Integrando estratigrafia, petrofísica e rede de fraturas carstificadas em um modelo digital 3D unificado: exemplo da caverna cristal (Cráton São Franciso, nordeste do Brasil)

Abstract

Os DOMs (Digital Outcrop Models ou Modelos Digitais de Afloramento) são ferramentas amplamente utilizadas em investigações geológicas e estão em constante desenvolvimento. Contrastando com sua ampla utilização, o potencial dos DOMs ainda é subutilizado em relação à integração com outros dados. Apresentamos aqui uma abordagem integrativa, combinando um DOM com informações estratigráficas e petrofísicas, além de dados de distribuição de fraturas e dissolução cárstica. Aberturas de fraturas alargadas por dissolução cárstica são implementadas em uma Rede de Fraturas Discretas (DFN, do inglês) para gerar uma Rede de Fraturas Carstificadas Discretas (DFKN), a partir da qual é possível compor diferentes cenários de intensidade de carstificação. O DOM utilizado é baseado em dados fotogramétricos obtidos em um segmento da Caverna Cristal, a qual desenvolveu-se em carbonatos Mesoproterozoicos da Formação Caboclo, no Grupo Chapada Diamantina, Cráton São Francisco, Nordeste do Brasil. Esta caverna é entendida como um afloramento análogo estrutural e diagenético para os reservatórios carbonáticos do Pré-sal brasileiro. O Modelo Integrativo descrito aqui combina tanto elementos determinísticos (estratigrafia e petrofísica) quanto estoccásticos (DFN e DFKN). Neste modelo, a estratigrafia do afloramento é reproduzida como 22 camadas tabulares e paralelas, as quais foram populadas com medidas de porosidade, permeabilidade e resistência à compressão uniaxial. Recorrendo a uma abordagem estocástica, obteve-se um DFN 3D através da resolução do problema inverso da estereologia, honrando as medidas estatísticas dos traços de fratura (lei de potência e persistência P21) medidos nas paredes e teto da caverna. Parâmetros petrofísicos podem ser alterados facilmente no Modelo Integrativo, também sendo possível modificar a lei de potência que correlaciona a abertura ao comprimento das fraturas, para implementar diferentes estágios de carstificação das aberturas das fraturas. Como resultado, diferentes cenários de porosidades primária e secundária podem ser obtidos, os quais podem ser utilizados em simulações de fluxo de fluido, facilitando assim o entendimento dos múltiplos fatores que afetam o comportamento dos reservatórios carbonáticos.

Digital Outcrop Models (DOMs) are visual representations of geological sites in a virtual environment. DOMs are constantly evolving and widely used tools for geological investigations. However, in contrast with their broad applications, the full potential of DOMs is still underexplored in terms of their integration with other data. We present an integrative approach by combining a DOM with stratigraphic, petrophysical, fracture distribution and karst dissolution information into a single 3D georeferenced digital model. Fracture aperture enlargement due to karstic dissolution are implemented on a Discrete Fracture Network (DFN) to generate a Discrete Fracture and Karst Network (DFKN), where it is possible to compose different karstification intensity scenarios. The used DOM is based on photogrammetric data obtained inside a segment of the Cristal Cave. This cave developed in Mesoproterozoic carbonate rocks of the Caboclo Formation, in the Chapada Diamantina Group, São Francisco Craton, Northeastern Brazil, and has been used as a structural and diagenetic outcrop analogue for the Brazilian pre-salt carbonate reservoirs. The described Integrative Model combines both deterministic (stratigraphy and petrophysics) and stochastic (DFN and DFKN) elements. The framework of the Integrative Model reproduces the stratigraphy of the outcrop as 22 parallel layers, which were populated with porosity, permeability and uniaxial compressive strength measurements. Resorting to a stochastic approach, we obtained a 3D DFN by solving the stereology inverse problem, where statistical measurements of the fracture traces (power law and P21 persistences) on the walls and ceiling of the cave are honored. Petrophysical parameters of the Integrative Model can be easily changed, while it is also possible to modify the power law that relates aperture and fracture length to implement different karstification stages of the fracture apertures. As a result, different scenarios of primary and secondary porosities can be easily composed, which can be used in fluid flow simulations, thus facilitating the understanding of the multiple factors affecting the behavior of carbonate reservoirs.