XV SEMANA
VI COINGRESSO IBÉRICO
Caracterização do Carbono Orgânico Total e pirólise Rock-Eval
no intervalo Sinemuriano superior – Pliensbaquiano do sector
norte da Bacia Lusitânica (Portugal)
Total Organic Carbon and Pyrolise Rock-Eval in the Late
Sinemurian – Pliensbachian of the Lusitanian Basin Northern
Sector (Portugal)
Silva, F.1, Duarte, L.V. 1, Oliveira, L. C.2, Rodrigues, R. 3, Comas-Rengifo, M. J. 4
1
Dep. Ciências da Terra, Centro de Geociências, F.C.T. Universidade de Coimbra, 3000-272 Coimbra, Portugal.
[email protected]; [email protected]
2
Petrobras/Cenpes – Cidade Universitária, Ilha do Fundão, 21941-915 Rio de Janeiro, Brasil.
[email protected]
3
Dep. Estratigrafia e Paleontologia, Faculdade de Geologia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de
Janeiro, Brasil. [email protected]
4
Dep. de Paleontología, Facultad de Ciencias Geológicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid,
España, [email protected]
Abstract
The Upper Sinemurian – Pliensbachian interval of the Lusitanian Basin is characterized by a marly limestone
sedimentation rich in bituminous levels. The study of the geochemical parameters, total organic carbon (TOC) and
Rock-Eval pyrolysis, on the outcrops of the most northern part of the basin, allow demonstration of the vertical and
lateral variability of the organic matter distribution, as well as its characterization in this section of the Lusitanian Basin.
In the vertical distribution of the TOC values, two intervals stand out particularly. These are especially rich in organic
matter, and are characterized by a great frequency of values larger than 1% and/or several very high values that can
reach about 10%. The stratigraphical position of these intervals is situated in the Raricostatum Zone (Upper Sinemurian;
Polvoeira Member of the Água de Madeiros Formation) and in the Margaritatus Zone (Upper Pliensbachian; marly
limestones with bituminous facies Member of the Vale das Fontes Formation), with highest values of 8.39% and 9.83%,
respectively. This stratigraphic positioning is identical to those indicated for other locations of the Lusitanian Basin.
The parameters obtained through the analysis of Rock-Eval pyrolises in the samples of the bituminous levels,
allowed the characterization of its hydrocarbon generative potential. The S2 values in these intervals, which accomp any,
proportionately, the TOC values, are frequently above 10 mg HC/g rock, with an average value of 16.67 and highest
values of 43.81 mg HC/ g rock in Raricostatum Zone and highest value of 35.96 mg HC/g rock in the Margaritatus Zone.
It is also these two intervals which show the greatest potential for hydrocarbons generation, with values of HI showing
potential for generation of oil and gas - oil.
Keywords: Total Organic Carbon, Rock-Eval pyrolysis, bituminous marls, Lower Jurassic, Portugal
Resumo
O intervalo Sinemuriano superior - Pliensbaquiano da Bacia Lusitânica é caracterizado por uma sedimentação
margo-calcária rica em níveis betuminosos. O estudo dos parâmetros geoquímicos, carbono orgânico total (COT) e
pirólise Rock-Eval, em afloramentos da parte mais setentrional da bacia, permitiu demonstrar a variabilidade vertical e
lateral da distribuição da matéria orgânica, bem como a sua caracterização neste sector da Bacia Lusitânica. Na
distribuição vertical dos teores de COT, destacam-se particularmente dois intervalos especialmente ricos em matéria
orgânica, caracterizados por uma grande frequência de teores superiores a 1% e/ou vários teores muito elevados que
atingem valores próximos de 10%. A posição estratigráfica destes intervalos situa-se na Zona Raricostatum
(Sinemuriano superior; Membro de Polvoeira da Formação de Água de Madeiros) e Zona Margaritatus (Pliensbaquiano
superior; Membro Margo-calcários com níveis betuminosos da Formação de Vale das Fontes), com teores máximos,
respectivamente, de 8,39% e 9,83%. Este posicionamento estratigráfico é idêntico aos indicados para outros locais da
Bacia Lusitânica.
Os parâmetros obtidos pela análise de pirólise Rock-Eval nas amostras dos níveis betuminosos, permitiu
caracterizar o seu potencial de geração de hidrocarbonetos. Os valores de S2, que acompanham de forma proporcional
os valores de COT, são nestes intervalos frequentemente superiores a 10 mg HC/g de rocha, com média de 16,67 e
máximo de 43,81 mg HC/g de rocha na Zona Raricostatum e máximos de 35,96 mg HC/g de rocha na Zona
Margaritatus. São igualmente estes dois intervalos estratigráficos que apresentam maior potencial de geração de
hidrocarbonetos, com valores de IH indicando potencial de geração de óleo e gás-condensado.
Palavras-chave: Carbono orgânico total, pirólise Rock-Eval, margas betuminosas, Jurássico inferior, Portugal
12. Geoquímica orgânica/ Organic geochemistry
|| 564
XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
Introdução
O
intervalo
compreendido
entre
o
Sinemuriano superior e o Pliensbaquiano
superior da Bacia Lusitânica (BL) é
caracterizado por uma sedimentação margocalcária, materializada por vários níveis ricos em
matéria orgânica (níveis betuminosos), que têm
sido apontados como rochas geradoras de
hidrocarbonetos (GPEP, 1986). Nos últimos
anos, vários estudos que tiveram por base a
geoquímica orgânica, foram realizados neste
intervalo estratigráfico. Entre eles, destacam-se
os trabalhos de Dias (2005), Duarte et al.
(2005), Oliveira et al. (2006) e Silva et al. (2006).
Enquanto o primeiro se refere a dados de
sondagens realizadas onshore na BL até 1990,
os restantes baseiam-se em dados de
afloramentos de alguns dos pontos da bacia
com mais evidências de registo betuminoso.
Para além do elevado número de dados sobre o
carbono orgânico total (COT) da série estudada,
estes primeiros trabalhos demonstraram qual a
definição estratigráfica detalhada destas
ocorrências, tanto ao nível litostratigráfico como
biostratigráfico. Nesta perspectiva, o presente
trabalho tem como objectivo complementar o
estudo da variabilidade lateral e vertical do COT
no sector mais setentrional da BL (entre
Coimbra-Anadia e Figueira da Foz), no intervalo
Sinemuriano superior – Pliensbaquiano, assim
como a sua caracterização através da análise
da pirólise Rock-Eval. Este último método de
análise geoquímica é de grande importância já
que permite descrever o potencial de geração
de hidrocarbonetos, fornecendo informação
acerca da quantidade, tipo e maturidade termal
da matéria orgânica. Para avaliação dos dados
apresentados neste trabalho, seguem-se as
directrizes para a caracterização da matéria
orgânica definidas por Peters (1986).
Enquadramento estratigráfico e
localização dos afloramentos
A posição estratigráfica de todos os
afloramentos estudados abrange o intervalo
entre a parte terminal do Sinemuriano superior
(Zona Raricostatum) e o Pliensbaquiano
superior (Zona Margaritatus), que incorpora
duas Formações e cinco Membros (Duarte &
Soares, 2002). A Formação de Água de
Madeiros, constituída por dois membros, está
representada parcialmente pelo seu membro
inferior (Membro de Polvoeira: MP). A Formação
de Vale das Fontes foi analisada na sua
totalidade, sendo constituída pelos membros
Margas e Calcários com Uptonia e Pentacrinus
(MCUP), Margas e Calcários Grumosos (MCG)
e Margo-Calcários com Níveis Betuminosos
(MCNB) (Fig. 1).
O trabalho de campo centrou-se no sector
Norte da BL e teve por base o levantamento de
colunas litostratigráficas segundo dois eixos:
Coimbra-Figueira da Foz e Coimbra-Anadia
Estas colunas foram realizadas nos lugares de
Cabanas (Brenha – Figueira da Foz), Pedreira
do Mota e Montemor portagem AE-14
(Montemor-o-Velho), Bairro do Loreto, Recheio
cash&carry e Bairro de S. Miguel (Coimbra),
zona industrial de Murtede (Mealhada) e Anadia
(Figs.1 e 2). Foram estudados no total mais de
210 metros de sedimentos.
Fig. 1 – Quadro estratigráfico parcial da BL (seg. Duarte &
Soares, 2002) com a posição estratigráfica dos afloramentos
estudados: Cb - Cabanas (Brenha–Figueira da Foz); PM –
Pedreira do Mota e MVP - Montemor-o-Velho Portagem
(Montemor-o-Velho); BL – Bairro do Loreto, Re – Recheio e
SM - Bairro de S. Miguel (Coimbra); Mu - Murtede
(Mealhada); An – Anadia.
Fig. 2– Mapa do sector norte da Bacia Lusitânica, com a
localização dos afloramentos estudados: 1 - Cabanas
(Brenha–Figueira da Foz); 2 – Pedreira do Mota e
Montemor-Portagem (Montemor-o-Velho); 3 - Bairro de S.
Miguel, Recheio e Bairro do Loreto (Coimbra); 4 - Zona
industrial de Murtede (Mealhada); 5 – Estrada que liga a
Curia e o Complexo Desportivo de Anadia.
Material e métodos
A amostragem foi realizada essencialmente
em fácies margosas cinzentas escuras e/ou
laminadas (“xistentas”), sendo feita mais que
uma amostragem por camada, quando esta
revelou uma variação vertical de fácies de
interesse para a análise geoquímica da matéria
orgânica.
Foram assim colhidas cerca de 140
amostras destinadas à análise de COT e
resíduo insolúvel. Estas amostras foram
pulverizadas até atingirem um diâmetro inferior
a 80 mesh. O COT foi determinado no
equipamento Leco-SC444, dos laboratórios de
geoquímica do Centro de Pesquisas da
12. Geoquímica orgânica/ Organic geochemistry
|| 565
XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
Petrobras (Cenpes) e da UERJ (Brasil) e
expresso em percentagem de peso em relação
à amostra original. A calibragem do
equipamento foi realizada com amostra-padrão
após conjuntos de dez análises.
Nas amostras em que se obtiveram teores
de COT superiores a 1%, foram seleccionadas
para análise de pirólise Rock-Eval. Nestas
condições encontraram-se 65 amostras, mas só
47 foram posteriormente analisadas, seguindo
os procedimentos analíticos descritos em
Espitalié et al. (1977). Cada amostra foi
aquecida no pirolisador Rock-Eval do laboratório
de geoquímica do Cenpes (Petrobras). Os
resultados obtidos foram expressos em
miligramas (mg) de hidrocarbonetos (HC)/grama
(g) de rocha ou mg de CO2/g de rocha.
Definiram-se, assim, os parâmetros S1, S2 e
S3, que caracterizam as fases de geração dos
hidrocarbonetos de acordo com a temperatura
(ver, por exemplo, Oliveira et al., 2006), e a
temperatura em que ocorre a altura máxima do
pico S2 (Tmax). Foram igualmente calculados
os índices de hidrogénio (IH = S2/COT x 100;
expresso em mg de HC/g de COT) e de
oxigénio (IO = S3/COT x 100; expresso em mg
de CO2/g de COT).
Resultados e Discussão
COT
Os dados aqui apresentados ampliam os
publicados anteriormente em Silva et al. (2006),
referentes à Formação de Vale das Fontes e
estendem-se também ao MP da Formação de
Água de Madeiros (Tab. 1). A Formação de Vale
das Fontes foi analisada com mais detalhe, em
particular na sua parte basal, no afloramento de
Montemor-Portagem (Membro MCUP; Zona
Jamesoni), mas também com novos dados de
Anadia (topo da Zona Jamesoni e base da Zona
Ibex), e Recheio – Coimbra (Zona Ibex). Para a
análise do MP estudou-se um novo perfil
(Pedreira do Mota, Zona Raricostatum) (Fig. 1).
A distribuição vertical dos resultados mostra, do
ponto de vista estratigráfico, quatro intervalos
com valores elevados: Zona Raricostatum (valor
máximo de 8,39% e média de 3,11%); Zona
Jamesoni, (Subzona Taylori à base da Subzona
Brevispina), com teor médio de 1,49% e máximo
de 3,79% em Montemor–Portagem; Zona Ibex,
intervalo com reduzida expressão vertical, mas
com teores máximos de 9,12% em Cabanas e
7,26% em Murtede; Zona Margaritatus, intervalo
de maior espessura (20 metros), com teores
médios de 2,72% em Cabanas, 1,47% no Bairro
de S. Miguel e de 1,03% em Murtede, com os
respectivos máximos de 9,83%, 5,2% e 2,17%.
Estes últimos valores, apesar de elevados, são
consideravelmente mais baixos do que os
publicados para outros pontos da BL (Duarte et
al., 2005; Oliveira et al., 2006).
Pirólise
Comparativamente a dados anteriormente
publicados de pirólise sobre o intervalo
estratigráfico em estudo, os resultados obtidos
(alguns apresentados de forma resumida na
Tab.1), superam largamente as seis análises
realizadas em Dias (2005) e complementam as
informações respeitantes à Formação de Vale
das Fontes em Peniche, apresentadas
recentemente em Oliveira et al. (2006).
Tabela 1 – Resumo dos resultados das análises de COT e de
pirólise Rock-Eval, apresentados por afloramento e Membro.
Os dados obtidos de S2 mostram em toda a
série estudada uma repartição muito variável,
que parece acompanhar, de forma proporcional,
os valores de COT (Fig. 3). Assim, os valores
mais baixos (quase sempre menores que 1 mg
HC/g rocha) são registados, principalmente, nos
dois primeiros membros da Formação de Vale
das Fontes. Os valores mais elevados, alguns
bastante acima de 10 mg HC/g rocha, são
encontrados em algumas amostras do MP (valor
máximo de 43,81 e média de 16,47), no pico de
COT do membro MCG (valores máximos de
32,91 em Cabanas e de 24,36 no B. do Loreto)
e as do membro MCNB (valores máximos de
35,96 em Cabanas e de 20,2 no B. de S.
Miguel). Estes dados sugerem que o potencial
de geração de hidrocarbonetos destes
compartimentos estratigráficos seja muito bom.
Evidências, aliás, já referenciadas por Oliveira et
al. (2006) para os mesmos intervalos da
Formação de Vale das Fontes do sector de
Peniche.
Em termos dos valores de IH, parâmetro que
permite indicar o tipo do potencial gerador, é
possível retirar as seguintes ilações:
Os resultados do MP mostram os valores
mais elevados de todo o intervalo estudado,
atingindo o máximo de 843,96 mg HC/g COT,
com valor médio de 322,90 mg HC/g COT;
Na Formação de Vale das Fontes e, à
semelhança dos dados obtidos em Oliveira et al.
(2006), é no membro MCNB que se atingem os
valores mais altos (em mg HC/g COT): de
365,82 em Cabanas, 388,46 no B. de S. Miguel
e 549,72 em Murtede;
No membro MCG, em Cabanas, B. do Loreto
e seus equivalentes laterais, em Murtede e
Anadia, temos, respectivamente, os valores
máximos de 360,86 mg HC/g COT, 376,74 mg
HC/g COT, 77,12 mg HC/g COT e 43,29 mg
HC/g COT;
Para o membro MCUP, devido aos baixos
valores de COT, apenas se apresenta o
resultado de uma amostra (B. do Loreto),
claramente com o valor mais baixo de IH (13,60
mg HC/g COT).
12. Geoquímica orgânica/ Organic geochemistry
|| 566
XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
Numa análise conjunta dos resultados do IH
e considerando um S2 acima de 10 mg HC/g
rocha, tanto o MP como o membro MCNB (não
só os das posições mais distais da bacia)
mostram teores médios do IH acima de 200 mg
HC/g COT, facto que, para além do elevado
potencial de geração, dá indicações de génese
de óleo e gás-condensado.
Pela análise da Tmax, verifica-se que todas
as amostras estudadas são imaturas (valores
contidos entre 421º e 438ºC), facto que deve
estar relacionado com os baixos valores de S1,
inferiores a 0,5 mg HC/g COT.
10
9
8
Cabanas - MCG
Cabanas - MCNB
COT (%)
7
Pedreira Mota - MP
6
B. Loreto - MCUP
B. Loreto - MCG
5
B.S. Miguel - MCNB
4
Murtede - eq. MCG
Murtede - MCNB
3
Anadia - eq. MCG
2
1
0
0
10
20
30
40
S2 (mgHC/g rocha)
50
Fig.3 – Correlação entre o COT e S2.
Conclusão
Os dados geoquímicos resultantes deste
trabalho permitem demonstrar que existe uma
clara variabilidade vertical e lateral da matéria
orgânica contida nas séries margo-calcárias do
Sinemuriano superior-Pliensbaquiano do sector
Norte da BL (Formações de Água de Madeiros e
de Vale das Fontes). Os dados de COT e de
pirólise Rock-Eval permitem, igualmente, discutir
o potencial de geração de hidrocarbonetos
neste compartimento temporal e espacial da
bacia. Assim, com excepção de posições
pontuais, o MP (Formação de Água de
Madeiros; Zona Raricostatum) e o Membro
MCNB (Formação de Vale das Fontes; Zona
Margaritatus) são aqueles que mostram maior
expressão vertical de sedimentos ricos em
matéria orgânica, com COT máximos de,
respectivamente, 8,39% e 9,83%. Considerando
os altos valores de S2 encontrados nestes dois
intervalos estratigráficos (frequentemente acima
de 10 mg HC/g COT), sugerem um potencial de
geração de hidrocarbonetos muito bom, embora
os baixos valores de Tmax (sempre inferiores a
440ºC) apontem para uma matéria orgânica
imatura.
Agradecimentos:
“Caracterização paleontológica (Ammonoidea,
Brachiopoda e Nanofósseis calcários) e
assinaturas
geoquímicas
da
passagem
Sinemuriano/ Pliensbaquiano na Península
Ibérica (Bacia Lusitânica, Ibérica e BascoCantábrica). Elementos de comparação e de
correlação”, e do projecto CGL2005-01765/BTE.
Referências
Dias, A. J. G., 2005. Reavaliação do potencial
petrolífero do onshore da Bacia Lusitaniana,
Portugal. Departamento de Geologia –
Faculdade de Ciências, Universidade do
Porto.142 p. (Tese Doutoramento).
Duarte,
L.V.
&
Soares,
A.F.,
2002.
Litostratigrafia das séries margo-calcárias do
Jurássico inferior da Bacia Lusitânica
(Portugal). Com. Serv. Geol. Portugal, 89,
pp. 135-154.
Duarte, L.V., Rodrigues, R., Oliveira, L.C.V.,
Silva, F., 2005. Avaliação preliminar das
variações do carbono orgânico total nos
sedimentos do Jurássico inferior da Bacia
Lusitânica (Portugal). XIV Semana de
Geoquímica - VIII Congresso de Geoquímica
dos Países de Língua Portuguesa, Actas
Volume 1, Aveiro, pp. 39-42.
Espitalié, J.; Laporte, J. L.; Madec, M.; Marquis,
F.; Leplat, P.; Aulet, J., 1977. Méthod rapide
de caractérizationdes roches méres, de leur
potential pétrolier et de leur aligré d'
évolution. Revue de l'Institut Français du
Pétrole, Paris, v. 32, n. 1, pp. 23-43.
GPEP, 1986. The Petroleum potential of
Portugal. Gabinete para a pesquisa e
exploração de petróleo. Relatório não
publicado DGGE/DPEP.
Oliveira, L.C., Rodrigues, R., Duarte, L. V. &
Lemos V.B., 2006. Avaliação do potencial
gerador de petróleo e interpretação
paleoambiental com base em biomarcadores
e isótopos estáveis de carbono da seção
Pliensbaquiano
Toarciano
inferior
(Jurássico Inferior) da região de Peniche
(Bacia Lusitânica, Portugal). Boletim de
Geociências da Petrobras, Rio de Janeiro, v.
14, n. 2, pp. 207-234
Peters, K., 1986. Guidelines for evaluating
petroleum source rocks using programmed
pyrolysis.
Bulletin
of
the American
Association of Petroleum Geologists, Tulsa,
70(3), pp. 318-329.
Silva, F., Duarte, L.V., Oliveira, L.C., ComasRengifo, M.J. & Rodrigues, R., 2006. A
Formação de Vale das Fontes no sector
norte da Bacia Lisitânica (Portugal):
caracterização e avaliação preliminar de
Carbono Orgânico Total. VII Congresso
Nacional de Geologia. Livro de resumos,
volume II, Évora, pp. 669-672.
Os autores agradecem os trabalhos
laboratoriais
realizados
na
Petrobras
(Cenpes/PDEXP/ GEOQ) e UERJ (Brasil). Este
trabalho foi realizado no âmbito da Acção
Integrada Luso-Espanhola (CRUP, Portugal) E2/05
e HP2004-0083 (MEC,
España):
12. Geoquímica orgânica/ Organic geochemistry
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