Processos vulcânicos versus ambiente de formação : mecanismos atuantes na sucessão vulcanossedimentar do pós-sal da Bacia de Santos

Abstract

A interação entre lava, água e sedimento produzem uma ampla variação de depósitos. As características físicas, e por vezes químicas, destes elementos variam de acordo com a pressão e temperatura. Por esta razão os processos vulcânicos oriundos destas interações são complexos e os depósitos são de difícil predição. A possibilidade de que erupções subaquosas possam se desenvolver de forma explosiva a grandes profundidades no leito oceânico é uma questão atual. Para investigar esse tema foram analisados cones vulcânicos do período Neocretáceo na porção norte da Bacia de Santos. Entre os objetivos deve-se ressaltar: 1) compreender os processos vulcânicos e paleoambientais responsáveis pela geração da diversidade faciológica e morfologia destes depósitos; 2) utilizar esse conhecimento para a formulação de um modelo preditivo com vistas à reservatórios de hidrocarbonetos em rochas de associação vulcânica; 3) padronizar uma metodologia para a identificação de feições relacionadas ao ambiente de vulcanismo. Como forma de avaliar os produtos vulcânicos e a morfologia desses depósitos foi realizada uma série de analises de rochas e interpretação sísmica 3D. Os cones vulcânicos, nessa área, podem ser subdividos em três partes principais: (1) fácies caótica com formato em V, que são correlacionadas à chaminé vulcânica; (2) fácies sísmica divergente com forte mergulho, que ocorre do lado externo da forma circular com formato em V e que se assemelha a um maar; (3) sismofácies de alta amplitude, com boa continuidade e mergulhante, que sobrepõe às outras sismofácies, constituindo cones vulcânicos, que são estratigraficamente correlacionados com argilitos e arenitos da Formação Juréia. As sismofácies foram correlacionadas entre sí nos poços perfurados da área e as amostras de rocha correspondem a: (1 e 2) brecha vulcânica maciça e lapilito, com sedimentos e fragmentos juvenis (comumente ameboidais ou com superfícies curviplanares), denominados peperitos; (3) derrames de lava basáltica subaquosa, por vezes vesiculares, presumivelmente lavas almofadadas e hialoclastitos. Com base na correlação entre a morfologia do cone vulcânico (avaliada em sísmica 3D), e amostras de rocha, é interpretado que o processo eruptivo inicial se desenvolve explosivamente. A explosividade, no entanto, não está relacionada à exsolução de voláteis do magma – como em erupções subáreas - mas devido ao aquecimento da agua intersticial de sedimentos pelo magma basáltico. Este fato identifica tratar-se de uma erupção freatomagmática, que determina a morfologia do tipo maar e chaminé. O processo se desenvolve durante a ascensão do magma em direção à superfície, encontrando agua conata no espaço poroso da rocha sedimentar. Essa água é rapidamente aquecida, torna-se vapor e expande episodicamente. Quando a pressão de vapor é maior do que suportada pela coesão da rocha, uma erupção freatomagmática ocorre. A contínua subida de magma faz com que a quantidade magma exceda a quantidade de sedimento. Nesse ponto inicia-se a fase de construção do cone vulcânico, que é formado predominantemente por derrames de lava e hialoclastitos. Na fase final do vulcanismo a taxa de efusão decresce, e a interação com a água causa rápido resfriamento e fragmentação, formando hialoclastitos predominantes. Dessa forma, sugere-se que a variação na proporção da razão de magma, sedimento e água é a responsável pela variação na morfologia vulcânica e seus produtos relacionados. A utilização deste tipo de depósito como análogo para a predição de reservatórios de hidrocarbonetos em rochas vulcânicas demonstrou: 1) a influência do ambiente subaquoso sobre a diversidade de fácies vulcânicas; 2) a correlação de fácies vulcânicas explosivas com a presença de agua nos sedimentos/rochas sedimentares à época do vulcanismo; 3) a potencialidade desses depósitos constituírem reservatórios de hidrocarbonetos, nas fácies correlacionadas com os depósitos em chaminé.

The interactions between lava, water and sediment make a wide range of deposits. The physical, and sometimes chemical, features of these elements vary according to pressure and temperature. For this reason the volcanic processes arising from these interaction are complex and difficult to predict the deposits. One issue currently debated is the ability of subaqueous basaltic eruptions to occur explosively at seafloor depths. To investigate this question, the present work focuses on ancient volcanic cones of Santonian age that occur in the northern Santos Basin. The purpose was; 1) to understand the volcanic and environmental processes responsible for the generation of the faciological types and deposit morphology; 2) to use this knowledge to a predictive model for hydrocarbon reservoirs in volcanic rocks sucessions; 3) standardize a methodology for characterization of related features to the volcanism environment. To constrain the volcanic products and cone morphology, a combination of rock sample analyses and 3D seismic interpretation was conducted.The volcanic cones in this area are seismically recognized and can be subdivided into three main parts: (1) a Vshaped chaotic seismic facies related to the pipe; (2) a sloped and divergent seismic facies occurring outside the V-shaped circle, which appears to be a maar; and (3) a fairly continuous, often high-amplitude, sloped seismic facies that overrides the other seismic facies and forms the volcanic cone itself. These volcanic cones are stratigraphically correlated to the mudstones and arenites from the Jureia Formation. These seismic facies are correlated to wells in the area, and the rock samples (1 and 2) comprise massive volcanic breccia and lapillistone with sediments and juvenile fragments, termed peperites. The juvenile fragments commonly have ameboidal shapes or curvi-planar surfaces. The chaotic V-shaped seismic facies can be explained as the result of interaction between lava and sediments. The third type of rock sample represents submarine basaltic lava flows, presumably pillow lavas. Some rock samples are highly vesicular. Another common rock facies is hyaloclastite. The correlation between the volcanic cone morphology (evaluated by 3D seismic interpretation) and rock samples suggests that the initial eruptive process develops explosively. This explosivity, however, is not related to the exsolution of volatiles from magma—as in subaerial eruptions—but to heating of the interstitial water in sediments by basaltic magma; that is, explosivity is the result of a phreatomagmatic eruption that generates the maar and pipe morphology. During ascent to the surface, the magma is deduced to encounter the connate water in the sediment pore space. This water is rapidly warmed to become steam and expands dramatically. When the steam pressure exceeds the weight of rock supported by the rock cohesion, a phreatomagmatic eruption occurs. The continuously rising magma locally causes the amount of magma to exceed that of sediment. At this point, the construction phase of the volcanic cone begins, formed predominantly by lava flows and hyaloclastites. At the final stage of volcanism, the amount of lava decreases, and the interaction with water causes rapid quenching and cooling, forming predominantly hyaloclastites. This interpretation suggests that variations in the ratio of magma, sediment, and water are responsible for the variations in volcanic morphology and its related products. Using this deposit as an analogue to predict hydrocarbon volcanic reservoir showed: 1) the influence of subaqueous environment on the range of volcanic facies; 2) the correlation of volcanic facies with water in sediments/sedimentary rocks at the time of volcanism; 3) hydrocarbon volcanic reservoir described in the literature may be compared and to pipe morphology and associated to underwater explosive processes.