Orientadores: Chang Hung Kiang, Jose Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-07-20T21:42:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_MarcosRobertoFetter_M.pdf: 4329342 bytes, checksum: eb444bfcdfbb631a8ac3fbc256df868e (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: O campo de tensões atuante pode condicionar significativamente o fator de recuperação na explotação de reservatórios de hidrocarbonetos naturalmente fraturados. Mesmo para reservatórios aparentemente não fraturados, a determinação das tensões in situ pode ser importante em projetos de recuperação avançada, como no caso de poços horizontais ou de estimulação através de fraturamento hidráulico. O objetivo principal deste projeto foi a avaliação metodológica de algumas ferramentas que podem ser úteis na antecipação de informações sobre o estado de tensões em reservatórios. Para este estudo foi selecionado um reservatório carbonático do Albiano da Bacia de Campos, que além de possuir um acervo de dados adequado, apresenta evidências de fraturamento em testemunhos. Na primeira etapa do trabalho, os principais modelos de estados de tensões em margens passivas, citados na literatura, foram analisados para a situação da Bacia de Campos. Foi proposto para o reservatório Albiano um regime de distensão generalizada, associada ao des1izamento divergente dos evaporitos aptianos, desacoplado do campo de tensões atuante na seção pré-rift. Esta suposição foi analisada, através de dois tipos de modelamento mecânico: simulação elástica linear baseada no método de elementos finitos e análise de curvatura do topo do reservatório. Os resultados da simulação elástica reforçaram a hipótese de deslizamento divergente e evidenciaram perturbações do campo de tensões junto às falhas que delimitam a área. A análise de curvatura revelou a presença de zonas preferenciais para a atuação de tensões flexurais ao longo dos principais falhamentos. Na última etapa do trabalho, o modelo proposto para o estado de tensões foi validado através de análise de breakouts. Os resultados obtidos indicaram um forte controle do campo de tensões nas imediações da falha lístrica antitética que delimita o reservatório. Além disso, a tensão horizontal máxima (S_ é subparalela à direção da falha, de acordo com as previsões dos modelos numéricos. Outra observação importante foi a bimodalidade das direções de SH, com orientações segundo WNW na seção pré-aptiana, e segundo NNW a NE no reservatório albiano. Esta bimodalidade constitui um forte argumento em favor do desacoplamento de tensões. Apesar das simplificações impostas na modelagem numérica, os resultados obtidos permitiram o estabelecimento de um modelo coerente para o estado de tensões no reservatório estudado. Este objetivo foi atingido com um acervo de dados relativamente modesto, disponível desde o início do desenvolvimento do campo / Abstract: In situ stresses eonstrain the reeovery faetor of hydrocarbon in naturally fraetured reservoirs. Even for reservoirs that are apparent1y not fraetured, knowledge of in situ stresses plays important role in Enhanced Oil Recovery projects, partieularly those involving horizontal wells and hydraulie fraeturing. The main goal of this thesis was to evaluate potential methods to prediet state of stress in hydrocarbon reservoirs. For this pwpose, an Albian carbonate reservoir, from Campos Basin, has been selected. A tectonie model of generalized extension, as a result of divergent gliding of Aptian evaporites, produeing a stress field that is uncoupled from that of the underlying rift section, has been proposed based on available data set collected from literature and unpublished reports. Two numerical models linear elastic simulation using Finite Element Method and curvature analysis of structural contour of the reservoir were applied to the reservoir and the results turned out to be in very good agreement with the proposed model. Elastic simulation validated the divergent gliding assumption as well as indicating stress field perturbation next to the listric faults. Curvature analysis shows preferential zones of flexural stresses along the delimiting faults. Breakout analysis was performed in four wells. It showed a strong control of breakout orientation (SBN-S) next to the border fault, which is oriented NNE. Another noteworthy feature was the bimodal character of the SH directions. In the pre-Aptian rift section SH is oriented WNW, whereas in the overlying post-rift Albian sequence SH falls in the range of NNW to NE, therefore rotated almost 90°. This bimodal character is a strong argument for the uncoupling assumption. In spite of the simplifications imposed on the numerical models the resuIts allowed to define a coherent model for the state of stress in the reservoir / Mestrado / Mestre em Geoengenharia de Reservatorios

A zona de cisalhamento Patos consiste em uma mega-estrutura transcorrente E-W que deformou rochas pré-cambrianas durante a orogênese brasiliana. As relações entre fusão parcial e deformação, os mecanismos de deformação envolvidos na nucleação da estrutura e a evolução termocronológica da milonitização foram investigados por meio de trabalhos de campo e técnicas multidisciplinares tais como a anisotropia de suscetibilidade magnética (ASM), geocronologia (U-Pb SHRIMP) e orientações preferenciais cristalográficas medidas através de difração de elétrons retroespalhados (EBSD). O domo de Santa Luzia, situado na conexão da zona de cisalhamento com a Faixa Seridó, caracteriza-se pela trama magnética levemente oblíqua à elongação NE do corpo. Idades U-Pb obtidas na borda recristalizada de zircões do migmatito forneceram idades de 575 ± 3.4 Ma. Trama magnética e idade semelhantes foram encontradas no granito Acari, sugerindo a contemporaneidade entre o alojamento dos magmas e a deformação cisalhante. No anatexito Espinho Branco, geometrias complexas observadas em campo não são reproduzidas na trama de ASM, a qual concorda com a cinemática da zona de cisalhamento Patos. Entretanto, sítios com suscetibilidades baixas (< 0.5 mSI) exibem dispersões na trama magnética, as quais contrastam com orientações cristalográficas de biotita e dados de campo. Contudo, a anisotropia de remanência anisterética mantém-se coerente com o campo de deformação a que foi submetido o anatexito, sugerindo que a dispersão das direções principais de ASM relaciona-se à fases hidrotermais tardias que desorganizam a trama magnética. Ortognaisses miloníticos situados na borda norte da zona de cisalhamento são marcados por migração de bordas dos grãos, fraturamento intracristalino e mirmequitização periférica. As tramas de eixos [0001] de quartzo exibem máximos em Y nos milonitos de alto-grau, sugerindo ativação do sistema de deslizamento prismático-a. As microestruturas gradam para o estado magmático no contato com o anatexito, sendo comuns tramas randômicas de eixo-c de quartzo. Zircões extraídos de leucossomas fornecem uma idade de 566 ± 5 Ma, atribuídos à cristalização do magma. A margem sul da estrutura exibe uma progressiva redução do tamanho dos grãos e geração de milonitos finos a ultramilonitos sem a presença de fusão parcial. Zircões extraídos de um augen granítico forneceram uma idade de intercepto inferior de 545 ± 14 Ma, atribuída ao metamorfismo. Os milonitos da borda sul registram tramas de eixo-c de quartzo com máximos entre Z e Y, sugerindo ativação dos sistemas romboédrico- e basal-a. Nos feldspatos, os principais sistemas de deslizamento são (010)[001] e (010)[100] em todos os litotipos, com exceção do sistema (100)[010], observado na transição entre migmatitos e os milonitos de baixo grau. Estimativas de temperatura por meio do método TitaniQ registram temperaturas médias de ~ 490ºC nos milonitos da borda sul. O conjunto de resultados permite concluir que: i) a ASM reflete os incrementos finais da deformação regional que afetou os migmatitos, ii) a fusão parcial associada ao cisalhamento dextral do Patos ocorreu em c. 565 Ma, enquanto a milonitização de médio a baixo grau, datada em 545 Ma, caracteriza o retrabalhamento metamórfico ocasionado pela localização da deformação em regime dúctil-rúptil; iii) este retrabalhamento é correlacionável a outras zonas de cisalhamento da Província Borborema, constituindo um evento de caráter regional possivelmente relacionado às colisões tardias na margem oeste do Gondwana e, iv) a zona de cisalhamento Patos foi formada após a colisão dos crátons Oeste Africano e Congo-São Francisco ao escudo da Borborema, acomodando deslocamentos transcorrentes a partir de descontinuidades crustais formadas em estágio pré-colisional. / The Patos shear zone is an E-W transcurrent structure that deformed Precambrian rocks from the Borborema Province during the Neoproterozoic. The relationships between partial melting and deformation, the nucleation of the shear zone and the thermochronological evolution of mylonites were investigated by means of detailed field work coupled with Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS), U-Pb SHRIMP geochronology and crystallographic fabrics measured through electron backscatter diffraction (EBSD). In the Santa Luzia dome, located within the Seridó Belt, the magnetic lineations are slightly oblique to the dome NE elongation. Zircon recrystallized rims yield U-Pb ages of 575 ± 3.4 Ma. These data are consistent with ages and magnetic fabrics found in the Acari granite, suggesting that magma emplacement and shearing were coeval in the Seridó belt. In the Espinho Branco anatexite, emplaced within the mylonites of the Patos shear zone, complex field leucosome geometries are not reproduced in the magnetic fabric, which is consistent with the kinematics of the shear zone. However, low susceptibilities (< 0.5 mSI) display a scattering of magnetic orientations and do not correlate with biotite lattice fabrics and field foliations. Nevertheless, anisotropy of anhystheretic remanence fabrics remain parallel to the external strain field, suggesting that AMS dispersions may be related to late percolation of hydrothermal fluids. Mylonitic orthogneisses from the northern border of the Patos shear zone are marked by grain boundary migration, intracrystalline fracturing and myrmekitization at the periphery of grains. Quartz [0001] lattice fabrics form maxima mainly on Y, suggesting activation of prism-a slip systems. Towards the contact with migmatites, the microstructures progressively change from solid-state to magmatic, characterized by widespread interstitial quartz and random orientations of quartz c-axis fabrics. Zircons from the leucosomes yield an age of 566 ± 5 Ma, which is attributed to magma crystallization. The southern border of the Patos shear zone is marked by progressive grain size reduction and formation of fine-grained mylonites to ultramylonites without traces of partial melting. An age of 545 ± 14 Ma, obtained in zircons from an ultramylonitic augen granite, constrains the timing of the low-grade metamorphism. These Southern mylonites show quartz [0001] fabrics with maxima spreading between Z and Y, suggesting activation of prism and basal slip systems. In feldspars, the main activated slip systems are (010)[001] and (010)[100] in all rock types, except for the (100)[010] slip system, observed in the transition from migmatites to low-grade mylonites. TitaniQ temperature estimates record mean temperatures of ~ 490ºC for the southern mylonites. These data allows us to conclude that: i) AMS reflects the final strain increments recorded in migmatites during regional deformation, ii) partial melting and dextral shearing in the Patos shear zone occurred at ~ 565 Ma, while low-grade mylonitisation dated at 545 Ma defines a late reworking at ductile-brittle conditions, iii) this reworking event is observed in other areas of the Borborema Province, defining a regional event possibly associated with late collisions in the western margin of Gondwana, iv) the Patos shear zone was nucleated after the collision between the Congo-São Francisco and West-African Cratons, through accommodation of strike-slip displacements localized in crustal discontinuities previously formed in an early pre-collisional stage.

A zona de cisalhamento Patos consiste em uma mega-estrutura transcorrente E-W que deformou rochas pré-cambrianas durante a orogênese brasiliana. As relações entre fusão parcial e deformação, os mecanismos de deformação envolvidos na nucleação da estrutura e a evolução termocronológica da milonitização foram investigados por meio de trabalhos de campo e técnicas multidisciplinares tais como a anisotropia de suscetibilidade magnética (ASM), geocronologia (U-Pb SHRIMP) e orientações preferenciais cristalográficas medidas através de difração de elétrons retroespalhados (EBSD). O domo de Santa Luzia, situado na conexão da zona de cisalhamento com a Faixa Seridó, caracteriza-se pela trama magnética levemente oblíqua à elongação NE do corpo. Idades U-Pb obtidas na borda recristalizada de zircões do migmatito forneceram idades de 575 ± 3.4 Ma. Trama magnética e idade semelhantes foram encontradas no granito Acari, sugerindo a contemporaneidade entre o alojamento dos magmas e a deformação cisalhante. No anatexito Espinho Branco, geometrias complexas observadas em campo não são reproduzidas na trama de ASM, a qual concorda com a cinemática da zona de cisalhamento Patos. Entretanto, sítios com suscetibilidades baixas (< 0.5 mSI) exibem dispersões na trama magnética, as quais contrastam com orientações cristalográficas de biotita e dados de campo. Contudo, a anisotropia de remanência anisterética mantém-se coerente com o campo de deformação a que foi submetido o anatexito, sugerindo que a dispersão das direções principais de ASM relaciona-se à fases hidrotermais tardias que desorganizam a trama magnética. Ortognaisses miloníticos situados na borda norte da zona de cisalhamento são marcados por migração de bordas dos grãos, fraturamento intracristalino e mirmequitização periférica. As tramas de eixos [0001] de quartzo exibem máximos em Y nos milonitos de alto-grau, sugerindo ativação do sistema de deslizamento prismático-a. As microestruturas gradam para o estado magmático no contato com o anatexito, sendo comuns tramas randômicas de eixo-c de quartzo. Zircões extraídos de leucossomas fornecem uma idade de 566 ± 5 Ma, atribuídos à cristalização do magma. A margem sul da estrutura exibe uma progressiva redução do tamanho dos grãos e geração de milonitos finos a ultramilonitos sem a presença de fusão parcial. Zircões extraídos de um augen granítico forneceram uma idade de intercepto inferior de 545 ± 14 Ma, atribuída ao metamorfismo. Os milonitos da borda sul registram tramas de eixo-c de quartzo com máximos entre Z e Y, sugerindo ativação dos sistemas romboédrico- e basal-a. Nos feldspatos, os principais sistemas de deslizamento são (010)[001] e (010)[100] em todos os litotipos, com exceção do sistema (100)[010], observado na transição entre migmatitos e os milonitos de baixo grau. Estimativas de temperatura por meio do método TitaniQ registram temperaturas médias de ~ 490ºC nos milonitos da borda sul. O conjunto de resultados permite concluir que: i) a ASM reflete os incrementos finais da deformação regional que afetou os migmatitos, ii) a fusão parcial associada ao cisalhamento dextral do Patos ocorreu em c. 565 Ma, enquanto a milonitização de médio a baixo grau, datada em 545 Ma, caracteriza o retrabalhamento metamórfico ocasionado pela localização da deformação em regime dúctil-rúptil; iii) este retrabalhamento é correlacionável a outras zonas de cisalhamento da Província Borborema, constituindo um evento de caráter regional possivelmente relacionado às colisões tardias na margem oeste do Gondwana e, iv) a zona de cisalhamento Patos foi formada após a colisão dos crátons Oeste Africano e Congo-São Francisco ao escudo da Borborema, acomodando deslocamentos transcorrentes a partir de descontinuidades crustais formadas em estágio pré-colisional. / The Patos shear zone is an E-W transcurrent structure that deformed Precambrian rocks from the Borborema Province during the Neoproterozoic. The relationships between partial melting and deformation, the nucleation of the shear zone and the thermochronological evolution of mylonites were investigated by means of detailed field work coupled with Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS), U-Pb SHRIMP geochronology and crystallographic fabrics measured through electron backscatter diffraction (EBSD). In the Santa Luzia dome, located within the Seridó Belt, the magnetic lineations are slightly oblique to the dome NE elongation. Zircon recrystallized rims yield U-Pb ages of 575 ± 3.4 Ma. These data are consistent with ages and magnetic fabrics found in the Acari granite, suggesting that magma emplacement and shearing were coeval in the Seridó belt. In the Espinho Branco anatexite, emplaced within the mylonites of the Patos shear zone, complex field leucosome geometries are not reproduced in the magnetic fabric, which is consistent with the kinematics of the shear zone. However, low susceptibilities (< 0.5 mSI) display a scattering of magnetic orientations and do not correlate with biotite lattice fabrics and field foliations. Nevertheless, anisotropy of anhystheretic remanence fabrics remain parallel to the external strain field, suggesting that AMS dispersions may be related to late percolation of hydrothermal fluids. Mylonitic orthogneisses from the northern border of the Patos shear zone are marked by grain boundary migration, intracrystalline fracturing and myrmekitization at the periphery of grains. Quartz [0001] lattice fabrics form maxima mainly on Y, suggesting activation of prism-a slip systems. Towards the contact with migmatites, the microstructures progressively change from solid-state to magmatic, characterized by widespread interstitial quartz and random orientations of quartz c-axis fabrics. Zircons from the leucosomes yield an age of 566 ± 5 Ma, which is attributed to magma crystallization. The southern border of the Patos shear zone is marked by progressive grain size reduction and formation of fine-grained mylonites to ultramylonites without traces of partial melting. An age of 545 ± 14 Ma, obtained in zircons from an ultramylonitic augen granite, constrains the timing of the low-grade metamorphism. These Southern mylonites show quartz [0001] fabrics with maxima spreading between Z and Y, suggesting activation of prism and basal slip systems. In feldspars, the main activated slip systems are (010)[001] and (010)[100] in all rock types, except for the (100)[010] slip system, observed in the transition from migmatites to low-grade mylonites. TitaniQ temperature estimates record mean temperatures of ~ 490ºC for the southern mylonites. These data allows us to conclude that: i) AMS reflects the final strain increments recorded in migmatites during regional deformation, ii) partial melting and dextral shearing in the Patos shear zone occurred at ~ 565 Ma, while low-grade mylonitisation dated at 545 Ma defines a late reworking at ductile-brittle conditions, iii) this reworking event is observed in other areas of the Borborema Province, defining a regional event possibly associated with late collisions in the western margin of Gondwana, iv) the Patos shear zone was nucleated after the collision between the Congo-São Francisco and West-African Cratons, through accommodation of strike-slip displacements localized in crustal discontinuities previously formed in an early pre-collisional stage.