17Modelos de fácies

Um testemunho de um poço com um quilômetro de profundidade: um metro de areia grossa com estratificação cruzada, apoiada sobre uma base abrupta, que se torna para cima um silte com vestígios de raízes, e depois areia de novo sobre outra base abrupta. O geólogo lê um rio que serpenteou por sua planície, embora nenhum rio corra ali hoje. A leitura apoia-se em duas ferramentas: um conjunto de modelos, cada um um resumo de muitos exemplos modernos e antigos de um mesmo ambiente, e uma lei que transforma uma sucessão vertical de camadas em um mapa de ambientes vizinhos.

O que você já sabe

Fácies sedimentares, ambiente de deposição, formas de leito, estratificação cruzada, deltas dos três tipos, correntes de turbidez, turbiditos e camadas com gradação estão no volume do primeiro ano, no capítulo sobre sedimentos clásticos e seus ambientes; a fábrica carbonática, os recifes e as plataformas carbonáticas, no capítulo sobre sedimentos carbonáticos, silicosos e evaporíticos; o perfil de sondagem e a correlação de perfis, no capítulo sobre seções geológicas. Porosidade e permeabilidade estão nos livros escolares. Parassequências, superfícies de inundação e tratos de sistemas estão no capítulo 16. As ondas em águas profundas, cujo movimento se atenua com a profundidade, estão nos volumes de física.

17.1 Fácies, sucessões e a lei de Walther

Uma fácies sedimentar descreve-se a partir do que se vê em um testemunho ou em um penhasco: granulometria, seleção, estruturas, fósseis, cor. Uma única fácies raramente é diagnóstica: areia com estratificação cruzada forma-se em rios, em praias, em canais de maré e em desertos. O que identifica um ambiente é a companhia que a fácies mantém e a ordem em que as fácies se sucedem.

Definição 17.1 (Associação de fácies e sucessão de fácies)

Uma associação de fácies é um grupo de fácies que ocorrem juntas e foram depositadas em um mesmo ambiente, como areia de canal, silte de dique marginal e lama de planície de inundação com raízes. Uma sucessão de fácies é uma sequência vertical de fácies na qual alguma propriedade muda progressivamente para cima; em uma sucessão com granodecrescência ascendente a granulometria diminui para cima, e em uma sucessão com granocrescência ascendente ela aumenta.

Definição 17.2 (Modelo de fácies)

Um modelo de fácies é um resumo geral de um ambiente de deposição, extraído de muitos exemplos modernos e antigos: as fácies que produz, sua geometria, suas relações laterais e as sucessões que constroem. Ele serve como norma para comparar um novo exemplo, como guia para observações adicionais, como preditor em situações novas e como base para interpretar o ambiente.

A ponte entre o lateral e o vertical é uma lei. Ambientes vizinhos situam-se lado a lado a qualquer momento: a praia ao lado da antepraia, a antepraia ao lado da lama de mar aberto. Quando a linha de costa se desloca, cada ambiente passa a jazer sobre o seu vizinho.

Teorema 17.3 (Lei de Walther)

Em uma sucessão concordante, sem uma quebra significativa na deposição nem uma superfície erosiva, as fácies que se situam diretamente umas sobre as outras foram depositadas em ambientes que estavam lado a lado na época.

A lei funciona nos dois sentidos. Uma regressão empilha os cinturões na sua ordem em direção ao mar para cima, e uma transgressão, na ordem inversa; e uma sucessão vertical lida em um testemunho fornece o mapa dos ambientes vizinhos à época. Ela falha exatamente onde o Capítulo 16 situa suas superfícies-chave: através de um limite de sequência, onde a exposição e a erosão levam areia fluvial sobre lama de plataforma, e através de uma superfície de inundação, onde a lama de mar aberto repousa diretamente sobre a planície costeira.

17.2 Rios

Definição 17.4 (Rios entrelaçados e meandrantes)

Um rio entrelaçado escoa em vários canais rasos que se dividem e se reúnem em torno de barras, sobre uma planície íngreme, onde há abundante carga grossa e vazão variável. Um rio meandrante escoa em um único canal sinuoso sobre uma planície mais suave, transportando mais sedimento fino; ele migra erodindo a margem externa de cada curva e depositando na margem interna. O depósito da margem interna é uma barra de pontal. A avulsão é o abandono de um canal para um novo curso através da planície de inundação, geralmente depois que uma cheia rompe um dique marginal.

Uma barra de pontal cresce lateralmente à medida que a curva migra, de modo que em qualquer lugar ela registra a seção transversal do canal da base ao topo: uma lag formada pelos clastos mais grossos sobre uma base erosiva, areia com estratificação cruzada vinda das dunas do canal profundo, areia mais fina com marcas onduladas do topo raso da barra e, em seguida, o silte e a lama da planície de inundação, com raízes e solos. Pela lei de Walther esta sucessão com granodecrescência ascendente, com alguns metros de espessura, tem a espessura da profundidade do canal. Um rio entrelaçado deixa lençóis empilhados de areia com estratificação cruzada e cascalho com pouca lama, cuja granulometria quase não muda para cima; seus finos são levados embora. A avulsão desloca o cinturão de canais pela planície, de modo que os corpos de canal se empilham ao acaso entre lamas de planície de inundação, separados por bases erosivas nítidas.

17.3 Litorais, deltas e plataformas

Os deltas do volume do primeiro ano, dominados por rios, ondas ou marés, constroem-se todos pelo mesmo mecanismo: a desembocadura deposita sua carga onde a corrente diminui, e a frente deltaica prograda sobre suas próprias lamas de pró-delta. Uma frente deltaica ou antepraia em progradação deixa, pela lei de Walther, uma sucessão com granocrescência ascendente: lama de mar aberto, lama intercalada com areia de tempestade, areia de antepraia, praia. Cada parassequência do capítulo anterior é uma dessas sucessões.

Definição 17.5 (Antepraia e bases de ondas)

A antepraia é a zona inclinada situada do lado do mar, em relação à praia, onde as ondas retrabalham continuamente o fundo do mar. Sua base é a base das ondas de tempo bom, a profundidade abaixo da qual as ondas comuns não movem mais o sedimento do fundo. A base das ondas de tempestade é o limite mais profundo atingido pelas ondas de tempestade; entre as duas, a lama assenta em tempo calmo e é retrabalhada em camadas de areia durante as tempestades. Abaixo da base das ondas de tempestade, o fundo não é perturbado pelas ondas.

O movimento orbital de uma onda em águas profundas decai como $e^{-2\pi z/\lambda}$ com a profundidade $z$, para um comprimento de onda $\lambda$: a meio comprimento de onda ela mantém $4\,\%$ de sua amplitude na superfície, o que define a escala de uma base de ondas. Boias registraram mais de dois milhões de espectros de ondas no Caribe, no golfo do México e no oeste do Atlântico, que fornecem comprimentos de onda modais de cerca de $75\,\mathrm{m}$ nos mares abrigados e de cerca de $110\,\mathrm{m}$ na margem aberta, e mostram que, quando calculados como médias ao longo de semanas a anos, os comprimentos de onda não se separam em uma classe de tempo bom e uma classe de tempestade: a chance de uma onda agitar o fundo cresce de forma contínua à medida que a lâmina d’água diminui. As duas bases de ondas continuam sendo termos úteis para zonas de um perfil, não profundidades precisas.

Definição 17.6 (Estratificação cruzada hummocky)

A estratificação cruzada hummocky é uma estratificação de areia fina em lâminas suavemente curvas, côncavas para cima (depressões) e convexas para cima (cumes), que se cortam em baixos ângulos e engrossam e afinam lateralmente, em comprimentos de onda de um metro a vários metros. Ela se forma pelos fluxos oscilatórios e combinados das ondas de tempestade, entre a base das ondas de tempo bom e a base das ondas de tempestade.

No campo — Camadas de tempestade em uma plataforma siluriana

Na Formação Arisaig, em Nova Scotia, camadas de arenito fino separam folhelhos mais escuros. Geólogos que estudaram essas camadas reconhecem as lâminas baixas, curvas entrecruzadas da estratificação cruzada hummocky: cada camada registra uma tempestade que agitou a plataforma abaixo do alcance das ondas comuns, e a lama ao seu redor registra a longa calmaria entre as tempestades.

Onde as marés dominam, as fácies mudam: correntes de enchente e de vazante constroem estratificações cruzadas com sentidos opostos, cortinas de lama assentam-se a cada águas paradas, e a espessura dos conjuntos entre as cortinas aumenta e diminui com o ciclo de marés de sizígia e de quadratura. Canais de maré, planícies e cordões arenosos têm modelos próprios, construídos da mesma forma.

17.4 Águas profundas

Uma corrente de turbidez que desacelera deposita sua carga na ordem de sedimentação: primeiro os grãos mais grossos, por último os mais finos. Uma camada completa de turbidito mostra essa ordem em cinco divisões.

Definição 17.7 (Sequência de Bouma)

A sequência de Bouma é a sucessão ideal de divisões em uma camada de turbidito, da base ao topo: Ta, areia maciça ou gradada sobre uma base erosiva com marcas de sulco e de ferramenta; Tb, areia com laminação paralela; Tc, areia fina com laminação cruzada de marcas onduladas e convoluta; Td, silte com laminação paralela; Te, lama, em parte da corrente de turbidez e em parte da lenta sedimentação entre os fluxos.

Poucas camadas mostram as cinco: perto da fonte a corrente é rápida e deixa divisões Ta espessas com as superiores erodidas pelo fluxo seguinte; longe dela chegam apenas as divisões mais finas, de Tc a Te. A sequência registra, assim, o declínio de um fluxo, e a mudança das camadas ao longo do leque registra o declínio dos fluxos com a distância.

Definição 17.8 (Leque submarino)

Um leque submarino é um cone de sedimento na base de um talude continental, alimentado por um cânion: um leque superior com um canal principal entre diques marginais, um leque médio de canais distributários que terminam em lobos arenosos, e um leque inferior de turbiditos delgados que passam a lama do assoalho da bacia.

Ao longo da margem, correntes profundas impulsionadas pela circulação oceânica retrabalham o sedimento fino do talude em contorritos, montes e drifts silte e lama bioturbados que crescem ao longo das isóbatas, e não encosta abaixo.

17.5 Plataformas carbonáticas

O sedimento carbonático é produzido no local onde se encontra, por organismos em água quente, límpida e rasa, e suas fácies seguem o perfil da plataforma que a fábrica carbonática constrói para si mesma.

Definição 17.9 (Rampa carbonática e plataforma com borda)

Uma rampa carbonática é uma plataforma cujo assoalho inclina-se suave e uniformemente desde a linha de costa até a bacia, sem nenhuma quebra: seus cinturões de fácies, desde planícies de maré e areias de barreiras de praia até grãos de baixio, areia bioclástica e lama calcária de águas profundas, são largos e passam gradualmente uns para os outros, selecionados pela energia das ondas, que diminui com a profundidade. Uma plataforma com borda é uma plataforma de topo plano com uma quebra de declive marcada em sua margem, onde recifes e bancos de areia constroem uma borda que abriga uma laguna atrás dela; além da borda, um talude íngreme despeja blocos e grãos na bacia.

Sobre o topo de uma plataforma plana, uma pequena elevação do nível relativo do mar inunda as planícies de maré, e a fábrica, trabalhando mais rapidamente na água mais rasa, preenche novamente o espaço até o nível do mar em pouco tempo. O resultado é uma pilha de ciclos peritidais com um ou alguns metros de espessura, cada um uma parassequência de raseamento ascendente, desde lama subtidal até uma planície de maré com fendas de dessecação ou tapetes microbianos, coberta pela superfície de inundação seguinte.

17.6 Testemunhos e perfis de poços

A maior parte da rocha sob as bacias sedimentares é conhecida por furos de sondagem. Poucos são testemunhados, e seus testemunhos são descritos camada por camada, como um penhasco; quase todos são perfilados.

Definição 17.10 (Perfis a cabo)

Um perfil a cabo é um registro contínuo de uma propriedade física das rochas em função da profundidade, medido por uma sonda descida por um cabo em um furo de sondagem. O perfil de raios gama registra a radiação gama natural da rocha, em unidades API: alta em folhelho, cujas argilas contêm potássio, tório e urânio, baixa em areia quartzosa limpa e em calcário. O perfil de densidade registra a densidade aparente a partir do espalhamento de raios gama emitidos por uma fonte na sonda. O perfil sônico registra o tempo de trânsito intervalar de uma onda compressional, em microssegundos por pé. O perfil de nêutrons registra a desaceleração de nêutrons pelo hidrogênio, e portanto a água retida nos poros e nas argilas.

A unidade API de raios gama é definida em uma fossa de calibração: um duzentésimo da diferença entre uma zona de radioatividade desprezível e uma zona com os radioisótopos de um folhelho médio, a cerca do dobro de sua concentração. Carvão, calcário e dolomito costumam ser menos radioativos que o folhelho; o arenito quartzoso é baixo, e um arcóseo rico em feldspato potássico é mais alto; qualquer rocha pode tornar-se radioativa pelo urânio carreado pela água subterrânea.

Proposição 17.11 (Porosidade a partir da densidade e do tempo de trânsito)

Uma rocha de porosidade $\phi$, com grãos de densidade $\rho_{\mathrm{ma}}$ e poros preenchidos por um fluido de densidade $\rho_f$, tem a densidade aparente $\rho_b = (1 - \phi)\rho_{\mathrm{ma}} + \phi\rho_f$, de modo que

$$\phi = \frac{\rho_{\mathrm{ma}} - \rho_b}{\rho_{\mathrm{ma}} - \rho_f}.$$

Se uma onda compressional atravessa os grãos e o fluido em série, em comprimentos proporcionais a $1 - \phi$ e $\phi$, seu tempo de trânsito é $\Delta t = (1 - \phi)\Delta t_{\mathrm{ma}} + \phi\Delta t_f$ (a equação da média temporal), e $\phi = (\Delta t - \Delta t_{\mathrm{ma}})/(\Delta t_f - \Delta t_{\mathrm{ma}})$.

As densidades dos grãos são $2.65\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ para o quartzo e $2.71\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ para o calcário; a água dos poros tem $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ quando doce e até $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ como salmoura. Os tempos de trânsito variam de 42 a $48\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ na dolomita, de 48 a 53 no calcário, 53 para um arenito consolidado, e 189 na salmoura. A equação da densidade é exata para uma matriz conhecida; a equação da média temporal é uma regra empírica que funciona melhor em rochas consolidadas com poros intergranulares. O folhelho quebra as duas: as argilas têm densidades próprias e retêm água ligada.

Definição 17.12 (Razão net-to-gross)

A razão net-to-gross de um intervalo é a espessura de sua rocha de qualidade de reservatório, geralmente areia identificada no perfil de raios gama abaixo de um valor de corte, dividida pela espessura total do intervalo.

A forma da curva de raios gama através de um corpo arenoso é uma ferramenta de fácies. Um sino, limpo na base e mais argiloso para cima, indica uma sucessão com granodecrescência ascendente, como em uma barra de pontal ou no preenchimento de um canal; um funil, argiloso na base e limpo no topo, indica uma sucessão com granocrescência ascendente, como em uma antepraia progradante ou na frente de um delta; um cilindro, limpo ao longo de toda a espessura, com limites abruptos, indica uma areia de rio entrelaçado empilhada, uma duna eólica ou um banco carbonático. As formas são indícios, não provas: um testemunho, ou ao menos os perfis vizinhos, deve confirmá-las.

No laboratório — Descrevendo um testemunho

Em um depósito de testemunhos, os testemunhos de um poço são dispostos em bandejas, partidos longitudinalmente, na ordem de sua profundidade. Um sedimentólogo descreve o testemunho camada por camada em uma ficha de perfil: granulometria com uma lupa de mão e uma tabela de comparação, estruturas, contatos, fósseis, vestígios de galerias e raízes, a cor da lama. A descrição é então colocada ao lado dos perfis a cabo das mesmas profundidades, o que calibra as formas dos perfis contra a rocha e permite ler os poços vizinhos que não foram testemunhados.

17.7 Exercícios

Exercício 17.1 ★

Um testemunho mostra, da base para cima: lama de plataforma externa, lama intercalada com areia fina, areia de antepraia, areia de praia, depois carvão com raízes. Usando a lei de Walther, dê a ordem dos ambientes ao longo da costa na época e a direção em que a linha de costa se deslocou. O que uma transgressão teria deixado?

Solução

Solução de Exercício 17.1.

Do mar para a terra: offshore, transição offshore com areias de tempestade, antepraia, praia, uma planície costeira com pântanos. Cada ambiente passou a repousar sobre o vizinho situado mais para o mar: a linha de costa deslocou-se para o mar, numa regressão. Uma transgressão os teria empilhado no sentido inverso, com a planície costeira na base e lama de offshore no topo, frequentemente com uma superfície de erosão onde a antepraia se deslocava.

Exercício 17.2 ★

Três corpos arenosos apresentam formas de raios gama: (a) um sino com $8\,\mathrm{m}$ de espessura e base abrupta; (b) um funil com $20\,\mathrm{m}$ de espessura; (c) um cilindro com $30\,\mathrm{m}$ de espessura, com topo e base abruptos. Sugira um ambiente para cada um, e a observação em um testemunho que o confirmaria.

Solução

Solução de Exercício 17.2.

(a) Preenchimento de canal ou barra de pontal: base erosiva com cascalho, estratificações cruzadas, depois marcas onduladas e lama com raízes. (b) Antepraia progradante ou frente deltaica: lama com camadas de areia de tempestade e estratificação cruzada hummocky na base, areia de antepraia com estratificação cruzada e praia acima. (c) Areia de rio entrelaçado empilhada, duna eólica ou banco carbonático: conjuntos de estratificação cruzada de granulometria constante, com grandes foresets de duna no caso eólico ou grãos esqueléticos e oolíticos no caso do banco.

Exercício 17.3 ★

Um arenito apresenta $\rho_b = 2.40\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$. Calcule a porosidade com uma matriz de quartzo e água doce e, em seguida, com salmoura de $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$.

Solução

Solução de Exercício 17.3.

$\phi = (2.65 - 2.40)/(2.65 - 1.0) = 0.152$; com salmoura, $0.25/1.55 = 0.161$.

Exercício 17.4 ★

Ondas de comprimento de onda modal $75\,\mathrm{m}$ e $110\,\mathrm{m}$ (o mar abrigado e o aberto do estudo com boias). Estime a profundidade em que cada uma mantém $4\,\%$ de seu movimento na superfície, e a fração que resta a uma profundidade de $20\,\mathrm{m}$.

Solução

Solução de Exercício 17.4.

$e^{-2\pi z/\lambda} = e^{-\pi} = 0.043$ em $z = \lambda/2$: cerca de $38\,\mathrm{m}$ e $55\,\mathrm{m}$. Em $20\,\mathrm{m}$: $e^{-2\pi\times20/75} = 0.19$ e $e^{-2\pi\times20/110} = 0.32$ do movimento da superfície.

Exercício 17.5 ★★

Um calcário apresenta $\Delta t = 60\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. Calcule sua porosidade com a equação do tempo médio para uma matriz de 47.6 e de $52.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ e salmoura com $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. O que a diferença ensina?

Solução

Solução de Exercício 17.5.

$(60 - 47.6)/(189 - 47.6) = 0.088$; $(60 - 52.6)/(189 - 52.6) = 0.054$. Um valor de matriz incerto em $5\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ altera a porosidade em um terço: a equação de média temporal exige um valor de matriz verificado em testemunhos.

Exercício 17.6 ★★

Um intervalo de $40\,\mathrm{m}$ contém camadas de areia de 6.0, 3.5, 8.0 e $2.5\,\mathrm{m}$ abaixo do valor de corte, sendo o restante lama. Calcule sua razão net-to-gross. Com uma porosidade de $22\,\%$ na areia, quanto volume de poros contém um quilômetro quadrado do intervalo?

Solução

Solução de Exercício 17.6.

$(6.0 + 3.5 + 8.0 + 2.5)/40 = 20/40 = 0.50$. Volume de poros: $20\times0.22 \times10^6 = 4.4 \times 10^{6}\,\mathrm{m}^{3}$ por quilômetro quadrado.

Exercício 17.7 ★★

Uma camada de turbidito próxima à boca de um cânion tem $1.2\,\mathrm{m}$ de areia maciça (Ta) erodida no topo pela camada seguinte; $30\,\mathrm{km}$ abaixo do leque, uma camada do mesmo fluxo tem $8\,\mathrm{cm}$ de areia fina e silte com laminação ondulada sob $3\,\mathrm{cm}$ de lama. Nomeie as divisões de cada uma e explique a mudança.

Solução

Solução de Exercício 17.7.

Perto do cânion: somente Ta, com as divisões superiores removidas pelo fluxo seguinte; ao longo do leque: Tc (marcas onduladas) e Td (silte) sob Te (lama). A corrente perde velocidade e sua carga grossa com a distância; apenas a fração fina percorre $30\,\mathrm{km}$, e é depositada por um fluxo mais lento que forma marcas onduladas, e não por decantação de uma suspensão densa.

Exercício 17.8 ★★

Uma sucessão com granodecrescência ascendente de $9\,\mathrm{m}$ de espessura tem uma base abrupta com seixos, areia com estratificação cruzada, areia fina ondulada e lama com raízes. Interprete-a e estime a profundidade do canal que a construiu. A lei de Walther pode ser aplicada através de sua base? Por quê?

Solução

Solução de Exercício 17.8.

Barra de pontal de um rio meandrante: pavimento residual (lag) sobre o fundo erodido do canal, areia com estratificação cruzada do canal profundo, areia com marcas onduladas no topo da barra, lama de planície de inundação com raízes. A sucessão registra o canal desde o fundo até a margem, de modo que o canal tinha cerca de $9\,\mathrm{m}$ de profundidade (um pouco menos, após compactação da lama). A base não entra no cálculo: trata-se de uma superfície erosiva, e o que jazia abaixo pode ter sido qualquer depósito mais antigo.

Exercício 17.9 ★★

Um assoalho de plataforma desce $60\,\mathrm{m}$ ao longo de $40\,\mathrm{km}$; outro mantém uma profundidade de $5\,\mathrm{m}$ por $30\,\mathrm{km}$, depois desce $300\,\mathrm{m}$ ao longo de $1.5\,\mathrm{km}$. Calcule os dois gradientes, nomeie cada plataforma e as fácies esperadas na borda da segunda.

Solução

Solução de Exercício 17.9.

$60/40\,000 = 0.0015$, $0.09{}^{\circ}$: uma rampa. $300/1500 = 0.20$, $11.3{}^{\circ}$, após um topo plano de $5\,\mathrm{m}$ de profundidade: uma plataforma com borda, com grãos de recife ou de banco na margem, e blocos e fluxos granulares na encosta abaixo.

Exercício 17.10 ★★★

Uma linha de costa progradaria com velocidade $v$ enquanto o nível relativo do mar sobe a uma taxa $A$, e seu cinturão de antepraia tem largura $w$. Mostre que a areia de antepraia na sucessão vertical tem espessura $h = wA/v$. Calcule-a para $w = 2\,\mathrm{km}$, $A = 0.2\,\mathrm{m}/\mathrm{kyr}$ e $v = 20\,\mathrm{m}/\mathrm{kyr}$, e diga o que acontece quando $A = 0$. Compare com a proposição sobre a trajetória da linha de costa do Capítulo 16.

Solução

Solução de Exercício 17.10.

A faixa leva um tempo $w/v$ para passar por um ponto fixo, durante o qual o substrato sobe em relação ao nível do mar, à taxa $A$: a areia preenche $h = A\,w/v$. $2000\times0.2/20 = 20\,\mathrm{m}$. Com $A = 0$, a antepraia deixa apenas a espessura do próprio perfil, um lençol delgado, pois as faixas deslizam uma sobre outra sem agradação. A razão $A/v$ é a tangente do ângulo da trajetória da proposição do Capítulo 16: a espessura de cada fácies é sua largura multiplicada por essa tangente.

Exercício 17.11 ★★★

Um arenito apresenta $\rho_b = 2.30\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ e $\Delta t = 86\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. Calcule sua porosidade a partir de cada perfil com uma matriz de arenito de quartzo (2.65, $52.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$) e salmoura (1.0 para a densidade, $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$). Se a porosidade sônica estiver correta, que densidade de grão o perfil de densidade implica, e o que pode ser o cimento?

Solução

Solução de Exercício 17.11.

Densidade: $(2.65 - 2.30)/1.65 = 0.212$; sônico: $(86 - 52.6)/136.4 = 0.245$. Com $\phi = 0.245$, $\rho_{\mathrm{ma}} = (2.30 - 0.245)/(1 - 0.245) = 2.72\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: mais denso que o quartzo, como num arenito cimentado por calcita (2.71) ou contendo grãos de calcita.

Exercício 17.12 ★★★

Em um testemunho, lama marinha preta repousa diretamente sobre um carvão com raízes, com uma fina camada de detritos de conchas no contato. Explique por que a lei de Walther não se aplica através dele, qual superfície é essa e quanto da sucessão costeira pode estar ausente se as ondas erodiram o assoalho até uma base das ondas de tempo bom de cerca de $10\,\mathrm{m}$ à medida que a linha de costa passava.

Solução

Solução de Exercício 17.12.

Lama de offshore sobre uma camada de carvão põe em contato ambientes não adjacentes: uma superfície de inundação, aqui uma superfície transgressiva de erosão por ondas, com detritos de conchas como lag. À medida que a linha de costa migrava para o continente, as ondas rebaixaram o substrato até cerca da base das ondas de tempo bom: a praia, a antepraia superior e o topo da planície costeira, até cerca de $10\,\mathrm{m}$ de seção, podem estar ausentes.

17.8 Problema: Varden-2, um poço através da cobertura

Problema 17.1

Problema de fim de semana — os perfis, a porosidade, as fácies e a areia líquida de um poço inventado no sinclinal de Varden

O poço Varden-2 é perfurado no sinclinal das Colinas de Varden, em (7500, 7000) na malha da região, a partir de uma elevação do terreno de $441.0\,\mathrm{m}$, até uma profundidade total de $1200\,\mathrm{m}$. Seus perfis estão desenhados na figura da última seção. Use densidades de grão de 2.65 (quartzo) e $2.71\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ (calcita), uma água de poro de $1.0\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$, tempos de trânsito da matriz de 52.6 (arenito) e $47.6\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ (calcário), e $189\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$ para a água.

Parte I — Leitura dos perfis.

1. O perfil de raios gama salta de 12 para $110\,\mathrm{API}$ em $766\,\mathrm{m}$, cai para 18 em $866\,\mathrm{m}$, torna-se irregular a partir de $1046\,\mathrm{m}$ e estável em $85\,\mathrm{API}$ a partir de $1166\,\mathrm{m}$. Nomeie as unidades atravessadas, usando seus perfis.
2. Calcule a espessura de cada unidade da cobertura e a elevação da base da cobertura.
3. O giz apresenta $2.03\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ perto da superfície e $2.36\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ a $750\,\mathrm{m}$. Calcule sua porosidade nas duas profundidades. O que acontece ao giz com a profundidade?
4. Por que não se atribui porosidade ao folhelho a partir de sua densidade?
5. O xisto apresenta $2.75\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ e $50\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$. O que o embasamento rápido, denso e não poroso diz ao perfurador?

Parte II — Porosidade.

6. O calcário apresenta $2.573\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: calcule sua porosidade por densidade.
7. Ele apresenta $58.9\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$: calcule sua porosidade sônica e compare-a com a obtida pela densidade.
8. A areia limpa dos preenchimentos de canal apresenta $2.32\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$: calcule sua porosidade.
9. Verifique-a com seu tempo de trânsito, $79.9\,\text{µ}\mathrm{s}/\mathrm{ft}$.
10. Se a água de poro fosse uma salmoura de $1.1\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$, em quanto mudaria a porosidade por densidade da areia?
11. Qual unidade faria o melhor aquífero ou reservatório, e qual seria o selante acima dela?

Parte III — Fácies. Um testemunho extraído de 1108 a $1124\,\mathrm{m}$ apresenta, da base para o topo: uma superfície erosiva com clastos de lama e seixos; $10.4\,\mathrm{m}$ de areia média com estratificação cruzada; $3.2\,\mathrm{m}$ de areia fina com marcas onduladas que passa a silte; $2.4\,\mathrm{m}$ de lama marrom-avermelhada com vestígios de raízes.

12. Desenhe a forma esperada do perfil de raios gama ao longo do intervalo recuperado em testemunho.
13. Identifique a sucessão e o ambiente de deposição de cada parte.
14. Com a lei de Walther, descreva os ambientes que se dispunham lado a lado.
15. Estime a profundidade do canal.
16. O arenito contém onze unidades desse tipo, cada uma sobre uma base abrupta. O que o empilhamento revela sobre o rio e sua planície?
17. A lei de Walther pode ser usada para passar de uma unidade para a seguinte? Por quê?

Parte IV — Areia líquida. Os onze preenchimentos de canal, a partir da base do arenito, têm espessuras de 14, 9, 12, 7, 16, 10, 13, 8, 11, 12 e $8\,\mathrm{m}$. Cada um começa com areia limpa ($30\,\mathrm{API}$) sobre uma fração de sua espessura de 0.60, 0.45, 0.55, 0.30, 0.65, 0.40, 0.55, 0.35, 0.50, 0.45 e 0.30, depois granodecresce ao longo de uma fração de 0.25, 0.30, 0.25, 0.40, 0.20, 0.30, 0.25, 0.35, 0.25, 0.30 e 0.35, com a leitura de raios gama crescendo linearmente até $105\,\mathrm{API}$, e termina em lama.

18. Qual fração de cada intervalo de granodecrescência fica abaixo do corte de $60\,\mathrm{API}$?
19. Calcule a areia líquida da unidade mais baixa e da mais espessa.
20. Calcule o total de areia limpa e o total dos intervalos de granodecrescência do arenito.
21. Calcule a razão net-to-gross.
22. Como mudaria a areia líquida com um corte de 45 ou de $75\,\mathrm{API}$?
23. Com a porosidade da areia da questão 8, calcule o volume poroso da areia líquida sob um quilômetro quadrado.
24. Informe a espessura de areia líquida do arenito triássico em Varden-2.

Solução

Solução de Problema 17.1.

1. Giz (frio, baixa densidade), folhelho a partir de $766\,\mathrm{m}$ (quente), calcário a partir de $866\,\mathrm{m}$ (frio, denso, rápido), arenito a partir de $1046\,\mathrm{m}$ (em forma de sino), xisto a partir de $1166\,\mathrm{m}$.

2. Giz $766\,\mathrm{m}$, folhelho 100, calcário 180, arenito $120\,\mathrm{m}$; base da cobertura em $441.0 - 1166 = -725\,\mathrm{m}$.

3. $(2.71 - 2.03)/1.71 = 0.40$ perto da superfície, $(2.71 - 2.36)/1.71 = 0.20$ a $750\,\mathrm{m}$: o giz perde metade de sua porosidade sob o peso da sobrecarga, por compactação.

4. Seus grãos são argilominerais de densidade incerta, e sua água está parcialmente ligada a eles: as premissas da equação deixam de valer.

5. Embasamento cristalino: a cobertura é atravessada, e nenhum reservatório é esperado abaixo.

6. $(2.71 - 2.573)/1.71 = 0.080$.

7. $(58.9 - 47.6)/141.4 = 0.080$: o mesmo valor.

8. $(2.65 - 2.32)/1.65 = 0.200$.

9. $(79.9 - 52.6)/136.4 = 0.200$: o mesmo valor.

10. $0.33/1.55 = 0.213$, cerca de um ponto e um terço a mais.

11. O arenito, com $20\,\%$ de porosidade em suas areias; o folhelho acima do calcário o sela, e as lamas de planície de inundação dividem o arenito em compartimentos.

12. Uma campânula: raio gama baixo na areia com estratificação cruzada, subindo pelo intervalo de granodecrescência até os valores altos da lama com raízes, sobre uma base abrupta.

13. Uma sucessão com granodecrescência ascendente: resíduo de fundo de canal sobre uma base erosiva, dunas de canal (estratificação cruzada), topo da barra de pontal (marcas onduladas), planície de inundação (lama com raízes).

14. O canal, a barra de pontal dele na margem interna, diques marginais e uma planície de inundação com solos, lado a lado.

15. Aproximadamente a espessura de areia e do intervalo de granodecrescência, $10.4 + 3.2 = 13.6\,\mathrm{m}$, um pouco mais antes da compactação.

16. Um rio meandrante cujo cinturão de canais se deslocou repetidamente por avulsão enquanto a bacia subsidia, cada novo canal escavando a planície de inundação deixada pelo anterior.

17. Não: cada base é erosiva; a lama da planície de inundação abaixo dela e a areia do canal acima dela não precisa ter sido vizinha da outra.

18. $(60 - 30)/(105 - 30) = 0.40$.

19. Mínimo: $14\times(0.60 + 0.40\times0.25) = 9.80\,\mathrm{m}$; máximo: $16\times(0.65 + 0.40\times0.20) = 11.68\,\mathrm{m}$.

20. Areia limpa $58.8\,\mathrm{m}$; intervalos de granodecrescência $33.4\,\mathrm{m}$; lama $27.8\,\mathrm{m}$.

21. Líquido $= 58.8 + 0.40\times33.4 = 72.2\,\mathrm{m}$; razão net-to-gross $72.2/120 = 0.60$.

22. Frações 0.20 e 0.60: $65.5\,\mathrm{m}$ e $78.8\,\mathrm{m}$, uma dispersão de $13\,\mathrm{m}$ apenas pela escolha do corte.

23. $72.2\times0.20\times10^6 = 1.44 \times 10^{7}\,\mathrm{m}^{3}$ por quilômetro quadrado.

24. A espessura líquida de arenito triássico em Varden-2 é $72.2\,\mathrm{m}$.