Grau de carbonificação dos carvões do sul do Brasil

O grau de carbonificação do carvão (do estágio de turfa ao estágio de antracito) e da matéria orgânica dispersa representa a variação das características físicas e químicas da matéria orgânica, a medida em que aumenta o soterramento, a temperatura e pressão. Também são sinônimos as denominações “rank”, maturação da matéria orgânica, evolução térmica da matéria orgânica e metamorfismo da matéria orgânica.

Desta forma, a quantificação do grau de carbonificação representa a história de soterramento a que foram submetidos a fração orgânica em uma bacia sedimentar.

A evolução termal da matéria orgânica durante a diagênese, catagênese e metagênese provoca modificações nas propriedades físicas e químicas dos remanescentes orgânicos (capítulo 4). As variações nestas propriedades representam maturação da matéria orgânica e é governada, principalmente, pela temperatura, pressão e seu tempo de atuação, devido a um contínuo soterramento, restando ao final deste processo apenas grafite (Teichmüller et al. 1975, Tissot & Welte, 1978).

Hoffmann & Jenkner (1932, in Teichmüller et al., 1975) perceberam que o poder refletor da vitrinita dos carvões, ao microscópio de luz refletida, aumentava na medida que também aumentava o “rank” dos carvões. McCartney (1952, 1955, in Teichmüller et al., 1975), introduziu o fotomultiplicador para determinação da reflectância da vitrinita. A partir do poder refletor da vitrinita os petrógrafos de carvão começaram a determinar o grau de carbonificação, de forma mais objetiva, criando condições para padronização internacional.

Com base no conhecimento consolidado e aceitação internacional no emprego desta técnica para carvões, a mesma passou a ser utilizada, para determinação da maturação da matéria orgânica dispersa, presente nas rochas sedimentares.

De acordo com Teichmüller (1987) o estudo do conteúdo orgânico disperso nos sedimentos é muito mais útil, na determinação do gradiente termal do pacote sedimentar do que a análise de minerais. Também para esta autora a matéria orgânica é muito mais sensível a variações termais do que as variações de pressão sendo a temperatura, fator crítico nas reações químicas envolvidas, normalmente dependente da profundidade, gradiente termal e condutividade térmica das rochas associadas.

A presença de intrusivas é responsável pelo aumento da temperatura nas rochas encaixantes acarretando um aumento brusco na reflectância da vitrinita, tanto em carvões como na matéria orgânica dispersa.

A partir dos anos setenta a reflectância da vitrinita como parâmetro de maturação foi amplamente introduzida nas companhias de petróleo orientando a exploração na definição da janela de geração de óleo.

O poder refletor da vitrinita é o parâmetro mais amplamente utilizado para avaliação do metamorfismo da matéria orgânica, pois:

1- além do carvão a vitrinita ocorre em quase todas as rochas sedimentares, pobres ou ricas em matéria orgânica;

2- são em geral homogêneas em luz branca refletida, e

3- apresentam modificações físico-químicas uniformes com a evolução termal.

Essa técnica porém, apresenta alguns problemas e limitações (Castaño & Sparks, 1974; Teichmüller, 1987; Robert, 1988; Senftle & Landis, 1991; Lo, 1992; Mukhopadhyay, 1994; entre outros) entre eles podemos citar:

1- a vitrinita tem origem a partir de fragmentos de vegetais superiores que surgiram no registro geológico a partir do período Devoniano, desta forma em rochas mais antigas do que este período não apresentam vitrinita;

2- um mínimo de 100 pontos para carvões e de 20 a 30 pontos em matéria orgânica dispersa, do poder refletor da vitrinita, devem ser realizadas para que um tratamento estatístico possa ser significativo sobre as medidas realizadas;

3- a utilização de concentrado de matéria orgânica para realização das análises de reflectância da vitrinita, a relação matéria orgânica-matéria mineral é perdida;

4- a distinção entre vitrinita primária, secundária e oxidada em carvões é relativamente simples, mas em matéria orgânica dispersa em rocha, essa é muito mais complexa, uma vez que as partículas são geralmente detríticas;

5- a condutividade térmica e a capacidade de calor são características que variam de rocha para rocha. Assim sendo, as reações físico-químicas ocorridas na matéria orgânica dispersa presentes em diferentes rochas siliciclástica não serão as mesmas, resultando em supressão da reflectância da vitrinita. Em carvões esta limitação tem efeito bem menor, porem este assunto é muito controverso entre os pesquisadores.

6- a presença de vitrinitas “ricas em hidrogênio” (vitrinita perídrica), fruto de seus precursores ou incorporação de lipídios dentro dos biopolímeros derivados da celulose, lignina e tanino, tendem a rebaixar os valores do poder refletor quando o fragmento orgânico transforma-se em vitrinita.

A reflectância da vitrinita deve ser medida, nos carvões, na colotelinita pois essa é o maceral mais homogêneo do grupo da vitrinita.Deve-se evitar as vitrinitas perídricas, sempre que possível, sua identificação pode ser observada nos carvões quando a colotelinita apresentar manchas escuras e, por vezes, podendo até mostrar flourescência quando em análise nesse modo.

Corrêa da Silva (1989) realizou uma compilação de estudos baseados em análises de macerais, microlitotipos, palinologia, análises elementares e geoquímica orgânica para as jazidas de Candiota, Charqueadas, Santa Rita, Leão, camada Barro Branco (SC),Marins (PR) e no furo de sondagem 2AO-01- RS na Bacia do Paraná. De acordo com Corrêa da Silva (1989) as vitrinitas de alguns carvões brasileiros são uma mistura de material húmico e lipídico originados de algas, resinas, ceras e bactérias. Os resultados do processo de carbonificação dessa mistura seria diferente do resultado sobre o material húmico puro. Além disso, considerando que diferentes macerais reagem de forma distinta durante o processo de carbonificação, a composição macerálica deve ser levada em consideração quando carvões diferentes são comparados em termos de rank.

A composição macerálica dos carvões assim como suas propriedades químicas dependem de suas fácies. De acordo com Stach. et al., (1975) as fácies do carvão se referem aos tipos genéticos primários que dependem do ambiente no qual a turfeira é originada. A comunidade de plantas formadora dos carvões gonduânicos do sul do Brasil, com base em estudos palinológicos e de afinidade paleobotânica dos miosporos é considerada como de porte arbustivo, com Lycophyta herbácea e, subordinadamente, Gymnospermas e algas (Marques-Toigo & Corrêa da Silva, 1984). Esses carvões formaram-se a partir de tufeiras depositados em condições límnicas ou limno-telmáticas. Consequentemente as tentativas de avaliação do estágio de rank dos carvões brasileiros utilizando-se métodos estabelecidos para estudos de carvões do hemisfério Norte apresentam as seguintes dificuldades:

1) Os valores de poder refletor, umidade, matéria volátil e teor de carbono bem como o poder calorífico não apresentam correlação entre si quando plotados no esquema de classificação de rank proposto por Stach et al. (1982) como pode ser observado na figura 5.1.

O rank das jazidas avaliadas (fig. 5.1) varia de sub-betuminoso a betuminoso alto volátil C/A com valores de poder refletor de 0,4% a 1,1%.

2) O poder refletor da vitrinita pode não indicar o real estágio de carbonificação da matéria orgânica provavelmente devido as impregnações liptiníticas na vitrinita

Figura 5.1: Tabela de grau de carbonificação (Rank) de carvões com base nos parâmetros de reflectância média aleatória da vitrinita (Rroil), matéria volátil (Vol. M. d.a.f. dry ash free : seco isento de cinzas), carbono da vitrita (d.a.f. dry ash free :seco isento de cinzas), umidade (Bed Moisture), poder calorífico (Cal. Value Kcal/kg), aplicabilidade dos diferentes parâmetros e informações sobre amostras de camadas de carvão das Jazidas de Candiota, Capanezinho, Leão, Chico Lomã, Barro Branco e Harmonia (Stach et al., 1982 e Corrêa da Silva , 1989).

A figura 5.2 apresenta os resultados das análises elementares de algumas camadas de diversas Jazidas de Carvão do sul do Brasil em diagrama do tipo van Krevelen. A região tracejada em torno do

trend do querogênio do tipo III representa

uma tendência média de posicionamento de amostras de carvão. No caso das amostras de carvão apresentadas na figura observa-se que diversas amostras apresentam razões atômicas H/C mais elevadas do que a média esperada para carvões posicionando-se em regiões do gráfico característicos do querogênio do tipo II (Marins, Harmonia e Barro Branco) ou entre os trends dos tipos II e III (Corrêa da Silva, 1989).

Figura 5.2. Composição de algumas camadas de carvão do sul do Brazil (Jazidas de Candiota, Charqueadas, Leão, Morungava, Barro Branco, Harmonia e Marins) de acordo com as razões atômicas (H/C e O/C) no diagrama de van Krevelen (Corrêa da Silva, 1989).

Kalkreuth et al. (2004) estudaram os carvões gonduânicos do sul do Brasil com o objetivo de verificar a possibilidade de supressão nos valores do poder refletor da vitrinita, tendo em vista a problemática da falta de correlação entre os diversos parâmetros de rank conforme amplamente discutido por Corrêa da Silva (1989). Com esse objetivo, Kalkreuth et al.(2004), utilizaram a técnica de FAMM (fluorescence alteration

of multiple macerals), que indicou precursores similares para os carvões permianos do leste da Austrália

e do sul do Brasil. As diferenças entre os valores de reflectância de vitrinita (VR%) medidos e os valores equivalentes (VReq) derivados das análises de FAMM mostram supressão para os carvões de Santa Catarina e Candiota. De acordo com esses autores, os carvões de Santa Catarina são caracterizados por vitrinitas perídricas com diferenças entre VR% e VReq entre 0,10% e 0,17%, para a jazida de Candiota essa diferença varia de 0,08% a 0,13%.

Os autores concluem que as causas da supressão nos valores de refletância dos carvões da Bacia do Paraná são pouco compreendidas. No conjunto de carvões analisados não há uma correlação definida entre os valores de reflectância suprimidos com os teores de macerais do grupo da liptinita ou com os teores de matéria mineral. Os autores advogam que a supressão constatada na reflectância da vitrinita desses carvões deve estar relacionada a uma combinação de fatores.