Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil

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Sedimentos ricos em matéria orgânica de origem lacustre são responsáveis pela geração de apenas uma pequena parte das reservas mundiais de petróleo, majoritariamente geradas por sedimentos marinhos (Tissot & Welte, 1984). Entretanto, em algumas regiões como Indonésia, China, Sumatra, Oeste da África e Austrália, rochas sedimentares lacustres podem constituir as principais geradoras de hidrocarbonetos (Katz, 1990 e 1995). No Brasil em particular, os sedimentos lacustres depositados nas bacias rift Eocretácicas da margem continental deram origem a mais de 90% das reservas de petróleo (Mello & Maxwell, 1990).

Devido a seu menor tamanho, os corpos d’água lacustres são mais suscetíveis a mudanças ambientais, apresentando variações laterais e verticais de fácies mais abruptas do que as mostradas pelas bacias marinhas (Soreghan & Cohen, 1996). Fatores tectônicos e climáticos podem afetar drasticamente os sistemas deposicionais, as características físico-químicas da coluna d’água, a natureza da biota, a produção e as condições de preservação da matéria orgânica (Kelts, 1988). Como resultado, as rochas geradoras lacustres costumam apresentam uma menor extensão geográfica e um maior grau de variabilidade composicional e de potencial petrolífero (Katz, 1995).

Este artigo apresenta uma revisão do estado atual do conhecimento dos sistemas lacustres com ênfase nos fatores que direta e indiretamente controlam a produção e preservação da matéria orgânica e a formação de rochas geradoras de petróleo. Usando como exemplo a seção rift Eocretácica da Bacia de Camamu (costa NE do Brasil), se demonstra como a análise integrada de diversos parâmetros geoquímicos e dados geológicos pode servir de base para a reconstrução da história paleolimnológica e o seu controle sobre o potencial gerador de petróleo de uma seqüência lacustre.

Lagos são corpos d’água sem ligação direta com o mar, cuja formação depende basicamente da existência de uma depressão na superfície da Terra e de um balanço hidrológico favorável (Esteves, 1988). Cobrindo atualmente menos de 1% da superfície

Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil w.pgt.com.br e contendo cerca de 0,02% da água do planeta (Allen & Collinson, 1986), os lagos são objetos de estudo da limnologia (do grego limné = lago). Dentre os diversos tipos de bacias lacustres (ex. vulcânicas, fluviais, glaciais, etc.; Allen & Collinson, 1986), as de origem tectônica em geral são as mais duradouras no tempo geológico e apresentam as maiores áreas superficiais e profundidade, possuindo portanto um maior potencial petrolífero (Katz, 1995).

Trabalhos recentes têm demonstrado que os lagos de origem tectônica não devem ser tratados como “pequenos oceanos”. A aplicação direta, em lagos, dos conceitos normalmente usados no estudo de bacias marinhas é dificultada pelas diferentes taxas de mudança nos fatores que controlam o desenvolvimento das seqüências sedimentares e pelas características intrínsecas desses ambientes (Scholz et al., 1998). No Lago Malawi (África Oriental) por exemplo, Buoniconti & Scholz (2001) propõem que fases de nível de lago baixo correspondem a períodos de menor escoamento superficial e, conseqüentemente, de retenção de sedimentos nas áreas de drenagem, enquanto fases de nível de lago alto estão relacionadas a períodos de maior fluxo de água e aporte sedimentar para o lago. De acordo com este modelo, a deposição de lobos turbidíticos ocorreria durante fases de nível de lago alto, ao contrário do que se observa nas bacias marinhas.

Nos lagos tectônicos, a interação entre subsidência, aporte sedimentar e balanço hidrológico, controlam as características físicas e químicas da massa d’água, a natureza e arquitetura dos depósitos sedimentares, e a distribuição e potencial das rochas geradoras de petróleo (Lambiase, 1990; Carroll & Bohacs, 1999). No que se refere ao equilíbrio entre aporte sedimentar e subsidência, nas bacias em que o primeiro é preponderante tendem a formar-se lagos rasos e/ou pântanos, enquanto nas bacias em que o último fator prevalece é favorecida a implantação de lagos profundos. Já com relação ao balanço hidrológico, lagos em que o efluxo supera o influxo de água (balanço negativo) costumam ser salinos e efêmeros, enquanto lagos em que o influxo predomina (balanço positivo) são dominados por progradações deltaicas (Olsen, 1990). Os sistemas lacustres podem ser classificados quanto ao regime hidrológico como w.pgt.com.br

Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil abertos ou fechados. Os primeiros possuem efluxo superficial de água e linhas de praia relativamente estáveis, enquanto os últimos não têm efluxo superficial, estando sujeitos a grandes variações de nível do lago em função do balanço entre influxo e evaporação. Evidências sedimentológicas e geoquímicas de lagos atuais indicam que as flutuações de nível nos lagos é mais dramática do que nos oceanos, podendo alcançar centenas de metros em poucos milhares de anos (ex. Scholz & Rosendhal, 1988; Owen et al., 1990; Scholz et al., 1998).

Um fenômeno fundamental na dinâmica dos sistemas lacustres é a estratificação térmica da coluna d’água (Fig. 1). Como resultado da má distribuição do calor solar absorvido pelas camadas superficiais para o restante da massa d’água, se desenvolve uma camada superficial de águas menos densas e temperatura relativamente uniforme e quente (epilímnio), uma porção intermediária (metalímnio) caracterizada por uma marcante descontinuidade de temperatura (termoclina), e uma camada de águas mais densas com temperaturas relativamente uniformes e mais frias (hipolímnio) (Wetzel, 1983).

A persistência da estratificação térmica dos lagos depende de diversos fatores como clima, temperatura e salinidade da água, área e profundidade do lago, e regime de ventos (Esteves, 1988). Nos lagos situados em regiões temperadas, o aquecimento das águas superficiais durante o verão provoca a estratificação da coluna d’água, enquanto a diminuição da radiação solar no outono, resfria o epilímnio, homogeneizando a temperatura e provocando a circulação da massa d’água (Fig. 2). Em regiões tropicais, por outro lado, os lagos tendem a permanecer estratificados durante a maior parte do ano, com eventuais períodos de circulação nas fases de clima mais ameno (Esteves, 1988). Em lagos muitos profundos, a estratificação da coluna d’água pode se manter estável por longos períodos de tempo (ex. Lago Tanganika; Katz, 1990). Da mesma forma, nos lagos onde a camada mais profunda da coluna d’água é mais salina do que a rasa, o contraste de densidade também pode impedir a circulação. Tal contraste pode ser causado pelo aporte de águas salinas

Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil w.pgt.com.br provenientes de fontes hidrotermais (ex. Lago Kivu; Degens et al., 1973) ou por um influxo de água doce subsequente a uma fase aridez acentuada.

Em relação ao padrão de estratificação/circulação de água (Wetzel, 1983), os lagos são classificados como holomíticos quando a circulação envolve toda a coluna d’água, ou meromíticos nos casos em que apenas parte da coluna d’água é renovada. Neste último tipo de lago, a termoclina separa uma parte da coluna d’água que regularmente é submetida a renovação (mixolímnio) de outra parte mais profunda que se mantém isolada (monimolímnio). A profundidade da termoclina é função direta da velocidade e da distância percorrida pelo vento sobre a superfície do lago (denominada de fetch; Margalef, 1983). Mantidas constantes as condições climáticas e a intensidade dos ventos, quanto maior a área superficial do lago, maior é a distância (fetch) percorrida pelo vento e consequentemente mais profunda está a termoclina (Tilzer, 1990; Serruya, 1990). Nos lagos atuais se observa uma relação direta entre a área do lago e a profundidade da termoclina (Olsen, 1990; Patalas, 1990).

Como o transporte do oxigênio na água por difusão molecular é pouco eficiente

(Esteves, 1988), sua quantidade ao longo da coluna d’água é fortemente controlada pelo padrão de estratificação e circulação da massa d’água (Wetzel, 1983; Esteves, 1988). Nos lagos meromíticos, como a circulação não envolve toda a coluna d’água, a camada mais profunda pode permanecer isolada, acarretando o desenvolvimento de condições anóxicas permanentes (Fig. 3a). A atividade dos organismos também w.pgt.com.br

Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil influencia diretamente o grau de oxigenação. Em lagos com alta produtividade primária, a decomposição da matéria orgânica formada na zona fótica resulta num grande aumento de consumo de oxigênio no hipolímnio, que pode tornar-se anóxico (Fig.3b). Por outro lado, em lagos com baixa produtividade primária, podem prevalecer condições óxicas ao longo de toda coluna d’água (Fig. 3c).

Ao contrário dos sistemas marinhos onde os íons cloreto (Cl-) e sódio (Na2+) são predominantes, nos lagos podem ocorrer elevadas proporções de outros íons como cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+), potássio (K+), bicarbonato (HCO3-) e sulfato (SO42-) (Wetzel, 1983). A água dos lagos pode variar de doce à hipersalina em função de uma série de fatores, dentre os quais se destacam a composição das rochas na área de drenagem e o balanço hidrológico do lago. Variações de salinidade ao longo da coluna d’água de um único lago, por sua vez, dependem de sua profundidade e seu padrão de estratificação e circulação. Em lagos rasos, a salinidade é geralmente homogênea, enquanto em lagos profundos e estratificados, pode haver um acentuado aumento na concentração de sais no hipolímnio. A salinidade da água condiciona fortemente a abundância e variedade de organismos dos ecossistemas lacustres, observando-se de modo geral um decréscimo da produtividade primária com o aumento de salinidade (Katz, 1995). Em alguns casos entretanto, organismos adaptados às condições de alta salinidade podem ser favorecidos, como as algas verdes do gênero Dunaliella, que produzem “explosões” de produtividade em lagos hipersalinos (Kelts, 1988; Katz, 1990).

A quantidade de matéria orgânica preservada num sistema lacustre é basicamente o resultado do balanço entre (1) a biomassa produzida dentro do lago (autóctone) e/ou trazida de sua área de drenagem (alóctone) e (2) a quantidade de biomassa alterada e reciclada na coluna d’água e nos sedimentos. O ciclo do carbono nos sistemas lacustres na verdade é muito complexo, envolvendo a interação entre diversas formas de carbono orgânico e inorgânico particulados e dissolvidos (Fig. 4). O tipo de matéria orgânica preservado nos depósitos lacustres é controlado por diversos fatores tais como o clima, tamanho e profundidade do lago, e topografia de sua área de drenagem (Kelts, 1988),

Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil w.pgt.com.br podendo variar desde completamente autóctone até quase toda proveniente de fora do lago (Meyers & Ishiwatari, 1993). A principal fonte de matéria orgânica autóctone nos lagos são os organismos primários, principalmente algas. Evidências moleculares e isotópicas entretanto indicam que bactérias quimio- e fotossintéticas também podem representar uma importante fração da matéria orgânica primária preservada nos sedimentos (Kelts, 1988; Meyers & Ishiwatari, 1993; Hollander et al., 1991).

A produtividade primária é condicionada por uma série de fatores, tais como luminosidade, temperatura, disponibilidade de nutrientes (especialmente fósforo e nitrogênio), salinidade, pH, etc. (Wetzel, 1983; Kelts, 1988; Katz, 1990 e 1995). Os fatores luminosidade e temperatura são críticos, como demonstrado pelos níveis de produtividade mais altos dos em lagos de regiões tropicais quando comparados aos de zonas temperadas ou frias (Likens, 1975; Wetzel, 1983). No entanto, dentre todos os fatores, o mais importante é a disponibilidade de nutrientes (Katz, 1990). Enquanto em pequenos lagos o escoamento superficial e os rios podem representar importantes fontes de nutrientes, em corpos d’água de grandes dimensões, a manutenção de altos níveis de produtividade depende principalmente da eficiência da reciclagem de nutrientes a partir da biomassa depositada no fundo do lago. Em lagos atuais, Fee (1979) demonstrou a existência de uma correlação linear positiva entre produtividade primária e a razão entre a área de sedimento exposta ao epilímnio e o volume de epilímnio do lago.

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O grau de preservação da matéria orgânica depende da concentração de oxigênio ao longo da coluna d’água e na interface água/sedimento (Demaison & Moore, 1980). Sob condições óxicas, bactérias aeróbicas e metazoários degradam a biomassa. Já sob condições disóxicas/anóxicas, a ação desses organismos é restringida, e as bactérias anaeróbicas que empregam nitratos e sulfatos como agentes oxidantes passam a ser as responsáveis pela alteração da matéria orgânica. Em lagos anóxicos de água doce, devido à pouca disponibilidade desses agentes oxidantes (oxigênio, sulfato, etc.), a biomassa é alterada principalmente por bactérias metanogênicas (Katz, 1990). Existem controvérsias sobre a influência do nível de oxigenação sobre o grau de alteração da matéria orgânica, já que experimentos de laboratório reportam taxas similares de decomposição sob condições óxicas ou anóxicas, enquanto estudos geológicos mostram que a taxa de decomposição parece ser significativamente menor sob condições anóxicas (Demaison & Moore, 1980; Pederson & Calvert, 1990; Canfield, 1994; e Harvey et al., 1995). Conforme destacado por Peters & Moldowan (1993) entretanto, ao contrário dos experimentos de laboratório, onde não há restrição no suprimento de agentes oxidantes, sob condições naturais esses agentes são supridos principalmente pela ação dos organismos bentônicos que escavam os sedimentos. Como em ambientes anóxicos tais organismos estão ausentes, não há uma renovação adequada dos oxidantes, o que acaba resultando em menores taxas de decomposição e num produto final mais rico em hidrogênio.

O tempo de exposição da biomassa ao longo da coluna d’água e na interface águasedimento também afeta o grau de preservação da matéria orgânica. Enquanto o tempo de trânsito da biomassa entre a superfície e o fundo do lago é reflexo da profundidade e do contraste de densidade entre a água e a matéria orgânica, o tempo de permanência na interface água/sedimento é condicionado principalmente pela taxa de sedimentação. Em lagos cuja a coluna d’água é toda óxica, altas taxas de sedimentação podem auxiliar na preservação da matéria orgânica, retirando-a da interface água/sedimento. Por outro lado, em lagos onde a porção inferior da coluna d’água é anóxica, a matéria orgânica é degradada apenas ao longo da parte óxica da coluna e a taxa de sedimentação já não representa um fator tão crítico para sua preservação (Katz, 1990). Cabe ressaltar que em ambos casos (ambiente óxico ou anóxico) altas taxas de sedimentação podem afetar drasticamente o conteúdo orgânico final devido ao efeito de diluição da matéria orgânica pelos sedimentos.

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As rochas geradoras de petróleo de origem lacustre são tidas como constituídas por querogênio do tipo I (Espitalié et al., 1977; Tissot & Welte, 1994), caracterizado por ser mais rico em hidrogênio e portanto apresentar maior potencial para a geração de hidrocarbonetos líquidos quando comparado aos querogênios dos tipos I (marinho) e I (de origem terrestre). Os folhelhos oleígenos Eocênicos da Formação Green River (Wyoming, EUA) constituem o exemplo clássico de rocha geradora lacustre portadora de querogênio do tipo I (Van Krevelen, 1961; Tissot & Welte, 1994). Embora diversas outras seções lacustres apresentem características geoquímicas indicativas do predomínio desse tipo de querogênio (ex. Burwood et al., 1992; Mello et al., 1988; Kuo, 1994; Trindade et al., 1995), há também inúmeros casos de rochas geradoras lacustres portadoras de outros tipos de querogênio.

Talbot (1988) por exemplo, observou um predomínio de querogênio do tipo I nos sedimentos recentes de alguns lagos do sistema rift do leste Africano. Ariztegui et al. (1994) também reportou uma alternância de querogênios dos tipos I e I nos sedimentos de lagos na Suíça, atribuindo o fato à variações nas condições físico-químicas da coluna d’água e na natureza da biota dominante (diatomáceas vs. dinoflagelados). A presença em variadas proporções de querogênio do tipo I também tem sido reportada por diversos autores em diferentes sistemas lacustres (ex: Powell, 1986; Horsfield et al., 1994). Também é importante mencionar a existência de uma variedade particular de querogênio do tipo I, denominado como tipo I-S por seu elevado conteúdo de enxofre (Sinninghe Damsté et al., 1993), encontrada em rochas geradoras lacustres de água salina/hipersalina (ex. Terciário da China; Peters et al., 1996).

Rochas geradoras de origem lacustre são responsáveis pela origem de uma parcela significativa das reservas de petróleo em várias regiões do mundo (ex. Indonésia, China, Brasil, Sumatra, Oeste da África e Austrália; Katz, 1990). No Brasil em particular, estas rochas são responsáveis por cerca de 95% das reservas de petróleo descobertas até o momento (Mello & Maxwell, 1990), tendo gerado todo o petróleo das bacias de Campos, Camamu-Almada, Recôncavo e Tucano, e parte do petróleo encontrado nas bacias w.pgt.com.br

Formação de Rochas Geradoras Lacustres: O Exemplo da Bacia de Camamu, Ne do Brasil de Santos, Espírito Santo, Cumuruxatiba, Sergipe-Alagoas, Potiguar e Ceará. Com a crescente importância das rochas geradoras lacustres para a exploração de petróleo em diversas partes do mundo, aumentou a busca de modelos que permitissem predizer sua ocorrência e distribuição. Ao longos das últimas três décadas diversos modelos foram gerados com base no estudo de lagos recentes e seqüências lacustres antigas.

Eugster & Hardie (1975) e Kirkland & Evans (1981) consideraram os lagos hipersalinos como ambientes propícios para o desenvolvimento de rochas ricas em matéria orgânica devido a freqüente “explosão” de produtividade primária de organismos fitoplanctônicos adaptados a condições ambientais extremas.

Demaison & Moore (1980), usando como base o Lago Tanganika (África Oriental), desenvolveram o modelo de grandes lagos profundos e anóxicos como ambiente ideal para a formação de rochas geradoras lacustres.

Powell (1986), a partir do estudo de lagos Australianos e Chineses, concluiu que a maioria das rochas potencialmente geradoras se depositam em lagos meromíticos, com produtividade moderada/baixa e significativo aporte de matéria orgânica terrestre.

Kelts (1988), com base em uma extensa discussão teórica e tendo em conta dados de diversos lagos recentes e antigos, considera que o lago ideal para a formação de rochas geradoras deve ser de clima subtropical, grande, relativamente profundo, mesosalino e alcalino, de modo a favorecer a concentração de nutrientes, a estratificação da coluna d’água, e a manutenção de um grande volume de biomassa.

Talbot (1988) reuniu dados sobre o padrão de estratificação/circulação de água de diversos lagos africanos atuais e de teores médios de carbono orgânico (COT) nos sedimentos, verificando que os lagos permanentemente estratificados (Tanganika, Kivu, Malawi e Bosumtwi) ou com circulação episódica (Edward e Victoria) apresentam de modo geral altos teores de COT, enquanto os lagos não-estratificados, mesmo possuindo altos níveis de produtividade primária, apresentam baixos teores de COT (Chad e Turkana). De acordo com este autor os valores mais baixos de COT são encontrados nos sedimentos depositados sob condições de clima seco e nível de lago baixo, enquanto valores mais elevados de COT se encontram nos sedimentos depositados em condições de clima úmido e nível de lago alto.

Katz (1990), igualmente baseado em dados dos sedimentos recentes de lagos da

África Oriental (Tanganika, Albert, Edward e Kivu), concluiu que a preservação constitui um fator chave para a formação de rochas geradoras lacustres.

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Mello & Maxwell (1990), suportados por dados geológicos e geoquímicos de seções lacustres Eocretácicas de bacias da margem continental brasileira, propõem dois modelos de formação de rochas geradoras lacustres: (1) lagos de água doce/salobra anóxicos e (2) lagos salinos, alcalinos, com alta produtividade primária e estratificados.

Burwood et al. (1992) e Kuo (1994) encontraram condições similares às brasileiras para a formação de rochas geradoras lacustres Eocretácicas das bacias do Gabão, Congo e Cabinda, na margem continental oeste da África.

Horsfield et al. (1994) observaram na Formação Green River (Bacia de Washakie,

EUA) que os sedimentos depositados sob condições de clima árido e água alcalina apresentam altos teores de matéria orgânica e índices de hidrogênio, enquanto os depósitos de paleolago de água doce e clima úmido são geralmente pobres em matéria orgânica.

Soreghan & Cohen (1996), baseados em estudos sedimentológicos e geoquímicos de sedimentos recentes do Lago Tanganika, observaram que os valores de COT tendem aumentar sob condições de nível de lago crescente.

Guzzo & Arienti (1998), por sua vez, sustentam com base em evidências sedimentológicas e geoquímicas que níveis ricos em matéria orgânica da seqüência rift nas bacias do Recôncavo e Sergipe-Alagoas se depositaram em fases de nível de lago baixo.

Como pode se observar pela descrição dos diversos modelos, existem algumas semelhanças porém muitas diferenças e contradições importantes. Tal diversidade reflete a complexa interação entre os vários fatores que controlam a formação de rochas geradoras de petróleo nos lagos (Fig. 5), a qual dificulta a elaboração de modelos de caráter universal que possam descrever e prever a distribuição e as caraterísticas dessas rochas em qualquer bacia lacustre.

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