Tectono-estratigrafia e modelação de sistemas petrolíferos da Bacia do Porto

Tese de mestrado, Geologia (Estratigrafia, Sedimentologia e Paleontologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015Este trabalho consiste genericamente na reavaliação do potencial petrolífero da Bacia do Porto, localizada no sector Noroeste da margem ocidental portuguesa. Esta análise compreende a identificação dos principais eventos tectono-estratigráficos que controlaram a evolução da bacia e do sector no offshore profundo, contíguo a esta, bem como a análise da evolução da maturação dos intervalos geradores identificados. A Bacia do Porto teve algum histórico de exploração de hidrocarbonetos no final do século XX até há cerca de 20 anos atrás, com a realização de cinco poços exploratórios e várias campanhas de aquisição sísmica 2D, a última da qual executada no ano 2001. A reinterpretação das linhas sísmicas confirmou a existência de um sulco de direcção NNW-SSE na zona da plataforma continental, bordejado a Este pela Falha Porto-Tomar, e limitado a Oeste pelo sistema de falhas do talude continental. A área de estudo considerada evoluiu ao longo do processo de rifting mulltifásico que deu origem ao Oceano Atlântico Norte. Este processo iniciou-se no Triásico Superior até ao momento de ruptura continental entre as margens da Ibéria e Terra Nova, no Aptiano-Albiano. A partir deste momento deu-se o preenchimento da margem por um pacote sedimentar até ao final do Cretácico Superior. No Cenozóico a margem atravessa uma fase de inversão tectónica generalizada, que afectou igualmente a área de estudo. Houve subsidência e levantamento diferenciais ao longo dos sectores aqui definidos, que justificam a deposição pouco espessa a negligenciável na plataforma continental, e mais espessa na zona pós-sopé de talude continental. A coluna litostratigráfica foi redefinida a partir de publicações anteriores e pela reinterpretação dos relatórios de poço, apresentando ser bastante similar à do sector Norte da Bacia Lusitânica. As sondagens realizadas intersectaram níveis que mostraram ter evidências da geração e acumulação de hidrocarbonetos na bacia. Assim, foram identificados dois intervalos com potencial gerador de hidrocarbonetos. O primeiro corresponde ao início do Jurássico Inferior, na base da Formação Esturjão, e o segundo insere-se no início do Jurássico Superior, no Oxfordiano (Formação Cabo Mondego). Estes dois intervalos deverão ter correspondência com os identificados na Bacia Lusitânica para o Jurássico Inferior (Formações Água de Madeiros e Vale das Fontes), e para o Jurássico Superior (Formação de Cabaços/Vale Verde). Através da análise dos dados geoquímicos disponibilizados, verifica-se que o intervalo do Jurássico Inferior mostrou ter indícios promissores de potencial gerador, nomeadamente tendo como referência os níveis identificados no poço Lula-1. O intervalo do Oxfordiano foi reconhecido na base do poço Cavala-4, apresentando um razoável potencial gerador de hidrocarbonetos. Porém, a interpretação nas linhas sísmicas leva a considerar que a distribuição desta rocha-mãe será marginal, controlada essencialmente pela paleotopografia e estruturas pre-existentes à deposição no Oxfordiano. A análise tectono-estratigráfica teve como ponto de referência as publicações de Gawthorpe (1987), Ebinger (1999), Morley (1999), Leeder & Gawthorpe (2000) e Acocella et al. (2005). Estas revelaram ser bastante úteis para a identificação de modelos tectónicos em sistemas de rifte análogos aos verificados neste sector da margem. Com base nestes, e a partir da interpretação dos mapas de espessuras criados para cada unidade sismoestratigráfica idealizada, foi possível considerar a existência de rampas de ligação durante as fases de clímax de rifte do Jurássico Superior e Cretácico Inferior. Estas deverão ter sido responsáveis pelo desenvolvimento de sistemas deposicionais essencialmente siliciclásticos de uma superfície mais elevada, proximal, para zonas mais distais criadas pela elevada subsidência tectónica. As zonas de acomodação ENE-WSW terão evoluído para falhas de transferência durante esta fase, constituindo bypass’s sedimentares nas zonas de rift shoulder, conduzindo assim os sedimentos siliciclásticos para as zonas mais distais, a Oeste. Através da utilização do software PetroMod 1D (IES-Schlumberger) foram realizados exercícios de modelação, de forma a avaliar a maturação dos dois principais intervalos com bom potencial gerador que foram determinados. A partir da integração de dados de geoquímica orgânica, cinética do querogénio e definição das condições-fronteira (Fluxo de Calor, paleobatimetria e superfície de interface água-sedimento) definiu-se a curva que descreve a variação da temperatura ao longo do tempo e o modo como esta tem impacto na entrada da janela de geração de hidrocarbonetos. Os modelos térmicos produzidos indicam o momento crítico da expulsão de um determinado hidrocarboneto gerado, o que influencia a avaliação dos timings de eventos de sistemas petrolíferos. Tendo em consideração os resultados da modelação de maturação e os dados presentes nos relatórios de poço, reavaliaram-se o tipo e carácter de elementos de sistemas petrolíferos na Bacia do Porto, o que levou à definição de uma Carta de Eventos de Sistema Petrolífero. De forma a avaliar a existência e tipo de sistemas petrolíferos na margem subexplorada no offshore profundo, incluída na área de estudo, projectou-se todo o conhecimento da litostratigrafia, evolução geodinâmica, ciclos de transgressão-regressão e variação do nível do mar desde a Bacia do Porto para a área mais distal. Esta ferramenta de estudo denominada genericamente por «Diagrama de Wheeler» revelou ser extremamente útil para um exercício de especulação, com critério, das variações litológicas mais prováveis de serem encontradas na margem proximal externa, com impacto na definição dos prováveis elementos de sistemas petrolíferos. A comparação da zona a Oeste da Bacia do Porto no offshore profundo, com a margem conjugada Canadiana, especificamente com a Bacia de Flemish Pass, foi importante como análogo de exploração. As recentes descobertas comerciais nessa bacia constituíram uma importante mudança de paradigma exploratório, esperando-se que constituam bons prenúncios para o recentrar da exploração petrolífera neste sector da margem, que apresenta uma sequência litostratigráfica bastante semelhante.This work consists mainly on the reevaluation of petroleum potential of Porto Basin, located on the northwestern sector of the Portuguese occidental margin. This analysis consisted on the identification of the main tectono-stratigraphic events that controlled the basin’s evolution and the adjacent deep offshore sector, as well as maturity analysis of the main recognized source rock intervals. The Porto Basin had some hydrocarbon exploration record at the end of the XX century, until 20 years ago, with five exploration wells drilled and several 2D seismic acquisition campaigns that lasted until 2001. The seismic lines reinterpretation confirmed the existence of a NNW-SSE trend basin on the continental shelf, bordered to the east by the Porto-Tomar Fault, and limited to the west by the slope-fault system. The study area evolved through the multiphased rifting process that ultimately originated the Northern Atlantic Ocean. This process started from the Late Triassic, until the continental breakup event between Iberia and Newfoundland, in the Aptian-Albian. From this moment onwards the margin was filled with the post-rift sedimentary cover, until the Late Cretaceous. During the Cenozoic the margin suffered a generalized tectonic inversion phase, which also affected the study area. There was differential subsidence and uplift troughout the defined sectors that can explain the less sedimentary cover on the continental shelf, and thicker packages beyond the continental slope. The Porto Basin’s lithostratigraphic chart was redefined taking in account previous publications and reinterpreting well reports, displaying a good deal of similarities to the Northern Lusitanian Basin. The wells intersected a few intervals that show some evidence for hydrocarbon generation and accumulation throughout the basin, and two main source rocks were identified. The first one was on the base of the Early Jurassic marine shales (base of the Esturjão Formation), and the second one on the Upper Jurassic marls (the Oxfordian Cabo Mondego Formation). These two intervals should match the ones identified on the adjacent Lusitanian Basin, for the Early Jurassic (Água de Madeiros and Vale das Fontes formations), and the Late Jurassic (Cabaços/Vale Verde Formation). Through the geochemical data analysis it was confirmed that the Early Jurassic source rock intervals held promising evidences for petroleum generation, especially the ones identified on the Lula-1 well. The Oxfordian source rock was only identified at the base of the Cavala-4 well, showing a fair potential for hydrocarbon generation. However, seismic lines interpretation lead to believe that this source interval shall be marginally distributed, controlled essentialy by paleotopographic features and pre-existing structures prior to the Oxfordian deposition. The tectono-stratigraphic analysis took in consideration some classic publications, such as Gawthorpe (1987), Ebinger (1999), Morley (1999), Leeder & Gawthorpe (2000) and Acocella et al. (2005). These works showed to be extremelly useful to recognize tectonic models at this margin sector from analogue rift systems. Based on these analogues, and interpreting thickness maps for each sismostratigraphic unit, it was possible to consider the existence of relay ramps during the rift climax, on the Late Jurassic and Early Cretaceous. These should be responsible for the establishment of essentially siliciclastic depositionals systems from a higher, proximal area, into the newly-formed distal zones, created by intense tectonic subsidence. During this phase the ENE-WSW accommodation zones should have evolved into transfer faults, controlling the rift shoulder sedimentary bypass into the distal zones, on the west. Thermal modeling exercises were performed using PetroMod 1D (IES-Schlumberger) software, in order to evaluate maturity of the two main potentially generating intervals. The integration of organic geochemical data, kinetics and the establishment of boundary conditions (heat flow, paleowater-depth and surface-water interface temperature) lead to define the basin’s thermal evolution through time and its impact on the oil and gas generation windows. The results of thermal modeling showed the critical moment of hydrocarbon expulsion, which influenced the evaluation of petroleum systems timing of events. Considering the modeling outcomes and the evaluation data on some well reports, the type and character of petroleum system elements for Porto Basin was reevaluated, and a Petroleum System Events Chart was defined. In order to evaluate the presence and types of possible petroleum systems on the underexplored deep offshore included on the study area, lithostratigraphic knowledge, geodynamical evolution, transgression-regression cycles and sea-level variation were projected from Porto Basin into the distal area. This technique, commonly known as the «Wheeler Diagram», proved to be extremely useful as an insightful speculative exercise of lithology variation predictions on the proximal external margin, which has impact on petroleum system elements definition. The comparison of the deep offshore domain to the west of Porto Basin with the Canadian conjugate margin, namely the Flemish Pass Basin, was important as an exploration analogue. Recent commercial discoveries on that basin constituted an important exploration paradigm shift, and it’s expected that it could be a good prenounce for refocusing the petroleum exploration on this margin, which has a similar lithostratigraphic sequence

Characterization of an Intraplate Seismogenic Zone Using Geophysical and Borehole Data: The Vila Franca de Xira Fault, Portugal

The Vila Franca de Xira (VFX) fault is a regional fault zone located about 25 km northeastof Lisbon, affecting Neogene sediments. Recent shear-wave seismic studies show thatthis complex fault zone is buried beneath Holocene sediments and is deforming thealluvial cover, in agreement with a previous work that proposes the fault as the sourceof the 1531 Lower Tagus Valley earthquake. In this work, we corroborate these resultsusingS-wave,P-wave, geoelectric, ground-penetrating radar and borehole data, con-firming that the sediments deformed by several fault branches are of Upper Pleistoceneto Holocene. Accumulated fault vertical offsets of about 3 m are estimated from theintegrated interpretation of geophysical and borehole data, including 2D elastic seismicmodeling, with an estimated resolution of about 0.5 m. The deformations affecting theTagus alluvial sediments probably resulted from surface or near-surface rupture of theVFX fault during M∼7 earthquakes, reinforcing the fault as the seismogenic source ofregional historical events, as in 1531, and highlighting the need for preparedness for thenext even

Identificação de deformações em sedimentos finos não consolidados com recurso a georadar (Vale Inferior do Tejo)

O projecto ATESTA visa avaliar o risco sísmico no Vale Inferior do Tejo. Tem vindo a assumir-se que as falhas activas na região terão sido a fonte de eventos históricos, como sejam os sismos de 1531 e 1909, que afectaram a região de Lisboa. Para melhor compreensão destes processos, realizaram-se ensaios geofísicos nas imediações de Vila Franca de Xira, perto de Lisboa. O objectivo destes ensaios é determinar a localização precisa das falhas, mediante a detecção de deformações sub-superficiais que possam estar associadas às escarpas dessas falhas. Os resultados de georadar evidenciam estruturas verticalizadas que corresponderão a falhas ou a deformações de sedimentos finos não consolidados

Estudo Geofísico e Geológico da Falha de Vila Franca de Xira

A região de Lisboa e Vale Inferior do Tejo foi afetada por vários sismos destrutivos que provocaram grandes prejuízos materiais e perdas de vida. As fontes geradoras desses sismos históricos situam-se quer na zona de fronteira de placas Ibéria-África, localizada cerca de 300 km a sul, quer no interior da própria região. Neste artigo, estuda-se uma falha geológica local, a falha de Vila Franca de Xira, que se julga ter ocasionado o terramoto de Lisboa de 1531. Apesar da ausência de evidência geológica direta para a presença duma rotura superficial da falha, demonstra-se através da utilização de métodos geofísicos que se trata de uma zona de falha ativa, sendo possivelmente a fonte de geração daquele sismo

Prospecção geofísica aplicada à detecção de falhas activas – a falha de Vila Franca de Xira)

A falha de Vila Franca de Xira é considerada como a mais provável fonte de vários sismos destrutivos que afetaram a região de Lisboa. Contudo, não há evidência à superfície de deformação nos sedimentos Holocénicos pertencentes ao Vale Inferior do Tejo (VIT), devido à baixa taxa de deslizamento (<1mm/ano) e às altas taxas de erosão/sedimentação. O objetivo é confirmar estudos recentes e verificar se esta falha é ativa, contribuindo para a análise de risco sísmico no VIT, usando métodos geofísicos. Inicialmente, o ensaio de sísmica de reflexão deu indicação de quatro falhas prováveis, e por esta razão realizaram-se perfis de georadar e tomografia elétrica nestes locais específicos. Nos perfis obtidos observaram-se vários deslocamentos verticais, correspondendo aos traçados de falhas propostos em trabalhos anteriores