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4. Artigo
EXPRESSÃO GRAVIMÉTRICA E MAGNÉTICA DAS
PRINCIPAIS ESTRUTURAS TECTÔNICAS DO RIFTE
POTIGUAR E SEU EMBASAMENTO CRISTALINO
GRAVITY AND MAGNETIC EXPRESSION OF MAJOR
TECTONIC STRUCTURES OF POTIGUAR RIFT AND
ITS CRYSTALLINE BASEMENT
Suelen Ferreira de Souza 1 David Lopes de Castro1 Francisco Hilário Rêgo Bezerra 1
1 Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica, Departamento de Geologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Artigo submetido à revista Geologia USP. Série Científica no dia 20 de julho de 2015 RESUMO: Os métodos geofísicos potenciais (Gravimetria e Magnetometria) classicamente apresentam boas respostas para o estudo do arcabouço tectônico de bacias sedimentares. Neste trabalho, foram aplicadas técnicas avançadas de processamento em dados gravimétricos e magnéticos (Redução ao Polo, Matched
Filter, Gradiente Horizontal e Inclinação do Sinal Analítico), com o objetivo de
caracterizar a expressão geofísica das principais estruturas do Rifte Potiguar e seu embasamento cristalino (NE do Brasil). Na tentativa de se estabelecer o comportamento dos principais blocos crustais da Província Borborema abaixo do pacote sedimentar da Bacia Potiguar, foram identificados oito domínios tectono- geofísicos através da correlação dos padrões anômalos das fontes causativas com dados geológicos disponíveis na literatura. Extensas falhas que limitam o Rifte Potiguar, Carnaubais a leste, Mulungu a oeste e Apodi a sul, apresentam-se como extensos lineamentos gravimétricos positivos, assim como as principais zonas de cisalhamentos, que limitam os blocos crustais da Província Borborema, são mapeadas como expressivas anomalias alongadas na direção NE-SW. Os resultados obtidos permitiram ainda a correlação das expressões geofísicas dessas estruturas com os processos de rifteamento pelo qual passou a bacia, a ocorrência do padrão (NE-SW) observado nas regiões adjacentes a bacia, e também abaixo dos espessos pacotes sedimentares, controlando fortemente a estruturação interna do Rifte Potiguar, corroboram com hipóteses a respeito da influência de estruturas pré-cambrianas na formação da bacia durante o rifteamento na margem continental do Brasil, assim como deformações NW-SE, revelada pelo mapeamento magnético, contribui com a hipótese de propagação dos esforços da Margem Equatorial no interior do continente, como truncamento de estruturas, a deformação NW-SE nos diques Rio Ceará-Mirim, assim como o afastamento que há entre a Zona de Cisalhamento Portalegre e o Sistema de Falhas de Carnaubais.
Palavras-Chave: Expressão gravimétrica; Expressão Magnética; Bacia Potiguar; Estruturas Tectônicas.
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ABSTRACT: The potenctial geophysical methods (gravity and magnetic) classicaly have good responses to the study of tectonic framework of sedimentary basins. In this work, were applied advanced processing techniques for gravity and magnetic data (Reducing to Pole, Matched Filter, Horizontal Gradient and Tilt Derivative) in order to characterize the geophysical expression of the main structures of the Potiguar Rift and its crystaline basement (NE- Brazil). In an attempt to establish the behavior of the main crustal blocks of the Borborema Province below the sedimentary package of the Potiguar Basin, were identified eight tectonic-geophysical domains, through correlating anomalous patterns of causative sources with geological data available in the literature. Extensives faults wich limit the Potiguar Rift, Carnaubais east, Mulungu West and Apodi South, appear as large positive gravity lineaments, as well as the main shear zones that limit the crustal blocks of the Borborema Province, are mapped as expressive elongated anomalies in NE-SW direction. The results also allowed the correlation of geophysical expressions of these structures with the rifting processes by which passed the basin, the pattern of occurrence (NE-SW) observed in the adjacent regions to the basin, and also below the thick sedimentary packages, strongly controlling internal structure of the Potiguar Rift, corroborate hypotheses about the influence of Precambrian structures in the formation of the basin during the rifting in continental margin of Brazil, as well as NW-SE deformations, revealed by magnetic mapping, it contributes to the possibility of propagation of Equatorial Margin efforts within the continent, as truncation structures, the NW-SE deformation in Rio Ceará Mirim dykes, as well as the separation that exists between the shear zone Portalegre and Carnaubais Fault System.
Keywords: Gravity Expression; Magnetic Expression; Potiguar Basin; Tectonic Structures.
Souza, S.F Página 46 1- INTRODUÇÃO
As bacias sedimentares da margem continental brasileira apresentam grandes semelhanças com relação à sua evolução tectônica e história de preenchimento sedimentar (Souza-Lima & Hamsi Jr. 2003). Elas são derivadas dos processos que levaram a fragmentação do Supercontinente Gondwana iniciados no Jurássico Superior. Essas bacias encontram-se relativamente bem estudadas, principalmente a Bacia Potiguar, Bertani et al. (1990), Matos (1992) e De Castro & Bezerra (2015), objeto de estudo desse trabalho (Fig. 1). Esta é considerada uma bacia madura em termos de exploração petrolífera, pois os trabalhos de exploração nesta bacia tiveram início no ano de 1956, o que implica dizer que é uma área muito bem conhecida.
Tal conhecimento foi muito aprimorado com o avanço da aplicação do método sísmico, que atualmente é uma das principais técnicas de investigação geofísica, utilizadas principalmente pelas companhias petrolíferas para o estudo de bacias sedimentares. No entanto, além de apresentar um alto custo, sua aplicação limita-se aos pacotes sedimentares que preenchem a bacia, e em regiões com espessos pacotes sedimentares, o uso da sísmica é insuficiente quando o alvo de estudo é o arcabouço estrutural, no qual esta unidade tectônica está inserida.
Com isso, outras metodologias são também empregadas no estudo de bacias, como os métodos potenciais (Gravimetria e Magnetometria), que na maioria das vezes são aplicados juntos. Além de ser uma alternativa relativamente barata, os métodos potenciais fornecem um alcance mais profundo que o método sísmico, sendo possível mapear o arcabouço estrutural sotoposto as camadas sedimentares e permitindo o acesso indireto a áreas em subsuperfície, onde não se pode observar com a sísmica ou ser atingidas com a perfuração de poços estratigráficos.
Diversos trabalhos empregando os métodos potenciais já foram realizados na área de estudo, entre eles estão: Pedrosa Jr. et al. (2010), De Castro et al. (2012) e Rodrigues (2012). Entretanto, o presente trabalho visa contribuir com o conhecimento a respeito da expressão geofísica das estruturas da bacia e seu embasamento cristalino, através de técnicas de processamento ainda não aplicadas em trabalhos anteriores na área de estudo, assim como relacionar tais estruturas com os eventos pelos quais passou a bacia durante sua complexa evolução tectônica.
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Figura 1 - Mapa geológico da Bacia Potiguar com as principais feições estruturais do rifte e do embasamento cristalino. Modificado de De Castro et al. (2012) e De Castro & Bezerra (2015).
2- CONTEXTO GEOLÓGICO 2.1– Embasamento cristalino
Em seu contexto geotectônico, a Bacia Potiguar encontra-se inserida em um complexo de rochas pertencentes à Província Borborema. De acordo com Brito Neves
et al. (2000), é constituída por um mosaico de terrenos, devido a sua história evolutiva
complexa, marcada por importantes eventos orogênicos. A evolução Neoproterozoica da Província Borborema é caracterizada pelo desenvolvimento de uma rede de zonas de cisalhamento transcorrentes em escala continental que limitam segmentos tectônicos fundamentais da província (Brito Neves et al. 2000).
Souza, S.F Página 48 A Bacia Potiguar está localizada na porção setentrional da Província Borborema, compreendendo, em menores proporções, o Domínio Ceará Central e, em maiores proporções, o Domínio Rio Grande do Norte (Fig. 1). O Domínio Ceará Central é limitado a oeste pela Zona de Cisalhamento Sobral Pedro II e a sul pela Faixa Orós-Jaguaribe (Bizzi et al. 2003). Segundo Brito Neves et al. (2000), este domínio é constituído de um embasamento gnáissico formado durante a colagem Transamazônica, sendo composto também por uma série de sequências supracrustais do Neoproterozoico, ou remanescentes de faixas dobradas, e um expressivo plutonismo brasiliano.
O Domínio Rio Grande do Norte é limitado a oeste pela Zona de Cisalhamento Jaguaribe e ao sul pelo Lineamento Patos (Fig. 1). O oeste deste domínio ocorre remanescente de faixas dobradas, com uma sequência vulcanossedimentar paleoproterozoica, ao sul ocorrem faixas neoproterozoicas dobradas. Por toda a extensão deste domínio ocorrem corpos graníticos do plutonismo brasiliano.
2.2 – Sedimentação e tectônica na Bacia Potiguar
Segundo Bertani et al. (1990), a Bacia Potiguar, em sua porção emersa, abrange uma área de cerca de 21.000 km2. Sua arquitetura básica é constituída por
grábens e horsts. A origem da Bacia Potiguar, datada do Neocomiano, está associada à
fragmentação do Gondwana West, iniciada no Jurássico Inferior (Matos 1992), e que levou a separação da África da América do Sul e a formação do Atlântico Sul e Equatorial. O processo de fragmentação foi desenvolvido durante três estágios denominados de Sin-rifte I, Sin-rifte II e Sin-rifte III. Segundo Matos (1992), essas três sequências representam as principais fases rifte que refletem diferenças importantes no registro litoestratigráfico e no estilo estrutural. A fase sin-rifte I desenvolveu-se durante o final do Jurássico ao início do Barremiano, sendo representado por importante atividade magmática, como os enxames de diques de direções NE-SW e E-W, que intrudiram o embasamento pré-cambriano. Na Bacia Potiguar, é representado pelo enxame de diques Rio Ceará-Mirim (Matos 1992).
A fase Sin-rifte II ocorreu durante o Neocomiano-Superior-Barremiano. Nesta fase desenvolveram-se os meio grábens assimétricos, separados por horsts do
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embasamento, através de falhas de transferências e/ou zonas de acomodação. Zonas de fraqueza pré-existentes na crosta superior se tornaram locais potenciais para a reativação estrutural (Matos 1992).
Por fim, a fase Sin-rifte III, que ocorreu durante o Barremiano Superior, representa a principal fase de estiramento na Margem Continental Leste (Chang et al. 1988). Esta fase marcou uma mudança importante na cinemática de rifteamento, quando a parte onshore da Bacia Potiguar foi abortada e a deformação principal foi iniciada na Margem Equatorial. Evidências deste estágio na bacia estão associadas às reativações das falhas de transferências no interior do rifte, formação dos grábens na porção NW da Plataforma Aracati (Matos 1992), e os grábens de Algodão e Bica, ao sul do Rifte Potiguar, descritos por De Castro & Bezerra (2015).
Para De Castro et al. (2012), o rifteamento na Bacia Potiguar foi fortemente controlado por estruturas de direção NE-SW pré-existentes. A arquitetura da bacia é controlada por um duplo sistema de falhas lístricas normais (Sistema de Falhas de Carnaubais e Apodi), que provavelmente reativou as zonas de cisalhamentos brasilianas (Matos 1987). Dados de sísmica profunda da Bacia Potiguar sugerem uma ligação entre essas falhas lístricas e estruturas prévias do embasamento (Matos 1991).
De acordo com Araripe & Feijó (1994), as rochas sedimentares da Bacia Potiguar estão organizadas em três grupos: Areia Branca, Apodi e Agulha. O Grupo
Areia Branca engloba as formações Pendência, Pescada e Alagamar, que são
compostas predominantemente por conteúdo clástico. O Grupo Apodi é constituído pelas formações Açu, Jandaíra, Ponta do Mel e Quebradas, que apresentam em seu conteúdo rochas clásticas e carbonáticas. E o Grupo Agulha, que congrega as formações Ubarana, Guamaré e Tibau, as quais apresentam um conteúdo clástico e carbonático.
Três eventos magmáticos foram identificados na bacia: Rio Ceará-Mirim, presente na borda sul da bacia na forma de diques de diabásio orientados na direção E- W (Fig. 1); Magmatismo Serra do Cuó, que ocorre também ao sul da bacia como diques de diabásio; e o Magmatismo Macau, que ocorre como derrames de olivina- basalto intercalado com as rochas sedimentares das formações Tibau, Guamaré e Ubarana (Araripe & Feijó, 1994).
Souza, S.F Página 50 3- DADOS E MÉTODOS
Para a realização deste trabalho foram utilizados dados gravimétricos e aeromagnéticos. O conjunto de dados gravimétricos, contendo mais de 120 mil estações de medidas terrestres e marinhas, é decorrente de vários levantamentos independentes, realizados por diversas universidades (UFRN, UFC, USP), instituições e órgãos governamentais (ANP, CPRM, Petrobras, IBGE e ON). Parte dos dados foi cedida pela ANP. O conjunto de dados aeromagnéticos faz parte do Projeto Bacia Potiguar, executado pela Petrobras e cedido pela ANP. Os dados foram levantados a uma altitude constante de 500 m, com espaçamento entre as linhas de voo de 2 a 4 km, e direção de voo de N70E.
3.1 – Processamento dos dados
Para o conjunto de dados gravimétricos, as correções necessárias, tais como atração luni-solar, latitude, elevação e Bouguer, foram previamente aplicadas. Os dados foram interpolados em uma malha regular de 1500 m, usando o método Kriging, que é uma técnica estatística utilizada para interpolação de dados distribuídos aleatórios na área de estudo, ou seja, não são amostrados ao longo de linhas que seguem uma mesma direção (Geosoft 2009).
Para os dados magnéticos foi aplicada a correção de variação diurna, removida a componente principal do campo geomagnético (International Geomagnetic
Reference Field – IGRF) e realizado um nivelamento dos dados ao longo das linhas.
Para a interpolação dos dados magnéticos, foi utilizada uma malha regular de 250 m, usando o método Mínima Curvatura, o qual ajusta uma superfície de mínima curvatura aos dados de uma determinada área (Geosoft 2009). Foi aplicado aos dados de campo magnético anômalo o filtro de redução ao polo. Esta operação matemática centraliza a parte positiva de uma anomalia magnética sobre sua fonte (Baranov & Naudy 1964). Os parâmetros do filtro foram à inclinação (-11,89°) e declinação (-21,80°) do campo geomagnético da região estudada na data em que o levantamento foi realizado, além da pseudo-inclinação do campo magnético (-60°) para estabilizar as soluções fornecidas por esta técnica em regiões de baixas latitudes magnéticas. .
Para a interpretação os dados gravimétricos e aeromagnéticos e correlação com a geologia de superfície, foram empregados técnicas de processamento que
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contribuem para o realce de anomalias baseadas em derivadas e filtros espectrais. Estes operadores matemáticos permitem evidenciar feições estruturais e contatos geológicos. Primeiramente, aplicou-se a técnica Matched Filter para separar as anomalias dos campos gravitacional e magnético em diferentes bandas espectrais, segundo Phillips (2007) essa técnica fornece estimativas da geometria de fontes e contatos geológicos em várias profundidades de investigação. Outras técnicas utilizadas foram o Gradiente Horizontal (HGM) e a Inclinação do Sinal Analítico (ISA). O HGM é uma técnica que produz máximos de amplitudes sobre as bordas das fontes rasas e profundas, é pouco sensível as variações de profundidades, o que fornece a posição das fontes de maneira mais precisa (Ferreira et al. 2013). A ISA é uma técnica baseada em derivadas, a qual gera máximos de amplitudes nas regiões de maior gradiente do sinal geofísico, realçando contatos geológicos e lineamentos estruturais (Dentith & Mudge, 2014).
4- ASSINATURA GRAVIMÉTRICA DA BACIA POTIGUAR 4.1 Matched Filter
A aplicação do Matched Filter nos dados gravimétricos da Bacia Potiguar permitiu dividir o campo anômalo em duas bandas espectrais, que representam as fontes profundas relacionadas às variações na interface crosta-manto, e intermediárias, associadas a heterogeneidades geológicas da crosta superior (Figs. 2 e 3).
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Figura 2 – Mapas de anomalias gravimétricas Bouguer (a) e profundas (b). Linha branca representa a linha de costa.
Anomalias de maior comprimento de onda
Em geral, as anomalias desta banda espectral estão associadas às fontes mais profundas da crosta. O mapa de anomalias de maior comprimento de onda (relacionadas às fontes mais profundas na interface crosta-manto) apresenta um aumento do campo gravimétrico no sentido em que se avança para a parte marinha da bacia (Fig. 2b), devido ao afinamento crustal, característico de margens continentais passivas (De Castro et al. 1998). As anomalias em geral são suaves, com longo comprimento de onda (> 25 km). O Rifte Potiguar encontra-se em uma região
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anomalamente negativa, com valores variando de -13,5 a 20,2 mGal, sugerindo uma faixa de crosta estirada de direção NE-SW (Fig. 2b). Um mínimo gravimétrico no extremo NW do rifte pode representar um bloco crustal mais espesso, que restringiu o processo de rifteamento para oeste. Enquanto que, toda a porção marinha é caracterizada por máximos gravimétricos, que variam de 38,5 a 182 mGal (Fig. 2b). Essas anomalias estão associadas às regiões de crosta oceânica menos espessa (~10 km).
Anomalias de comprimento de onda intermediário
O mapa de anomalias de comprimento de onda intermediário apresenta um relevo gravimétrico acidentado, tanto na parte emersa como na parte submersa da Bacia Potiguar (Fig. 3). Este mapa reflete anomalias relacionadas às fontes mais rasas na crosta superior, por isso estas apresentam comprimentos de onda mais curto (5 a 25 km). A porção central da bacia, região do rifte principal, apresenta alternância de máximos e mínimos gravimétricos alongados nas direções NE-SW e NW-SE. Os mínimos gravimétricos são coincidentes com os semi-grábens de Umbuzeiro, Boa Vista e Apodi (UB, BV e AP, respectivamente na Fig. 3b) e os máximos gravimétricos delimitam os horsts internos de Quixaba e Macau (QX e MC, respectivamente na Fig. 3b), que limitam esse grábens. Os horsts são cortados por estruturas de direção NW- SE, relacionadas às falhas de transferência do rifte (Fig. 3b).
Algumas das principais zonas de cisalhamento pré-cambrianas são marcadas por extensas anomalias positivas alinhadas para N-NE (SP; JA; PA; e PJC na Fig. 3b), que na borda leste do rifte assumem uma orientação NE. A Zona de Cisalhamento PA ocorre como uma anomalia positiva pouco expressiva no limite inferior do mapa. A porção sul da bacia apresenta alternância de máximos e mínimos gravimétricos, retratando a complexidade do embasamento cristalino, no qual a Bacia Potiguar foi instalada. A porção submersa apresenta um padrão de lineamentos predominantemente E-W, herdado do processo de rifteamento na Margem Equatorial. (Fig. 3a e b).
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Figura 3 – Mapas de anomalias gravimétricas intermediárias (a) e seus respectivos lineamentos (b). Linha branca representa a linha de costa. Zonas de Cisalhamento: SP- Senador Pompeu; JA- Jaguaribe; PA- Portalegre e PCJC- Picuí João-Câmara. Falhas: AP- Apodi; CR- Carnaubais e ML- Mulungu. Horsts: QX- Quixaba e MC- Macau. Grabens: AP- Apodi; BV- Boa Vista e UB- Umbuzeiro.
4.2 Inclinação do Sinal Analítico no Gradiente Horizontal
A aplicação da Inclinação do Sinal Analítico (ISA) no Gradiente Horizontal das anomalias gravimétricas intermediárias promoveu o realce de lineamentos gravimétricos, que, por sua vez, facilitou o mapeamento estrutural do Rifte Potiguar. As feições estruturais da arquitetura interna do rifte e as principais falhas de borda ficaram bem evidenciadas no mapa da ISA-HGM (Fig. 4). Nota-se, que nesta região ocorrem fortes e extensas anomalias alongadas na mesma direção do embasamento
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pré-cambriano (NE-SW), relacionadas aos horsts e grábens (Fig. 4). Tal resultado reforça a hipótese de reativação das grandes estruturas neoproterozoicas durante a implantação do rifte. O limite leste do rifte é marcado pelo Sistema de falhas de Carnaubais, que se estende por cerca de 140 km (na parte emersa da bacia). Por sua vez, o Sistema de Falhas de Apodi delimita a porção sul do rifte, com aproximadamente 76 km de extensão. A região marinha e as demais porções adjacentes ao Rifte Potiguar apresentam lineamentos gravimétricos mais esparsos e orientados em várias direções, especialmente para N e NE.
Figura 4 – Mapa da ISA-HGM das anomalias gravimétricas (a) e seus respectivos lineamentos (b). Linha branca representa a linha de costa. Falhas: AP- Apodi; CR- Carnaubais e ML- Mulungu. Horsts: QX- Quixaba e MC- Macau. Grabens: AP- Apodi; BV- Boa Vista e UB- Umbuzeiro.
Souza, S.F Página 56 5 - ASSINATURAS MAGNÉTICAS DA BACIA POTIGUAR
5.1 Matched Filter
A aplicação do filtro Matched Filter permitiu uma análise do conteúdo espectral das anomalias magnéticas reduzidas ao polo da Bacia Potiguar (Fig. 5a) em três diferentes faixas de comprimento de onda (Fig. 5 b, c e d), relacionadas basicamente com fontes causativas profundas (regionais), intermediárias e rasas (residuais).
Figura 5 – Mapa de anomalias magnéticas de maior comprimento de onda (a), de comprimento de onda intermediário (b) e de curto comprimento de onda, com as principais falhas do Rifte Potiguar.
Anomalias de maior comprimento de onda (regionais)
A profundidade calculada para esta banda espectral pelo Matched Filter foi de 10,524 km, as anomalias magnéticas correspondentes à banda de menor número de onda são suaves e apresentam comprimento de onda da ordem de 20 a 60 km. A área estudada é caracterizada pela alternância de faixas positivas e negativas (Fig. 6), associadas às fontes mais profundas na crosta superior. Seus trends principais apresentam direções preferenciais NE-SW e representam importantes estruturas do embasamento pré-cambriano, como as zonas de cisalhamentos Senador Pompeu, Jaguaribe, Florânia-Angicos (SP, JA e FA, Fig. 6b) e a borda falhada leste do rifte (CR, Fig. 6b).
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Figura 6 – Mapa de anomalias magnéticas de maior comprimento de onda (a) e seus respectivos lineamentos (b). Zonas de Cisalhamentos: SP- Senador Pompeu; JA- Jaguaribe e FA- Florânia-Angicos. Falhas: CR- Carnaubais. Linhas pretas na figura 6a representam os limites estruturais do Rifte Potiguar.
Anomalias com comprimento de onda intermediário
Para a banda espectral intermediária, o Matched Filter calculou uma profundidade média para as fontes magnéticas em torno de 3,211 km, sendo que as