Universidade De São Paulo Instituto De Geociências Evolução Diagenética Das Formações Pirambóia E Botucatu
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS EVOLUÇÃO DIAGENÉTICA DAS FORMAÇÕES PIRAMBÓIA E BOTUCATU (SISTEMA AQÜÍFERO GUARANI) NO ESTADO DE SÃO PAULO Ana Lúcia Desenzi Gesicki Orientador: Prof. Dr. Paulo César Fonseca Giannini TESE DE DOUTORAMENTO Programa de Pós-Graduação em Geologia Sedimentar SÃO PAULO 2007 2 Autorizo a reprodução e divulgação total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio convencional ou eletrônico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte. Ficha catalográfica preparada pelo Serviço de Biblioteca e Documentação do Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo Gesicki, Ana Lúcia Desenzi Evolução diagenética das formações Pirambóia e Botucatu (Sistema Aqüífero Guarani) no Estado de São Paulo / Ana Lúcia Desenzi Gesicki – São Paulo, 2007. 175 fls.: il Tese (Doutorado): IGc/USP Orient.: Giannini, Paulo César Fonseca 1. Diagênese 2. Sistema Aqüífero Guarani 3. Petrofácies 4. Hidrogeoquímica I. Título 3 Aos meus queridos Camila e Jon 4 AGRADECIMENTOS Devo sinceros agradecimentos ao Prof. Dr. Paulo César Fonseca Giannini, orientador e amigo, que viabilizou e contribuiu em todas as etapas do estudo, pelo apoio, atenção e disponibilidade, mas principalmente pelo aprendizado em sedimentologia e pela agradável convivência no campo, na sala de aula e em todos os momentos. Agradeço à FAPESP pelo financiamento deste estudo, através de projeto de auxílio à pesquisa concedido ao Prof. Dr. Paulo César Fonseca Giannini (processo 03/08911-0), e à CAPES pela concessão de bolsa de doutorado. Ao Prof. Dr. Reginaldo Antonio Bertolo, amigo de longa data, e ao Prof. Dr. Ricardo Hirata, agradeço pelo indispensável apoio nas etapas de levantamento de campo e de interpretação dos dados hidrogeoquímicos do aqüífero. Estou em débito com Isaac Jamil Sayeg, do Laboratório de Microscopia Eletrônica do IGc-USP (LabMev), e acredito não ser capaz de retribuir à extrema atenção que me foi dispensada durante toda a longa fase de realização dos trabalhos de laboratório. Aos bolsistas estagiários do Laboratório de Sedimentologia (LabSed) e do Laboratório de Petrografia Sedimentar (LabSed) do IGc-USP, agradeço pela ajuda e dedicação nas etapas de preparação de amostras, de análise de imagens digitais de lâmina e de captação de imagens de MEV, em especial Vitor Aguiar, Adriano de Souza, Rodolfo Marinho, Cecília Blanco, Bruna Marquezini, Jaqueline Ronque, Priscila Cachucho e Rebeca Cardoso. Agradeço à técnica do LabSed, Elaine Sinfronio, pelo suporte ao uso dos equipamentos deste laboratório. Sou grata também aos colegas pós-graduandos que me acompanharam nos levantamentos de campo, Charazéd Morenghi, Milene Fornari, André Stern, Alexandra Sugohussof, Ingo Wanfried e ao Prof. Dr. André Sawakuchi. Aos alunos do curso de Geologia, Weder Portugal, Daiane Curti e Rogério Brandi, agradeço pela contribuição no laboratório e no campo. Agradeço ao DAEE (Departamento de Água e Energia Elétrica de São Paulo) e à Superintendência Regional de São Paulo da CPRM (Serviço Geológico do Brasil) por terem permitido o acesso a suas litotecas e aos acervos de dados de poços de captação de água subterrânea. Sou grata pelo apoio recebido, em Araraquara, dos geólogos José Luiz Mendonça, Marco Aurélio Carvalho e Cícero Azzi. À SABESP, pela 5 autorização de coleta de água subterrânea em poços de abastecimento no interior do estado. Agradeço imensamente o Dr. Almério França pelo gentil empréstimo de seções delgadas de sua coleção, de amostras de arenitos das formações Pirambóia e Botucatu provenientes de poços de petróleo da Bacia do Paraná. Com relação aos funcionários e técnicos do IGc-USP, gostaria de registrar especial agradecimento a Luiz Nogueira e Paulo Morgato (seção de laminação); Durval de Oliveira e Marciano Marques (seção de transportes); Ana Paula Cabanal e Magali Rizzo (seção de pós-graduação). Ao DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral), na figura do geólogo Enzo Luís Nico Jr., sou grata pela compreensão e apoio na fase conclusiva deste trabalho. Ao meu querido Paulo Boggiani, pelo suporte, incentivo, companheirismo, paciência e dedicação. Dedico-lhe este trabalho com muito carinho. 6 RESUMO GESICKI, A.L.D. Evolução diagenética das formações Pirambóia e Botucatu (Sistema Aqüífero Guarani) no Estado de São Paulo. 2007. 175 p. Tese (Doutorado) – Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo. A investigação das rochas das formações Pirambóia e Botucatu em subsuperfície foi realizada através da revisão, coleta e análise de amostras de calha de poços de captação de água no interior do Estado de São Paulo, além de dados de poços de petróleo da Bacia do Paraná, com o objetivo de delinear a evolução diagenética destas unidades e identificar possíveis controles faciológicos do Sistema Aqüífero Guarani no estado. Segundo modelo genético definido na faixa de afloramentos destas unidades no centro-leste do Estado de São Paulo, as rochas da Formação Pirambóia são associadas ao desenvolvimento de sistema eólico úmido e a Formação Botucatu a sistema eólico seco. Através da análise petrográfica de amostras de calha e testemunhos de sondagem, foram definidos dois grupos de petrofácies, o de quartzo-arenitos (QA) e o de arenitos feldspáticos (FA), subdivididos nos tipos 1 e 2 devido, respectivamente, à presença ou ausência de cutícula argilo-ferruginosa. A Formação Pirambóia é caracterizada por petrofácies predominantemente feldspáticas e a Formação Botucatu por petrofácies essencialmente quartzosas. Ambas unidades apresentam arcabouço aberto e feições de compactação física e química pouco a moderadamente eficiente. A principal fase de geração de porosidade secundária das formações está associada à configuração do sistema aqüífero, com invasão profunda de águas meteóricas a partir da zona de afloramento das unidades. O Sistema Aqüífero Guarani (SAG) é caracterizado por três grupos de águas subterrâneas, divididas em cinco áreas hidroquímicas no Estado de São Paulo, segundo as condições de confinamento das rochas. A evolução química do SAG representa a interação da água com o substrato de rochas modificadas por eventos diagenéticos pretéritos. Devido às características faciológicas das unidades e ao histórico de soterramento relativamente pouco profundo, as modificações diagenéticas não foram eficientes a ponto de influenciar drasticamente as características permo-porosas originais das rochas. A Formação Pirambóia apresenta evolução diagenética mais complexa, devido ao histórico de soterramento mais longo, e constitui domínio com maior heterogeneidade no SAG. Nesta formação, são encontrados horizontes preferenciais de cimentação carbonática tardia, na interface de contato superior com a Formação Botucatu, e 7 intercalações pelíticas no domínio inferior da unidade. A Formação Botucatu é preferencialmente porosa e suas modificações diagenéticas referem-se a neoformação incipiente de argilominerais e precipitação de cimentos de quartzo e feldspato nas porções de maior soterramento da bacia. Palavras-chave: Diagênese; Sistema Aqüífero Guarani; Formação Pirambóia; Formação Botucatu; Petrofácies; Hidrogeoquímica. 8 ABSTRACT GESICKI, A.L.D. Evolução diagenética das formações Pirambóia e Botucatu (Sistema Aqüífero Guarani) no Estado de São Paulo. 2007. 175 p. Tese (Doutorado) – Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo. The purpose of this study consists of subsurface investigation of Pirambóia and Botucatu formations (Late Permian to Early Cretaceous of Paraná Basin) with revision, sampling and petrography of cutting samples from water and petroleum wells in São Paulo State. The main aim was delineate the diagenetic evolution of these formations and identify possible faciologic controls in Guarani Aquifer System. The depositional model of Pirambóia and Botucatu formations in outcrop domain of the São Paulo State is associated to, respectively, warm aeolian system and dry aeolian system. Sedimentary petrography was the basic analytical tool. Two main petrofacies was defined, the quartz sandstones (QA) and the feldspathic sandstones (FA). The presence or absence of thin clay coats demarks the 1 and 2 petrofacies subtypes, respectively. The Pirambóia Formation is mainly composed of feldspathic sandstones related to weak mechanical and chemical compaction and low packing indexes (<40%). The diagenetic components recognized were infiltrated clays, feldspathic cement and neoformed clays (smectite and mixed layer illite/smectite) during eodiagenesis; mesogenetic quartz and bitumen cements, neoformed clays (caolinite) and precipitation of calcite cement during telodiagenesis. The generation of secondary porosity is associated to aquifer system configuration, due to deep invasion of meteoric water from the outcrop belt (recharge zone). The Botucatu Formation consists of predominant porous quartz sandstones with late intersticial calcite and chalcedony cements restricted to aquifer margins. Sandstone framework is typically open (IP<35%) and displays some mechanical and chemical compaction preferentialy to deeper basin, in the western São Paulo State. The main diagenetic componets are: eogenetic vadose infiltrated clays; incipiently neoformed clayminerals and quartz cement during mesodiagenesis; secondary porosity features, with mineral dissolution and feldspar replacing by claymineral (caolinite) during telodiagenesis. The Guarani Aquifer System (GAS) is characterized by three main geochemical groups of groundwater, divided in five hydrogeochemical areas, according to confinement conditions of the rocks. The hydrochemical evolution