.7). Sua implantação foi controlada por falhas normais geradas por reativação de grandes falhas transcorrentes pré-cambrianas de direção ENE-WSW (Hasui e Ponçano, 1978; Fernandes, 1993). Seu preenchimento tem uma 26 fácies marginal na parte norte com conglomerados e arenitos e um conjunto interior com uma unidade inferior, a Formação Tremembé, de origem lacustrina, representada por sedimentos pelíticos, incluindo folhelhos pirobetuminosos e intercalações de areias finas, e uma unidade superior, a Formação Taubaté (ou Pindamonhangaba) com arenitos, arcóseos, conglomerados e argilitos. O pacote interior representa um sistema lacustrino na base, passando no topo para fluvial meandrante (Riccomini, 1989). A Bacia de Resende (figura 3.7) situa-se no sul do estado de Rio de Janeiro, no vale do Rio Paraíba do Sul. É alongada na direção ENE-WSW, tendo cerca de 47x17 km e área de 240 km2. A espessura estimada do pacote sedimentar pode alcançar cerca de 500m (Escobar, 1999). O preenchimento foi descrito por Ramos (1997), como constituído de três unidades. A Formação Quatis, na base, reúne conglomerados maciços a grosseiramente estratificados, com seixos de quartzo bem arredondados e arenitos grossos laminados. Sobrepõe-se a Formação Resende que tem uma fácies marginal constituída por leques aluviais (lamitos arenosos, e fanglomerados) e uma axial constituída por depósitos fluviais (arenitos arcoseanos, siltitos, argilitos e conglomerados finos a médios) e lacustres. No topo aparece a Formação Itatiaia, com depósitos de leques aluviais (fanglomerados, grauvacas e lamitos) aflorantes na porção sul, no sopé do maciço alcalino do Morro Redondo, e depósitos fluviais, com predominância de arenitos arcoseanos e arenitos líticos, associados aos leques aluviais do sopé do Itatiaia. A Bacia de Volta Redonda está localizada próximo à Bacia de Resende e também inserida no vale do Rio Paraíba do Sul (figura 3.7). Está encaixada em falhas normais, com orientação similar às outras duas bacias. Segundo Riccomini (1989), a sedimentação se deu em ambiente continental, com registros de sedimentação rudácea associada a leques aluviais proximais. Estes gradam lateralmente para fácies distais mais finas e para ambientes fluviais anastomosados daí passando para uma sedimentação fina, de ambiente lacustre. Ela tem próximo da base derrame de basalto alcalino (ankaramito) datado em 40 Ma 3.2.4 - Neogeno-Cenozóico No continente, o Quaternário é representado por depósitos aluvionares, colúvio- eluvionares, fluviais e lacustrinos relacionados com meandros abandonados e planície de inundação. Na orla litorânea aparecem também depósitos desses tipos, mas também os marinhos e de ambiente de transição (figura 3.7). Esses depósitos pelo menos em parte foram 27 relacionados com controle e barramentos de drenagem impostos por falhas neotectônicas (Hasui et al., 2000). 3.2.5 – Estruturas Tectônicas Mesozóicas e Cenozóicas As principais estruturas fanerozóicas encontradas na parte continental da área de estudo são falhas mesozóicas e cenozóicas (figura 3.8). Elas são na maior parte resultantes de reativação ao longo de antigas zonas de cisalhamento e tiveram papel fundamental na geração das bacias paleogênicas acima citadas. As falhas dispõem-se em planos, superfícies ou zonas de brechas, solitários ou conjugados, formando escadarias ou grábens e horstes. Por vezes, ao sistema sintético se associam falhas antitéticas e falhas de transferência. Os movimentos são normais ou normais oblíquos e, raramente, com forte componente horizontal, com alguns casos aparentando inversões, geralmente atribuídas a rotações de blocos em falhas antitéticas (Riccomini, 1989). As falhas que afetam as bacias paleogênicas, gerando arrastos e perturbações locais, devem-se a movimentações neotectônicas (Riccomini; Salvador, 1994). Em termos de arcabouço estrutural na Bacia de Santos (figura 3.8), as falhas normais mais abundantes e importantes têm direção geral NE-SW, formadas por reativação de feições do embasamento. Elas foram caracterizadas pelos métodos potenciais e interpretações de perfis sísmicos (Chang et al., 1992; Mohriak, 2004). Em geral, apresentam-se escalonadas, com planos de falhas mergulhando em direção ao oceano (sintéticas) e ao continente (antitéticas), ocorrendo alternância de blocos altos (horstes) e baixos (grábens). A linha de charneira, paralela à linha de costa e às direções estruturais das rochas pré-cambrianas expostas no continente emerso, constitui uma feição estrutural marcante na Bacia de Santos, separando a cunha sedimentar delgada em direção ao continente de uma seção sedimentar espessa em direção ao oceano. Outras feições estruturais encontradas na Bacia de Santos são aquelas relacionadas à tectônica de sal (halocinese), responsáveis pela grande deformação da bacia. A halocinese é caracterizada por vários compartimentos extensionais com almofadas de sal, o compartimento com diápiros de sal e a região de muralhas de sal com grandes empurrões e dobramentos 28 (Demercian, 1996; Mohriak, 2004). Em porções mais distais da bacia, essas deformações geram mini-bacias e grábens de evacuação de sal (Zalán, 2001). Zonas de transferência também estão presente na bacia. Têm direções NW e NNW, formaram-se durante a fase rifte e algumas delas foram reativadas durante a formação de fraturas oceânicas (Macedo, 1989; Meisling et al., 2001; Mohriak, 2004). As zonas de transferência de Ilha Grande, Merluza e Tubarão (Demercian & Szatmari, 1999) tiveram importância no controle da tectônica do sal e na divisão da bacia em províncias. Figura 3.8. Principais elementos estruturais do continente e na plataforma na região da Bacia de Santos. 29 3.2.6 – Evolução Tectônica O evento tectônico distensivo, denominado Reativação Wealdeniana (Almeida, 1967) ou Sul-Atlantiana (Schobbenhaus & Campos, 1984) atuou na região sudeste do Brasil durante o Mesozóico até o fim do Paleogeno e foi responsável pelo grande soerguimento crustal, seguido de rifteamento e separação América do Sul-África e a abertura do Atlântico Sul. Os processos geraram soerguimento das serra do Mar e Mantiqueira, rifteamentos no interior do continente (Bacias de Taubaté, São Paulo, Resende, Guanabara, Curitiba, Sete Barras), formação de um rifte na margem passiva que evoluiu para ampla bacia de margem passiva, a Bacia de Santos, e ativo magmatismo toleítico e alcalino. As descontinuidades geradas são de sistemas distensivos, com falhas normais sintéticas e antitéticas, falhas de transferência (transcorrentes) e localmente inversas, principalmente facilitadas por descontinuidas (falhas e juntas) e planos de anisotropia antigos (foliação). A Figura 3.9 mostra o modelo de evolução regional desde o soerguimento até a abertura do Atlântico, numa seção esquemática transversal à costa na altura do extremo leste do Estado de São Paulo, indicando as feições geológicas principais. Cainelli & Mohriak (1998) e Mohriak (2004) interpretam a evolução tectônica das bacias da margem sudeste, dividindo a Bacia de Santos em quatro megaseqüências: - Pré-Rifte: representa a fase intracratônica no Pangea, precedendo o rifte do Atlântico Sul. Marca o início dos processos extensionais, admitindo um pequeno soerguimento e afinamento astenosférico, com falhas incipientes na crosta superior controlando os depocentros locais associados a uma deposição sedimentar de águas rasas, ampla e pouca espessa. - Sin-Rifte: marcada por um aumento do estiramento litosférico e pela extrusão magmática, sendo seguida por grandes falhas, afetando a crosta continental e resultando na formação de hemigrábens, preenchidos por sedimentos continentais lacustres (idades Neocomiano- Barremiano). O final dessa fase está associado à reativação de grandes falhas e erosão de blocos de rifte por uma discordância que arrasa a topografia anterior, separando ambientes de deposição continental –lacustre e fluvial – de ambientes transicionais e marinhos. 30 - Transicional: representa as primeiras ingressões marinhas, com deposição de espessas camadas de sal (halita e anidrita) em função do clima árido e da evaporação cíclica de salmouras, cobrindo os sedimentos continentais depositados durante a fase sin-rifte - Marinha: iniciado pelo surgimento da crosta oceânica e por sedimentação predominantemente carbonática, indicando que o período Albiano é dominado por plataformas de águas rasas. Seguiu-se expansão do fundo oceânico, aumento da batimetria e deposição de sedimentos de águas profundas. No Cretáceo Superior houve uma reativação de antigas falhas do embasamento, causando o soerguimento da serra do Mar e da Mantiqueira, ocasionando uma notável erosão e progradação siliciclástica de cunhas clásticas para dentro da bacia (Macedo, 1987 e 1989; Almeida & Carneiro, 1998). Esta megaseqüência é marcada também pela tectônica halocinética. Falhamento de sedimentos paleogênicos e formação de bacias neogênicas-quaternárias permitem afirmar que a região esteve sujeita à atividade neotectônica (Riccomini, 1989; Melo et al., 1985; Salvador, 1994, Hasui et al., 2000). O Quaternário define-se por uma epirogênese generalizada, o que propiciou o entalhamento da rede de drenagem e o reafeiçoamento da paisagem atual (Gontijo, 1999). 31 Figura 3.9. Modelo de evolução desde o Jurássico ao longo de uma seção transversal à costa na altura do extremo leste de São Paulo. Ocorreram soerguimento, rifteamento e abertura do Atlântico. Além da Bacia de Santos, no interior do continente formaram-se intrusões de diques de diabásio (Cretáceo) e alcalinas (Cretáceo e Paleogeno), as serras da Mantiqueira e do Mar, bem como da Bacia de Taubaté. Notar a geometria irregular admitida para a célula de convecção para explicar o soerguimento paleogênico da área costeira. Fonte: Hasui (2008). 32 4 – LINEAMENTOS TECTÔNICOS A interpretação de imagens de sensores remotos constitui importante ferramenta para estudos tectônicos e geomorfológicos, em especial para a identificação de feições lineares tais como fraturas, falhas, traços de foliação, bandamento, contatos litológicos e zonas de cisalhamentos, bem como de feições circulares e de áreas de bacias sedimentares. Neste contexto, desenvolveu-se um estudo para o reconhecimento estrutural, tectônico e geomorfológico no continente, com o intuito de identificar principalmente as feições lineares transversais que se projetam para dentro da porção norte da Bacia de Santos, o que se fez através do processamento de imagens digitais. 4.1 – Lineamentos interpretados na imagem SRTM 90 m. A imagem SRTM 90m (Shuttle Radar Topography Mission) é um tipo de produto de sensoriamento remoto que permite gerar um modelo topográfico tridimensional da superfície, e vem sendo aplicado para estudos geológicos, em especial para a identificação de feições geomorfológicas (vales lineares, linhas de cristas, facetas triangulares etc.), condicionadas pelas principais estruturas tectônicas (zonas de cisalhamento dúctil e rúptil, estruturas vulcânicas, grandes fraturas e outras) e também para destacar as bacias sedimentares. Com base nessas informações, foram utilizadas imagens de SRTM 90m obtidas na webpage do U.S. Geological Survey (USGS) cobrindo a parte continental da área de estudo. Através da integração e comparação dos resultados com os obtidos a partir da imagem de Landsat 7ETM (Souza, 2003) e com outras informações, este trabalho pretende contribuir para a melhor caracterização geológica, estrutural e geomorfológica das falhas. Primeiramente, as imagens SRTM 90m foram agrupadas no programa Global Mapper v.6.01 com a finalidade de converter os arquivos de extensão “.hgt” em um único arquivo “.xyz” reconhecido pelo programa ER Mapper 6.4 (figura 4.1), o qual foi utilizado para georreferenciar no Datum SAD69 e nas coordenadas UTM/Zona 23 sul e para a extração dos lineamentos. 33 Aplicou-se o modelo de fotointerpretação de Amaral (1994) e Liu (1984) para a identificação dos principais elementos estruturais, dentro das seguintes categorias: linhas de cristas, vales estruturais, linhas de drenagem, escarpas e depressões. Esses elementos, exemplificados na figura 4.2, indicam feições estruturais significativas para a análise de zonas de cisalhamento, falhas e fraturas. Para uma melhor visualização, o programa permitiu variar os ângulos de azimute e de elevação da iluminação simulada do sol sobre a superfície da imagem (ferramenta Edit Sun Angle), realçando as direções perpendiculares ao azimute do sol. Cita-se, como exemplo, que o azimute do sol na direção NE destaca as feições NW-SE ou vice-versa (figura 4.3). A partir da interpretação da imagem foram extraídas aproximadamente 5.600 feições lineares no continente adjacente à Bacia de Santos, tendo sido também elaborado um mapa de lineamentos tectônicos (figura 4.4). A análise de roseta de freqüência e comprimento acumulados em intervalo 10° revelou, em ordem decrescente, as seguintes direções principais: N50-60E, N60-70E, N20-30W, N40-50W e N70-80W (figura 4.4). Essas direções são referidas simples e respectivamente como NE-SW, ENE-WSW, NNW-SSE, NW-SE e WNW-ESW. Cabe acrescentar que uma outra direção está presente e que não se salienta na figura 4.4, mas aparece quando é tratada discriminadamente: é a direção N-S. As figuras 4.5 a 4.10 mostram essas direções preferenciais. Figura 4.1: Imagem SRTM 90m utilizada no trabalho, destacando as serras do Mar e da Mantiqueira e as bacias sedimentares. 34 Figura 4.2: Exemplos de modelo de fotointerpretação de Amaral (1994) e Liu (1984), para a identificação dos principais elementos estruturais. Figura 4.3: Exemplo de aplicação da ferramenta Edit Sun Angle, tendo como função a variação dos ângulos de azimute e a elevação da iluminação simulada do sol sobre a superfície da imagem SRTM. (A) Azimute da iluminação na direção NE destaca as feições de direção NW-SE. (B) Azimute na direção SW destaca as feições de direção NE-SW. 35 36 37 38 39 40 41 42 4.2. Integração dos lineamentos com as isolinhas de anomalia Bouguer Dos estudos realizados por Souza (2003), foram compilados os lineamentos tectônicos área continental de estudo (aproximadamente 10.600 feições lineares) obtidos de imagens de satélite Landsat 7 ETM (bandas 7R, 4G e 3B) (figura 4.11). Para melhorar a interpretação e o significado estrutural, essas feições lineares foram integradas com as isolinhas de anomalia Bouguer da região (figura 4.11). Utilizou-se o programa Er Mapper 6.4 para extrair as principais feições lineares coincidentes com as faixas retilíneas com elevado gradiente gravimétrico, reconhecidas pelo adensamento das curvas isogálicas e também pelas mudanças bruscas de direção daquelas curvas. Essas faixas de alto gradiente gravimétrico, segundo a modelagem em termos de litosfera, correspondem a descontinuidades crustais profundas, certamente relacionadas com arcabouço dúctil pré- cambriano, que foram reativadas e afetadas por falhas no Fanerozóico. Essa integração permitiu selecionar, aproximadamente, 4.200 feições lineares (figura 4.9). A análise da roseta de freqüência e comprimento em intervalos de 10° (figura 4.12) revelou para toda área, em ordem decrescente, as seguintes direções principais: N60-70E, N50-60E, N70-80E, N40-50E, N80-90E e N10-20E. Essas direções são referidas simplesmente como NE-SW, ENE-WSW, NE-SW, ENE-SWSW, E-W e NNE-WSW (Figuras 4.13 a 4.18). Em termos de comparação das feições lineares extraídas na imagens dos dois sensores remotos utilizados neste trabalho, verificou-se que a quantidade de lineamentos extraídos na imagem SRTM 90m (aproximadamente 5.600 feições lineares) é menor do que as da imagem Landsat 7 ETM (aproximadamente 10.600 feições lineares) do trabalho de Souza (2003). Os dois sensores cobriram a mesma área e essas diferenças se devem a dois fatores: - O primeiro diz respeito à resolução espacial dos dois tipos de imagens: as do Landsat apresentam resolução de 30 metros, ou seja, a escala é aproximadamente três vezes maior do que as SRTM, cuja resolução é de 90 metros. 43 - O segundo diz respeito à qualidade e à amostragem que cada uma das imagens ressalta, pois o SRTM 90m fica à fisiografia, onde, entre outros elementos, aparecem cristas, vales, drenagens, escarpas, ao passo que o Landsat 7 ETM tende a mostrar, além da fisiografia, os padrões de drenagens, contatos de zonas com diferentes texturas (que podem representar contatos litológicos), feições geológicas, estruturais, e outros. Figura 4.11: Sobreposição dos lineamentos extraídos de imagem do satélite Landsat 7ETM (Souza, 2004) ao mapa de isolinhas de anomalias Bouguer. 44 45 46 47 48 49 50 51 4.3 – Sistemas de direções de lineamentos tectônicos Para a caracterização geológica, tectônica e geomorfológica, os lineamentos identificados foram integrados aos diversos mapas temáticos extraídos da Bizzi et al. (2001) em ambiente SIG (Sistema de Informações Geográficas) utilizando o programa ArcView 9.0, Foram considerados dados como estruturas, drenagem e bacias sedimentares. Os sistemas dos lineamentos estão descritos abaixo: - NE-SW, de direção N26-84E. A roseta de freqüência mostra direção preferencial N55-60E na imagem SRTM (Figura 4.5) e N60-65E na integração das anomalias Bouguer (figura 4.13). Os lineamentos são não-retilíneos e extensos, às vezes curtos e retilíneos. Coincidem com as principais estruturas dúcteis (figura 4.19), tais como as zonas de cisalhamento dúctil, contatos litológicos e foliação metamórfica do embasamento. A esse sistema se acham adaptadas as bacias Cenozóicas (figura 4.19), o Rio Paraíba do Sul e seus principais afluentes. Essas estruturas foram reativadas em falhas, que efetivamente exercem o controle das orientações dessas feições. - NNE-SSW, de direção N6-25E. A roseta de freqüência mostra direção preferencial N20-25E na imagem SRTM (figura 4.6) e N10-15E na integração das anomalias Bouguer (figura 4.14). Os lineamentos são de curto comprimento e retilíneos, com alguns quilômetros de extensão. Em algumas áreas, essa direção intercepta as principais estruturas do sistema anterior. - NW-SE, de direção N26-84W. A roseta de freqüência mostra direção preferencial N70-75W na imagem SRTM (figura 4.7) e N60-65W na integração das anomalias Bouguer (figura 4.15). Os lineamentos são de curto comprimento e retilíneos. Eles coincidem com as direções de juntas e falhas observadas na região. As falhas deslocam lineamentos NE-SW, bem como feições geológicas, estruturais e drenagens ao longo do Rio Paraíba do Sul e seus afluentes. Na região de Volta Redonda, no Estado do Rio de Janeiro, essa direção coincide com a Zona de Transtensão de Volta Redonda (Valeriano & Heilbron, 1993). Entre a Serra da 52 Bocaina e a costa Atlântica, a Zona de Transferência do Funil, identificada através de mapa de Anomalias Bouguer (Almeida & Ebert, 2002), coincide em superfície com estes lineamentos. - NNW-SSE, de direção entre N6-25W. A roseta de freqüência mostra direção preferencial N15-20W na imagem SRTM (figura 4.8) e N15-20W na integração das anomalias Bouguer (figura 4.16). Ocorre principalmente na região norte de Resende (RJ), aparecendo como lineamentos extensos e retilíneos. Geomorfologicamente coincidem com vales estruturais que alojam rios rejuvenescidos adaptados a linhas de fraturas e falhas. Esta direção também ocorre como lineamentos de curto comprimento e retilíneos e interceptam algumas estruturas NE. - N-S, de direção entre N0-5E e N0-5W. Os lineamentos são os menos expressivas na região e aparecem como traços curtos e retilíneos (figuras 4.9 e 4.17). - E-W, de direção entre N85-90E e N85-90W. Os lineamentos são curtos e retilíneos (figuras 4.10 e 4.18). Algumas direções acompanham as inflexões das zonas de cisalhamento e, em termos morfológicos, condicionam algumas escarpas de falhas menores na Serra do Mar. 53 Figura 4.19: Mapa integrado de lineamentos tectônicos de direções NE-NW e ENE-WSW com as estruturas continentais reconhecidas (Bizzi et al., 2001). 4.4 – Idades dos lineamentos tectônicos A datação de traços de fissão em apatitas (TFA) é um método utilizado para obter as histórias térmicas, datar eventos de resfriamento, estimar as taxas de soerguimento e de erosão, e processos oro