Structural trapping and internal geometry of fractured carbonate reservoirs: a case study in the Irati Formation, Saltinho (SP), Brazil

Trapeamento estrutural e geometria interna de reservatórios carbonáticos fraturados: um estudo de caso na Formação Irati, Saltinho (SP), Brasil

Resumo

BSTRACT - The evolution of structural traps in fractured carbonate reservoirs is governed by fault-zone architecture, which controls permeability, fluid pathways, and trap preservation through time. In the Irati Formation, on the eastern margin of the Paraná Sedimentary Basin (Brazil), normal faults compartmentalize a dolomitic succession that hosts outcrop-scale hydrocarbon accumulations. Irati dolomites represent an unconventional fractured reservoir in which hydrocarbon generation, storage, and trapping occur within the same stratigraphic interval, controlled by secondary porosity and multi-nucleated fault zones. This study examines how such reservoir behaviour is linked to the evolution of fault-zone architecture by integrating structural characterization, paleostress analysis, and U–Pb dating of syntectonic calcite to constrain the timing and conditions of brittle deformation and fluid circulation. Our results show that an early extensional phase (~74 Ma) produced a fracture network in a laterally connected damage-zone, establishing conduit-dominated flow along the dolomitic layer. Subsequent Cretaceous post-rift reactivation promoted fault-core sealing through brecciation, clay smearing, and calcite precipitation, sharply reducing cross-fault permeability and consolidating a structural trap during the Late Cretaceous (~75 Ma). A younger Paleogene event (~35 Ma) generated minor reactivation but did not breach the sealed core, demonstrating that reactivation alone does not necessarily compromise traps in mechanically layered systems. We propose a three-stage evolutionary model linking conduit formation, fault-core sealing, and trap preservation. These findings emphasize that the long-term hydrocarbon retention in the Irati system is primarily an architectural outcome, and highlight the value of integrating U–Pb carbonate geochronology with structural analysis to refine trapping models in fractured carbonate reservoirs in similar settings worldwide.

Keywords: Fractured carbonate reservoirs. Fault-zone architecture. Structural trap. U–Pb carbonate geochronology. Mechanical stratigraphy. Paraná Sedimentary Basin.

RESUMO - A evolução de trapas estruturais em reservatórios carbonáticos fraturados é definida pela arquitetura das zonas de falha, que controla a permeabilidade, o fluxo de fluidos e a preservação das trapas ao longo do tempo. Na Formação Irati (Permiano), margem leste da Bacia Sedimentar do Paraná (Brasil), falhas normais compartimentalizam uma sucessão dolomítica que preserva impregnações de hidrocarbonetos em escala de afloramento. Os dolomitos da Formação Irati representam um reservatório não-convencional fraturado, no qual geração, armazenamento e aprisionamento ocorrem dentro do mesmo intervalo estratigráfico, controlados pela porosidade secundária e por zonas de falha multinucleadas. Este estudo investiga como esse comportamento de reservatório está relacionado à evolução da arquitetura das zonas de falha, integrando caracterização estrutural, análise de paleoesforços e datações U–Pb LA-ICP-MS em calcita sintectônica para reconstruir o contexto temporal e a influência da deformação rúptil na circulação de fluidos. Os resultados indicam que uma fase distensiva inicial produziu uma rede lateralmente conectada de fraturas na zona de dano, estabelecendo caminhos preferenciais de fluxo na camada dolomítica. Reativações pós-rifte subsequentes durante o Cretáceo e Cenozoico promoveram o selamento do núcleo da falha por brechamento, folhelho cominuído e precipitação de calcita, reduzindo drasticamente a permeabilidade lateral e consolidando uma trapa estrutural no Cretáceo Superior (~75 Ma). Um evento rúptil mais jovem, no Paleógeno (~35 Ma), gerou reativações discretas sem rompimento do núcleo selado, demonstrando que reativações posteriores não necessariamente implicam comprometimento de trapas em sistemas mecanicamente anisotrópicos. O modelo evolutivo proposto evidencia que a retenção de hidrocarbonetos no sistema Irati é, sobretudo, um resultado arquitetural, e ressalta a importância de integrar geocronologia U–Pb em carbonatos e análise estrutural para aprimorar modelos de trapa em reservatórios carbonáticos fraturados em contextos análogos.

Palavras-chave: Reservatórios carbonáticos fraturados. Zonas de falha. Trapas estruturais. Geocronologia U–Pb em carbonatos. Estratigrafia mecânica. Bacia Sedimentar do Paraná.