Caracterização hidrodinâmica na formação de lobos turbidíticos

Abstract

Um dos tipos de depósitos formados pelas correntes de densidade são os lobos turbidíticos, os quais podem abrigar reservas de hidrocarbonetos na natureza. Através da modelagem física, parâmetros responsáveis pela caracterização das correntes e dos depósitos podem ser reproduzidos em escala reduzida, sob condições controladas. Neste cenário, esse trabalho avaliou, através da simulação física, a caracterização hidrodinâmica na formação dos lobos turbidíticos por meio da variação dos parâmetros concentração, declividade do fundo e vazão. Para atingir tal objetivo, foram realizados 19 ensaios distribuídos em cinco etapas: sete ensaios para ajustes e testes, três com variação de vazão sem quebra de declividade, três com variação de vazão com quebra de declividade, três com variação de concentração e, três com variação de declividade do canal confinado com quebra de declividade. Os ensaios foram realizados em um tanque de geometria simplificada tridimensional, que conta com duas partes, uma confinada e outra desconfinada, de modo a representar uma configuração natural de um rio desembocando em um delta e atingindo a plataforma continental. Com a realização dos experimentos, classificou-se os ensaios realizados em oito modelos fluxo-depósito, com diferentes características morfológicas e hidrodinâmicas. Dois modelos foram oriundos de ensaios sem quebra de declividade, se destacaram principalmente pelo aumento da velocidade nas extremidades laterais à medida que a corrente de turbidez avançou para a jusante. Os demais modelos se diferenciaram sobretudo pela variação do alcance das partículas conforme houve variação de características da mistura injetada e, pela relevância da velocidade de expansão, frente a velocidade de avanço. Além disso, propõe-se uma adaptação da equação de Ganti, Lamb e McElroy (2014) para estimar do alcance longitudinal e transversal de diferentes frações granulométricas (areia grossa, areia média, areia fina, areia muito fina, silte grosso e silte médio) e, um diagrama que relaciona as características do fluxo (vazão, velocidade de cisalhamento e diâmetro médio do grão) para determinação do Fator de Forma do Depósito. Estas duas formas de estimar o alcance de diferentes frações granulométricas apresentaram precisão média superior a 75%. Com estes resultados foi aprimorada a caracterização hidrodinâmica da formação dos lobos turbidíticos, podendo ser extrapoladas as observações para ambientes naturais, quando associadas com dados sísmicos e de sondagem.

Turbidite lobes is one type of deposit formed by density currents, which may harbor hydrocarbon reserves. Parameters responsible for characterizing the currents hydrodynamic and deposit can be replicated on a reduced scale under controlled conditions. In this context, this study evaluated, through physical simulation, the hydrodynamic conditions involved in the formation of turbidite lobes by varying parameters such as concentration, bottom slope, and flow rate. Therefore, 19 experiments were conducted in five stages: seven trials for adjustments and tests, three with flow rate variation without slope break, three with flow rate variation with slope break, three with concentration variation, and three with confined channel slope variation with slope break. The experiments were carried out in a three-dimensional geometry tank, comprising a confined and an unconfined parts, to represent a natural river delta configuration reaching the continental shelf. Through the experiments, the conducted trials were classified into eight flow-deposit models, which developed different morphological and hydrodynamic characteristics. Two models resulted from experiments without slope break, primarily distinguished by the increased velocity at the lateral ends of the model as the turbidity current advanced downstream. The other models differed mainly in terms of the distance reached by the sediment particles related to the variation the injected mixture characteristics, and by the relation between the expansion velocity (laterally) and the advance velocity (longitudinally). Additionally, an adaptation of the Ganti, Lamb, and McElroy (2014) equation is proposed to estimate the longitudinal and transverse reach of different grain size fractions (coarse, medium, fine, and very fine sand, and coarse and medium silt), along with a diagram relating flow characteristics (flow rate, shear velocity, and mean grain diameter) for the determination of the form factor of the deposit. Both methods of estimating the reach distance of different grain size sediment fractions showed an average accuracy above 75%. These results contribute to the advancement of the state of the art on the hydrodynamic characterization of the flows responsible for generating turbidite lobe and allow the extrapolation of observations to natural environments when combined with seismic and drilling data.