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O presente estudo investiga a concentração de carste em uma zona de charneira de anticlinal e abaixo de uma discordância regional subaérea. O principal objetivo do estudo é compreender os controles geológicos da distribuição da porosidade e permeabilidade nas rochas carbonáticas fraturadas e carstificadas da Formação Jandaíra, Bacia Potiguar, Brasil. A área de estudo encontra-se em um vale cárstico formado pelo colapso de galerias e paredes de cavernas. A base de dados integra imagens de satélite e VANT, modelo digital do terreno, dados sísmicos 2D, dados de poços exploratórios, dados de campo e de laboratório (mineralogia, geoquímica, petrologia, petrofísica). Através da análise regional e local dos dados geológico e geofísicos, foi mapeado um anticlinal (10 km de largura e 20 km de comprimento) com eixo de direção NE-SW, caimento de charneira para NE e concordante com a drenagem atual do Rio ApodiMossoró. Esta estrutura é compatível com o campo de tensões atual (regime transcorrente com compressão NW-SE e distensão NE-SW). Os resultados indicam que a densidade de fraturas e da carstificação aumentam na zona de charneira da dobra, com o desenvolvimento de corredores de fraturas singenéticos à dobra e paralelos ao seu eixo. Esses corredores de fraturas estão dissolvidos e alargados, favorecendo o aumento da porosidade e da permeabilidade vertical do reservatório. Fora da área dobrada, o efeito da carstificação é superficial. Além disso, sistemas de cavernas e condutos estão concentradas abaixo de uma discordância subaérea, formadas por dissolução epigenética. A sequência sedimentar abaixo da discordância é composta por depósitos de perimaré, enquanto a sequência acima consiste em depósitos de submaré. As feições cársticas associadas à discordância subaérea formam uma zona de alta permeabilidade de extensão regional. Ambas as sequências são reconhecidas em toda a bacia. O presente estudo indica que a superposição de eventos de exposição subaérea, fraturamento e dinâmica hidrológica são elementos-chaves que influenciam a carstificação epigênica das rochas carbonáticas. Eventos de exposição subaérea controlam o zoneamento lateral do reservatório, enquanto as falhas e fraturas concentram a porosidade nas zonas hidrológicas vadosa / freáticas. Este estudo apresenta ainda uma abordagem multidisciplinar e multiescalar para analisar a carstificação em rochas carbonáticas. Ele contribui para a previsão da ocorrência, distribuição e concentração de feições cársticas em unidades carbonáticas e o aumento na permeabilidade e porosidade em reservatórios carbonáticos. Predicting sub-seismic structures in carbonate reservoirs is a technological gap for reservoir models and new exploration targets. This study aims to understand the geological controls on the permeability-porosity distribution in fractured and karstified carbonates rocks of the Jandaíra Formation, Potiguar Basin, Brazil. The present study investigates the concentration of karst in an anticlinal hinge zone and below a subaerial unconformity. This study area lies in a karstic valley formed by collapse of galleries and cave walls. The methodology integrates satellite and UAV imagery, digital terrain model, 2D seismic data, exploratory well logs, field, and laboratory (mineralogy, geochemistry, petrology, petrophysics) data. A regional-scale fold with a NE-SW-oriented axis plunging to NE occurs in the area. It is parallel to the current drainage of the Apodi-Mossoró River and consistent with an NW-SE-oriented compression in a strike-slip stress field. Our findings indicate that fracture intensity is higher in fold limbs, forming a high-permeability roughly vertical high-permeability corridor. Far from the fold limb, the karst features are mainly at the surface. In addition, caves systems and conduits are concentrated below subaerial unconformities, which was formed by superposed epigenetic dissolution. The sedimentary sequence below the unconformity is composed of dolomitic peritidal deposits, whereas the sequence above the unconformity consists of tight-cemented calcite subtidal deposits. The karst features associated with the unconformity form a highpermeability zone of regional extent. Both sequences are recognized across the basin. The present study show that superposed rock exposure, fracturing, and hydrological dynamics are key elements that influence epigenic karstification of carbonate reservoirs. They control the lateral reservoir zonation, whereas faults and fractures concentrate porosity within the vadose/phreatic hydrological zones. This study presents a multidisciplinary and multiscale approach to analyze the karstification in carbonate rocks. It contributes to predicting the occurrence, distribution, and concentration of karst features in carbonate units and the consequent increase in permeability-porosity in carbonate reservoirs.

Rochas carbonáticas são reconhecidas por sua grande heterogeneidade e pela presença de estruturas associadas à dissolução. Isso é muito importante em regiões fraturadas, já que as fraturas podem induzir os processos de dissolução. Entre as consequências geradas se destacam a porosidade secundária e aumento da permeabilidade, que é essencial em regiões com reservatórios de petróleo. Além disso, o aumento na dissolução é responsável pela formação de estruturas de colapso, que podem ocorrer tanto na superfície como na subsuperfície. Os colapsos são responsáveis por diversos problemas em áreas urbanas construídas neste tipo de terreno, como o desmoronamento de edifícios e estradas, o que pode causar sérios problemas sociais e ambientais. O trabalho concentrou-se no estudo de dolinas, que são as estruturas de colapso mais expressivas em rochas carbonáticas, e sua relação com fraturas preexistentes. A ocorrência de dolinas em afloramentos pode ajudar a responder questões intrínsecas aos problemas citados, como se há alguma interferência nas propriedades estruturais e petrofísicas das rochas afetadas, ou mesmo para melhorar a previsão sobre os efeitos que os colapsos geram na topografia. A área estudada possui quatro conjuntos de fraturas preexistentes, um N-S / E-W e outro NE-SW / NW-SE, que concentram a principal dissolução na região. A presença dessas fraturas permitiu a formação das dolinas de colapso. Os dados mostraram que nas áreas onde ocorrem colapsos, há a formação do que está sendo chamado de halos de subsidência. Esta zona está sofrendo subsidência devido ao colapso principal, e o relevo original é afetado, mergulhando em direção à dolina. Foram medidas variações no relevo topográfico maiores de 10 metros em relação às áreas não afetadas. Também foi observada que a área afetada no entorno das dolinas tem em média o dobro do raio das mesmas. Esse processo gera uma mudança no padrão de fraturas da região, com a formação de um novo conjunto, chamado de fratura por colapso. Essas fraturas têm formato circular e ocorrem ao redor das dolinas. Um aumento na abertura e densidade dessas fraturas ao se aproximar das dolinas também foi observado através de scanlines. Isso representa um indicador de melhoria da qualidade permo-porosa nessas áreas. Além disso, mostra que há um aumento na instabilidade estrutural, aumentando o risco de acidentes em áreas construídas em rochas solúveis, uma vez que a área afetada pode ser muito maior do que o previsto anteriormente. Carbonate rocks are recognized for their great heterogeneity and for the presence of structures associated with dissolution. This is very important in fractured regions, since fractures can induce dissolution processes. Among the consequences generated are secondary porosity and increased permeability, which is essential in regions with oil reservoirs. In addition, the increase in dissolution is responsible for the formation of collapse structures, which can occur both at the surface and in the subsurface. The collapses are responsible for several problems in urban areas built on this type of terrain, such as the collapse of buildings and roads, which can cause serious social and environmental problems. The work focused on the study of dolines, which are the most expressive collapse structures in carbonate rocks, and their relation with preexisting fractures. The occurrence of dolines in outcrops can help to answer questions intrinsic to the problems mentioned, such as if there is any interference in the structural and petrophysical properties of the affected rocks, or even to improve the prediction about the effects that the collapses generate in the topography. The studied area has four sets of preexisting fractures, one N-S / EW and another NE-SW / NW-SE, which concentrate the main dissolution in the region. The presence of these fractures allowed the formation of the collapse doline. The data showed that in areas where collapses occur, there is the formation of what are being called subsidence halos. This zone is suffering subsidence due to the main collapse, and the original relief is affected, plunging towards the dolines. Topographic relief variations greater than 10 meters in relation to the non-affected areas were measured. It was also observed that the affected area around the dolines has on average twice the radius of the dolines. This process generates a change in the pattern of fractures of the region, with the formation of a new set, called collapse fracture. These fractures are circular in shape and occur around the dolines. An increase in the aperture and density of these fractures when approaching the dolines was also observed through scanlines. This represents an indicator of permo-porous quality improvement in these areas. In addition, it shows that there is an increase in structural instability, rising the risk of accidents in areas built on soluble rocks, since the affected area may be much larger than previously predicted.

Submitted by Jesiel Ferreira Gomes (jesielgomes@ufcg.edu.br) on 2018-04-19T18:12:18Z No. of bitstreams: 1 MATHEUS AMADOR NICCHIO – DISSERTAÇÃO (PPGEPM) 2017.pdf: 3849783 bytes, checksum: 788d0c6e30dc2784af843fcbd619289a (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-19T18:12:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MATHEUS AMADOR NICCHIO – DISSERTAÇÃO (PPGEPM) 2017.pdf: 3849783 bytes, checksum: 788d0c6e30dc2784af843fcbd619289a (MD5) Previous issue date: 2017-02 Neste trabalho nós identificamos a origem de argilominerais e a evolução microestrutural de bandas de deformação filossilicáticas em rochas porosas ausentes de matriz, de composição arcoseana lítica, de baixo grau de litificação. Adicionalmente, estimamos a influência nas propriedades petrofísicas exercidas pelos diferentes estágios evolutivos da deformação e as comparamos com rocha não deformada e em bandas de deformação com clay smearing. Nós estudamos bandas de deformação presentes em zonas de dano de clusters bem desenvolvidos em afloramento fortemente deformado por falhas transtensivas de direções principais NE-SW e NW-SE. A identificação da composição do material de preenchimento de bandas de deformação foi realizada através da análise química pontual. Os processos deformacionais foram identificados através de análise microestrutural, utilizando como critério de identificação o tipo de banda e o teor de argilominerais presentes no núcleo da deformação. Os estágios evolutivos das estruturas foram identificados através da análise dos padrões microestruturais tais como foliação S-C e feições sigmoidais em zonas ricas em argila. As análises petrofísicas foram realizadas através de medições laboratoriais em plugues de rochas. As análises químicas realizadas no núcleo das bandas de deformação e nos minerais do arcabouço indicaram a adição de óxidos de ferro como único componente distinto dos encontrados no arcabouço original da rocha, indicando a autigênese de argilominerais,com percolação de fluidos aquosos em ambiente oxidante. As características microestruturais indicaram a presença de mais de um estágio evolutivo, iniciando-se pelo processo de catáclase. A continuação do cisalhamento e a autigênese de argilominerais no núcleo da banda ocasionaram em estiramento de zonas mais concentradas em argilominerais, chegando a um estágio final, onde ocorre a presença de foliação do tipo S-C marcada pela orientação de argilominerais autigênicos. As análises petrofísicas indicaram redução de até 2 ordens de grandeza na permeabilidade em amostras com bandas de deformação filossilicaticas autigênicas em comparação à rocha não deformada, não havendo mudanças significativas em diferentes estágios evolutivos após a formação de argilominerais. Já bandas de deformação com clay smearing apresentaram redução de cerca de 3 ordens de grandeza, apresentando um potencial selante superior ao das bandas filossilicáticas por autigênese. In this work we describe the genetic processes and the microstructural evolution of phyllosilicate deformation bands developed in poorly lithified, high porosity lithic arkosean rocks with no clay matrix. Additionally, we estimate the influence on the petrophysical properties exerted by the different evolutionary stages of the deformation and compare them with non-deformed rock and deformation bands with clay smearing. We studied deformation bands present in damage zones of well developed clusters in strongly deformed outcrop, affected by transtensive faults of the main NE-SW and NW-SE directions. The deformation bands filling material were identified by punctual chemical analysis. The deformation processes were identified through microstructural analysis, using as identification criterion the type of deformation band and the clay minerals content in deformation band nucleous. The evolutionary stages of the structures were identified through analysis of microstructural patterns such as S-C foliation and sigmoidal features in clay-rich areas. The petrophysical analyzes were performed through laboratory measurements on rock plugs. Chemical analyzes were carried out in the core of the deformation bands and the minerals of the framework indicated the addition of iron oxides as the only component distinct from those found in the original rock structure, indicating clay authigenesis, with percolation of aqueous fluids in an oxidizing environment. The microstructural characteristics indicated the presence of more than one evolutionary stage, beginning with cataclasis. The continuation of shear and the clay minerals authigenesis in the deformation band nucleus resulted in stretching of areas with high clay concentration, reaching a final stage, where S-C type foliation marked by the orientation of autigenic clays occurs. The petrophysical analysis indicated reduction of up to 2 orders of magnitude in the permeability in samples with autigenic phyllosilicate deformation bands in comparison to the non-deformed rock, showing no significant changes in different evolutionary stages after the formation of clay minerals. Deformation bands with clay smearing presented a reduction of about 3 orders of magnitude, presenting a sealant potential superior to that of the phyllosilicate deformation bands by authigenesis.