Tese de mestrado em Geologia, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015O Esporão da Estremadura é um promontório localizado na Margem Oeste Ibérica, entre o Cabo Carvoeiro e o Cabo da Roca. Apresenta uma forma trapezoidal com uma área de cerca de 3583 km2, e prolonga-se desde a margem até às montanhas submarinas de Tore. O Esporão da Estremadura separa a Planície Abissal Ibérica, a norte, da Planície Abissal do Tejo, a sul. No ano de 2011, durante uma campanha oceanográfica do projecto PACEMAKER identificou-se, através dos dados sísmicos de reflexão, um conjunto de pequenas depressões no fundo do mar (pelo menos 70), reconhecidas como pockmarks. Este campo de pockmarks localiza-se entre os 240 e 350 m, na região NW da plataforma externa do Esporão da Estremadura, conhecida como Monoclinal da Lourinhã. Estas estruturas apresentam diâmetros que variam entre alguns metros a mais de 400 m e até cerca de 4 m de profundidade. Os pockmarks são estruturas formadas pela libertação rápida e abrupta de fluidos, que migram através da coluna sedimentar, no fundo do mar. Foram descritos pela primeira vez por King & McLean (1970) na plataforma continental ao largo da Nova Escócia, Canadá. Apresentam topografia negativa e uma morfologia muito caraterística, sob a forma de depressão cónica circular ou elíptica, com flancos íngremes e fundo relativamente plano. Os pockmarks ocorrem em sedimentos finos e permeáveis, individualmente ou em grandes clusters, em variados ambientes geológicos como as plataformas continentais, os taludes continentais e nos fundos dos oceanos profundos. Encontram-se frequentemente associados a depósitos sedimentares com hidratos de gás nas margens continentais. A sua distribuição não ocorre de forma aleatória, estando frequentemente relacionados a estruturas da sub-superficie marinha, como falhas e zonas de maior permeabilidade, que servem de condutas para a migração de fluídos para a superfície. O estudo dos pockmarks é importante uma vez que estão muitas vezes relacionados com sistemas ativos de migração de hidrocarbonetos e portanto são estruturas de interesse para a indústria petrolífera. São também importantes devido ao perigo associado ao escape de gás do fundo do mar em zonas de exploração ou de transporte de petróleo e/ou gás. A Margem Oeste Ibérica começou a desenvolver-se durante a abertura do Oceano Atlântico Norte. Este processo iniciou-se no Triásico Superior até ao momento de rutura continental entre as margens da Ibéria e da Terra Nova, no Cretácico Inferior. Existem na margem, no offshore e também no onshore, diversas bacias sedimentares relacionadas com a abertura do Atlântico, como a Bacia Lusitânica. No Cenozoico a margem sofre uma fase de inversão tectónica generalizada, relacionada com as fases Pirenaica e Bética da Orogenia Alpina, o que levou ao soerguimento de algumas regiões da margem continental, como por exemplo o Esporão da Estremadura. O auge da deformação ocorreu no Miocénico, possivelmente durante o Tortoniano, com compressão máxima NW-SE. Os pockmarks identificados no Esporão da Estremadura são a primeira evidência de processos de escape de fluidos identificados na Margem Oeste Ibérica e o presente trabalho é o primeiro estudo realizado sobre estas estruturas. As ocorrências escape de fluidas conhecidas, mais próximas da margem e portanto do Esporão da Estremadura, são a Ria de Vigo, o Estuário de Aveiro e o Golfo de Cádiz. A principal motivação deste trabalho é o estudo das estruturas (pockmarks) e dos processos de escape de fluídos que ocorrem no fundo do mar do Esporão da Estremadura. Os principais objetivos podem resumidos nos seguintes tópicos: (1) Mapeamento batimétrico da área de estudo e, portanto do campo de pockmarks; (2) Descrição da morfologia e características do fundo do mar na área com pockmarks e na plataforma envolvente; (3) Caraterização estratigráfica e estrutural dos sedimentos Cenozoicos do Esporão da Estremadura e (4) Compreender a origem estratigráfica dos fluidos que dão origem aos pockmarks e o que controla a sua migração e escape no fundo do mar. Para a realização deste estudo foram utilizados dados batimétricos, de refletividade do fundo do mar (backscatter), sísmica SPARKER 2D monocanal de alta resolução e observações diretas do fundo do mar, através de vídeos adquiridos em mergulhos com um submarino ROV (Remotely Operated Vehicle). Estes dados foram essencialmente obtidos durante a missão oceanográfica do projeto PACEMAKER (sísmica de alta resolução e batimetria), em colaboração com o projeto TOPOMED (TOPOEUROPE/0001/2007). Durante a campanha EMEPC/PEPC/LUSO/2015 (no âmbito do projeto PES – PTDC/GEO-FIQ/5162/2014) foram adquiridos novos dados de batimetria no Esporão da Estremadura, que complementaram os dados anteriores. Foram também realizados dois mergulhos com o ROV Luso em duas das depressões (pockmarks) identificadas no fundo marinho. A partir dos dados batimétricos foram criados mapas batimétricos e de refletividade do fundo do mar, onde foram observadas depressões topográficas com formas circulares a alongadas e com backscatter elevado, interpretadas como pockmarks. De modo a melhorar a qualidade dos dados sísmicos estes foram processados, através do software SPW (Parallel Geoscience Corporation). Foram realizados vários passos de processamento para as 14 linhas sísmicas PACEMAKER, como por exemplo, a aplicação de um filtro butterworth, correção do swell e das máres e migração Stolt. Os resultados do processamento foram considerados positivos, uma vez que a maioria do ruído que mascarava o sinal sísmico foi eliminado, sendo possível observar a sub-superficie do Esporão da Estremadura até cerca de 500 ms TWT. Após o processamento sísmico foi realizada a interpretação dos perfis sísmicos no software SeisWorks da Landmark Graphic Corporation, sendo desenvolvido um modelo sísmostratigráfico. Foram identificadas seis unidades sísmicas (U1 a U6) separadas por horizontes (M a H4) que marcam importantes descontinuidades ou variações na fácies sísmica. A unidade sísmica mais antiga, U1, foi sujeita a uma intensa deformação dúctil, ao contrário das restantes unidades, pelo que a descontinuidade que separa U1 e U2 foi associada ao auge da deformação alpina, no Miocénico (Tortoniano). Assim, esta unidade sísmica U1 será anterior ao Tortoniano, provavelmente de idades do Miocénico inferior e médio. As restantes unidades sísmicas, U2 a U6, formam uma sequência sísmica de idades compreendidas entre o Pliocénico e o Holocénico. No registo sísmico foram também identificadas várias evidências para a existência da migração e acumulação de fluidos. Além dos pockmarks, que já tinham sido identificados anteriormente, foram observados paleo-pockmarks (enterrados a varias profundidades), condutas de migração dos fluidos, zonas de transparência, turbidez e de blanking acústico. Deste modo, foi interpretado que os fluidos estão a migrar verticalmente e a acumular-se nas unidades sísmicas Plio-Quaternárias. Os mergulhos com o ROV mostraram que, apesar da resposta de backscatter de alta refletividade associada aos pockmarks e das evidências para a existência de fluidos observadas na sísmica, no fundo do mar não se encontram evidências para a actividade atual do sistema de escape de fluidos. As depressões visitadas com o submarino mostraram que as estruturas estão cobertas por sedimentos arenosos e não foi observada fauna nem registado o borbulhar característico de seeps ativas. Pode então ser concluído que na atualidade os fluidos não alcançam o fundo do mar, estando a acumular-se em zonas mais permeáveis dos sedimentos. Foram propostos dois modelos evolutivos, coexistentes no Esporão da Estremadura, para o sistema de migração de fluidos: (1) Atividade cíclica das seeps e (2) selagem do sistema pela precipitação de carbonatos autigénicos (MDAC). O primeiro baseia-se na observação de pockmarks “empilhados” (stacked pockmarks) no registo sísmico, o que sugere que a migração e escape dos fluidos é periódica, possivelmente condicionada pelas variações eustáticas do nível do mar. O segundo modelo consiste na descativação de condutas de migração de fluidos, pela precipitação de MDAC, o que causa o enterramento do pockmark alimentados por essas condutas. Posteriormente, ocorre a criação de novos caminhos de migração para os fluidos, que se acumulam em zonas permeáveis dos sedimentos até existir pressão suficiente para escaparem pelo fundo do mar.Located on the West Iberian margin, between Cabo Carvoeiro and Cabo da Roca, the Estremadura Spur is a trapezoidal promontory elongated in an east-west direction, extending until the Tore seamount. In 2011, during the scientific cruise 64PE332 (PACEMAKER project; Kim & the shipboard scientific party, 2011) a seismic reflection SPARKER survey discovered a field with more than 70 pockmarks in the NW region of the Estremadura Spur outer shelf (in the Lourinhã Monocline). Pockmarks are the seabed culminations of fluid migration through the sedimentary column and their characteristic seabed morphologies correspond to cone-shaped circular or elliptical depressions. Pockmarks have proven to be important seabed features that provide information about fluid flow on continental margins, being used by the oil and gas industry as an exploration tool and as an indicator of hydrocarbon sources for prospecting. These pockmarks and the associated fluid escape process are the main objectives of this work that aims to contribute to the characterization of the structures and to the understanding to their structural and stratigraphic control. In pursuing such objectives the following methodological approaches were used: 1) Seismic processing and interpretation of the high resolution 2D single-channel SPARKER seismic dataset acquired during the PACEMAKER cruise. In addition, it was done the interpretation of 2D multi-channel seismic lines from TGSNOPEC, which provides information about the deep structure of this area; and 2) Bathymetric and Backscatter interpretation. During the EMEPC/PEPC/LUSO/2015 multi-beam bathymetry that complemented the PACEMAKER bathymetric coverage was acquired and were realized two dives using EMEPC Remotely Operated Vehicle (ROV) Luso. These dives allowed the direct observation of the seafloor and the recollection of push-core samples. The analysis of the PACEMAKER high-resolution seismic allowed the identification of six seismic units, disturbed by the migration and accumulation of fluids. There was concluded that the Estremadura Spur outer shelf has been affected by several episodes of fluid migration and fluid escape during the Pliocene-Quaternary that are expressed by a vast number of seabed and buried pockmarks. At present the pockmarks are mainly inactive, as the seabed pockmarks are recovered by recent sediments. The NW region of the Estremadura Spur outer shelf has been affected by several episodes of fluid migration and fluid escape that are expressed by a vast number of seabed and buried pockmarks. It was concluded that the migration of fluids to the seabed occurred over the Pliocene-Quaternary, as indicated by the buried pockmarks at different depths. At present the pockmarks are mainly inactive, as the seabed pockmarks are recovered by recent sediments. The stacking of various pockmarks suggests a cyclical fluid flow activity that can passably be the result of the eustatic sea level variations and the subsequent changes of the hydrostatic pressure. An alternative hypothesis can be considered assuming the
episodes of intense fluid flow as being associated with the local seismicity. Precipitation of methane-derived authigenic carbonates (MDAC) inside the migration conduits that originate pockmarks can force the deactivation of the fluid migration pathways and, consequently, the deactivation of the related pockmarks and creation of new migration pathways
