Autor: Júlio Alexandre Almeida de Carvalho · ao detalhamento das porções emersas das bacias e...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA (PPGG)

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA – CAMPUS UNIVERSITÁRIO CAIXA POSTAL: 1639

CEP:59072-970 – NATAL – RN – TELEFAX 2153831

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

CARACTERIZAÇÃO MACRO, MESO E MICROSCÓPICA DAS ESTRUTURAS FRÁGEIS DO CORPO ARENÍTICO CONGLOMERÁTICO DA REGIÃO DE SANTANA DO ACARAÚ (CE) E SEU EMBASAMENTO

CIRCUNDANTE.

Autor:Júlio Alexandre Almeida de Carvalho

Orientador:Prof. Dr. Fernando César Alves da Silva

Co-orientador:Prof. Dr. Fernando Antônio Pessoa Lira Lins

Dissertação n . 46 /PPGG

Natal – RN, Julho de 2005

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA (PPGG)

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA – CAMPUS UNIVERSITÁRIO CAIXA POSTAL: 1639

CEP:59072-970 – NATAL – RN – TELEFAX 2153831

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

CARACTERIZAÇÃO MACRO, MESO E MICROSCÓPICA DAS ESTRUTURAS FRÁGEIS DO CORPO ARENÍTICO CONGLOMERÁTICO DA REGIÃO DE SANTANA DO ACARAÚ (CE) E SEU EMBASAMENTO

CIRCUNDANTE.

Autor:Júlio Alexandre Almeida de Carvalho

Dissertação de mestrado apresentada

em 01 de julho de 2005, para

obtenção do título de Mestre em

Geodinâmica pelo Programa de Pós-

Graduação em Geodinâmica e Geofí-

sica da UFRN.

Comissão Examinadora: Prof. Dr. Fernando César Alves da Silva (Orientador)

PPGG/UFRNDr. Nivaldo Destro

CENPES-PETROBRASProf. Dr. Fernando Antonio Pessoa Lira Lins

PPGG/UFRN

Natal – RN, Julho de 2005

RESUMO

Grande parte dos prospectos e reservatórios de petróleo tem o seu arcabouço

estrutural como um fator de grande importância. A geometria, interconectividade e

densidade dos elementos da tectônica frágil (falhas, fraturas, etc.), têm grande influência

no caráter permo-poroso do meio e, por conseguinte, no fluxo de fluidos.

Tendo em vista as dificuldades encontradas para a caracterização da deformação

frágil, unicamente com dados de subsuperfície, vários estudos estão sendo direcionados

ao detalhamento das porções emersas das bacias e de seus substratos, em busca de

análogos da deformação.

Na Região de Santana do Acaraú aflora um corpo arenítico conglomerático

(CAC) cuja geometria é controlada por falhas, principalmente de trend NE,

interpretadas como decorrentes da reativação do Lineamento Sobral Pedro II (LSP-II).

A fim de caracterizar a deformação frágil em diferentes escalas, estudou-se os

atributos do fraturamento tais como: orientação, densidade, cinemática, abertura, etc.,

através de scanlines em imagens de satélite, afloramentos e seções delgadas.

O estudo das imagens de satélite mostrou que as macroestruturas da área

apresentam três direções preferenciais sendo elas N-S, NE-SW e E-W. As direções N-S

e E-W são compatíveis com movimento de blocos observados por estudos

gravimétricos.

O estudo do CAC mostrou que ele apresenta uma estrutura sinformal alongada

na direção NE-SW, fruto de uma tectônica transpressional dextral desenvolvida

enquanto o corpo ainda não estava completamente litificado. Foi evidenciada a

existência de duas outras fases de reativação, ocorridas quando o CAC já se encontrava

totalmente litificado. A tectônica frágil compartimentou o CAC em blocos, cujo

basculamento, gera variações na orientação de alguns de seus elementos (S0, por

exemplo). Com base na variação da orientação de S0, o CAC pode ser subdividido em

vários domínios.

Do ponto de vista da orientação do fraturamento/falhamento os estudos na meso

e microescala mostraram que as rochas do embasamento do CAC possuem um padrão

de lineamentos basicamente bimodal (NE e NW), enquanto no CAC observou-se que,

embora haja uma distribuição do fraturamento em varias direções, em todos os

domínios, a concentração ao longo de dois trends específicos nos domínios que

ii

apresentam as mesmas orientações de S0 é marcante, característica e distinta. Os

diversos domínios são agrupados em três conjuntos, onde o conjunto que apresenta S0

praticamente NW mostra um fraturamento principal com trend NE e secundário NW,

enquanto que o conjunto apresentando S0 com direção NE, mostra uma maior

concentração dos lineamentos ao longo dos trend NW e secundariamente com trend

NE. No conjunto de domínios com S0 praticamente N-S, o trend principal do

fraturamento é NE e o secundário NW.

Outros atributos do fraturamento, tal como o seu comprimento, foi também

analisado e comparado em diversas escalas buscando verificar se existia uma relação de

upscale.

O desenvolvimento de um modelo digital de terreno, com as estruturas frágeis

superpostas, propiciou uma visão tridimensional da região estudada.

O entendimento da deformação frágil que atingiu o corpo arenítico-

conglomerático (CAC) da região de Santana do Acaraú (CE) e seu substrato reveste-se

de importância pela presença de reservatórios fraturados nas bacias da margem

equatorial brasileira (Campo de Xareu na bacia do Ceará, por exemplo), cujos dados

podem ser confrontados com os de superfície.

iii

ABSTRACT

The structural framework of the sedimentary basins usually plays an important

role in oil prospects and reservoirs. Geometry, interconectivity and density of the brittle

features developed during basin evolution could change the permo-porous character of

the rocks involved in generation, migration and entrapment of fluid flow.

Once the structural characterization of the reservois using only sub-surface data

is not an easy task, many studies are focused in analogous outcrops trying to understand

the main processes by which brittle tectonic is archieved.

In the Santana do Acaraú region (Ceará state, NE Brazil) a pack of

conglomeratic sandstone (here named CAC) has its geometry controlled mainly by NE

trending faults, interpreted as related to reactivation of a precambrian Sobral Pedro II

Lineament (LSP-II). Geological mapping of the CAC showed a major NE-SW trending

synform developed before its complete lithification during a dextral transpression.

This region was then selected to be studied in details in order of constrain the

cretaceous deformation and so help the understanding the deformation of the basins

along the brazilian equatorial margin.

In order to characterize the brittle deformation in different scales, I study some

attributes of the fractures and faults such as orientation, density, kinematic, opening,

etc., through scanlines in satellite images, outcrops and thin sections.

The study of the satellite images showed three main directions of the

macrostructures, N-S, NE-SW and E-W. Two of theses features (N-S and E-W) are in

aggreement with previous geophysical data.

A bimodal pattern of the lineaments in the CAC´s basement rocks has been

evidenciated by the NE and NW sets of structures obtained in the meso and microscale

data.

Besides the main dextral transpression two others later events, developed when

the sediments were complety lithified, were recognized in the area. The interplay among

theses events is responsible for the compartimentation of the CAC in several blocks

along within some structural elements display diferents orientations. Based on the

variation in the S0 orientation, the CAC can be subdivided in several domains.

iv

Dispite of the variations in orientations of the fractures/faults in the diferents

domains, theses features, in the meso and microscopic scale, are concentrated in two

sets (based on their trend) in all domains which show similar orientation of the S0

surface. Thus the S0 orientation was used to group the domains in three major sets: i)

The first one is that where S0 is E-W oriented: the fractures are oriented mainly NE with

the development of a secondary NW trending; ii) S0 trending NE: the fractures are

concentrated mainly along the trend NW with a secondary concentration along the NE

trend; iii) The third set, where S0 is NS the main fractures are NE and the secondary

concentration is NW.

Another analized parameter was the fault/fracture length. This attribute was

studied in diferent scales trying to detect the upscale relationship. A terrain digital

model (TDM) was built with the brittlel elements supperposed. This model enhanced a

3D visualization of the area as well as the spatial distribution of the fault/fractures.

Finally, I believe that a better undertanding of the brittle tectonic affecting both

CAC and its nearby basement will help the future interpretations of the tectonic

envolved in the development of the sedimentary basins of the brazilian equatorial

margin and their oil reservoirs and prospects, as for instance the Xaréu field in the Ceará

basin, which subsurface data could be correlated with the surface ones.

v

AGRADECIMENTOS

Expresso aqui os meus sinceros agradecimentos a todas as pessoas que

participaram e auxiliaram na elaboração deste trabalho.

Agradeço aos meus pais, Laércio Bento de Carvalho e Íris de Almeida Carvalho,

pelo carinho e apoio em todos os momentos da minha vida.

Agradeço a Rossana Maria Correia de Farias, pelo carinho, companhia,

momentos felizes e por trazer ao mundo Thalita Farias de Almeida Carvalho.

Ao professor Dr. Fernando César Alves da Silva pela orientação, pelas

discussões, pelas etapas de campo e por sempre buscar o aprimoramento desta

dissertação.

Ao professor, Dr. Fernando Antônio Pessoa de Lira Lins, co-orientador desta

dissertação, pelas discussões sobre os dados geofísicos da área.

Registro também os meus agradecimento ao Dr. Nivaldo Destro

(Petrobrás/Cenpes), por ter se prontificado a participar da banca da defesa dessa

dissertação.

Agradecimento especial a Nilda, secretária do PPGG, pela imensa ajuda em

todos os momentos.

Aos amigos, Rodrigo, Carolina, Paolla, André, Marcelo, Soraia, Eugênio, Josibel

e Ana Paula, por todos os momentos de descontração.

Agradeço ao PPGG/UFRN por ter me aceito em seu programa de pós-graduação

e ao CNPq pelo apoio financeiro, através da bolsa de mestrado, bem como ao Projeto

Análise estrutural e geofísica do Grupo Serra Grande na região de Santana do

Acaraú (CE): Análogo das bacias da margem Equatorial?”(CNPq/CTPetro)

pelo financiamento da pesquisa.

vi

RESUMO.................................................................................................................................. iiABSTRACT.............................................................................................................................. iv

AGRADECIMENTOS.............................................................................................................. vi

SUMÁRIO

Capítulo I – Introdução .......................................................................................................... 13

1.1 – Apresentação ................................................................................................................... 14

1.2 – Objetivo ........................................................................................................................... 15

1.3 – Metodologia ..................................................................................................................... 15 1.3.1 – Análise Macroscópica .......................................................................................... 16 1.3.2 – Análise Mesoscópica ........................................................................................... 18 1.3.3 – Análise Microscópica .......................................................................................... 20 1.3.4 – Correlação Macro/Meso/Micro (Lei das escalas) ................................................ 21

Capítulo II – Aspectos Fisio-Geográficos ............................................................................. 22

2.1 – Localização e Vias de Acesso ......................................................................................... 23

2.2 – Geomorfologia ................................................................................................................. 23

2.3 – Clima, Vegetação e Hidrografia ...................................................................................... 24 2.3.1 – Clima ................................................................................................................... 24 2.3.2 – Vegetação ............................................................................................................ 24 2.3.3 – Hidrografia ........................................................................................................... 25

Capítulo III – Contexto Geológico ........................................................................................ 26

3.1 – Geologia Regional ........................................................................................................... 27 3.1.1 – A Faixa Noroeste do Ceará .................................................................................. 31 3.1.2 – O Domínio Ceará Central .................................................................................... 33

3.2 – Geologia Local ................................................................................................................ 34 3.2.1 – Arcabouço Litoestratigráfico ............................................................................... 34 3.2.1.1 – Embasamento ......................................................................................... 35 3.2.1.2 – Grupo Jaibaras ....................................................................................... 37 3.2.1.3 – Vulcanismo Parapuí ............................................................................... 38 3.2.1.4 – Grupo Serra Grande ............................................................................... 38 3.2.1.5 – Cobertura Terciária/Quaternária ............................................................ 42 3.2.1.6 – Sedimentos Recentes ............................................................................. 42 3.2.2 – Arcabouço Litoestrutural ..................................................................................... 43

Capítulo IV – Aplicação de Técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI) na Caracterização do Padrão de Lineamentos Frágeis ............................................................ 47

4.1 – Introdução ........................................................................................................................ 484.2 – Processamento das Imagens de Satélite ........................................................................... 49

vii

4.2.1 – Elaboração do Mapa de Unidades de Paisagens ................................................... 49 4.2.2 – Elaboração do Mapa de Lineamentos Frágeis ...................................................... 58

4.3 – Modelo Digital do Terreno (MDT) – Comportamento Geomorfológico da Área .......... 73

Capítulo V – Caracterização Mesoscópica da Deformação Frágil .................................... 83

5.1 – Introdução ........................................................................................................................ 84

5.2 – Caracterização dos principais trends de fraturamento das rochas do embasamento do CAC .......................................................................................................................................... 87

5.3 – Caracterização dos principais trends de fraturamento das rochas do CAC ..................... 89

5.4 – Eventos Deformacionais .................................................................................................. 94

Capítulo VI – Caracterização Microscópica da Deformação Frágil ................................ 108

6.1 – Introdução ........................................................................................................................ 109

6.2 – O microfraturamento nas rochas do embasamento do CAC ........................................... 110

6.3 – O microfraturamento nas rochas do CAC ....................................................................... 111

Capítulo VII – Macro vs. Meso vs. Micro: Uma abordagem Multi-Escala das Estruturas Frágeis .................................................................................................................. 116

7.1 – Introdução ........................................................................................................................ 117

7.2 – Comparação entre os trends do micro, macro e mesofraturamento das rochas do embasamento ............................................................................................................................ 118

7.3 – Comparação entre o macro, meso e microfraturamento da seqüência siliciclástica (CAC) ....................................................................................................................................... 1207.4 – Comprimento vs Freqüência: uma abordagem nas escalas macro, meso e microscópica 122

7.4.1 Aquisição dos dados utilizados ............................................................................... 1227.4.2 Tratamento dos dados ............................................................................................. 125

Capítulo VIII – Considerações Finais ................................................................................... 136

Bibliografia .............................................................................................................................. 139

viii

Lista de Figuras

Figura 1.1 – Esquema ilustrando as diversas etapas de obtenção de dados nas diferentes escalas ................... 16

Figura 2.1 – Mapa de localização da área de estudo .......................................................................................... 23

Figura 3.1 – Mapa de localização da Província Borborema .............................................................................. 27

Figura 3.2 – Esboço geológico/tectônico da Província Borborema ................................................................... 29

Figura 3.3 – Domínios Geológicos da Província Borborema ............................................................................ 30

Figura 3.4 – Contextualização geológica do Domínio Noroeste do Ceará ........................................................ 31

Figura 3.5 – Mapa Geológico da área estudada ................................................................................................. 36

Figura 3.6 – Mapa Estrutural da área estudada .................................................................................................. 44

Figura 4.1 – Composição RGB-752 ................................................................................................................... 53

Figura 4.2 – Composição RGB-531 ................................................................................................................... 54

Figura 4.3 – Composição RGB - 4/2, 4/7, 5/7 ................................................................................................... 57

Figura 4.4b – Mapa de unidades de paisagens e estruturas da área de estudo .................................................. 59

Figura 4.4a – Composição RGB-PC1, PC2, PC3 ................................................................................................ 60

Figura 4.5 – Imagem PC2 gerada a partir das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 ................................................................ 63

Figura 4.6 – Filtros Sobel aplicados sobre a imagem PC2 ................................................................................. 64

Figura 4.7 – Filtros Prewitt, empregados sobre a imagem PC2 .......................................................................... 64

Figura 4.8 – Filtros Kirsch, aplicados sobre a PC2 ............................................................................................. 65

Figura 4.9a – PC2 realçada por filtros Sobel 5x5. Direção de iluminação NW para SE ................................... 66

Figura 4.9b – PC2 realçada por filtros Sobel 5x5. Direção de iluminação NE para SW ................................... 67

Figura 4.9c – PC2 realçada por filtros Sobel 5x5. Direção de iluminação W para E. ....................................... 68

Figura 4.9d – PC2 realçada por filtros Sobel 5x5. Direção de iluminação N para S ......................................... 69

Figura 4.10 – Mapa base de lineamentos geo-estruturais da área de estudo ..................................................... 70

Figura 4.11 – Mapa base de lineamentos geo-estruturais do CAC ................................................................... 71

Figura 4.12 – Diagramas de roseta mostrando as direções dos principais lineamentos frágeis ........................ 72

Figura 4.13 – Modelo Digital do Terreno gerado com base em dados de cartas topográficas .......................... 74

Figura 4.14 – Modelo Digital do Terreno gerado com base em dados de imagem SRTM-USGS ................... 75

Figura 4.15 – Modelo Digital do Terreno com imagem RGB-PC1 PC2 PC3 superposta ................................... 76

Figura 4.16 – Modelo Digital do Terreno com limites das unidades de paisagem e lineamentos dúcteis ........ 77

Figura 4.17 – Modelo Digital do Terreno com sobreposição das falhas de borda do CAC .............................. 79

Figura 4.18 – Modelo Digital do Terreno com sobreposição dos lineamentos ................................................. 80

Figura 4.19 – Mapa gravimétrico do CAC com modelos propostos para o seu arcabouço tectônico ............... 81

Figura 5.1 – Padrão do fraturamento das rochas do embasamento e da Cobertura Terciária/Quaternária ........ 88

Figura 5.2 – Dados do acamamento sedimentar do CAC, separado em domínios ........................................... 90

ix

Figura 5.3 – Diagramas de rosetas mostrando a variação na direção do fraturamento de um domínio para

outro ....................................................................................................................................................................... 91

Figura 5.4 – Agrupamento dos diferentes domínios com base em S0 e o fraturamento .................................... 93

Figura 5.5 – Fotos e sketchs do fraturamento no corpo arenítico conglomerático ........................................... 95

Figura 5.6 – Esquema mostrando com inferir a orientação de 1 através de pares conjugados ........................ 97

Figura 5.7 – Fotos de afloramentos mostrando fraturas com mesma orientação mas cinemáticas opostas ...... 98

Figura 5.8 – Estereograma das falhas com indicadores cinemáticos ................................................................. 99

Figura 5.9 – Estereogramas individualizando as falhas dextrais e sinistrais do CAC ....................................... 99

Figura 5.10 – Localização dos afloramentos utilizados para determinação das paleotensões .......................... 100

Figura 5.11 – Estereograma mostrando dados de falhas com estria e cinemática do CAC .............................. 101

Figura 5.12 – Estereogramas mostrando as relações dextrais-sinistrais das falhas para o CAC ....................... 101

Figura 5.13 – Estereogramas mostrando as relações dextrais-sinistrais das falhas que afetam o CAC ............ 102

Figura 5.14 – Estereograma mostrando pares conjugados nas rochas da cobertura Terciária/Quaternária ...... 104

Figura 5.15 – Estereogramas Angelier e elipsóide de tensão para os dados do CAC ....................................... 104

Figura 5.16 – Modelo proposto para as diferentes fases de reativação do LSP-II ............................................ 106

Figura 6.1 – Esquema de secção delgada orientada, exemplificando a metodologia de coleta de dados ........ 109

Figura 6.2 – Padrão direcional do microfraturamento observado nas rochas encaixantes do CAC .................. 112

Figura 6.3 – Variação das principais direções do microfraturamento de um domínio para outro ..................... 113

Figura 6.4 – Conjuntos de domínios com a mesma direção de S0 e direções do microfraturamento ................ 115

Figura 7.1 – Comparação entre os padrões do fraturamento das rochas do embasamento do CAC ................. 119

Figura 7.2 – Rosetas com a orientação do fraturamento das rochas do CAC nas três escalas de estudo .......... 121

Figura 7.3 – Mapa de lineamentos com scanlines utilizadas para a amostragem macroscópica ....................... 123

Figura 7.4 – Localização dos afloramentos utilizados para obtenção de dados mesoscópicos .......................... 124

Figura 7.5 – Exemplo de fotomicrografia e sketch das lâminas delgadas ........................................................ 126

Figura 7.6 – Gráficos da freqüência cumulativa das fraturas por metro na escala macroscópica ..................... 131

Figura 7.7 – Gráficos da freqüência cumulativa das fraturas por metro na escala mesoscópica ...................... 132

Figura 7.8 – Gráficos da freqüência cumulativa das fraturas por metro na escala microscópica ..................... 133

Figura 7.9 – Gráfico da freqüência cumulativa por metro nas escalas macro, meso e microscópica ................ 135

x

Lista de Tabelas

Tabela 4.1 – Principais aplicações das diferentes bandas do sistema Landsat 5-TM ........................................... 49

Tabela 4.2 – Análise estatística do merg das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 do sistema Landsat 5-TM .......................... 50

Tabela 4.3 – Razões de bandas do Landsat 5-TM comuns na discriminação de superfícies ................................ 52

Tabela 5.1 – Correlação entre a direção principal do acamamento e o padrão do fraturamento .......................... 92

Tabela 6.1 – Correlação entre a direção principal do acamamento e o padrão do microfraturamento ................. 114

Tabela 7.1 – Dados das fraturas mesoscópicas obtidas através de scanlines no ponto CG-07 ............................. 128

Lista de Pranchas

Prancha 3.1 .................................................................................................................................. Foto 3.1: Afloramento de augengnaisse milonítico da porção sudoeste da área (ponto JAC-112).

mostrando a deformação dextral relacionada ao LSP-II. Foto 3.2: Afloramento de gnaisse bandado da porção central da área (ponto JAC-001). Foto 3.3: Afloramento de granito da porção sudoeste da área (ponto JAC-120). Foto 3.4: Afloramento de conglomerado matriz suportado do Grupo Jaibaras, com grande variedade de fragmentos líticos (ponto JAC-008). Foto 3.5: Fotomicrografia de rochas conglomeráticas do Grupo Jaibaras, ponto CG-132. Foto 3.6: Fotomicrografia de rocha vulcânica acida (Vulcanismo Parapui), ponto CG-114.

40

Prancha 3.2 .................................................................................................................................. Foto 3.7: Fotomicrografia de rocha vulcânica básica (olivina basalto, Vulcanísmo Parapui), ponto

CG-130. Foto 3.8: Fotomicrografia de rocha vulcânica intermediária, ponto CG-112. Foto 3.9: Porção conglomerática da porção basal do CAC ponto JAC-117. Foto 3.10: Fotomicrografia da litofácie conglomerática do CAC, ponto CG-10. Foto 3.11: Fácies arenitica conglomerática do CAC, ponto JAC-015. Foto 3.12: Fotomicrografia da litofácie arenito conglomerático do CAC, ponto CG-13.

41

Prancha 3.3 .................................................................................................................................. Foto 3.13: Afloramento de arenito médio a grosso do CAC, mostrando estratificação acanalada,

ponto JAC-119. Foto 3.14: Fotomicrografia da litofácie arenito médio a grosso do CAC, ponto CG-044. Foto 3.15: Afloramento de areníto médio a fino pertencente à cobertura Terciária/Quaternária, ponto JAC-101. Foto 3.16: Afloramento de conglomerado do Grupo Barreiras, ponto JAC-100.

43

Prancha 3.4 .................................................................................................................................. Foto 3.17: Vista regional mostrando o basculamento do acamamento do CAC, borda oeste do

corpo, visão de norte para sul. Foto 3.18: Vista em detalhe do basculamento do acamamento do CAC, borda oeste do corpo, visão de norte para sul, ponto JAC-15.

46

Prancha 5.1 .................................................................................................................................. Foto 5.1: Conjunto de fraturas escalonadas em afloramento de rocha gnáissica, porção W da área (ponto CG-170) . Foto 5.2: Conjunto de fraturas em pares conjugados em afloramento de rocha gnáissica, na porção W da área (ponto JAC-06). Foto 5.3: Macrofraturas com direção E-W em afloramento de granito-gnaisse, na porção NE da área (ponto JAC-37). Foto 5.4: Bandas de cominuição (setas) em afloramento de arenito conglomerático do CAC (ponto JAC-24). Foto 5.5: Fraturas escalonadas em afloramento de arenito médio a grosso do CAC (ponto CG-89). Foto 5.6: Fraturas em pares conjugados NE e NW em afloramento de arenito conglomerático do CAC (ponto JAC-24).

85

xi

Prancha 5.2 .................................................................................................................................. Foto 5.7: Fraturas apresentando caracteristicas dúcteis, com arrasto da camada guia e com característica rúptil apresentando a ruptura da camada guia em afloramento de arenito conglomerático do CAC, ponto CG-07. Foto 5.8: Macrofratura E-W com movimento aparente dextral, em afloramento de arenito conglomerático do CAC, ponto JAC-15. Foto 5.9: Fraturas escalonadas em arenitos da cobertura Terciária/Quaternária na porção NE da área (ponto JAC-101). Foto 5.10: Banda de cominuição em afloramento de arenito da cobertura Terciária/Quaternária, ponto JAC-101.

86

Prancha 6.1 .................................................................................................................................. Foto 6.1: Fotomicrografia mostrando fraturas transgranulares (setas) desenvolvidas em arenitos da porção oeste do CAC, (ponto CG-07). Foto 6.2: Fotomicrografia mostrando microfratuas transgranulares. Notar a abertura em V do grão de quartzo sugerindo uma movimentação sinistral (seta) (ponto CG-07). Foto 6.3: Fotomicrografia mostrando banda de cominuição (seta) (ponto CG-07). Foto 6.4: Fotomicrografia mostrando o alinhamento de grãos de quartzo (traço pontilhado/seta) (ponto CG-07).

110

Prancha 7.1 .................................................................................................................................. Foto 7.1: Amostragem realizada em afloramento selecionado para a coleta sistemática de dados na escala mesoscópica (Ponto JAC-41). Foto 7.2: A amostragem é realizada ao longo de uma scanline de 2m, medindo-se apenas as fraturas que se encontram contidas dentro da área do afloramento, as quais são marcadas evitando-se repedições de medidas (Ponto JAC-41).

124

xii

CAPÍTULO — I

INTRODUÇÃO

Dissertação de Mestrado – PPGG – UFRN Almeida de Carvalho, J. A.

CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO

1.1 Apresentação

Grande parte dos prospectos e reservatórios de petróleo tem o seu arcabouço

estrutural como um fator de grande importância. Isso se deve ao fato da geometria,

interconectividade e densidade dos elementos da tectônica frágil (falhas, fraturas, etc.),

terem grande influência no caráter permo-poroso do meio e, por conseguinte, no fluxo

de fluidos.

Tendo em vista as dificuldades encontradas para a caracterização da deformação

frágil unicamente com dados de subsuperfície, muitos pesquisadores vêm direcionando

seus trabalhos para o detalhamento das porções emersas das bacias e de seus substratos,

em busca de análogos da deformação.

Uma vez que o caráter da deformação rúptil depende de diferentes parâmetros,

tais como tipo de rocha, tamanho dos grãos, cimentação, porosidade, temperatura,

pressão confinante efetiva, taxa de deformação, etc., seu estudo além de constituir uma

abordagem multidisciplinar, deve ser desenvolvido em diferentes escalas. A partir da

última década, a literatura especializada tem mostrado grande avanço na demonstração

de que vários elementos da tectônica frágil são regidos pelas relações de power-law

(por exemplo Ortega e Marret 2000).

Apesar de algumas restrições e generalizações deste método, denominado

scaling-law, ele vem sendo bastante empregado, principalmente na literatura

relacionada à industria do Petróleo. Problemas de amostragem de fraturas, em

testemunhos de sondagem por exemplo, podem ser resolvidos através da análise de

conjuntos de dados de microfraturas, principalmente as transgranulares que são

correlacionáveis às macrofraturas, permitindo extrapolar essas informações para a

escala macroscópica (Laubach 1997).

O entendimento do arcabouço estrutural de uma bacia pode ter grande impacto

na prospecção de alvos e na otimização de reservatórios de hidrocarboneto. Neste

contexto os conhecimentos adquiridos em análogos podem ter papel importante seja na

fase prospectiva, seja na definição de alvos ou mesmo na recuperação de óleo. A

14


descrição de testemunhos, por exemplo, com uma visão adquirida em análogos pode

auxiliar na elaboração de novas sondagens.

A ocorrência de um corpo arenítico-conglomerático (CAC) na região de Santana

do Acaraú (CE) reúne condições para ser usado como análogo deformacional das bacias

da margem equatorial brasileira. O entendimento da deformação frágil que atingiu o

corpo siliciclástico e seu substrato reveste-se de importância pela presença de

reservatórios fraturados nas bacias da margem equatorial brasileira (Campo de Xareu na

bacia do Ceará, cf. Antunes 2004).

Neste contexto o estudo desse análogo busca a caracterização da trama do

fraturamento e assim fornecer subsídios para possíveis inferências entre as estruturas

desenvolvidas nas porções emersas e imersas das bacias da margem equatorial do Brasil

(essa comparação está fora do escopo desta pesquisa, sendo um tema aberto para

trabalhos futuros).

1.2 Objetivo

O trabalho aqui apresentado visa caracterizar a trama do fraturamento registrada

no CAC e seu substrato circundante e prover dados sobre a sua disposição espacial,

geometria, intensidade, cinemática e seus mecanismos de deformação. Um ponto

importante é a investigação sobre a possibilidade das estruturas frágeis obedecerem a lei

de escala, ou seja, se há ou não a reprodutibilidade dos atributos dessas estruturas nas

escalas macro, meso e microscópicas. Eventualmente espera-se que os dados aqui

apresentados possam subsidiar novos trabalhos ou interpretações das estruturas, das

bacias de margem equatorial tendo o CAC como análogo.

1.3 Metodologia

O estudo da deformação frágil da região de Santana do Acaraú, foi desenvolvido

com uma abordagem multidisciplinar aplicada a diferentes escalas de observação.

Como todo trabalho de pesquisa o primeiro passo foi a realização de um

levantamento bibliográfico sobre o tema, a área e os métodos de aquisição e tratamento

dos dados, nas diferentes escalas de observação. Os trabalhos foram subdivididos entre

as três escalas de observação, iniciando-se pela disposição macroscópica das feições

frágeis até seus aspectos microscópicos (Figura 1.1). Procedeu-se a coleta e

15


subseqüente tratamento dos dados para cada escala de observação, cujos detalhes serão

expostos abaixo.

Figura 1.1: Figura esquemática ilustrando as diversas etapas de obtenção de dados nas diferentes escalas

na área de estudo.

1.3.1 Análise Macroscópica

A caracterização do padrão dos lineamentos relacionados à deformação frágil foi

realizada através do processamento de imagens de satélites do sistema Landsat 5-TM,

georeferenciadas segundo as cartas do SGB, utilizando-se os programas Er-Mapper 6.0

e ArcView 3.2.

Os produtos utilizados para o processamento e determinação dos lineamentos

foram as bandas 1, 2, 3, 4, 5, e 7 do sensor TM; composições coloridas de diferentes

bandas no sistema R (vermelho) G (verde) B (azul); imagens geradas por

Transformação por Principal Componente (PCs); imagens geradas por técnicas de razão

de bandas; e imagens filtradas com filtros de convolução.

16


O processamento iniciou-se com a análise estatística das imagens para a

determinação das composições que fornecessem o maior número de informações

espectrais da área. Posteriormente foram criadas diversas composições no sistema RGB

para a elaboração de mapas (unidades de paisagem, de lineamentos, etc.) que serviram

como referência para a extração dos lineamentos frágeis.

Para a determinação dos lineamentos foram empregadas técnicas de filtragem

direcional, utilizando-se diferentes filtros direcionais (Sobel, Prewitt e Kirsch, com

diferentes configurações) sobre a PC2 das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7.

Para a seleção dos melhores métodos de filtragem no realce dos lineamentos

para análise estrutural, foi considerada a eficiência dos filtros no destaque dos

lineamentos orientados em direções diferentes daquela do realce preferencial.

Nas técnicas de realce digital por filtragem direcional são assinaladas as altas

freqüências espaciais das imagens expressas pelas transições de níveis de cinza

associadas aos lineamentos.

Os principais critérios de identificação dos lineamentos são as descontinuidades

estruturais, os alinhamentos de escarpas e vales, traçados retilíneos da drenagem

superficial, variações bruscas de litologias e de densidade de drenagem associadas e

padrões de vegetação orientadas segundo direções preferenciais.

O programa utilizado para o processamento das imagens orbitais foi o Er-

Mapper 6.0 e a análise digital para a extração dos lineamentos foi realizada visualmente

através do programa ArcView 3.2, onde as principais feições lineares foram

digitalizadas, para a geração dos mapas de lineamentos de toda a área estudada. Os

dados do CAC foram detalhados separadamente, uma vez que esse corpo siliciclastico é

o principal alvo do trabalho.

Após a confecção dos mapas de lineamento, estes foram analisados segundo sua

posição espacial, direção e comprimento. No caso do mapa da área estudada, todos

esses atributos foram extraídos através de 16 scanlines sendo 8 na direção NS e 8 na

direção EW. Não foram feitas scanlines para a confecção do mapa de lineamentos do

CAC. Nesse caso específico, todos os lineamentos foram medidos.

Para a confecção das rosetas de direção dos lineamentos, o menor lineamento

observado foi considerado como valendo uma unidade de medida, assim, para a direção

observada neste lineamento foi atribuído “peso” 01. Em seguida todos os lineamentos

observados foram ponderados pelo menor, atribuindo-se “pesos” diferentes para cada

direção em função do tamanho do lineamento. Esse processo visa ressaltar a

17


importância dos lineamentos em determinada direção, evitando que lineamentos mais

discretos tivessem a mesma importância, no diagrama de roseta, que lineamentos

realmente importantes, em orientação distinta. Com os dados das direções ponderados

foram geradas as rosetas para a caracterização das principais direções do

macrofraturamento da região e do CAC.

Para o estudo das relações de power-law na macroescala utilizou-se o valor dos

comprimentos dos lineamentos medidos através de 4 scanlines NS e 2 scanlines EW. O

tratamento estatístico dos dados para os estudos das relações de scaling-law, foram

realizados usando-se o programa Origem. Foram gerados gráficos correlacionando o

comprimento dos lineamentos por sua freqüência cumulativa, para os dados da área toda

e posteriormente, para os da área do CAC.

Para melhor visualização dos efeitos da deformação frágil na região foi

confeccionado um modelo digital do terreno (MDT) utilizando-se os programas

ArcView 3.2 e Surf 8, onde as cartas topográficas (escala 1:500.00) foram digitalizadas e

suas cotas topográficas vetorizadas. Após esta etapa foi realizada a gridagem da área e

por último a interpolação dos dados altimétricos através do método de triangulação,

gerando o MDT. Também foi gerado um modelo digital de terreno (MDT) com base em

dados de imagem SRTM - 90m (Shuttle Radar Topography Mission - USGS) que,

quando comparado ao modelo gerado a partir das cartas topográficas, apresentou uma

melhor resolução para o reconhecimento das feições topográficas.

Para se obter uma melhor visualização da expressão dos lineamentos na

topografia da área, os traços dos lineamentos extraídos pelo processamento das imagens

Landsat 5-TM, foram sobrepostos ao MDT gerado.

1.3.2 Análise Mesoscópica

Essa etapa iniciou-se com os trabalhos de campo, por um período de 50 dias

onde se realizou o reconhecimento das diferentes unidades litológicas da área, a

aquisição de dados estruturais como acamamento, foliação, fraturamento, estrias,

cinemática, etc. Durante as etapas de campo também foram coletadas amostras para

estudos microscópicos e a criação de um arquivo fotográfico.

Com base no mapa pré-campo (mapa de unidade de paisagem e de lineamentos),

somado aos dados obtidos nas etapas de campo foi confeccionado o mapa geológico da

área individualizando-se as diferentes litologias e estruturas.

18


Para a realização da análise estrutural detalhada afloramentos correspondentes

ao CAC e ao embasamento circundante foram selecionados, seguindo-se uma

distribuição orientada perpendicularmente à direção do Lineamento Sobral Pedro II

(LSP-II). Em cada afloramento foram realizadas duas scanlines de cerca de dois metros,

uma perpendicular e outra paralela a direção do acamamento ou foliação. Ao longo das

scanlines foram coletadas sistematicamente as direções das fraturas e o espaçamento

entre elas. Amostras adicionais para análises microestruturais foram coletadas em cada

um desses pontos. Em seguida cinco dos afloramentos selecionados, um no

embasamento da borda oeste do CAC, três dentro do CAC (um na borda oeste, um no

centro e outro na borda leste) e um no embasamento da borda leste do CAC foram

estudados mais detalhadamente. Nestes afloramentos foram medidas o tamanho e a

abertura (espessura) das fraturas através de uma scanline de dois metros, para os estudos

da relação de escala. Amostras adicionais para a realização do mesmo estudo em

microescala foram coletadas em cada um desses pontos.

Os dados estruturais obtidos foram tratados usando-se os programas Stereonet e

Tectonics-FP. Rosetas correspondentes à direção do fraturamento foram geradas com o

Stereonet. Para a caracterização do padrão mesoscópico do fraturamento, a área de

estudo foi subdividida em setores, levando-se em conta as diferentes litologias:

embasamento sudeste do CAC; embasamento noroeste do CAC (subdividido em rochas

gnáissicas e rochas do Grupo Jaibaras); região norte do CAC (subdividida em gnaisses e

cobertura Terciária/Quaternária) e o CAC propriamente dito. O mapeamento do CAC

mostrou, via as atitudes do acamamento, que o corpo pode ser segmentado em blocos

que estão basculados. Para a melhor caracterização do fraturamento, esse corpo

siliciclástico foi subdividido levando-se em conta o basculamento de suas camadas e,

para cada domínio, foram confeccionadas rosetas mostrando o padrão do fraturamento.

Os dados de falhas contendo estria e sentido do movimento, foram tratados com

o auxílio do programa Tectonics-FP, para estudos das paleo-tensões atuantes na área

responsáveis pela deformação frágil observada. Ressaltamos que em muitos casos a

exposição do afloramento não oferecia condição para aquisição de todos os dados

necessários (cinemática, estria) para a utilização do referido programa.

Finalmente para a análise das relações de power-laws foi empregada a mesma

metodologia realizada na macroescala. Usando-se o programa Origem, foram

confeccionados gráficos correlacionando o comprimento das fraturas por sua freqüência

cumulativa, para os cinco afloramentos selecionados.

19


1.3.3 Análise Microscópica

O estudo microestrututal foi realizado em seções delgadas orientadas. Embora

várias seções tenham sido confeccionadas e estudadas, escolheu-se algumas de

afloramentos considerados chaves, para maior detalhamento e cujos dados serão

apresentados neste trabalho. Os dados microestruturais foram coletados

sistematicamente através de microscópio ótico em duas scanlines (em cada seção

delgada) uma paralela e ou outra perpendicular ao acamamento/foliação. Para a

determinação do padrão do microfraturamento, foram medidas em cada scanline as

direções, o espaçamento e quando possível, a cinemática das microfraturas

transgranulares.

As seções delgadas foram analisadas com a ajuda da microscopia ótica acoplado

a uma câmera digital JCV-TK-C1380 Color Vídeo Câmera e conectada a um

computador. Através do programa Leica Qwin Standalone as cinco seções delgadas

correspondentes aos afloramentos estudados em detalhe na mesoescala, foram

imageadas com um aumento de 40 vezes (usando-se uma lente objetiva de 4x e uma

ocular de 10x).

Para cada seção delgada foram geradas em média 120 imagens, com as quais foi

gerado um fotomosáico utilizando-se o programa Panavue. Com base no fotomosaico as

microfraturas foram vetorizadas utilizando o programa Corel Draw 10, em seguida

foram medidas as direções, o tamanho e o espaçamento de cada microfratura.

Com os dados obtidos, foram confeccionadas rosetas correspondentes à direção

do microfraturamento para cada um dos setores da área e dos domínios do CAC, para a

comparação com o padrão do fraturamento na mesoescala.

A confecção das rosetas de direção das microfraturas, seguiu a mesma

metodologia aplicada na análise macroscópica, onde a menor microfratura de cada

lâmina foi considerada como valendo uma unidade de medida e para a direção

observada nesta microfratura foi atribuído “peso” 01. Em seguida todas as microfraturas

observadas foram ponderadas pela menor, atribuindo-se “pesos” diferentes para as

direções de cada uma em função do seu tamanho. Com os dados ponderados foram

geradas as rosetas para a caracterização das principais direções do microfraturamento de

cada lâmina.

Para o tratamento estatístico dos dados, como nas outras escalas de observação,

foi usado o programa Origem, através do qual foram confeccionados gráficos

20


correlacionando o comprimento das microfraturas por sua freqüência cumulativa, para

cada lâmina.

1.3.4 Correlação Macro/Meso/Micro (Lei das escalas)

Após a coleta e tratamento dos dados nas três escalas de observação, os mesmos

foram confrontados entre si. As rosetas confeccionadas para a caracterização da direção

dos macrolineamentos, das mesofraturas e das microfraturas foram comparadas entre si,

para estudos da reprodutividade do padrão do fraturamento nas três escalas de

observação.

A mesma abordagem foi aplicada para a comparação dos dados de comprimento

dos macrolineamentos, das mesofraturas e das microfraturas. Através de abordagem

estatística foram gerados gráficos correlacionando os dados obtidos nas diferentes

escalas para os estudos da reprodutividade da deformação frágil segundo a lei de escala

(scaling-law), os quais serão melhor detalhados no Capítulo VII.

21

CAPÍTULO — II

ASPÉCTOS

FISIO-GEOGRÁFICOS


CAPITULO II

ASPECTOS FISIO-GEOGRÁFICOS

2.1 Localização e vias de acesso

A área estudada localiza-se no município de Santana do Acaraú no extremo

noroeste do estado do Ceará, distando aproximadamente 255km de Fortaleza, e cerca de

35 Km a nordeste da cidade de Sobral (Figura 2.1). O acesso é feito pela BR – 216, a

partir de Fortaleza.

Figura 2.1: Mapa de localização da área de estudo com as principais vias de acesso.

A área estudada é delimitada por um polígono irregular cuja extremidade oeste

inferior é dada pela latitude 3º33’16’’ e longitude 40º14’32’’ enquanto a extremidade

leste superior é dada pela latitude 3º9’58’’ e longitude 39º59’00’’.

2.2 Geomorfologia

Cinco categorias morfológicas caracterizam o relevo do estado do Ceará (Ross

1995): o pediplano, as serras, as chapadas, os tabuleiros litorâneos e as planícies

23


aluviais. O pediplano, é a feição dominante e constitui-se de vasta planície levemente

ondulada, que cai de modo suave de sul para norte e dele surgem elevações esparsas, as

serras e chapadas.

As serras são maciços montanhosos talhados em rochas cristalinas antigas. As

mais importantes são as serras de Uruburetama, Meruoca e Baturité, esta última

chegando a 1.115m de altitude. As chapadas são elevações tabulares de grande

extensão, formadas por terrenos sedimentares dispostos em camadas horizontais ou

ligeiramente inclinadas.

Os tabuleiros litorâneos correspondem as formações areníticas do período

terciário, são pouco elevadas e estendem-se por toda a extensão da costa cearense,

dominando as praias. Ao longo dos grandes rios (Jaguaribe, Acaraú, entre outros),

desenvolvem-se as planícies aluviais sujeitas à inundações durante os períodos de

chuvas.

2.3 Clima, vegetação e hidrografia

2.3.1 Clima

Com exceção de um pequeno trecho da costa, nas vizinhanças de Fortaleza, que

recebe de 1.000 a 1.500mm de chuvas anuais, na maior parte do território prevalece o

clima semi-árido. A pluviosidade reduzida (menos de 1.000mm anuais e, em alguns

locais, menos de 600mm) está sujeita a um regime irregular. Em determinados anos, a

estação chuvosa não se produz, ocorrendo grande período de seca. Essas condições são

ainda agravadas pelo forte calor, de que resulta um elevado índice de evaporação,

reduzindo a disponibilidade de água no solo.

2. 3. 2 Vegetação

O revestimento vegetal se caracteriza pela predominância das caatingas, que

recobrem cerca de 91% da superfície estadual. No entanto a vegetação encontra-se

bastante modificada pela ação antrópica, sendo substituida por plantações de algodão e

pastagem. Ocorrem ainda, ocupando pequenas áreas, mais três tipos de vegetação:

cerrados, localizados principalmente no topo plano das chapadas; carnaubais, ocorrendo

nas várzeas dos rios; e florestas nas, encostas de serras e sopés de chapadas.

24


2.3.3 Hidrografia

O rio Jaguaribe é o principal rio do estado do Ceará, sendo que sua bacia drena

todo o sul, o centro e o leste do estado. O norte é banhado por pequenos rios

independentes, entre os quais o Coreaú, o Acaraú e o Aracatiaçu. Todos os rios do

Ceará são temporários. Dentre os açudes construídos no estado, os maiores são os de

Orós, no Rio Jaguaribe, Araras no Rio Acaraú e o Banabuiú, no rio do mesmo nome. A

capacidade de armazenamento de água atinge 7,8 bilhões de metros cúbicos, mas a

utilização dos açudes na irrigação ainda é reduzida.

25

CAPÍTULO — III

CONTEXTO GEOLÓGICO


CAPÍTULO III

CONTEXTO GEOLÓGICO

3.1 Geologia Regional

O conceito de Província Borborema foi introduzido por Almeida et al. (1977,

1981) e é aplicado para a parte leste da região nordeste da plataforma sul-americana

(Figura 3.1). As províncias estruturais brasileiras são grandes regiões que apresentam

feições de evolução estratigráficas, tectônicas, metamórficas e magmáticas específicas

(Almeida et al. 1977, 1981).

Figura 3.1: Mapa de localização da Província Borborema. A: Maiores províncias geotectônicas da

América do Sul; 1 – Cadeia Andina; 2 – Plataforma da Patagônia; 3 – Plataforma Sul Americana, com

contorno do Brasil (4). B: Províncias Estruturais Brasileiras; 1 – Rio Branco; 2 – Tapajós; 3 – São

Francisco; 4 – Tocantins; 5 – Mantiqueira; 6 – Borborema; 7 – Amazônica; 8 – Parnaíba; 9 – Paraná;

10 – Província Costeira e Margem Continental (Almeida et al. 1981).

A Província Borborema se caracteriza por uma colagem orogênica do início ao

fim do Pré-cambriano, com fenômenos de atividades tectônicas, formação de cadeias

de montanhas, acumulação de molassas, vulcanismo e plutonismo (Almeida et al.

27


1981). Ela pode ser definida como um complexo mosaico de cinturões de

dobramentos afetados por importantes eventos tectônicos, termais e magmáticos de

idade Neoprorozóica, com assinatura do Ciclo Brasiliano (Brito Neves et al. 2000).

Possui uma extensão da ordem de 450.000 Km2, sendo limitada ao sul e a oeste

respectivamente pelas províncias do São Francisco e Parnaiba, e a norte e leste pelas

bacias costeiras e a margem continental. A região é interpretada como o resultado da

amalgamação de blocos crustais durante a formação do Supercontinente Gondwana. A

arquitetura final da província, determinada pelo Ciclo Brasiliano, é caracterizada pela

geração de megazonas de cisalhamento orientadas, preferencialmente, na direção

NNE e NE, associadas a grandes dobramentos.

As estruturas e os litotipos da província desenvolveram-se durante a evolução

de dois diferentes ciclos tectônicos: a Orogênese Cariris Velhos (desenvolvida durante

o final do Mesoproterozóico ao inicio no Neoproterozóico) e a Orogênese Brasiliana

(desenvolvida no final do Neoproterozóico) a qual retrabalhou estruturas

desenvolvidas durante a Orogênese Cariris Velhos. O embasamento da província

apresenta feições tectônicas atribuídas a estágios de amalgamação durante a

Orogênese Transamazônica (durante o Médio-Paleoproterozóico) e feições atribuídas

ao Arqueano (Brito Neves et al. 2000).

O fato do Ciclo Brasiliano se superimpor a eventos orogênicos mais antigos,

em especial ao Ciclo Transamazônico, resulta numa conotação policíclica para os

terrenos do embasamento gnáissico-migmatítico enquanto para as faixas supracrustais

(faixas de dobramentos), uma evolução monocíclica (relacionada ao Ciclo Brasiliano,

Santos et al. 1984; Brito Neves 1983 e Van Schmus et al. 1998), versus policíclica,

(considerando-se também o Ciclo Transamazônico, Jardim de Sá 1994) é debatida na

literatura.

Os trabalhos realizados na Província Borborema procuram subdividí-la em

grandes domínios, onde se reconhece faixas de metassedimentos e metavulcânicas

proterozóicas alternando com áreas de embasamento gnáissico-migmatítico

paleoproterozóico a arqueano.

Jardim de Sá (1994) subdividiu a Província Borborema em sete domínios

estruturais: Faixa Sergipana; Faixa Riacho do Pontal; Domínio da Zona Transversal;

Faixa Seridó; Faixa Orós-jaguaribe; Domínio Ceará Central e a Faixa Noroeste do

Ceará (Figura 3.2).

28


Com alguma divergência quanto ao nome e seus limites alguns autores

utilizam o conceito de Terrenos e Super Terrenos para a compartimentação da

província e propõem a existência de mais de uma dezena deles (Santos et al. 1997,

1998; Campelo 1999 e Medeiros 2004).

Figura 3.2: Esboço geológico/tectônico da Província Borborema. FNC - Faixa Noroeste do Ceará; DCC

- Domínio Ceará Central; FOJ - Faixa Orós-Jaguaribe; FSD - Faixa Seridó; FSC - Faixa Salgueiro-

Cacheirinha; FPO - Faixa Riacho do Pontal; FSE - Faixa Sergipana; TPA - Terreno Pernambuco -

Alagoas; TCF - Terreno Canindé do São Francisco; TMA - Terreno Marancó (Jardim de Sá 1994).

Brito Neves et al. (2000) subdividem a Província Borborema nos domínios

estruturais e terrenos: Médio Coreaú; Ceará Central; Rio Grande do Norte

(subdividido nos terrenos: Jaguaribe-W Potiguar, Rio Piranhas, Faixa Seridó e São

José do Campestre); Zona Transversal (subdividida nos terrenos: Piancó-Alto Brigida,

Alto Pajeu, Alto Moxotó e Rio Capibaribe); Domínio Sul (subdividido nos terrenos:

Rio Preto, Riacho do Pontal e Sergipano); Maciço Pernambuco-Alagoas e incluem

uma porção do Cráton São Francisco (Figura 3.3).

29


Figura 3.3: Domínios Geológicos da Província Borborema. MCO – Médio Coreaú; CC – Ceará

Central; RGND – Rio Grande do Norte (JW-P – Jaguaripe-W Potiguar, RP – Rio Piranhas, SED –

Faixa Seridó, JC – São José do Campestre); TZ – Zona Transversal (PAB – Piancó-Alto Brígida, AP –

Alto Pajeú, AM – Alto Moxotó, RC – Rio Capibaribe); SD – Domínio Sul (RP – Rio Preto, PO –

Riacho do Pontal, Sp – Sergipano); PEAL – Maciço Pernambuco-Alagoas; CSF – Cráton São

Francisco; LTB – Lineamento Transbrasiliano (Brito Neves et al. 2000).

A área estudada encontra-se inserida geologicamente no contexto da zona de

transição da Faixa Noroeste do Ceará ou Domínio Médio Coreaú e o Domino Ceará

Central, cujo limite é feito pelo megalineamento brasiliano denominado de

Lineamento Sobral-Pedro II (LSP-II) (Figura 3.4) que corresponde a um seguimento

do Lineamento Transbrasiliano. A atuação deste megalineamento cuja amplitude do

rejeito ainda é não determinada dificulta a correlação entre os litotipos de ambos os

lados do lineamento. Esse lineamento corta a área de estudo no sentido NE (Figura

3.4).

30


Figura 3.4: Contextualização geológica do Domínio Noroeste do Ceará (Jardim de Sá 1994), com a

localização da área estudada.

3.1.1 A Faixa Noroeste do Ceará

Essa faixa limita-se com a Bacia do Parnaíba a oeste, sendo a leste limitada

pelo LSP-II, que o separa do Domínio Ceará Central.

O Lineamento Transbrasiliano representa uma importante exposição de uma

mega zona milonítica que se estende desde o Paraguai, passando pelo SW brasileiro e

se estendendo para o NE do Brasil alcançando a África Ocidental, onde é denominado

de Falha de Kandi.

A Faixa Noroeste do Ceará é formada por um embasamento composto de

diversos tipos de gnáisses e migmatitos, metamorfisados no fácies anfibolito a

granulito (Santos et al. 1998). Os principais dados geocronológicos apontam para uma

idade de 2,35 Ga para essas rochas constituintes do embasamento (Brito Neves et al.

2000). Sobreposto a esse embasamento tem-se uma seqüência Neoproterozóica

vulcanossedimentar pertencente ao Grupo Martinópole (Figura 3.4) e um cinturão de

dobramentos de rochas cabonáticas-pelíticas (rochas supracrustais) pertencentes ao

Grupo Ubajara. Ao longo do Lineamento Transbrasiliano ocorre uma série de bacias

transtensionais, onde plutons pós-orogênicos ocupam espaços formados por

movimentos distensionais do tipo pull-apart (granitos Mucambo e Meruoca). Alguns

31


desses espaços são preenchidos por molassas vulcanossedimentares brasilianas, como

Grupo Jaibaras, e cobertos por rochas sedimentares pertencentes à Bacia do Parnaíba

(Brito Neves et al. 2000).

Filitos, micaxistos, quartzitos e metarenitos intercalados por metacarbonatos e

metabásicas são agrupados no denominado Grupo Martinópole. Essas rochas foram

afetadas por pelo menos dois eventos deformacionais, onde no mais jovem as rochas

foram metamorfizadas no fácies xisto-verde durante o Ciclo Brasiliano (Nascimento

et al. 1981). Alguns trabalhos consideram o Grupo São Joaquim, inicialmente tratado

como uma formação pertencente ao Grupo Martinópole, como um grupo mais antigo

formado principalmente por quartzitos e, subordinadamente, micaxistos, paragnaisses,

mármores e metavulcânicas. Pedreira & Torquato (1991) sugerem uma deformação

polifásica e metamorfismo variando do fácies xisto verde ao anfibolito.

O Grupo Ubajara (Figura 3.4) que repousa discordantemente sobre o Grupo

Martinópole, é caracterizado por um ciclo tectono-sedimentar de margem continental

(Brito Neves 1983). Apresenta grau metamórfico que varia de xisto verde baixo a

médio e deformação de baixo strain com boa preservação das estruturas primárias.

Alguns autores interpretam essa unidade como uma molassa precoce (Caby et al.

1991), enquanto outros (Hackspacher et al. 1988) descreveram um padrão

deformacional mais complexo, com sedimentação desde pré a sin-orogênica, em

relação ao Ciclo Brasiliano.

O vulcanismo Parapuí é composto por extensos derrames de lavas (andesitos,

riolitos, basaltos andesíticos, doleritos e vulcanoclásticas), que localmente atingem

cerca de 350m de espessura. As rochas sub-vulcânicas, formadas por diques e sills

aparecem intercalados com os sedimentos siliciclásticos das Formações Massapê e

Pacujá (Oliveira 2000).

Alguns autores como Jardim de Sá et al. (1979), Nascimento & Gava (1979) e

Nascimento et al. (1981), descrevem que a atividade ígnea não ocorreu unicamente

durante a formação da bacia, mas também atuou em uma fase pós-sedimentação,

adicionando complexidade à posição estratigráfica deste vulcanismo. Em geral

determinações geocronológicas (K/Ar) não mostram bons resultados para a

determinação da idade do vulcanismo Parapuí.

A colocação dos granitos de Meruoca e Mucambo afeta as rochas pertencentes

ao Grupo Ubajara, gerando uma auréola de metamorfismo térmico (Costa et al. 1979,

Destro 1987). Entretanto Oliveira (2000) ressalta a falta dessa auréola na parte leste

32


do pluton de Mucambo, onde este faz contato com metassedimentos do Grupo

Ubajara. A origem desse plutonismo é tratada por Nascimento et al. (1981) como uma

provável associação co-magmática às rochas do vulcanismo Parapuí.

O Grupo Jaibaras (Figura 3.4) encontra-se sobreposto discordantemente ao

Grupo Ubajara. Ocupa uma série de grabens e meio-grabens, que são formados por

falhas normais e, parcialmente, por reativações de zonas de fraqueza do LSP-II (Costa

et al. 1979). A Bacia do Jaibaras possui características distensionais, formada durante

o fim do Ciclo Brasiliano. Esta bacia é formada por sedimentos continentais e

vulcânicas toleíticas e alcalinas, localizadas em um graben maior e paralelo à Zona de

Cisalhamento Sobral-Pedro II, que exerceu forte controle no processo de deposição

(Jardim de Sá, 1994). Subordinadamente, estes sedimentos ocorrem em um graben

situado a noroeste, entre os municípios de Granja e Martinópole.

Na região é caracterizada a presença de rochas siliciclásticas correlacionáveis

à Bacia do Parnaíba (arenitos, arenitos conglomeráticos e conglomerados grossos

polimíticos).

No domínio da Faixa Noroeste do Ceará são distintos dois conjuntos lito-

estruturais Pré-cambrianos (Abreu et al. 1988). O primeiro possui uma evolução mais

antiga e complexa, entre terrenos metamórficos de alto a médio grau, que envolve os

terrenos gnáissicos-migmatíticos e rochas supracrustais do Grupo Martinópole e do

Grupo São Joaquim. O segundo conjunto de rochas representado pelos Grupos

Ubajara e Jaibaras, juntamente com os granitóides Meruoca e Mucambo, apresenta

um contexto estrutural mais simples, ligados a uma tectônica transtensional.

3.1.2 O Domínio Ceará Central

Distingue-se neste domínio paragnaisses, micaxistos, quartzitos aluminosos,

mármores e calciossilicáticas formados durante o Ciclo Transamazônico.

Cisalhamentos transcorrentes brasilianos afetam o domínio, de forma que os de trend

NE apresentam movimentação dextral (Arthaud et al. 1988), enquanto os NNW

apresentam movimentação sinistral (Arthaud et al. 1986). Granitóides sin a tarde

tectônicos a essas transcorrências são injetados nesse domínio.

Uma idade de 2,2 a 2,1 Ga (U/Pb em zircão, com isócrona de Rb/Sr) é

proposta para o embasamento transamazônico. Este domínio contém uma série de

33


seqüências supracrustais Neoproterozóicas ou restos de faixas dobradas (quartzitos,

pelitos, carbonatos) e expressivo plutonismo brasiliano (Brito Neves et al. 2000).

A evolução geológica pré-transcorrências brasilianas é pouco conhecida. Caby

et al. (1991) advogam uma evolução monocíclica brasiliana, de provável idade

deposicional paleo a mesoproterozóica, para a seqüência supracrutal

Para as unidades do embasamento gnássico-migmatitico, é descrita uma

tectônica de nappes profunda, acompanhada por metamorfismo de pressões médias e

migmatização. Esta estrutura em nappes é responsável pela inversão estratigráfica

onde rochas do embasamento são sobrepostas às seqüências supracrustais (Gomes et

al. 1981, Cavalcante e Ferreira 1983).

3.2 Geologia Local

3.2.1 Arcabouço Litoestratigráfico

A região estudada representa uma área de aproximadamente 952 km2,

mapeada na escala 1:50.000 (Figura 3.5). O arcabouço geológico da área é

constituído por sete unidades geológicas distintas que apresenta a seguinte disposição

da base para o topo:

- Augen-gnaisses, gnaisses bandados e migmatitos, representando a

seqüência do embasamento;

- Granitóides tardi- a pós-brasilianos intrusivos nas seqüências do

embasamento;

- Conglomerados polimíticos, ortoconglomerados, arenitos arcoseanos

micáceos, filitos e folhelhos pertencentes ao Grupo Jaibaras;

- Seqüências vulcânicas ácidas, básicas e intermediárias (basaltos, andesitos,

riolitos, etc.) ocorrendo na forma de derrames, sendo relacionado ao

Vulcanismo Parapuí;

- Conglomerados, arenitos conglomeráticos e arenitos médios a grossos,

formando um corpo arenítico-conglomerático correlacionável a Formação

Ipú do Grupo Serra Grande, pertencente à Bacia do Parnaíba (enfoque

principal deste trabalho);

34


- Cobertura Terciária/Quaternária, arenitos de granulometria fina a média e

conglomerados e arenitos conglomeráticos pertencentes à Formação

Barreiras;

- Sedimentos recentes e terraços aluvionares.

3.2.1.1 Embasamento

O embasamento da região é formado por rochas gnáissicas (gnaisses bandados

e augen gnaisses), migmatíticos, pertencentes ao denominado Complexo Nordestino

(Prancha 3.1, Foto 3.1).

As rochas do embasamento apresentam uma foliação penetrativa de direção

preferencial NE e com mergulho de alto ângulo variando entre 65º e 85º

preferencialmente para SE. Esta unidade é afetada por grandes zonas de cisalhamento,

como o LSP-II que promove a milonitização das rochas como é observado na porção

W da área estudada (Prancha 3.1, Foto 3.2). É comum também nesta unidade a

ocorrência de pods menos deformados de augen gnaisses.

Localmente tem-se a ocorrência de plutons granitóides, intrusivos nos

gnaisses, interpretados como tarditectônicos relacionados à tectônica brasiliana. Esses

plutons tem composição variando de granítica a granodiorítica, com textura média a

porfirítica, (Prancha 3.1, Foto 3.3) e não individualizadas no mapa apresentado.

35

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3.2.1.2 Grupo Jaibaras

As unidades litológicas que constituem este grupo apresentam um

condicionamento geotectônico bem definido. Os diferentes litotipos preenchem uma

estrutura do tipo graben (Graben Jaibaras) que corresponde a uma fossa tectônica que

se estende desde a escarpa da Serra de Ibiapaba ao longo do LSP-II até o Município

de Morrinhos.

O Grupo Jaibaras é composto pelas formações Massapê, Pacujá e Aprazível. A

Formação Massapê é a unidade basal sendo constituída por conglomerados

polimíticos e brechóides cimentados por matriz arcosiana vermelha a cinza escura

(Costa et al. 1979). A Formação Pojuca se sobrepõem concordantemente sobre a

unidade basal, sendo a formação mais expressiva do grupo. Ela é composta por

arenitos arcoseanos micáceos, grauvacas, folhelhos micáceos e conglomerados. A

Formação Aprazível é constituída por ortoconglomerados grossos, polimíticos e com

matriz arcoseana que repousa discordantemente às unidades subjacentes.

De forma geral as rochas deste grupo se caracterizam basicamente por

conglomerados matriz suportado, com características polimíticas, contendo uma

grande diversidade de fragmentos líticos (rochas graníticas, vulcânicas e material de

origem pelítica). Os fragmentos variam de angulosos a subangulosos,

subarredondados e de baixa esfericidade, caracterizando sua baixa maturidade


Ao microscópio são observados quartzo e feldspato, suportados por matriz

formada basicamente por muscovita, clorita, quartzo, feldspato e opacos (Prancha 3.1,

Foto 3.5).

As rochas mais finas do Grupo Jaibaras são representadas por folhelhos com

coloração escura que exibem uma laminação proeminente. Às vezes esses sedimentos

ocorrem intercalados com níveis mais arenosos. Seqüências de filitos são encontradas

na porção oeste da área, nas proximidades do município de Parapuí.

As rochas xistosas com bastante muscovita que ocorrem na porção noroeste da

área são realcionadas à Formação Pojuca, milonitizada pelo LSP-II.

37


3.2.1.3 Vulcanismo Parapuí

Corresponde a uma complexa suíte de rochas vulcânicas, incluindo extensos

derrames de lavas, com diques e sills como elemento sub-vulcânicos. A ocorrência

destas rochas predomina na porção noroeste a sudoeste da área.

As rochas vulcânicas ácidas apresentam coloração clara (bege acinzentada),

textura afanítica e uma composição riolítica. Petrograficamente são compostas por

quartzo, feldspato (plagioclásio e K-feldspato), muscovita, clorita, epidoto, carbonato

e minerais opacos (Prancha 3.1, Foto 3.6). São rochas homogêneas que podem

ocorrer intercaladas a rochas vulcânicas básicas. Essas últimas caracterizam-se por

serem melanocráticas de coloração cinza escuro a esverdeada, homogêneas de textura

afanítica e composição basáltica (olivina basalto). São compostas por olivina, que

ocorre como fenocristais dispersos na matriz (Prancha 3.2, Foto 3.7), plagioclásio,

muscovita, epidoto, calcita e minerais opacos.

Encontram-se também rochas de característica intermediária, sendo

homogêneas e formadas por uma massa vulcânica escura, composta por olivinas, ripas

de plagioclásio, clorita e apatita (Prancha 3.2, Foto 3.8).

3.2.1.4 Grupo Serra Grande

O Grupo Serra Grande é representado na área de estudo por um corpo

arenítico-conglomerático (aqui denominado CAC), alongado segundo a direção NE-

SW e situado próximo ao município de Santana do Acaraú.

Este corpo arenítico é considerado uma porção da seção basal do Grupo Serra

Grande, da Bacia do Parnaíba. Mais especificamente, essa unidade siliciclástica é

correlacionada à Formação Ipú de idade ordoviciana-siluriana (Caputo e Lima 1984).

Na área mapeada, a unidade siliciclástica apresenta uma variação faciológica

formada, da base para o topo, por conglomerados polimíticos, com a presença de

estratificações cruzadas acanaladas; arenitos conglomeráticos que possuem uma

tonalidade que varia desde o vermelho ao amarelo avermelhado, também

apresentando estratificações cruzadas acanaladas; e na porção central do corpo

encontra-se arenitos médios a grossos, com uma coloração amarelo-esbraquiçada.

38


A porção conglomerática basal (Prancha 3.2, Foto 3.9) é constituída por

quartzo, feldspato, fragmentos de rochas gnáissicas bandadas, augen gnaisses,

vulcânicas e pelíticas. Localmente os seixos podem alcançar 20-30cm de tamanho. A

baixa maturidade do conglomerado é evidenciada pelo caráter subanguloso e a baixa

esfericidade dos seixos, além da presença de clastos de feldspatos.

Os fragmentos encontram-se envoltos em uma matriz fina avermelhada,

composta essencialmente por quartzo e feldspato. Esta litofácies encontra-se disposta,

principalmente, na borda oeste do CAC.

Ao microscópio (Prancha 3.2, Foto 3.10) os cristais de quartzo são

xenomórficos, com contatos retos e curvos, apresentando uma extinção ondulante. Os

cristais de feldspato em sua maioria são plagioclásios, com menor contribuição de K-

feldspatos.

Sobreposta à litofácies conglomerática encontra-se a litofácies arenítica

conglomerática (Prancha 3.2, Foto 3.11), aflorante nas porções mais centrais do

CAC, ou em alguns pontos isolados como no Serrote Santana, extremo sul do corpo

siliciclástico.

Esta litofácies caracteriza-se por ser clastosuportada, apresentando uma

coloração vermelha-amarelada, com a presença de seixos dispersos, conferindo-lhe

uma textura grossa com grãos variando de 0,1cm a 1,0cm. Mineralogicamente é

composta, predominantemente, por cristais de quartzo e feldspato, os quais

apresentam-se envoltos por uma matriz areno-argilosa. Em alguns pontos da área

nota-se uma variação de níveis mais oxidados que lhes confere uma tonalidade mais

escura.

Em escala microscópica esta litofácies não diverge da descrita anteriormente.

É composta basicamente por cristais de quartzo e feldspatos, subangulosos,

subarredondados e de baixa esfericidade, os quais encontram-se envoltos por uma

matriz de composição areno-argilosa (Prancha 3.2, Foto 3.12). Esta unidade

caracteriza-se por ser um arenito conglomerático clastossuportado, apesar de

pontualmente apresentar uma compactação maior dos grãos, gerando uma feição de

matriz suportado, onde a cimentação dos grãos se dá por material argiloso.

39


40


41


A porção mais superior do CAC é constituída por um arenito médio a grosso.

Essa litofácies possui uma coloração amarela-esbranquiçada, e exibe, em alguns

pontos, estratificações cruzadas acanaladas, que variam de pequeno a médio porte.


As rochas dessa litofácie são compostas, predominantemente, por quartzo e

feldspato, que apresentam uma baixa esfericidade e são subangulosos (Prancha 3.3,

Foto 3.14). A matriz que envolve estes grãos é predominantemente arenosa com uma

pequena contribuição argilosa.

3.2.1.5 Cobertura Terciária/Quaternária

Cobertura Terciária/Quaternária é representada por conglomerados e arenitos

conglomeráticos pertencentes à Formação Barreiras e por arenitos de granulometria

fina a média (Prancha 3.3, Foto 3.15).

O Grupo Barreiras ocorre na porção norte-nordeste da área, compondo uma

seqüência de arenitos e arenitos conglomeráticos (Prancha 3.3, Foto 3.16) que

apresenta um contato erosional e angular com o substrato cristalino.

3.2.1.6 Sedimentos Recentes

São formados basicamente por sedimentos aluvionares que preenchem e

bordejam os leitos dos rios da região, como Rio Aracaú e seus afluentes e efluentes,

além de sedimentos originados pela ação intempérica sobre as rochas originando uma

cobertura de alteração.

São representados por areias quartzosas, de granulometria fina a média, com

coloração variando entre amarelada, creme e avermelhada. Pode-se observá-los em

vários pontos da área, mas predominam na porção norte e central onde cobre o contato

do CAC e com as rochas do embasamento.

42


3.2.2 Arcabouço Litoestrutural

O CAC, principal alvo deste estudo, repousa sobre o substrato gnáissico

migmatítico e rochas do Grupo Jaibaras e apresenta-se controlado por falhas de trend

NE-SW (Figura 3.6). Essas falhas interpretadas como decorrentes da reativação do

LSP-II bordejam o corpo siliciclástico e controlam sua geometria sinformal, alongada

na direção NE-SW.

4343

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Estudos gravimétricos realizados na área (Carvalho 2003) mostram que a

espessura dos sedimentos varia de 50 a 500 metros. Essa variação da espessura, em

diferentes porções do CAC, pode ser interpretada como indicativo da presença de

blocos altos do embasamento, sugerindo a existência de estruturas de horst e grabens.

O embasamento do CAC encontra-se polideformado, observamdo-se a

presença de dobras de diferentes estilos, escalas e orientações, muitas vezes

mostrando sobreposição de eventos, atestando o caráter polifásico do embasamento.

Essas fases deformacionais não são aqui detalhadas, uma vez que a deformação dúctil

estava fora do escopo do trabalho. A foliação principal encontra-se subverticalizada,

com mergulho variando ora para SE ora para NW em diferentes porções da área.

Observa-se também a existência de zonas miloníticas desenvolvidas em protolitos

gnáissicos, com orientação NE-SW, ocorrendo na porção central da área e

relacionadas ao LSP-II. Os critérios cinemáticos, tais como estruturas tipo S/C,

boudins assimétricos, zonas de pressão em feldspato, etc., associados à foliação de

alto ângulo, que apresenta uma lineação de estiramento de baixo rake, caracterizam

uma transcorrência dextral para o cisalhamento do embasamento.

A reativação em nível crustal raso do LSP-II é responsável pelo intenso

fraturamento da região e em particular do CAC (ver capítulos subseqüentes). Dados

de campo mostram a existência de diferentes conjuntos de fraturas apresentando a

mesma direção mas com diferentes sentidos de movimento, evidenciando uma

variação no campo de tensões responsável pela deformação frágil observada. Com

base nesta constatação é possível assumir a existência de diferentes estágios de

reativação do LSP-II, sendo um deles observado em rochas da cobertura

Terciária/Quaternária.

Os elementos da deformação frágil, presentes no CAC, mostram dois tipos de

comportamento reológico: o primeiro constitui-se de estruturas onde a camada guia é

arrastada na zona de falha, mostrando que havia uma certa ductilidade do material

quando da deformação; o segundo grupo apresenta características tipicamente frágeis

onde a camada guia é seccionada abruptamente com deslocamento relativo bem

marcado.

O mapeamento do CAC mostrou, via atitude do acamamento, e corroborado

por dados geofísicos que o corpo pode ser segmentado em diferentes blocos, que

encontram-se basculados. O ângulo de basculamento nas bordas da bacia é alto,

diminuindo em direção a porção central do corpo, onde o acamamento encontra-se na

45


posição sub-horizontal. Com base no basculamento observado, o CAC pode ser

dividido em domínios estruturais, possibilitando a melhor caracterização da

deformação frágil. Detalhes desses critérios e domínios serão abordados no Capítulo

V.

Com relação às diferentes litofácies constituintes do CAC, constata-se que os

conglomerados e arenitos conglomeráticos, apresentam um fraturamento mais intenso

e acamamento (S0) com basculamento de alto ângulo (até 75º) (Prancha 3.4, Fotos

3.17 e 3.18) e direções de mergulho bastante variadas, estando relacionadas à

proximidade destas litologias à zona de falhas do LSP-II da borda oeste do corpo, que

são mais expressivas que as existentes na da borda leste. As litofácies arenitos médio

a grosso apresentam uma menor densidade de fraturamento e acamamento com

mergulho mais suave (variando entre 15º a 30º) apresentando-se pouco basculadas,

por concentrarem-se na porção centro-leste do corpo siliciclástico (Figura 3.6).

4646

CAPÍTULO — IV

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS

DE PROCESSAMENTO

DIGITAL DE IMAGENS (PDI)

NA CARACTERIZAÇÃO DOS

PADRÕES DE

LINEAMENTOS FRÁGEIS


CAPÍTULO IV

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS (PDI) NA CARACTERIZAÇÃO DO PADRÃO DE LINEAMENTOS FRÁGEIS

4.1 Introdução

Nos estudos envolvendo o emprego de imagens do sistema Landsat 5-TM na

discriminação litológica e realce das feições deformacionais, o senso comum sobre as

melhores combinações coloridas de bandas não está plenamente estabelecido (Amaro

1998).

As imagens do Landsat 5-TM são compostas por 7 bandas do espectro refletido,

excluindo-se a banda 6 que possui baixa resolução espacial (120m). As outras seis

bandas do visível e do infravermelho possuem uma resolução espacial de 30 m (canais

1, 2, 3, 4, 5 e 7), o que permitem o realce das formas de relevo e também dos contrastes

tonais entre as diferentes unidades de paisagem. Para essas 6 bandas existem 20

possibilidades de combinação de três bandas, com 120 permutações para disposição no

sistema RGB. Com isso a determinação de quais seriam as melhores bandas depende

das feições espectrais diagnósticas dos diferentes materiais em estudo e da experiência

do interprete. A Tabela 4.1 mostra uma orientação das principais aplicações para cada

banda do sistema Landsat-5-TM, que auxilia na escolha das bandas a serem usadas para

a identificação de feições geológicas.

Os estudos macroscópicos realizados na região de Santana do Acaraú, através do

emprego geológico das imagens Landsat 5-TM teve dois enfoques principais: (i)

processamento digital de imagens para o reconhecimento e elaboração de mapa de

unidades de paisagem e de estruturas existentes na área (mapa pré-campo); (ii)

processamento digital de imagens para a identificação do padrão dos lineamentos

(falhas e fraturas) relacionadas à deformação frágil.

A existência da cena 218-062, que contém a área de estudo, no banco de dados

do PPGG/UFRN, e as características do sistema Landsat 5-TM, foram decisivas na

escolha desse sistema para o estudo das macroestruturas da área.

48


Tabela 4.1: Principais aplicações das diferentes bandas do sistema Landsat 5-TM (EngSat,

www.engesat.com.br)

BandaIntervalo espectral

(µm)Principais características e aplicações das bandas TM do satélite LANDSAT-5

1 (0,45 - 0,52)

Apresenta grande penetração em corpos de água, com elevada transparência, permitindo estudos batimétricos. Sofre absorção pela clorofila e pigmentos fotossintéticos auxiliares (carotenóides). Apresenta sensibilidade a plumas de fumaça oriundas de queimadas ou atividade industrial. Pode apresentar atenuação pela atmosfera.

2 (0,52 - 0,60)Apresenta grande sensibilidade à presença de sedimentos em suspensão, possibilitando sua análise em termos de quantidade e qualidade. Boa penetração em corpos de água.

3 (0,63 - 0,69)

A vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande absorção, ficando escura, permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas com vegetação (ex.: solo exposto, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite análise da vanação litológica em regiões com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galeria e entalhe dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificação de novos loteamentos. Permite a identificação de áreas agrícolas.

4 (0,76 - 0,90)

Os corpos de água absorvem muita energia nesta banda e ficam escuros, permitindo o mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de água. A vegetação verde, densa e uniforme, reflete muita energia nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das florestas (dossel florestal). Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de informações sobre geomorfologia, solos e geologia. Serve para análise e mapeamento de feições geológicas e estruturais. Separar e mapear áreas ocupadas com pinus eeucalipto; e mapear áreas ocupadas com vegetação que foram queimadas. Permite ainda a visualização de áreas ocupadas com macrófitas aquáticas (ex: aguapé) e a identificação de áreas agrícolas.

5 (1,55 - 1,75)

Apresenta sensibilidade ao teor de umidade das plantas, servindo para observar estresse na vegetação, causado por desequilíbrio hídrico. Esta banda sofre perturbações em caso de ocorrer excesso de chuva antes da obtenção da cena pelo satélite.

6 (10,4 - 12,5)Apresenta sensibilidade aos fenômenos relativos aos contrastes térmicos, servindo para detectar propriedades termais de rochas, solos, vegetação e água.

7 (2,08 - 2,35)

Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo obter informações sobre geomorfologia, solos e geologia. Esta banda serve para identificar minerais com íons hidroxilas. E potencialmente favorável à discriminação de produtos de alteração hidrotermal.

4.2 Processamento das Imagens de Satélite

4.2.1 Elaboração do Mapa de Unidades de Paisagens

Para os estudos na escala macroscópica, na região de Santana do Acaraú, foram

aplicadas diferentes técnicas de processamento digital de imagens (PDI) sobre imagens

de satélite do sistema Landsat 5-TM, cena 218-062 data de passagem 21/08/2000.

O processamento das imagens foi realizado pelo programa Er-Mapper

49


6.0, iniciando-se com a geração do merg das bandas (fusão das bandas num só arquivo)

da cena 218-062; em seguida o merg foi “cortado” selecionando apenas a área de

estudo. Posteriormente foi feita a análise estatística do merg, correspondente à fusão das

bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 (Tabela 4.2).

Tabela 4.2: Análise estatística do merg das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 do sistema Landsat 5-TM.

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7

7

7

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7

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50


Para se trabalhar numa base de dados digital georeferenciada, o merg foi

georeferenciado pelas cartas topográficas do SGB folhas Bela Cruz (AS.24-Y-I) e

Itapipoca (AS.24-Y-II) (escala 1:50.000), com base no datum Córrego Alegre projeção

UTM S 24, através do programa Er-Mapper 6.0.

A análise estatística, além de ser um pré-requisito para se gerar imagens por

Transformação por Principal Componente (TPC), facilita a estratégia do processamento.

Através dela é possível determinar as composições que fornecem o maior número de

informações espectrais da área estudada, combinando-se bandas que apresentam baixa

correlação espectral (observado na matriz de correlação de bandas), bem como as

bandas que possuem uma maior contribuição espectral nas PCs (observado na matriz de

correlação de autovetor) (Tabela 4.2).

Para a identificação do maior número de unidades de paisagem, para fins

geológicos e visualizações de estruturas, foram geradas composições coloridas com

diferentes bandas no sistema R (vermelho) G (verde) B (azul), combinadas entre si,

além de imagens geradas por técnicas de razão de bandas e imagens geradas por TPC.

A escolha das melhores composições no sistema RGB foi feita de forma visual,

baseado nas principais aplicações de cada banda (Tabela 4.1) e na matriz de correlação

das bandas (Tabela 4.2). Das várias composições no sistema RGB criadas e analisadas,

quatro se destacaram, sendo duas composições coloridas com uma banda em cada canal,

uma baseada na técnica de razão de bandas e uma utilizando as principais componentes.

Dentre as composições coloridas, destacaram-se as composições comumente

empregadas para fins geológicos, RGB-752 (Figura 4.1) e RGB-531 (Figura 4.2).

Através dessas duas composições é possível abranger quase todo o intervalo espectral

do sistema Landsat 5-TM, possibilitando o melhor aproveitamento das informações

espectrais existentes. Foram excluídas as bandas 6 por possuir baixa resolução espacial

e a banda 4, que embora seja muito aplicada para fins geológicos e geomorfológicos,

não apresentou bons resultados no caso específico.

Com essas duas composições foi possível traçar os limites do CAC na porção

central das imagens e a cobertura Terciária/Quaternária localizada principalmente na

porção norte da imagem, bem como reconhecer algumas feições circulares na porção

oeste da imagem, referentes as rochas vulcânicas. Os grandes lineamentos de direção

NE, relacionados principalmente à deformação dúctil do embasamento são facilmente

identificáveis. Essas duas composições, no entanto, não ressaltaram muito bem as

feições relacionadas à deformação frágil, que são associadas principalmente às

51


drenagens, sendo possível reconhecer através das imagens apenas os dois grandes rios

que cortam a área.

As composições criadas a partir de operações aritméticas também apresentaram

bons resultados. Esses tipos de associação entre bandas, permitem a compressão de

dados e uma melhor discriminação de pequenos detalhes pouco perceptíveis nas bandas

separadamente. Onde através da razão de bandas é possível realçar as diferenças

espectrais e feições de interesse não perceptíveis com a utilização das bandas

separadamente.

As razões de bandas são empregadas na supressão das variações de brilho

relacionadas à topografia (Amaro 1998), proporcionando uma maior ênfase às

diferenças espectrais entre as superfícies. As bandas no numerador e denominador são

escolhidas para expressar as diferenças de radiâncias nas bandas relacionadas às feições

espectrais específicas como é mostrado na Tabela 4.3, auxiliando na escolha das razões

de bandas a serem usadas.

Tabela 4.3: Razões de bandas do Landsat 5-TM comuns na discriminação composicional de superfícies

(Drury & Hunt 1989, Macias 1995, Glikson & Creasey 1995 apud Amaro 1998)

Razão de Bandas Aplicações

3/1 Materiais com óxido de ferro e vegetação

3/4 Rochas vs. Vegetação

4/2 Materiais com Fe2+ vs. Materiais sem Fe2+

4/3 Vegetação verde

4/7 Materiais argilosos vs. Fe3+

5/1 Fe3+ + Fe2+ vs. Fe-livre

5/3 Materiais com óxido de ferro

5/4 Materiais argilosos vs. Fe2+

5/7 Materiais argilosos e carbonáticos

7/4 Materiais argilosos e com óxidos de ferro

7/5 Materiais argilosos vs. Não-argilosos

52

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Dentre as composições geradas por razões de bandas, a composição que se

mostrou como melhor opção para a discriminação litológica da área foi a RGB – 4/2,

4/7, 5/7 (Figura 4.3). Entre as imagens selecionadas, essa foi a que mais se destacou no

reconhecimento das feições frágeis, com boa resposta na individualização de materiais

ricos em sílica, realçando os limites das coberturas Terciária/Quaternária e do CAC com

relação as rochas do embasamento. Essa composição também apresentou uma excelente

resposta na individualização das drenagens da área, que são as principais feições

geomorfológicas relacionadas à deformação frágil.

Uma outra composição selecionada foi criada a partir da técnica de

Transformação por Principal Componente (TPC). Ao contrário das outras

transformações (razão, diferença), que são baseadas nas características físicas das cenas

e experiência do usuário, a TPC é baseada nas propriedades estatísticas da imagem.

O fundamento da TPC se baseia no fato de que, geralmente, as bandas de uma

imagem multi-espectral são altamente correlacionadas. Duas imagens são ditas

correlacionáveis quando, dada à intensidade de um pixel em uma delas, pode-se deduzir

com razoável aproximação a intensidade do pixel correspondente na outra imagem. Em

outras palavras, as imagens são visualmente e numericamente similares.

Em um gráfico de espaço de atributos de duas imagens A e B, com os atributos

de uma das imagens na abscissa e da outra na ordenada, a correlação entre duas imagens

é vista como uma distribuição de pontos ao longo a reta em uma direção próxima à

diagonal. Duas imagens perfeitamente correlacionáveis vão ter seu espaço de atributos

representado por uma linha reta. Já duas imagens que apresentam uma correlação

parcial vão apresentar uma distribuição com uma forma elipsoidal ao longo da direção

da diagonal principal, mas com espalhamento finito.

No primeiro caso, tomando-se um pixel de uma das imagens, acha-se um único

pixel correspondente na outra imagem. Já no segundo caso acha-se um intervalo de

valores espectrais ou níveis de cinza (NCs) correspondente a um único pixel da primeira

imagem, onde esse intervalo e inversamente proporcional à correlação entre as imagens.

Com isso a predição de um pixel na imagem B a partir de outro na imagem A é

mais direto no primeiro caso do que no segundo. Por isso pode-se afirmar que as bandas

com uma distribuição de NCs iguais ao do primeiro caso são mais correlacionadas que

as bandas com uma distribuição similar ao segundo caso.

A principais causas da existência de correlação são: (i) Sombreamento

topográfico, que afeta todas as bandas da mesma maneira, obscurecendo feições

55


espectrais de interesse; (ii) Sobreposição das respostas espectrais entre bandas

adjacentes e (iii) Baixa reflectância de um alvo em uma determinada faixa espectral,

ocasionando assinatura espectral similar deste alvo em todas as bandas dentro daquela

faixa espectral.

O fato das bandas de uma imagem serem correlacionadas, faz com que a

capacidade de extração de informação, a partir destas bandas seja reduzida. A

informação que uma banda contém acaba sendo similar a das outras bandas e, portanto,

as informações são redundantes, e não contribuem em muito na análise da imagem. A

idéia da TCP é, a partir das bandas originais da imagem multi-espectral, gerar novas

bandas descorrelacionadas, isto é, sem redundância de informação.

Para transformar a distribuição dos níveis de cinzas bidimensional de duas

imagens correlacionadas entre si, basta aplicar uma transformação de rotação dos eixos

dos atributos, sendo essa a operação que a TCP realiza ao transformar as bandas de uma

imagem multi-espectral original em bandas descorrelacionadas entre si. Estas bandas

descorrelacionadas são chamadas de principais componentes (PCs). Então na

transformação de principais componentes, os eixos originais são rotacionados de modo

que os níveis de cinza nos eixos originais A e B sejam redistribuídos sobre um novo

sistema de eixos PC1 e PC2. Esta operação de rotação é realizada matematicamente por

uma transformação linear.

A primeira PC contém o sombreamento topográfico de uma cena de satélite, ou

seja, é uma imagem muito semelhante a uma vista “pancromática” da cena. O número

de PCs é igual ao numero de bandas espectrais utilizadas e estas são ordenadas de

acordo com o decréscimo da variância das PCs, que está relacionada com conteúdo de

informação. Além disso, a soma das variâncias das PCs é igual à soma das variâncias

das imagens originais. Com isso é possível selecionar as componentes que melhor

caracterizam as informações a serem extraídas, reduzindo-se assim o número de bandas

utilizadas no processamento (compressão de dados).

56

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As composições coloridas criadas a partir da PCs apresentaram excelentes

resultados, uma vez que não há correlação entre as imagens, e a composição colorida

não possui tons de cinza mas apenas cores espectrais e intensamente saturadas. Dentre

as PCs obtidas a que mais se destacou foi a composição RGB – PC1, PC2, PC3 (Figura

4.4.a), que proporcionou a observação de um maior número de informações geológicas

numa só imagem. A partir dela é possível individualizar as rochas correspondentes à

cobertura Terciária/Quaternária e ao CAC, reconhecer feições relacionadas às rochas do

Grupo Jaibaras, feições circulares correspondente a rochas vulcânicas, além de realçar

as feições dúcteis do embasamento e os lineamentos relacionados à zonas de

cisalhamentos, bem como o traçado da drenagem.

Com base nas quatro composições analisadas, utilizando-se o programa ArcView

3.2, foi elaborado o mapa de unidade de paisagem e de lineamentos (Figura 4.4.b) que

serviu de base para a elaboração do mapa geológico da área. As imagens selecionadas

também foram utilizadas como base de comparação para a extração dos lineamentos

frágeis. Essa extração foi realizada separadamente, através de imagens filtradas por

filtros de convolução que será abordada no próximo item.

4.2.2 Elaboração do Mapa de Lineamentos Frágeis

A interpretação de imagens é muitas vezes dificultada pelas degradações

inseridas nos processos de geração e visualização da imagem. As técnicas de realce

visam melhorar a qualidade visual destas imagens e enfatizar alguma característica de

interesse para uma aplicação específica. Neste contexto encontram-se as transformações

de nível de cinza através da filtragem, que são operações locais onde o novo valor

depende também dos valores dos pontos vizinhos do ponto a ser processado.

Na filtragem, o nível de cinza de um ponto P após a transformação, depende do

valor do nível da cinza original e de outros pontos de sua vizinhança.

As operações de filtragem podem ser divididas em duas classes: filtragem linear

e filtragem não-linear. No caso deste trabalho, apenas a filtragem linear foi empregada.

Um filtro linear é um sistema linear invariante com o deslocamento que modifica as

características em freqüência espacial de uma imagem.

58

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A filtragem linear é realizada no domínio do espaço sendo representada por

operações de convolução. Os filtros de convolução examinam cada pixel na imagem,

em relação a sua vizinhança, e quantificam a inclinação e a direção da transição dos

níveis de cinza.

A convolução envolve a passagem de uma janela dinâmica sobre uma imagem e

a criação de uma nova imagem onde o valor de cada pixel na nova imagem é uma

função do valor do pixel original e dos coeficientes na janela dinâmica especificados

pelo usuário. A janela, um operador de convolução, pode ser considerada uma matriz

(ou máscara) em que os coeficientes devem ser multiplicados pelos valores de pixels na

imagem para derivarem um novo valor de pixel para a imagem realçada resultante. Esta

matriz pode ser de tamanhos variados e não necessariamente quadrada (Amaro, 1998).

Os filtros lineares são divididos em quatro classes: passa-baixas, passa-altas,

passa-banda e rejeita-faixa. Os filtros passa-baixas atenuam as altas freqüências que

estão relacionadas com a informação de detalhes da imagem. Já os filtros passa-altas

realçam as altas freqüências e são normalmente usados para realçar os detalhes na

imagem. Os filtros passa-banda e rejeita-faixa selecionam um intervalo de freqüências

do sinal para ser realçado ou rejeitado.

Os filtros passa-baixas promovem a suavização da imagem e tende a minimizar

o efeito do ruído nas imagens. Essa filtragem tem o efeito indesejado de diminuir a

resolução da imagem.

Os filtros passa-altas realçam as altas freqüências da imagem, aumentando as

variações entre os níveis de cinza, realçando as bordas em direções pré-determinadas,

sendo muito empregados para realçar feições lineares de relevo, tais como falhas,

fraturas, contatos geológicos além de outras feições lineares (Klein et al. 1999). O efeito

indesejado destes filtros é o de enfatizar o ruído presente na imagem.

Nas técnicas de realce digital por filtragem direcional são assinaladas as altas

freqüências espaciais das imagens expressas pelas fortes transições de níveis de cinza

associadas aos lineamentos.

As máscaras relacionadas à determinação de feições lineares são conhecidas por

filtros direcionais e são utilizadas para o realce das feições lineares em vários sentidos.

O nome dado às máscaras indica a direção ortogonal à feição linear que será realçada.

Assim, a máscara norte-sul realça feições leste-oeste e assim por diante.

61


Para a caracterização do padrão de lineamentos relacionado à deformação frágil

(falhas e fraturas) na área de estudo, foram utilizados filtros passa-altas específicos,

usados para realçar certas características presentes na imagem tais como bordas, linhas

ou curvas.

A análise direcional completa do padrão de lineamentos foi realizada através da

avaliação da posição da iluminação nos oito sentidos principais (N, NE, E, SE, S, SW,

W, NW).

A imagem escolhida para a aplicação dos filtros direcionais foi a PC2, pois foi a

que mais se destacou no reconhecimento das formas e padrões de relevo, e dos

principais lineamentos estruturais (Figura 4.5). A análise estatística da imagem PC2

mostra que ela possui uma maior contribuição espectral da banda 4, que é a banda que

melhor se aplica no reconhecimento das formas e padrões do relevo.

Os filtros passa-altas aplicados sobre a PC2 foram do tipo Sobel, Prewitt e

Kirsch, sendo enfatizadas as quatro direções principais (N-S, NE-SW, E-W e SE-NW).

Para a extração dos lineamentos foram testadas diferentes configurações para os três

tipos de filtros direcionais utilizados, buscando-se aqueles que produzissem imagens

com maior destaque das feições estruturais.

A maioria dos filtros utilizados destacam as estruturas na direção definida pelo

alinhamento dos zeros, com o aspecto de iluminação da imagem dado pela simetria

entre os valores positivos e negativos, onde o sentido da iluminação tem origem no lado

onde estão os valores negativos da matriz.

Os filtros Sobel correspondem a uma variedade de filtros direcionais simétricos

onde as posições mais próximas do pixel central da matriz de convolução interferem no

resultado com peso superior àqueles nas extremidades, ajustando as variações discretas

do gradiente nas direções horizontais, vertical e diagonal (Abdou e Pratt 1979). Os

filtros que apresentaram os melhores resultados foram aqueles correspondentes as

matrizes de 3x3 e 5x5 como mostrado na Figura 4.6.

62

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(f) -3 -2 -2 -1 0 (g) 1 1 0 -1 -1-2 -4 -3 0 1 2 3 0 -3 -2-2 -3 0 3 2 3 4 0 -4 -3-1 0 3 4 2 2 3 0 -3 -20 1 2 2 3 1 1 0 -1 -1

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Figura 4.6: Filtros Sobel aplicados sobre a imagem PC2 para a geração de imagens utilizadas na extração

dos lineamentos frágeis da área de estudo.

Nos filtros Prewitt, o elemento central da matriz de convolução possui maior

peso no cálculo do novo valor do pixel, demonstrando que, além das informações

produzidas quanto ao gradiente direcional, os filtros favorecem o realce dos contornos

dos objetos da imagem (Prewitt 1970, apud Amaro 1998). Os filtros de dimensões 3x3 e

5x5 (Figura 4.7) foram os que produziram imagens com maior destaque das feições

estruturais.

(a) -1 -1 -1 (b) 1 0 -1 (c) 1 1 0 (d) 0 -1 -1 (e) -1 1 10 0 0 1 0 -1 1 0 -1 1 0 -1 -1 -2 11 1 1 1 0 -1 0 -1 -1 1 1 0 -1 1 1

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(h) -1 0 0 0 1 (i) -1 -1 -1 -1 -1-1 0 0 0 1 0 0 0 0 0-1 0 0 0 1 0 0 0 0 0-1 0 0 0 1 0 0 0 0 0-1 0 0 0 1 1 1 1 1 1

Figura 4.7. Filtros Prewitt, empregados sobre a imagem PC2 buscando realçar as principais direções dos

lineamentos frágeis.

64


Os filtros Kirsch utilizados, de dimensão 3x3 (Figura 4.8), apresentam o pixel

central com valor zero, e com a matriz destacando as bordas nas oito principais

orientações (Amaro 1998). Eles também apresentaram bons resultados no realce das

feições lineares da área.

(a) 5 5 5 (b) -3 5 5 (c) -3 -3 5 (d) -3 -3 -3-3 0 -3 -3 0 5 -3 0 5 -3 0 5-3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 5 -3 5 5

(e) -3 -3 3 (f) -3 -3 -3 (g) 5 -3 -3 (h) 5 5 -3-3 0 -3 5 0 -3 5 0 -3 5 0 -35 5 5 5 5 -3 5 -3 -3 -3 -3 -3

Figura 4.8 Filtros Kirsch, aplicados sobre a PC2 no intuito de melhoras o conjunto de dados dos

lineamentos frágeis da área.

Com base nos diferentes filtros utilizados diversas imagens foram criadas. Como

exemplo, serão mostradas imagens resultantes da aplicação de filtros Sobel 5x5, filtros

f, g, h e i que enfatizam as quatro direções principais (Figura 4.9).

A aplicação de diferentes filtros, como o ilustrado na Figura 4.9, realça todas as

feições lineares existentes na imagem, inclusive as de origem antrópica, tais como

estradas, ferrovias, cercas, linhas de alta tensão, etc. Para que essas feições lineares não

fossem extraídas das imagens filtradas, utilizou-se diferentes composição no sistema

RGB (exemplo Figura 4.2) para a distinção entre lineamentos antrópicos e lineamentos

naturais.

A extração dos lineamentos sobre as imagens filtradas foi feito de modo

interativo com as imagens TM brutas e composições do sistema RGB. Os lineamentos

também foram extraídos diretamente sobre as imagens originais e sobre as composições

geradas no sistema RGB, resultando no mapa base de lineamentos extraídos das

imagens como mostrado na Figura 4.10, correspondente à toda área de estudo, e na

Figura 4.11, onde os lineamentos frágeis foram individualizados apenas para o CAC.

65

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.71


A análise e interpretação das imagens de satélite permitiu a elaboração do mapa

de lineamentos estruturais da região de Santana do Acaraú, com base nos critérios de

identificação e traçado das feições lineares de relevo, que refletem o comportamento

geoestrutural das rochas locais. A utilização dos filtros digitais foi muito útil para a

visualização dos lineamentos, pois esses são marcados por mudanças bruscas na

variação de níveis de cinza na imagem TM.

Para representar e classificar as variações na orientação dos lineamentos

estruturais, da área de estudo e da área do CAC, foram confeccionados diagramas de

roseta das direções dos lineamentos. Esses diagramas mostram as variações das

orientações agrupadas em classes, segundo a freqüência de ocorrência em determinadas

direções, onde para cada direção foi atribuído um peso maior ou menor com relação ao

tamanho do lineamento a que ela corresponde (Figura 4.12), onde o menor lineamento

observado na área corresponde a uma unidade de medida.

Figura 4.12: Diagramas de rosetas mostrando as direções dos principais lineamentos frágeis

(falhas/fraturas) extraídos das imagens TM. (A) Para toda área de estudo. (B) Para o corpo

arenítico/conglomerático. Obs: n = número de lineamentos ponderados pelo menor lineamento

visualizado.

Os macrolineamentos relacionados à deformação frágil da região de Santana do

Acaraú apresentam três direções principais, respectivamente, E-W, NE-SW e N-S

(Figura 4.12-A). Notar que o mesmo padrão com as mesmas orientações é obtido

quando se trata o CAC individualmente (Figura 4.12-B).

72


Duas dessas orientações, E-W e N-S também foram evidenciadas em trabalhos

geofísicos (gravimétricos) realizadas por Carvalho (2003) na área do CAC. Segundo o

autor supracitado, essas duas direções relacionam-se a basculamento de blocos.

4.3 Modelo Digital do Terreno (MDT) - Comportamento Geomorfológico da área

Para a contextualização geomorfológica da área de estudo, foi confeccionado o

modelo digital do terreno (MDT) utilizando-se os programas ArcView 3.2 e Surf 8.

Inicialmente o MDT da área estudada foi gerado utilizando-se as cartas topográficas da

região, onde suas cotas topográficas foram vetorizadas e usadas como base para a

confecção do MDT (Figura 4.13). Posteriormente com base em dados de imagem

SRTM - 90m (Shuttle Radar Topography Mission - USGS), também foi gerado o MDT

da área (Figura 4.14). A comparação entre os dois modelos gerados mostra uma grande

melhora de informações topográficas no MDT gerado com base nos dados SRTM-

USGS, e por essa razão optou-se por trabalhar com esse último.

Para melhor visualização e reconhecimento das feições topográficas da área em

foco o MDT foi recortado selecionando-se apenas a área de estudo e sobre ele foi

sobreposta a imagem RGB-PC1 PC2 PC3, conforme mostrado na Figura 4.15.

É possível observar, a partir da Figura 4.15, o diferente comportamento

geomorfológico das unidades de paisagens da área. As rochas correspondentes ao

embasamento apresentam-se em cotas topográficas mais baixas e topografia plana,

enquanto as rochas da cobertura Terciária/Quaternária e do CAC encontram-se em cotas

topográficas mais altas, e no caso do CAC, com topografia acidentada, como mostra os

quatro altos tográficos que ocorrem, no centro da imagem, alinhados na direção NE.

Para uma melhor visualização das diferentes estruturas observadas nas imagens, os

limites das unidades de paisagem e os traços das estruturas dúcteis foram sobrepostos ao

MDT (Figura 4.16).

73

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75

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As principais falhas identificadas no CAC, que ocorrem principalmente nas suas

bordas, foram sobrepostas ao MDT (Figura 4.17) e, para melhor visualização dos

efeitos da deformação frágil na área de estudo, os traços dos lineamentos frágeis obtidos

(Figura 4.10) também foram sobrepostos ao MDT (Figura 4.18).

Com base nas Figuras 4.17 e 4.18 é possível observar que os altos topográficos

correspondentes ao CAC, apresentam-se controlados por lineamentos com trends NE-

SW e E-W. Através da sobreposição dos lineamentos frágeis no MDT constata-se que

os lineamentos extraídos das imagens de satélite apresentam correlação com feições

topográficas características da deformação frágil (falhas e fraturas), tais como drenagens

encaixadas, e sugere que o controle estrutural dos altos topográficos do CAC está

associado à falhas de direções NE-SW e E-W (mais detalhes sobre essas falhas e

fraturas serão dados no Capítulo V).

A análise geomorfológica da área através do MDT constata que a região

apresenta-se intensamente deformada, onde os altos topográficos do CAC apresentam-

se aparentemente controlados por falhas, estando de acordo com os movimentos de

blocos do CAC observados em estudos gravimétricos (Figura 4.19) (Carvalho 2003).

Segundo Carvalho (2003) (Figura 4.19-A) o CAC apresenta na sua porção

central um baixo gravimétrico de forma alongada, onde dois baixos se destacam, um

localizado a leste da cidade de Parapuí e outro localizado a nordeste da cidade de

Santana do Acaraú. A distribuição e formas alongadas desses baixos sugerem que o

corpo estudado possua uma estruturação de horst e graben e os deslocamentos de uma

anomalia em relação a outra associada aos fortes gradientes gravimétricos sugerem a

presença de falhamentos alinhados nas direções NS e EW, fato também observado pelo

MDT (Figura 4.18).

Carvalho (2003) propõe dois modelos evolutivos para a compartimentação do

CAC por estruturas com trend NS e EW: (i) com base em interpretações anteriores

(Destro 1987, Destro et al. 1994, Galvão 2002) estas representariam estruturas menores,

conjugadas, em resposta a implantação das falhas maiores de borda (Figura 4.19-B);

(ii) os deslocamentos NS dos blocos, representaria um evento posterior àquele

responsável pela formação das falhas de borda do CAC e associado ao campo de tensão

responsável pela formação das bacias da margem equatorial como sugerido por Matos

(1999) (Figura 4.19-C).

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Figura 4.19: Mapa gravimétrico do CAC com modelos propostos para o seu arcabouço tectônico

(Carvalho, 2003). (A) Mapa gravimétrico mostrando fortes gradientes gravimétricos sugerindo a presença

de falhamentos alinhados nas direções NS e EW. (B) Modelo propondo que os falhamentos NS e EW

representariam estruturas menores, conjugadas, em responsta a implantação das falhas maiores de borda.

(C) Modelo propondo que os falhamentos NW e EW representariam um evento posterior àquele

responsável pela formação das falhas de borda do CAC, estando associado ao campo de tensão

responsável pela formação das bacias da margem equatorial.

81


Os dados obtidos através do processamento das imagens de satélite associado ao

Modelo Digital do Terreno corroboram com os dados obtidos por Carvalho (2003) para

a compartimentação do CAC. No próximo capítulo serão apresentados dados que

ajudaram a compreender a compartimentação do CAC em blocos referente aos modelos

propostos.

82

CAPÍTULO — V

CARACTERIZAÇÃO

MESOSCÓPICA DA

DEFORMAÇÃO FRÁGIL


CAPÍTULO V

CARACTERIZAÇÃO MESOSCÓPICA DA DEFORMAÇÃO FRÁGIL.

5.1 Introdução

A análise das estruturas frágeis na escala mesoscópica, iniciou-se com os

trabalhos de campo propriamente dito. Durante essa etapa de mapeamento geológico,

realizou-se o reconhecimento das diferentes unidades litológicas e a aquisição dos dados

estruturais envolvendo falhas, fraturas, estrias de movimento, acamamento, foliação,

etc.

Com base no mapa pré-campo (mapa de unidade de paisagem e de lineamentos)

(Figura 4.6), somado aos dados obtidos nas etapas de campo, foi confeccionado o mapa

geológico da área, individualizando-se as diferentes litologias e estruturas (Figura 3.5).

Para a caracterização do padrão mesoscópico do fraturamento, a área de estudo

foi subdividida em setores primeiramente com base nos diferentes conjuntos litológicos:

embasamento sudeste do CAC; embasamento noroeste do CAC (subdividido em rochas

gnáissicas e rochas do Grupo Jaibaras); região norte do CAC (subdividida em gnaisses e

cobertura Terciária/Quaternária), e o próprio CAC. O mapeamento do CAC mostrou,

via as atitudes do acamamento, que o corpo pode ser segmentado em blocos que se

encontram basculados (Destro et al. 1994, Galvão 2002, Carvalho 2003). Com base no

referido basculamento de blocos, o CAC foi subividido em domínios para o estudo do

fraturamento.

Na escala de afloramento várias estruturas frágeis foram evidenciadas: Nas

rochas do embasamento observou-se fraturas com trends E-W a WNW, podendo

apresentarem-se escalonadas (Prancha 5.1, Foto 5.1), em pares conjugados (Prancha

5.1, Foto 5.2) ou como macrofraturas também de direção E-W afetando rochas granito-

gnáissicas (Prancha 5.1, Foto 5.3). Nessas rochas boa parte do fraturamento é

interpretado com de idade provável tardi-brasiliana. Nas rochas do CAC são observadas

finas bandas de cominuição (Prancha 5.1, Foto 5.4), fraturas escalonadas (Prancha 5.1,

Foto 5.5), fraturas em pares conjugados (Prancha 5.1, Foto 5.6), fraturas com arrasto e

com ruptura da camada guia (Prancha 5.2, Foto 5.7), ou quebra de grãos mostrando

distensão NE-SW (Prancha 5.2, Foto 5.8).

84


85


85


8686

Nas rochas da cobertura Treciária/Quaternária observa-se fraturas escalonadas

(Prancha 5.2, Foto 5.9) e eventualmente bandas de cominuição (Prancha 5.2, Foto

5.10).

No CAC a concentração de falhas/fraturas ocorre nas regiões mais próximas às

bordas, onde o acamamento encontra-se fortemente basculado (Prancha 3.4, Fotos 3.17

e 3.18). Há uma sensível diminuição na freqüência das estruturas frágeis em direção à

porção central do corpo, onde o acamamento torna-se subhorizontal. Quanto à

distribuição e intensidade dos elementos da deformação frágil verificou-se a sua maior


concentração na litofácies arenito-conglomerática, justificado pelo posicionamento

desta nas bordas do corpo.

Os dados estruturais referentes à deformação frágil, obtidos na área de estudo,

foram tratados usando-se o programa Stereonet. No intuito de se classificar as variações

na orientação da deformação frágil, considerando-se o comportamento reológico das

rochas evolvidas, foram confeccionados diagramas de rosetas para os diferentes setores

referidos anteriormente. No CAC o trabalho também foi setorizado, separando-se os

diversos sets de fraturas por domínio.

Quando os dados obtidos possibilitaram informação sobre orientação

(plano/estria) e cinemátic, eles foram tratados separadamente por domínios com o

auxílio dos programas Stereonet e Tectonics-FP, para estudos da paleotensão

responsável pela deformação frágil observada.

5.2 Caracterização dos principais trends de fraturamento das rochas do

embasamento do CAC

Com base na subdivisão das rochas do embasamento, foram confeccionados

diagramas de rosetas para cada subárea buscando-se a caracterização das principais

direções da deformação frágil.

Com base na caracterização dos trends do fraturamento do embasamento as

seguintes constatações foram feitas: as rochas gnáissicas apresentam um forte

fraturamento unimodal com direção WNW tanto a SE quanto a NW do CAC (onde

parte dele é antigo, interpretado como relacionado a evento Pré-Devoniano,

possivelmente tardi-Brasiliano); as rochas do Grupo Jaibaras (localizadas na borda NW

do CAC) apresentam um fraturamento bimodal com direções preferenciais NW e ENE,

semelhante ao padrão observado em afloramentos de gnaisses localizados na porção

norte da área com direções WNW e NNE (Figura 5.1).

Na região norte-nordeste da área ocorrem rochas correspondentes à cobertura

Terciária/Quaternária, que apresentam um fraturamento bimodal com direções WNW e

NE (Figura 5.1), onde as duas direções principais do fraturamento observadas também

são constatadas nas rochas do CAC, bem como nas rochas do embasamento.

87


Figura 5.1: Padrão do fraturamento (dados de campo) observado nas rochas que compõe o embasamento do CAC e a Cobertura Terciária/Quaternária. Notar a predominância dos fraturamentos com tendência WNW.

88


5.3 Caracterização dos principais trends de fraturamento das rochas do CAC

O mapeamento do CAC mostrou, via as atitudes do acamamento, que o corpo

pode ser segmentado em blocos que estão basculados. Para uma melhor caracterização

do fraturamento o CAC foi subdividido em 18 domínios, levando-se em consideração a

atitude do acamamento (S0) (Figura 5.2). Para cada domínio foram confeccionadas

rosetas mostrando o padrão do fraturamento.

A análise do fraturamento (Figura 5.3) mostrou que os diferentes domínios

apresentam uma variação da direção principal do fraturamento, observando-se um

padrão que varia de unimodal para bimodal de um domínio para outro. Com base nos

dados obtidos a partir dos estereogramas referentes ao acamamento e dos diagramas de

roseta referente ao padrão de fraturamento de cada domínio foi confeccionada a Tabela

5.1 que mostra a principal direção do acamamento e os principais trends do

fraturamento para cada domínio do CAC. Através dela é possível estabelecer algumas

correlações entre a direção do fraturamento principal com o basculamento do

acamamento.

Pela Tabela 5.1 e possível agrupar os diferentes domínios em três conjuntos, em

função da direção do acamamento: (i) acamamento com direção preferencial NW

(domínios 1, 3, 5 e 12) e um padrão de fraturamento basicamente bimodal com direção

principal NE, variando tanto para NNE como para ENE, e um fraturamento secundário

NW (Figura 5.4-A); (ii) acamamento com direção preferencial NE (domínios 2, 4, 6, 7,

9, 11, 13, 14, 16, 17 e 18) onde também se observa um fraturamento com padrão

bimodal com direção principal NW, variando para NNW e para WNW, e um

fraturamento secundário NE também com algumas variações (Figura 5.4-B); (iii)

acamamento basicamente N-S (domínios 8, 10 e 15) onde se observa um fraturamento

principal NNE e um fraturamento secundário NW (Figura 5.4-C).

A dispersão dos dados observada está possivelmente relacionada ao

comportamento do acamamento que, como visto na Figura 5.2, mostra uma variação

entre os diferentes domínios, o que pode significar a presença de “blocos” menores

sendo basculados.

89


Figura 5.2: Dados do acamamento sedimentar (S0) do corpo arenítico conglomerático, separado em domínios. A variação na atitude do S0 reflete o basculamento das camadas.

90


Figura 5.3: Diagramas de rosetas mostrando as direções do fraturamento de um domínio para outro. Notar a variação nas principais direções entre um domínio e outro.

91


Tabela 5.1: Correlação entre a direção principal do acamamento e o padrão do fraturamento.

Domínios Acamamento

(Strike)

Fraturamento

(Strike)

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2 ENE NNW

3 NNW NW e ENE

4 ENE NNE e NNW

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13 ENE WNW e NNW

14 ENE WNW

15 N-S NNE e NW

16 NE NW

17 NNE WNW

18 ENE WNW e NE

92


Figura 5.4: Agrupamento dos diferentes domínios com base na direção do acamamento e as direções

principais do fraturamento observada para cada conjunto.

93


5.4 Eventos Deformacionais

A reativação do LSP-II, em nível crustal raso, é interpretada como a responsável

pelo intenso fraturamento da região de Santana do Acaraú, e em particular do CAC.

A deformação frágil observada na área de estudo, ocorre em muitos

afloramentos na forma de fraturas escalonadas e em pares conjugados, as quais são

observadas tanto em rochas do embasamento quanto em rochas do CAC e da cobertura

Terciária/Quaternária. No entanto observa-se uma concentração dessa estruturas

principalmente nas rochas do CAC.

Antes de entrar no mérito da caracterização da paleotensão responsável pela

deformação frágil observada, é necessário fazer algumas considerações a respeito das

características das falhas/fraturas encontradas nas rochas do CAC e da cobertura


O estudo na escala de afloramento (Figura 5.5) mostrou que as fraturas do CAC

apresentam dois tipos de comportamento reológico: i) A camada guia é arrastada na

zona de falha, mostrando que havia uma certa “ductilidade” do material quando da

deformação. As estruturas representativas do caso (i) são interpretadas como

relacionadas a um evento precoce aqui denominado de D1, que ocorreu quando o pacote

sedimentar estava apenas parcialmente litificado. Uma interpretação alternativa é que se

trate de clay-smear. entretanto o encurvamento progressivo da camada guia em direção

ao plano de falha/fratura, presente em alguns locais, é mais coerente com um

comportamento “ductil” (hidroplástico) do marcador; ii) A camada guia é seccionada

abruptamente com deslocamento relativo bem marcado, além de grãos/seixos de quartzo

quebrados/deslocados sem arrasto de marcador, evidenciando um caráter claramente

frágil. A cominuição ao longo desses planos é um fator relativamente comum. Por sua

vez, as estruturas descritas em (ii) são interpretadas como tendo se desenvolvido em

estágios pós-litificação da rocha, aqui referido como evento D2.

Desta forma, está implícito nesta interpretação a existência de um componente

temporal, marcado pelo comportamento reológico das rochas, refletindo condições de

temperatura, pressão e de saturação em água nas rochas.

94

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As feições relacionadas à D1 são encontradas com mais freqüência nas porções

marginais do corpo arenítico. A disposição do acamamento do CAC, mergulhando forte

para o centro do corpo (para E na porção W e para W na porção E) (Prancha 3.4, Foto 3.17

e 3.18), caracteriza uma estrutura sinformal para o corpo, que é interpretada como derivada

de uma fase deformacional onde a componente de cisalhamento puro foi importante

(transpressão). As estruturas frágeis relacionadas ao evento D1 são interpretadas como

contemporâneas a esse basculamento. Na escala mesoscópica essas estruturas possuem

comprimento de dezenas de centímetros e espessura milimétrica, com orientação dominante

ENE, apresentando-se subverticalizadas com componente dextral. É comum a ocorrência

de vários planos de fraturas/falhas gerando uma geometria em dominó (fraturas

escalonadas) das camadas deslocadas (Figura 5.5 A). Observa-se em alguns afloramentos a

presença de falhas WNW, com as mesmas características das anteriormente descritas mais

com cinemática sinistral (Figura 5.5 B), as quais são consideradas como tendo um

desenvolvimento sincrônico às dextrais, constituindo-se assim de pares conjugados

dextral/sinistral.

As estruturas ligadas ao evento D2 são interpretadas como desenvolvidas quando os

sedimentos do CAC já estavam completamente litifícados. As fraturas relacionadas a esse

evento são na sua maioria secas (sem preenchimento), embora ocorra também fraturas

preenchidas por óxido de ferro. Uma das principais características das feições frágeis

relacionadas a esse evento e à presença de bandas de cominuição, que se constitui na

compactação ou fragmentação dos grãos de quartzo, devido à fricção dos blocos falhados.

Ao evento D2 também são relacionadas estruturas em pares conjugados, onde se

observa a ocorrência de fraturas de direção NNW, ocorrendo tanto com cinemática dextral

como sinistral, e fraturas com direção NNE, que também apresentam cinemática ora dextral

ora sinistral (Figura 5.5). Constatou-se que os ângulos entre os pares dextral/sinistral neste

caso apresentam-se um pouco mais fechado que em relação ao evento D1.

Através dos sistemas de fraturas conjugadas é possível inferir a orientação local do

vetor 1 que é determinado pela direção da mediatriz do ângulo agudo formado entre duas

fraturas conjugadas, obedecendo-se à regra de que os vetores indicando o sentido do

movimento das fraturas devem estar convergindo para o ponto de intersecção das duas

fraturas (Figura 5.6).

96


Figura 5.6: Esquema mostrando uma interpretação da orientação de 1 através das fraturas em pares conjugados em um regime transpressional.

Através dos dados de campo constatou-se a existência de fraturas com a mesma

direção mas cinemática diferente, sugerindo que elas não poderiam estar relacionadas ao

mesmo campo de tensão. Na Figura 5.7, por exemplo, observa-se em um mesmo

afloramento a existência de falhas com direção geral NW-SE e E-W ora dextrais ora

sinistrais. Essa dualidade ocorre em toda a extenção do CAC, como mostra a Figura 5.8.

Nessa figura todos os dados de falhas com indicadores cinemáticos do CAC, foram

plotados em um estereograma onde é possível observar uma grande sobreposição de

fraturas com mesma direção mas cinemática diferente.

Um segundo passo foi discriminar, através de estereogramas distintos (Figura 5.9)

as falhas com cinemática dextral e sinistral. Nesses diagramas ainda se observa uma grande

variação na direção das falhas tanto dextrais quanto sinistrais, no entanto é possível definir

alguns sets principais de falhamento dextral (NE-SW e WNW-ESE) e sinistral (NW-SE e

NNE-SSW) que são similares à algumas das direções de pares conjugados observados em

campo.

Com base nas Figuras 5.7, 5.8 e 5.9, fica evidente a existência das falhas com

mesma orientação mas cinemática oposta. Sendo este um forte indício da sobreposição de

eventos deformacionais caracterizado por uma mudança no campo de tensões responsável

pela deformação frágil observada.

97


Figura 5.7: Fotos de afloramentos do CAC mostrando fraturas que possuem a mesma orientação mas exibem

cinemáticas opostas, (ponto CG-07) 1 - NW dextral; 2 - NW sinistral; 3 - EW dextral; 4 - EW sinistral.

Grande parte das falhas estudadas não expõe todos os elementos necessários ao

estudo detalhado da paleotensão. Entretanto para se ter uma idéia desses parâmetros e a

título de exercício, selecionou-se algumas fraturas exibidas em alguns afloramentos do

CAC para o estudo da Paleotensão

Os dados utilizados correspondem a diferentes pontos do CAC, no entanto observa-

se uma concentração dos dados principalmente na borda oeste do corpo como mostra a

Figura 5.10.

98


Figura 5.8: Estereograma mostrando a disposição geral dos dados de falhas com indicadores cinemáticos.

Figura 5.9: Estereogramas individualizando as fraturas dextrais e sinistrais do CAC.

99


Figura 5.10: Localização dos afloramentos cujos dados de falhas foram utilizados para determinação das

paleotensões.

Os dados foram plotados em um estereograma proporcionando uma visão geral,

onde foi possível reconhecer dois sets principais para as fraturas dextrais, um NE-SW e

outro WNW-ESE enquanto que as fraturas sinistrais mostraram maior dispersão (Figura

5.11).

Os diferentes sets de falhas dextrais e sinistrais foram individualizados a fim de

relacioná-los aos diferentes eventos deformacionais. Os dados foram agrupados com base

no estereograma mostrado na Figura 5.11, onde se observa um set principal de falhas

dextrais de direção WNW e um set principal de falhas sinistrais de direção WNW. Esses

sets foram separados e interpretados como decorrentes de diferentes fases de deformação.

Em seguida buscou-se correlacionar o set de fraturas dextrais (WNW) com outro set de

fratura sinistrais, fazendo-se o mesmo para o set de fraturas sinistrais (WNW), tentando-se

identificar/individualizar sistemas conjugados (dextral/sinistral). O resultado obtido foi dois

conjuntos de pares conjugados, compatíveis com uma mudança no campo de tensões

100


(Figura 5.12). Com base nas características das falhas mostradas na Figura 5.12a, essa

deformação foi relacionada ao evento mais precoce (D1), enquanto a 5.12b relaciona-se ao

evento D2.

Figura 5.11: Estereograma mostrando todos dados de fraturas com estria e cinemática do CAC.

Figura 5.12: Estereogramas mostrando as relações dextrais-sinistrais das falhas para o CAC. Notar a variação

do 1 nos diferentes eventos deformacionais. O traço (trend) do LSP-II é colocado para comparação (e

cinemática esperada para sua reativação).

101


Uma outra forma de tratar os dados observados na Figura 5.11 é considerar apenas

as fraturas que apresentam a mesma direção mas que exibem cinemáticas opostas (Figura

5.13-A). Com base nesse conjunto de fraturas foram traçados vetores correspondentes à

direção média de cada conjunto de fraturas dextrais e sinistrais (Figura 5.13-B). Em

seguida buscou-se correlacionar esses vetores de forma que eles se combinassem formando

pares conjugados a partir dos quais se pode inferir a direção do 1. A partir dessa

interpretação foi possível individualizar dois conjuntos de pares conjugados compatíveis

com uma variação do campo de tensões (Figura 5.13-C e D).

Figura 5.13: Estereogramas mostrando as relações dextrais-sinistrais das fraturas que afetam o CAC. Notar a variação do 1 nos diferentes eventos deformacionais. O traço do Lineamento Sobral Pedro II (LSP-II) é colocado para ilustrar o possível movimento deste em relação ao campo de tensões proposto.

102


Essa variação no posicionamento do 1 é interpretada como diferentes eventos

deformacionais. Os pares conjugados apresentados nas Figura 5.12 e 5.13 com as

estruturas sinistrais orientadas WNW-ESE e dextrais orientados na direção NE-SW,

sugerem uma direção que WSW-ENE para o 1 e são interpretadas como estruturas mais

antigas, aqui referidas como D1.

O segundo set de estruturas conjugadas mostra as fraturas sinistrais com trend

NNW-SSE e as dextrais WNW-ESE. Essa disposição sugere um 1 orientado na direção

NW-SE fazendo um alto ângulo com o LSP-II (Figura 5.13-D), sendo correlacionadas as

estruturas referidas como D2.

Observamos que deve ser computado na margem de erro, e por conseguinte na

variação da estimativa da orientação do 1, o efeito de haver blocos basculados, que podem

influenciar na direção das fraturas. A orientação de 1 então pode apresentar pequenas

variações locais, quando os dados são tratados de forma não intergrada.

Um terceiro set de falhas conjugadas aparecendo nas rochas da cobertura

Terciária/Quaternária indica a existência de uma deformação mais jovem. Embora não

tenha sido possível coletar muitos dados de estria para as rochas da Cobertura

Terciária/Quaternária aflorantes no norte da área, o rejeito aparente indica um componente

transcorrente importante. Essas fraturas aparecem conjugadas onde as sinistrais tem trend

NE-SW e as dextrais NW-SE, sugerindo um 1 quase N-S (Figura 5.14). Esse conjunto de

estruturas conjugadas é a deformação mais nova atuante na área, sendo então denominada

de D3.

A similaridade na orientação das fraturas que afetam a cobertura com àquelas

denominadas D1 e D2, torna difícil a sua individualização no CAC. Eventualmente, algumas

fraturas mais jovens podem ter sido atribuídas à fase D1 ou D2.

A título de exercício, os dados usados na Figura 5.12 foram analisados também

com a ajuda do programa Tectonics-FP. Os dois conjuntos de pares conjugados mostram

um 1 deslocado para Norte, em relação a Figura 5.12. O ângulo entre 1 e o LSP-II

diminui sensivelmente (Figura 5.15). Essa variação na direção de 1 pode estar relacionada

ao baixo número de medidas usadas.

103


Figura 5.14: Estereograma mostrando fraturas em pares conjugados observados nas rochas da cobertura

Terciária/Quaternária. O traço do LSP-II foi colocado para comparação (e cinemática esperada para a

reativação).

Figura 5.15: Estereogramas Angelier e elipsóide de tensão para os dados do CAC. O traço correspondente ao

LSP-II foi adicionado para ilustrar seu comportamento dextral durante D1 .

104


O estudo com a separação dos dados em dois conjuntos cinemáticamente

compatíveis, mostra um 1 com direção NE-SW para o conjunto de falhas relacionadas ao

evento D1, que confere uma reativação dextral para o LSP-II. Já o conjunto de falhas

relacionadas ao evento D2 mostra 1 praticamente NW-SE, sendo quase perpendicular à

direção media do LSP-II, não sendo possível inferir a cinemática para a reativação do LSP-

II (Figura 5.15).

A diferença observada nas direções do 1, entre a Figura 5.12 e a Figura 5.15, está

relacionada ao fato da quantidade dos dados válidos para a utilização do programa

Tectonics-FP, e de que, no primeiro caso, a direção do 1 é baseada apenas na direção do

plano médio das falhas dextrais/sinistrais. Já no segundo caso, é realizada uma análise

estatística, considerando-se os planos, os mergulhos dos planos e as direções das estrias de

movimento e seus mergulhos.

Fica evidente, no entanto, a existência de mais de uma fase de reativação para o

LSP-II, as quais foram responsáveis pelas feições frágeis, encontradas no CAC e muitas das

encontradas no seu embasamento imediatamente circundante. Ao primeiro evento são

atribuídas as estruturas observadas em campo apresentando o arrasto da camada guia, aqui

denominadas de D1 que possivelmente são relacionadas à reativação de caráter

transpressional associado a uma movimentação dextral do LSP-II (que apresenta trend

médio N30E) (Figura 5.16-A), como já observado por Destro (1987) Destro et al. (1994) e

Galvão (2002).

Já as estruturas frágeis relacionadas ao evento denominado D2, foram desenvolvidas

quando o corpo siliciclastico CAC já estava litificado, sendo interpretadas como decorrente

de uma reativação do LSP-II posterior à anteriormente descrita e relacionada ao campo de

tensões responsável pela formação das bacias da margem equatorial (separação

Brasil/África) que é compatível com uma reativação sinistral para o LSP-II (Antunes 2004)

(Figura 5.16-B)

A presença de um sistema de fraturas/falhas ocorrendo tanto no CAC como na

cobertura Terciária/Quaternária sugere um último evento de reativação do LSP-II, bem

mais jovem. Embora ele realmente exista, a caracterização desse evento (D3) precisa ser

105


melhor detalhada nas rochas do CAC e do embasamento. Com os dados atuais se infere

uma reativação sinistral para o LSP-II (Figura 5.16-C).

Figura 5.16: Modelo proposto para as diferentes fases de reativação do LSP-II com base no fraturamento

exibido pelo CAC.

Com base nas explanações realizadas constata-se que as reativações do LSP-II são

responsáveis pelas feições frágeis, encontradas no CAC e muitas das encontradas no seu

embasamento imediatamente circundante. Estatisticamente, para o CAC como um todo, a

deformação frágil apresenta-se com padrão basicamente bimodal com direções NE e NW,

que são decorrentes das sobreposições de eventos concomitantes ao basculamento das

camadas (e/ou rotação de blocos) que podem ter propiciado uma dispersão dos dados.

106


Em suma, os dados de campo confirmam a reativação do LSP-II promovendo a

compartimentação do CAC como proposto Carvalho (2003). O estudo das rochas do CAC

mostram a existência de uma reativação dextral (interpretada como mais antiga relacionada

a fase de formação da bacia) superposta de outras duas fases de reativações com cinemática

sinistrais, sendo uma relacionada a tectônica de abertura Brasil/África e uma mais nova,

cujos registros são observados nas rochas da cobertura Terciária/Quaternária.

107

CAPÍTULO — VI

CARACTERIZAÇÃO

MICROSCÓPICA DA

DEFORMAÇÃO FRÁGIL.


CAPÍTULO VI

CARACTERIZAÇÃO MICROSCÓPICA DA DEFORMAÇÃO FRÁGIL.

6.1 Introdução

Com a finalidade de se obter dados da deformação frágil em uma outra escala,

foi efetuado um estudo microscópico nas rochas que compõem a área estudada. Foram

utilizadas cerca de 58 seções delgadas orientadas, sendo 42 do corpo arenítico-

conglomerático CAC e 16 do seu embasamento.

A coleta de dados foi feita sistematicamente ao longo de duas scanlines por

seção delgada, sendo uma paralela e outra perpendicular ao acamamento/foliação

(Figura 6.1).

Para a caracterização dos principais trends do microfraturamento foram

coletadas (nas scanlines) as orientações das fraturas transgranulares e/ou falhamentos

(Prancha 6.1, Foto 6.1) e quando possível foi registrado a cinemática (Prancha 6.1, Foto

6.2). Também foram utilizadas as direções de bandas de cominuição (Prancha 6.1, Foto

6.3) ou simplesmente pelo alinhamento (bandas de compactação) de grãos de quartzo

(Prancha 6.1, Foto 6.4). As fraturas intragranulares foram excluídas uma vez que seria

impossível separar as geradas pela deformação do CAC daquelas herdadas de seus

protólitos.

Figura 6.1: Esquema de seção delgada orientada, exemplificando a metodologia de coleta de dados.

Com os dados de orientação obtidos, foram confeccionadas rosetas buscando a

caracterização do padrão do microfraturamento dos diferentes setores da área e dos

109


domínios do CAC. Numa última etapa os dados em diferentes escalas (macro, meso e

micro) foram comparados (Capítulo VII).

6.2 O microfraturamento nas rochas do embasamento do CAC

Com base na subdivisão das rochas do embasamento, foram confeccionados

110


diagramas de rosetas para cada subárea buscando a caracterização das principais

direções do microfraturamento.

As rochas do embasamento registram uma maior homogeneidade do

microfraturamento quanto à disposição das direções preferenciais de um setor para o

outro. Nos gnaisses o microfraturamento exibe uma disposição bimodal, onde se

observa uma forte concentração de fraturas com direção ENE-WSW tanto a sudeste

quanto a noroeste do CAC (Figura 6.2). Um segundo set de fraturas variando entre

NNW e NNE também é bem marcado (Figura 6.2).

As rochas do Grupo Jaibaras (localizadas na borda NW do CAC) por sua vez,

apesar de mostrar padrão de fraturamento bimodal, exibem uma maior variação nas

direções preferenciais. A direção ENE é bem marcada, similar a observada nas rochas

gnáissicas, e um forte fraturamento variando entre N e NW também é facilmente

observável (Figura 6.2).

6.3 O microfraturamento nas rochas do CAC

A análise do microfraturamento do CAC (Figura 6.3) mostra que na escala

microscópica os diferentes domínios também apresentam uma variação da direção

principal do microfraturamento, à semelhança ao visto no capítulo anterior.

Seguindo a mesma metodologia utilizada na análise mesoscópica, foi

confeccionada a Tabela 6.1 onde para cada domínio do CAC é mostrada a principal

direção do acamamento e os principais trends do microfraturamento.

O comportamento do microfraturamento nos três conjuntos de domínios do CAC

pode ser expresso da seguinte forma: (i) acamamento com direção preferencial NW

(domínios 1, 3, 5 e 12); para esses domínios observa-se um padrão de

microfraturamento basicamente bimodal com direção principal NW, e um fraturamento

secundário ENE, variando para NE (Figura 6.4-A); (ii) acamamento com direção

preferencial NE (domínios 2, 4, 6, 7, 9, 11, 13, 14, 16, 17 e 18) onde observa-se um

microfraturamento também com padrão bimodal e direções principais NW e NE com

algumas variações para WNW e ENE (Figura 6.4-B); (iii) acamamento basicamente N-

S (domínios 8, 10 e 15) onde também se observa um fraturamento bimodal com

direções principais NE e NW (Figura 6.4-C).

111


Figura 6.2. Padrão direcional do microfraturamento observado nas rochas encaixantes do CAC. Notar a

predominância dos fraturamentos com tendência ENE e NNW.

Os resultados obtidos pela análise microestrutural do CAC mostraram uma

grande semelhança com os dados obtidos na escala mesoscópica, um forte indício da

reprodutividade da deformação frágil nessas escalas, assunto que será melhor trabalhado

no próximo capítulo.

112


Figura 6.3: Diagramas de roseta mostrando a variação das principais direções do microfraturamento entre os diversos domínios do CAC (os domínios 10 e 12 não foram analisados).

113


Tabela 6.1: Correlação entre a direção principal do acamamento e o padrão do microfraturamento.

Domínios Acamamento

(Strike)

Microfraturamento

(Strike)

1 NNW NNW, ENE e NW

2 ENE NE e E-W

3 NNW NW e NE

4 ENE NE

5 NNW NW e NE

6 NNE NW e N-S

7 ENE NW e NNE

8 N-S NE, NNE e NW

9 ENE NW e N-S

10 N-S ----------

11 NNE NW e NNE

12 NW ----------

13 ENE E-W e WNW

14 ENE WNW e N-S

15 N-S NNE e WNW

16 NE NW e ENE

17 NNE WNW e NE

18 ENE NW

114


Figura 6.4: Microfraturamento do CAC, disposto por conjunto de domínios (em função do trend do

acamamento). Note-se o caráter bimodal do fraturamento. Em A e B o trend NW é mais importante, com

o trend NE secundário, enquanto em C, o trend NE passa a ser o principal e o NW secundário.

115

CAPÍTULO — VII

MACRO vs MESO vs MICRO:

UMA ABORDAGEM MULTI-

ESCALA DAS ESTRUTURAS

FRÁGEIS.


CAPÍTULO VII

MACRO vs MESO vs MICRO: UMA ABORDAGEM MULTI-ESCALA DAS ESTRUTURAS FRÁGEIS

7.1 Introdução

Estudos empíricos têm mostrado que muitos dos atributos de falhas e fraturas

distencionais, tais como comprimento, abertura, espaçamento, etc., obedecem às leis de

escala, podendo ser descritos pelas relações de power-law e que estes modelos podem

ser usados para extrapolar as informações obtidas da escala de observação para outras

escalas de interesse (Marrett 1996).

Com base nesse princípio, em regiões onde o microfraturamento é

contemporâneo as macrofraturas, o estudo dos atributos das microfraturas pode fornecer

muitas informações sobre o macrofraturamento. Essa relação pode ser bastante útil, por

exemplo, nos casos onde a amostragem do macro/meso fraturamento em subsuperfície é

deficiente. Nesse contexto e, com base nas relações de escala, é possível utilizar os

dados das microfraturas, que são muito mais comuns e podem ser amostradas

efetivamente em pequenos volumes de rocha, para a caracterização do

macrofraturamento. Alguns estudos têm mostrado que as orientações do

microfraturamento (fraturas transgranulares) (Ortega e Marrett 2000), mostraram-se

consistentes com a orientação de fraturas de escala métrica em muitos arenitos,

sugerindo que a extrapolação dos atributos da escala microscópica para a escala

macroscópica seja justificada (Laubach 1997).

A heterogeneidade de certas rochas siliciclásticas na escala microscópica pode,

entretanto, ser responsável por significantes variações na orientação de microfraturas,

que às vezes ocorre ao longo de seu comprimento (Laubach 1997).

A extrapolação das características das fraturas por várias ordens de magnitude,

entretanto deve ser feita com cautela, pois um grande número de descontinuidades

mecânicas podem afetar o crescimento das fraturas em muitos arenitos (Corbett et al.

1987, Laubach 1997).

Neste capítulo são confrontados os dados dos elementos da deformação frágil da

região de Santana do Acaraú nas diferentes escalas, discutidas individualmente nos

capítulos precedentes. Essa abordagem foi feita sob duas óticas diferentes:

117


i) Primeiramente, após a coleta e tratamento dos dados de direções dos

elementos da deformação frágil nas três escalas de observação, as rosetas

confeccionadas para a caracterização da direção dos lineamentos, das fraturas e das

microfraturas foram comparadas entre si, levando-se em conta os diferentes setores do

embasamento e cada conjunto de domínios do CAC. Com isso buscou-se estabelecer as

semelhanças e as diferenças existentes entre as direções preferenciais dos referidos

elementos, no intuito de se observar uma possível reprodutividade dos dados nas três

escalas de observação.

ii) Uma segunda abordagem foi realizada usando-se ferramentas estatísticas para

se estimar as relações de power law. Para isso foram utilizados os dados de lineamentos

da área (dados na escala macroscópica); dados de fraturamento extraídos de 5

afloramentos, selecionados seguindo uma disposição perpendicular ao LSP-II (dados na

escala mesoscópica); e dados do microfraturamento extraídos de seções delgadas

correspondentes aos afloramentos anteriormente citados (dados na escala microscópica).

Nesse último caso, os dados utilizados passaram por um tratamento estatístico, e

posteriormente foram gerados gráficos usando-se o software Origem, correlacionando o

comprimento dos lineamentos, das fraturas e das microfraturas por suas freqüências

cumulativas.

Com essa abordagem estatística, buscou-se estabelecer a correlação dos dados

obtidos nas diferentes escalas para a determinação da existência ou não de uma

reprodutividade da deformação frágil segundo as leis de escala (scaling-law).

7.2 Comparação entre os trends do micro, macro e mesofraturamento das rochas

do embasamento

Através da comparação dos diagramas de rosetas gerados para os diferentes

setores do embasamento do CAC, é possível estabelecer algumas correlações entre a

deformação frágil observada nas três escalas de estudo.

Analisando-se os diagramas de rosetas, correspondentes às diferentes escalas de

cada um dos setores do embasamento, constata-se que na escala macroscópica existem

três direções preferenciais de fraturamento, sendo elas E-W, NE-SW e N-S (Figura

7.1). Na escala mesoscópica observa-se uma direção principal de fraturamento WNW-

ESSE, dominante em todos os setores, exceto nas rochas do grupo Jaibaras, onde ela

passa a ser subordinada àquela e trend WSE-ENE (Figura 7.1). Na escala microscópica

118


constata-se que o microfraturamento se dispõem ao longo de duas direções

preferenciais, sendo a principal ENE-WSW e a secundária NNW-SSE (Figura 7.1).

Figura 7.1: Comparação entre o padrão do fraturamento das rochas do embasamento do CAC, nas três

escalas de estudo.

Quando se compara as rosetas das diferentes escalas da figura 7.1 nota-se que,

embora haja alguma dispersão dos dados em algumas direções, ou uma pequena

119


diferença angular entre as direções principais de fraturamento (macro/meso/micro), é

possível se estabelecer algumas correspondências/correlações entre os mesmos.

Um sistema de fraturas transversais é marcado por máximos EW (macro),

WNW-ESE (meso) e ENE-WSW (micro). Nota-se, pois um deslocamento no sentido

anti-horário entre as orientações das mesofraturas em relação as microfraturas. Nota-se

também que, às vezes, as orientações são praticamente idênticas, como no caso das

rochas do Grupo Jaibaras (Figura 7.1). Em outros casos, uma pequena variação no

ângulo do trend faz com que a direção principal mude de quadrante, a exemplo das

rochas gnáissicas do NW da área (Figura 7.1).

O sistema NE, bem marcado na macroescala, aparece mais difuso nas demais

escalas. O sistema meridional aparece de forma secundária, mas relativamente bem

marcado na escala macro e, apesar de alguma dispersão (entre NNW e NNE), na escala

microscópica, mas pouco representativo na mesoescala (Figura 7.1).

7.3 Comparação entre os trends do macro, meso e microfraturamento da seqüência

siliciclástica (CAC)

A análise dos diagramas de roseta do fraturamento afetando as rochas

areníticas/conglomeráticas, foi feita com a mesma metodologia do ítem precedente, ou

seja correlacionando os diversos domínios nas diversas escalas.

Na escala macroscópica as rochas do CAC apresentam três direções principais

de fraturamento, por ordem de importância E-W, NE-SW e N-S (Figura 7.2). Notar que

essas direções também são encontradas no embasamento. Deve ser salientado que nessa

escala, os dados são para todo o corpo do CAC e são confrontados, em seguida, com os

dados de cada domínio, nas escalas meso e microscópica.

Como visto nos capítulos anteriores o CAC foi subdividido em vários domínios,

aqui agrupados em três conjuntos.

120


121121

Figura 7.2: Rosetas com a orientação do fraturamento das rochas do CAC nas três escalas de estudo. A

comparação entre o padrão apresentado em cada escala é discutida no texto.

i) O primeiro conjunto (domínios 1, 3, 5, e 12, Figura 7.2) apresenta no geral,

três direções principais de fraturamento nas escalas meso e microscópica, NE, NW e

ENE. Essas direções podem aparecer bem desenvolvidas (domínio 1, Figura 7.2 ), ou

com uma delas pouco desenvolvida (domínio 5, Figura 7.2). A orientação NW é a mais

constante deste conjunto.

ii) O segundo conjunto (domínios 2, 4, 6, 7, 9, 11, 13, 14, 16, 17, 18, Figura 7.2)

também ressalta concentrações em três direções principais: NW, NNE (com variações

para NNW) e ENE (com variações para ESE). Essas concentrações são ressaltadas de

forma heterogênea nos diversos domínios. A predominância da orientação NW é bem

marcada (domínios 6, 7, 9, 11, 13, 16, 18, Figura 7.2), enquanto a direção ENE/ESE é


bem marcada nos domínios 14 e 17 (Figura 7.2). Os domínios 2 e 4 ressaltam a

orientação NNE. A reprodução de orientação em diferentes escalas é bem notável, como

nos domínios 2 e 4, onde as orientações NE e ENE são reproduzidas nas escalas macro,

meso e micro. Outros exemplos são os domínios 7 e 9 que reproduzem o trend NW e o

domínio 11 reproduzindo os trends NW e NE.

iii) No terceiro conjunto, os trends ENE (domínio 8) e NNE e NW (domínio 15)

também se reproduzem em escalas distintas (Figura 7.2).

De forma geral, a análise da figura 7.2 mostra que os máximos aparecem de

forma clara, nas diversas escalas, apesar de, em alguns casos, uma certa dispersão dos

dados possa ser verificado. Essa dispersão pode ser relacionada a fatores tanto

geológicos, como o basculamento de blocos, como também a erros não controlados na

aquisição de dados (por exemplo, pequena variação angular ocorrida quando da

confecção da seção delgada em relação à orientação marcada na amostra quando de sua

aquisição no terreno). A reprodutividade dos máximos de orientação dos trends das

fraturas, nas diferentes escalas estudadas, sugere que esse parâmetro tem um

comportamento fractal.

7.4 Comprimento vs Freqüência: uma abordagem nas escalas macro, meso e

microscópica

7.4.1 Aquisição dos dados utilizados

Com a finalidade de investigar se o comportamento das fraturas nas diversas

escalas mostra relação de power-low estudou-se a distribuição dos dados de

comprimento das fraturas por sua freqüência cumulativa com os dados obtidos nas três

escalas de observação. Em todas as escalas os dados foram normalizados pelo tamanho

do espaço de amostragem (tamanho da scanline).

Na escala macroscópica utilizou-se o comprimento dos lineamentos obtido a

partir do mapa de lineamentos frágeis da área (Figura 4.12). O comprimento dos

lineamentos foram medidos segundo 6 scanlines, sendo 4 de orientação N-S e 2 de

orientação E-W (Figura 7.3).

122


Figura 7.3: Mapa de lineamentos com scanlines utilizadas para a amostragem do comprimento dos

lineamentos (escala macroscópica) e localização dos afloramentos usados para as análises meso e

microscópica.

Para os estudos na escala mesoscópica (escala de afloramento) foram

selecionados 5 afloramentos dispostos ao longo de uma transect NW-SE, cortando o

embasamento NW, o corpo arenítico-conglomerático (CAC) e o embasamento SE,

numa disposição perpendicular ao LSP-II (Figura 7.4). Nesses afloramentos foram

medidos o comprimento das fraturas e seu espaçamento ao longo de uma scanline de

2m (Fotos 7.1 e 7.2). Foram consideradas válidas apenas as fraturas que se encontravam

contidas dentro da área do afloramento; fraturas cujo comprimento extrapolava a

dimensão do afloramento foram desconsideradas.

123


Figura 7.4: Localização dos afloramentos analisados em detalhe quando da obtenção de dados na escala

mesoscópica.

Para a obtenção de dados da escala microscópica, as seções delgadas

correspondentes aos afloramentos citados anteriormente foram imageadas, gerando-se

124


fotomosáicos. Em seguida com base nos fotomosáicos as microfraturas foram

vetorizadas, gerando-se um sketch do microfraturamento (Figura 7.5). A partir dessas

figuras, os dados dos tamanhos das microfraturas foram coletados ao longo de duas

scanlines perpendiculares entre si, considerando-se válidas apenas as microfraturas

totalmente contidas no espaço das lâminas. Para o tratamento estatístico aqui discutido

utilizou-se apenas os dados coletados na maior scanline de cada seção delgada.

7.4.2 Tratamento dos dados

Os tipos de diagramas aqui apresentados são comumente usados nas análises de

vários parâmetros referentes a zonas de fraturamento. Muitos autores mostram que os

diagramas resultantes apresentam um forte relacionamento dos atributos, que descreve

uma relação de power-law entre a freqüência cumulativa e o comprimento das fraturas,

que é dado por:

F = a L-b ; N(L) = c LD

Onde L é o comprimento das fraturas; F é a freqüência cumulativa das fraturas

observadas na área de amostragem; a é um coeficiente que corresponde ao valor de F

diretamente proporcional ao valor L = 1; e b é o expoente de power-law. Muitas das

propriedades das populações de fraturas podem ser expressas segundo parâmetros

lineares, superficiais ou volumétricos. O valor de b varia em função da dimensão das

características observadas, onde b deve ser 1 para dados lineares, 2 para dados

superficiais e 3 para dados volumétricos. Quando um conjunto de dados lineares

apresenta expoente de power-law igual a 1 as relações de power-law são consideradas

invariantes de uma escala para outra ou “fractal”, e b é chamada de dimensão fractal

(Mandelbrot 1967; apud Van Dijk et al. 2000).

No entanto diferentes autores assumem valores diferentes para os expoentes de

power-law para dados de dimensão linear. O valor de b, entretanto, é discutido na

literatura onde, dependendo dos autores, pode variar de 0,5 a 2 ( b = 2, Watterson 1986;

Walsh and Watterson 1988; b = 1.5, Marrett and Allmendinger 1991; Gillespie et al.

1992; b = 1, Cowie and Scholz 1992a,b; Dawers et al. 1993; Scholz et al. 1993; Clark

and Cox, 1996; Schlische et al. 1996; e b = 0.5, Fossen and Hesthammer 1997, todos

apud Kim e Sanderson 2005).

125


126

(a)

(b)

Figura 7.5. Exemplo de mosaico fotomicrográfico de lâmina delgada (a) usada para o estudo das microfraturas(fraturas intragranulares), ao longo de scanlines. O sketch (b) mostra o traçado das fraturas interceptadas pelasscanlines


A partir da equação da reta é possível relacionar os parâmetros apresentados em

X e Y para analisar se eles obedecem às leis de escala (power-law). O parâmetro

estatístico R2 mede a correlação dos dados com a reta, onde dados perfeitamente

correlacionáveis apresentam R2 = 1.

O principal atributo das fraturas utilizado no tratamento estatístico foi o seu

comprimento contido dentro da área de observação e interseptado pela scanline. O

comprimento das fraturas e a freqüência cumulativa foram correlacionados e, a partir da

distribuição dos dados no gráfico log - log, foi possível estabelecer a equação da reta

que representa a distribuição dos dados. Esta equação relaciona os atributos analisados,

que representam estatisticamente a correlação destes atributos para o caso estudado, e é

dada por:

Y = a x-b ou F = a L-b

Onde:

Y = F = freqüência cumulativa;

a = valor no eixo “y” diretamente proporcional ao valor 1 no eixo “x” ;

x = L = comprimento da fratura;

b = ângulo de inclinação da reta que é igual ao coeficiente de “power-law”.

A distribuição do comprimento das fraturas da região de Santana do Acaraú foi

analisada pela geração de diagramas log-log do comprimento das fraturas versus sua

freqüência cumulativa (número/metro), para cada uma das escalas de observação.

Os conjuntos de dados obtidos nas diferentes escalas foram tratados

separadamente para a confecção dos diagramas. A título de exemplo, mostramos na

Tabela 7.1, os dados da escala mesoscópica, correspondente ao afloramento CG-07,

obtidos conforme descrito a seguir.

Inicialmente foi criada uma coluna referente aos comprimentos de todas as

fraturas observadas dentro da scanline de 2m, cujos valores foram convertidos para

milímetro e ordenados de forma decrescente. Em seguida os valores repetidos foram

agrupados, criando-se uma nova coluna que corresponde ao número de vezes que cada

valor de comprimento foi observado dentro da scanline. Posteriormente foi estabelecido

o número cumulativo dos dados, que consiste na soma progressiva do número de vezes

que cada valor foi observado e cujo ultimo valor encontrado corresponde ao total de

fraturas observadas dentro da scanline.

127


Por último procedeu-se à determinação da freqüência cumulativa de fraturas por

metro, que é obtida dividindo-se cada número cumulativo pelo tamanho da scanline

permite em metros (no caso estudo é igual a 2). A divisão do número cumulativo pelo

tamanho da scanline, além de determinar a freqüência cumulativa, normaliza os dados

pelo tamanho do espaço de amostragem, que é o tamanho da scanline.

Tabela 7.1: Dados das fraturas mesoscópicas obtidas através de scanlines no ponto CG-07.

Comprimento (mm) número numero cumulativo freqüência cumulativa (/m)

1170 1 1 0,51060 1 2 1620 1 3 1,5500 1 4 2460 1 5 2,5450 1 6 3430 1 7 3,5420 1 8 4400 3 11 5,5380 1 12 6370 1 13 6,5350 1 14 7310 1 15 7,5280 3 18 9270 2 20 10260 3 23 11,5250 3 26 13230 3 29 14,5210 2 31 15,5200 3 34 17190 1 35 17,5180 4 39 19,5170 4 43 21,5160 5 48 24150 6 54 27140 3 57 28,5130 3 60 30120 6 66 33110 2 68 34105 1 69 34,5100 5 74 3790 3 77 38,580 2 79 39,575 1 80 4070 2 82 4160 2 84 4245 1 85 42,540 1 86 4330 1 87 43,5

128


A metodologia exemplificada foi aplicada nos dados obtidos nas diferentes

escalas, para a confecção dos diagramas de power-law.

i) Escala macroscópica - Foram confeccionados 6 diagramas (Figura 7.6)

correspondentes aos dados de comprimento dos lineamentos obtidos nas 06 scanlines

mostradas na Figura 7.3.

Os diagramas mostram uma boa correlação dos dados com a reta

(0,917<R2<0,972) sugerindo que os lineamentos podem ser bem modelados pelas

relações de “power-law” (Figura 7.6). Nota-se algumas variações no expoente b, de

power-law, entre os gráficos. Um valor de b anormalmente baixo (~0,8) foi encontrado

no gráfico com menor número de dados (perfil 6, Figura 7.6), fato que pode explicar

esse valor anômalo em relação aos demais. Coincidentemente, o valor mais elevado de

b (~1,7) também ocorre no gráfico com baixo número de dados (perfil 2, Figura 7.6).

Em ambos os casos o valor de R2 é > 0,954, indicando boa correlação de dados. No

geral, entretanto, pode-se observar uma grande semelhança entre os seis diagramas

confeccionados. A partir deles estimar-se que a probabilidade de se observar grandes

fraturas em um intervalo de espaço de 1m é muito baixa. Da mesma forma, pode-se

também. estimar que o número de fraturas com 1.000.000mm (equivalente a 1.000m) é

da ordem de 0,001 fratura por metro e que, à medida que os comprimentos das fraturas

vão diminuindo, o número de fraturas por metro vai aumentando (Figura 7.6).

ii) Escala mesoscópica - Os dados de comprimento das fraturas obtidos nas

scanlines, realizadas em afloramentos selecionados (ver localização na Figura 7.4),

serviram de base para o estudo na escala mesoscópica. O resultado é ilustrado nos cinco

diagramas mostrados na Figura 7.7, onde também se observa uma grande semelhança

entre os diagramas correspondentes aos diferentes pontos de amostragem. Os valores de

R2 são mais homogêneos (0,920<R2<0,950) e os de b encontram-se entre -1,0 e -1,3.

Nesse caso o número de fraturas (N) não teve influência nos valores de R2 ou b. Os

gráficos com maior (JAC-07, N=54) e menor (JAC-139, N=27) número de dados

apresentam valores de R2 e b semelhante (Figura 7.7). Com base nos diagramas da

Figura 7.7, pode-se prever que, em um espaço de 1m, devem existir na ordem de 50 a

70 fraturas de aproximadamente 10cm (100mm), que é um dado consistente com o

observado em campo.

iii) Escala microscópica - Os dados das microfraturas, obtidos ao longo de

scanlines realizadas nos fotomosáicos das seções delgadas (Figura 7.5), dos mesmos

129


afloramentos analisados na escala mesoscópica, foram utilizados para a confecção dos

gráficos mostrados na Figura 7.8.

De forma geral, o parâmetro R2 foi o mais baixo das três escalas, 0,84< R2<0,93,

com grande predominância de valores abaixo de 0,90. Por sua vez, os valores de b

situaram-se entre -1,15 e -1,59.

A distribuição do comprimento das microfraturas mostradas nos gráficos log-

log, pode ser usada para prever, através da extrapolação de escalas, a freqüência a ser

observada na escala macroscópica. A partir da Figura 7.8 pode-se estimar que, num

espaço de 1m, encontrar-se-á na ordem de 200 a 300 microfraturas com cerca de 10mm

(ou seja, 1cm).

As variações observadas nos expoentes encontrados nas diferentes escalas pode

ser o resultado de problemas de amostragem, tais como a determinação incorreta do fim

ou início das fraturas, seja em campo, nas imagens ou em secções delgadas. Os valores

encontrados nas diferentes escalas, situam-se entre 0,84 e 1,72. Esses dois extremos

pertencem exatamente aos gráficos da escala macroscópica. Entretanto, a maioria dos

dados, ou seja, cerca de 63%, mostram valores 1,0<b<1,6. Isso significa que os dados

da região de Santana do Acaraú, quando analisados separadamente por escala de

observação (macro, meso, micro), flutuam entre as proposições de Cowie & Scholz

(1992a,b) e Marret & Allmendinger (1991).

Deve ser considerado que nas modelagens dificilmente se obtêm o ajuste

perfeito de todo o conjunto de dados, o que é reflexo de várias limitações durante as

etapas de amostragem. As inclinações observadas das extremidades do conjunto de

dados (por exemplo, Figura 7.7) pode ser interpretada como tendo sido produzidas por

medidas incompletas de grandes fraturas, que eventualmente se estendem além do limite

da área de amostragem (parte inferior do conjunto de dados), enquanto a variação dos

dados na parte superior pode ser associada ao aumento progressivo da dificuldade de

detecção das fraturas menores (Ortega e Marrett, 2000).

130


Figura 7.6: Gráficos da freqüência cumulativa das fraturas por metro, na escala macroscópica. (N é o

número de fraturas; x é o tamanho da fratura; Y é a freqüência cumulativa; a é o valor em Y diretamente

proporcional ao valor 1 do eixo x). A localização das scanlines a que se referem esses gráficos são

mostradas na figura 7.3.

131


Figura 7.7: A freqüência cumulativa das fraturas por metro reflete o comportamento das fraturas na escala

mesoscópica. (N é o número de fraturas; x é o tamanho da fratura; Y é a freqüência cumulativa; a é o

valor em Y diretamente proporcional ao valor 1 do eixo x).

132


Figura 7.8: Gráficos da freqüência cumulativa das fraturas por metro na escala microscópica. (N é o

numero de fraturas: x é o tamanho da fratura; Y é a freqüência cumulativa; a é o valor em Y diretamente

proporcional ao valor 1 do eixo x).

133


De forma geral, a análise estatística nas diferentes escalas denota um arranjo

homogêneo e regular na distribuição das fraturas da área estudada, que é obtido através

do expoente b. Ou seja, o conjunto de dados, em diferentes escalas, que possua relações

de power-law, apresentara ângulos de inclinação da reta semelhantes, significando o

mesmo comportamento ou tendência de evolução para as diferentes escalas.

Neste estudo, os resultados da análise das fraturas em afloramentos da região de

Santana do Acaraú, foram combinados com os das análises de imagens de satélites e de

seções delgadas, buscando a comparação mais direta dos dados obtidos nas diferentes

escalas.

Para se ter uma visão integrada dos dados da região em estudo, todos os

comprimentos de lineamentos foram tratados juntos, criando-se um conjunto de dados

de lineamentos para a área, o mesmo sendo feito para os dados obtidos na escala de

campo (mesoescala) e em seção delgada (microescala). Posteriormente todos os dados

foram agrupados gerando-se um diagrama de power-law referente ao conjunto de todos

os dados da deformação frágil obtidos na região. O diagrama resultante (Figura 7.9)

apresentou um excelente resultado, mostrando que os dados das escalas menores e

maiores fazem parte de um sistema numa escala invariante, com propriedades fractais.

Nesse diagrama integrado verifica-se uma boa correlação dos dados com a reta,

evidenciada por R2 = 0.994 (o valor de máxima correlação é 1). O fato mais importante

aqui é o valor obtido para o coeficiente de power-law. A disposição dos dados mostra

um comportamento fractal, com um valor de b igual a -1,06 (Figura 7.9). Esse dado é

mais representativo que os valores obtidos para cada um dos gráficos individualmente,

dentro de cada escala, pois aqui a comparação é direta, entre as diversas escalas. O valor

obtido está em consonância com o encontrado na literatura (em outras áreas) e tomada

como ideal por muitos autores (Cowie & Schoz 1992a,b) para as características da

deformação observada numa dimensão linear. Desta forma podemos interpretar que os

dados das fraturas obtidos nas diferentes escalas são apenas diferentes frações de um

mesmo sistema.

134


Figura 7.9: Gráfico da freqüência cumulativa das fraturas por metro nas escalas macro, meso e

microscópica. (N é o número de fraturas: x é o tamanho da fratura; Y é a freqüência cumulativa; a é o

valor em Y diretamente proporcional ao valor 1 do eixo x).

135

CAPÍTULO — VIII

CONSIDERAÇÕES

FINAIS

CAPÍTULO VIII

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Através dos resultados obtidos é possível fazer algumas considerações sobre a

deformação frágil na região de Santana do Acaraú:

As Reativações do LSP-II são responsáveis pelas feições frágeis, encontradas no

CAC e muitas das encontradas no seu embasamento imediatamente circundante.

A compatibilização cinemática das fraturas/falhas sugere a existência de três

eventos deformacionais superpostos.

Os dados obtidos na escala mesoscópica caracterizam um evento deformacional

precoce, denominado D1, de caráter transpressional associado a uma movimentação

dextral para o LSP-II. Uma nova reativação, agora de cinemática sinistral, do

lineamento, é responsável pelas estruturas denominadas D2.

A presença de um sistema de fraturas/falhas ocorrido tanto no CAC como na

cobertura Terciária/Quaternária leva a sugerir que o último evento de reativação do

LSP-II seja relativamente jovem. Embora ele realmente exista, a caracterização desse

evento (D3) ainda precisa ser melhorada no CAC e embasamento.

As macrofraturas existentes no CAC apresentam três direções principais, sendo

elas aproximadamente N-S, NE-SW e E-W. Estudos gravimétricos realizados na região

(Carvalho 2003) mostraram evidências de um movimento de blocos do CAC

relacionado às falhas E-W dextrais e N-S sinistrais. Estes movimentos de blocos

também foram observados através do modelo digital do terreno onde os altos

topográficos apresentam-se controlados por falhas E-W dextrais, as quais também são

observadas em escala de afloramento.

No embasamento gnáissico o fraturamento mais importante é NW (parte dele é

antigo, relacionado a eventos Pré-Devoniano, possivelmente tardi-Brasiliano). As

rochas do Grupo Jaibaras apresentam um fraturamento com duas direções preferenciais,

uma NW e outra ENE, semelhante ao padrão observado em afloramentos de gnaisses

localizados na porção norte da área. As duas direções principais de fraturamento (NW e

NE) encontradas no CAC também foram observadas nas rochas da cobertura


A comparação do fraturamento do CAC e seu embasamento, nas diferentes

escalas mostram que, embora haja uma pequena dispersão nas orientações do

137

fraturamento de uma escala para outra, constata-se uma reprodutibilidade dos trends

principais do fraturamento nas três escalas de observação, o qual apresenta-se

basicamente com um padrão bimodal, variando, de uma escala para outra, no intervalo

de N a NE e outro variando entre W a NW. Variações nas direções principais de

fraturamento de uma escala para outra nas rochas do CAC são interpretadas como

relacionadas à rotação de blocos e ao basculamento das camadas.

Regionalmente interpreta-se que a área tenha sofrido uma tectônica

transpressional dextral durante à qual a estrutura sinformal do CAC foi estabelecida

(evento D1). Possívelmente, durante a instalação de tectônica transcorrente dextral que

deu origem à margem equatorial, o LSP-II foi reativado sinistralmente (evento D2). E

finalmente, no Terciário/Quaternário ocorreu nova reativação do LSP-II também com

cinemática sinistral (evento D3).

Os estudos dos atributos da deformação frágil (análise do comprimento das

fraturas nas diferentes escalas) através de métodos estatísticos, buscando-se comprovar

a existência da lei de escala, mostrou que o fraturamento observado nas diferentes

escalas na região de Santana do Acaraú pode ser interpretado como diferentes frações

de um mesmo sistema de fraturas.

Quando juntos, os dados de diferentes escalas de observação, revelou um

coeficiente fractal b = 1, o que está em consonância com outros resultados de outras

regiões, encontrados na literatura. Esses resultados possibilitam a previsão do

comportamento de elementos da deformação frágil, a partir de uma determinada escala

de observação, para outra não acessível. Esse fato pode ser bastante útil pois pode-se

estimar o fraturamento maior, freqüentemente mal amostrado em sondagens, num

reservatório de hidrocarbonetos, usando-se por exemplo, dados de microescala obtidas

em secções delgadas de testemunhos de sondagem.

Espera-se que esses dados aqui reportados possam, eventualmente, serem

confrontados com dados das porções submersas das bacias da margem equatorial, para

assim cumprir o seu papel de análogo da deformação.

138

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Autor: Júlio Alexandre Almeida de Carvalho · ao detalhamento das porções emersas das bacias e...

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