As propriedades sedimentares de cada gr˜ao (tamanho, formato, arrendondamento e textura) combinadas com as caracter´ısticas intr´ınsecas dos minerais e os processos de transporte e deposic¸˜ao determinam as caracter´ısticas dos dep´ositos sedimentares, que por sua vez formam distribuic¸˜oes verticais (WALTHAM, 2009). As principais caracter´ısticas desses dep´ositos sedi- mentares s˜ao apresentadas na tabela 3 conforme a classificac¸˜ao de Berg (1986).
Tabela 3: Caracter´ısticas dos dep´ositos sedimentares.
Caracter´ıstica Caracter´ıstica Caracter´ıstica Prim´aria (definitiva) Secund´aria (dependente) Terci´aria (latente)
Propriedades ac´usticas Composic¸˜ao Densidade (e. g. propagac¸˜ao ac´ustica) Distribuic¸˜ao sedimentar Permeabilidade Propriedades el´etricas
Morfologia Porosidade (e. g. resistividade)
Textura Saturac¸˜ao Outras propriedades f´ısicas
(e. g. emiss˜ao radioativa, calor)
tares n˜ao apresentam necessariamente uma distribuic¸˜ao e composic¸˜ao uniforme. Os gr˜aos se- dimentares podem apresentar diferentes diˆametros e consequentemente distintas classificac¸˜oes na escala granulom´etrica. A propriedade que representa a variac¸˜ao do tamanho m´edio de um gr˜ao numa determinada amostra ´e denominada de grau de selec¸˜ao, na qual o desvio padr˜ao dos diˆametros granulares mensurados qualifica uma determinada amostra conforme a tabela 4 (NICHOLS, 2009).
Tabela 4: Classificac¸˜ao do grau de selec¸˜ao granulom´etrico.
Grau de selec¸˜ao Desvio padr˜ao (Escalaφ )
Muito bem selecionado < 0,35
Bem selecionado 0,35 - 0,5
Moderadamente bem selecionado 0,5 - 0,71
Bem selecionado 0,71 - 1
Pobremente selecionado 1 - 2
Muito pobremente selecionado > 2
Fonte: adaptado de Nichols (2009).
A determinac¸˜ao quanto ao grau de selec¸˜ao e o percentual dos tipos de gr˜aos de uma de- terminada amostra dependem da an´alise granulom´etrica, na qual o tamanho de gr˜ao sedimentar determina o m´etodo empregado para medic¸˜ao. Sedimentos com diˆametros maiores (e. g. cas- calho) podem ser medidos com paqu´ımetros ou fitas m´etricas. J´a os sedimentos com tamanhos granulares arenosos e s´ılticos (ver tabela 1) s˜ao analisados pelo processo de peneiramento, onde peneiras com diferentes malhas s˜ao utilizadas para reter os gr˜aos minerais. Nesse processo ´e realizado o peneiramento da maior at´e a menor malha e o peso parcial obtido ´e utilizado na classificac¸˜ao da amostra (BOGGS, 2006). Uma terceira an´alise ´e utilizada para gr˜aos menores com base na velocidade de transporte de part´ıculas sedimentares. Na figura 8 s˜ao apresentadas as velocidades necess´arias para mover part´ıculas sedimentares em trˆes situac¸˜oes espec´ıficas. A velocidade de limiar ´e definida como a velocidade necess´aria para retirar uma part´ıcula se- dimentar depositada no fundo. O ponto de inflex˜ao, apresentado na figura 8, demonstra que
part´ıculas com maior diˆametro m´edio, necessitam de maior velocidade pois apresentam melhor grau de selec¸˜ao, i. e., existe uma melhor distribuic¸˜ao sedimentar das part´ıculas. A velocidade de transporte ´e a velocidade necess´aria para mover sedimentos com diferentes diˆametros. A ve- locidade de sedimentac¸˜ao corresponde `a velocidade em que o sedimento depositar´a no fundo, sendo dependente da velocidade de transporte. ´E importante relatar que as respostas apresenta- das na figura 10 tamb´em dependem da composic¸˜ao e do grau de selec¸˜ao do dep´osito sedimentar, por exemplo a presenc¸a excessiva de lama pode aumentar a velocidade limiar (GRAY; ELLIOT, 2009). A velocidade de sedimentac¸˜ao ´e utilizada para determinar o percentual de sedimentos mais finos com base na Lei de Stokes. Gr˜aos sedimentares s˜ao colocados numa coluna de ´agua e devido `a diferenc¸a de densidade entre as part´ıculas sedimentares e o flu´ıdo, ocorrem diferentes tempos de sedimentac¸˜ao (GRAY; ELLIOT, 2009).
Figura 8: Relac¸˜ao entre as velocidades limiar, de transporte e sedimentac¸˜ao em func¸˜ao do diˆametro sedimentar. Fonte: adaptado de Gray e Elliot (2009).
Com a determinac¸˜ao do percentual de areia, lama e cascalho, algumas classificac¸˜oes podem ser utilizadas para a nomenclatura de uma determinada amostra. Na figura 9 s˜ao apre- sentadas as seguintes classificac¸˜oes: (a) Shepard (1954), (b) Folk (1970) e (c) Flemming (2000) (FLEMMING, 2000). Nas classificac¸˜oes de Folk (1970) e Flemming (2000), s˜ao utilizadas 10 classes, sendo analisados primeiramente o percentual de areia obtido na amostra e de- pois a relac¸˜ao entre argila e silte existente. Por exemplo, uma amostra com 80% de areia, na classificac¸˜ao de Folk (1970) pode ser classificada como argilosa, lamosa, ou siltosa. Na classificac¸˜ao de Flemming (2000), essa amostra ficaria na classe A, podendo assumir uma das duas classificac¸˜oes existentes conforme a relac¸˜ao silte/argila da amostra.
Figura 9: Classificac¸˜oes sedimentares em func¸˜ao do percentual de areia, lama e silte conforme: (a) Shepard (1954), (b) Folk (1970) e (c) Flemming (2000). Fonte: adaptado de Flemming (2000).
Na classificac¸˜ao de Flemming (2000), a amostra pode ser classificada como areia (S) ou uma das classes existentes (A, B, C, D ou E). Essas classes possuem subdivis˜oes represen- tadas em algarismos romanos que determinam a relac¸˜ao entre a quantidade de silte e argila. Na tabela 5 s˜ao apresentadas as denominac¸˜oes utilizadas para cada regi˜ao do triˆangulo, sendo mostrada as 25 classificac¸˜oes existentes.
Tabela 5: Nomenclatura da amostra sedimentar com base na classificac¸˜ao de Flemming (2000).
S´ımbolo Denominac¸˜ao
S Areia
A-I Areia ligeiramente siltosa
A-II Areia ligeiramente argilosa
B-I Areia muito siltosa
B-II Areia siltosa
B-III Areia argilosa
B-IV Areia muito argilosa
C-I Lama arenosa extremamente siltosa
C-II Lama arenosa muito siltosa
C-III Lama arenosa siltosa
C-IV Lama arenosa argilosa
C-V Lama arenosa muito argilosa
C-VI Lama arenosa extremamente argilosa D-I Lama extremamente siltosa e ligeiramente arenosa D-II Lama muito siltosa e ligeiramente arenosa D-III Lama siltosa e ligeiramente arenosa D-IV Lama argilosa e ligeiramente arenosa
D-V Lama muito argilosa e ligeiramente arenosa D-VI Lama extremamente argilosa e ligeiramente arenosa
E-I Silte
E-II Silte ligeiramente argiloso
E-III Silte argiloso
E-IV Argila siltosa
E-V Argila ligeiramente siltosa
E-VI Argila
Fonte: adaptado de Flemming (2000).
Outra propriedade prim´aria dos dep´ositos sedimentares refere-se ao arranjo dos sedi- mentos. Em func¸˜ao da granulometria e dos processos de deposic¸˜ao, os dep´ositos sedimentares podem apresentar diferentes arranjos estruturais conforme apresentado na figura 10.
Figura 10: Arranjos estruturais sedimentares para uma amostra com grau de selec¸˜ao muito bem selecionado. Fonte: adaptado de Berg (1986).
Figura 11: Arranjo estrutural sedimentar para uma amostra com grau de selec¸˜ao muito bem selecionado (a) e tipos de contatos existentes entre os gr˜aos sedimentares, sendo classificados como (b) pontual, (c) longos e (d) cˆoncavo-convexos. Fonte: adaptado de Nichols (2009).
O formato de um dep´osito sedimentar, assim como sua composic¸˜ao e arranjo estrutural, ´e produto dos processos deposicionais sedimentares. Um exemplo ´e apresentado na figura 12(a), onde a ac¸˜ao do vento distribui os sedimentos mais finos formando oscilac¸˜oes. Um fluxo de ar no sentido contr´ario resulta na mudanc¸a do sentido de deposic¸˜ao sedimentar, conforme apresentado na figura 12(b). Esse processo ´e denominado de estratificac¸˜ao entrecruzada (THOMPSON; TURK, 1997).
Figura 12: Desenvolvimento de uma estratificac¸˜ao entrecruzada. As diferentes inclinac¸˜oes dos planos sedimentares s˜ao resultantes das variac¸˜oes nas direc¸˜oes das correntes fluviais, marinhas ou de vento. Fonte: adaptado de Thompson e Turk (1997).
A consequˆencia desses processos ´e uma estratificac¸˜ao sedimentar, resultando em ca- madas sedimentares que podem variar na composic¸˜ao, granulometria, ondulac¸˜oes, sentido de deposic¸˜ao, entre outros fatores, conforme apresentado na figura 13(a). Essa estratificac¸˜ao pode apresentar formatos cont´ınuos ou descont´ınuos com camadas planares, curvas e onduladas, con- forme apresentado na figura 13(b), (c) e (d), respectivamente (BOGGS, 2006).
Figura 13: Exemplo de estratificac¸˜ao sedimentar (a) com camadas do tipo planar (b), curva (c) e ondulada (d). Fonte: adaptado de Boggs (2006).
Outro fator importante na distribuic¸˜ao sedimentar ´e a bioturbac¸˜ao proveniente de ati- vidade biol´ogica. A existˆencia de um gradiente vertical sedimentar de parˆametros como inten- sidade luminosa, percentual de oxigˆenio e temperatura, tem influˆencia na abundˆancia e diversi- dade de esp´ecies. Essa diversidade pode variar desde a microfauna (tamanho inferior a 63µm), meiofauna (63 µm - 500 µm) at´e a macrofauna (500 µm - 5 cm) (GRAY; ELLIOT, 2009). Na figura 14 ´e apresentada a evoluc¸˜ao da influˆencia da bioturbac¸˜ao na distribuic¸˜ao sedimentar, onde numa situac¸˜ao inicial (a) existe uma distribuic¸˜ao de camadas regulares devido a ausˆencia de ati- vidade biol´ogica ou pouca atividade (denominada de bioturbac¸˜ao de grau 1). Com a atividade biol´ogica ocorrem descontinuidades das camadas (b). Essa caracter´ıstica ´e classificada como grau de bioturbac¸˜ao 2. Com o aumento da atividade ´e verificada a presenc¸a de sedimentos mos- queados, que podem apresentar distinc¸˜ao com a estrutura sedimentar (grau de bioturbac¸˜ao 3) ou misturado aos sedimentos (grau de bioturbac¸˜ao 4), conforme apresentado respectivamente nas figuras 14(c) e (d). Com a intensificac¸˜ao desse processo, ocorre o aumento da mistura sedimen- tar que pode atingir o grau mais elevado de bioturbac¸˜ao (sedimento homogenizado), conforme figura 14(e) (NICHOLS, 2009).
Figura 14: Evoluc¸˜ao da bioturbac¸˜ao sedimentar, sendo apresentado os est´agios com pouca ou nenhuma bioturbac¸˜ao (a), com descontinuidades (b), mosqueados (c) e (d) at´e atingir um dep´osito homogˆeneo (e). Fonte: adaptado de Gray e Elliot (2009) e Nichols (2009).
2.3.2 Caracter´ısticas secund´arias dos dep´ositos sedimentares
As propriedades prim´arias definem as caracter´ısticas secund´arias (densidade, permea- bilidade, porosidade e saturac¸˜ao), conforme apresentado na tabela 3. Os dep´ositos sedimentares apresentam espac¸os vazios entre os gr˜aos minerais, sendo esses espac¸os tipicamente preenchi- dos por ar e ´agua. A densidade de uma amostra ρ ´e calculada pela raz˜ao entre a massa m e o volume da amostra V , conforme expresso na equac¸˜ao (2). Entretanto, ´e poss´ıvel extrapolar a equac¸˜ao para o c´alculo da densidade de compostos, onde a densidade total ´e expressa pelo somat´orios das densidade dos N tipos de materiais existentes na amostra em func¸˜ao do volume percentual de cada material (PRICE, 2009). Nesse caso, ´e poss´ıvel definir a densidade total de um dep´osito sedimentar como a m´edia ponderada das densidades do arρar, ´agua ρagua´ , sedi- mentosρsed e outros compostosρrest (tais como sal, material orgˆanico) onde o peso ponderado corresponde ao volume percentual de cada composto.
ρ = m V = N
∑
n=1 ρ.Vi V = ρagua´ . Vagua´ V + ρar. Var V + ρsed. Vsed V + ρrest Vrest V (2)Os termos da equac¸˜ao (2) com os volumes parciais de ´agua e ar est˜ao diretamente relacionados com a porosidade. Essa propriedade define a quantidade de espac¸os vazios num determinado material (PRICE, 2009). Nos dep´ositos sedimentares, esses espac¸os s˜ao preenchi- dos tipicamente por ar ou ´agua, logo, a porosidade sedimentar ( Psed) ´e definida por
Psed =
Var+Vagua´
A porosidade por sua vez determina a capacidade que um dep´osito sedimentar tem de transmitir um fluido, sendo denominada de permeabilidade. Essa propriedade ´e definida pela velocidade do fluxo de propagac¸˜ao, sendo expressa pela raz˜ao entre a quantidade de ´agua e a ´area que atravessa uma determinada regi˜ao. Com essa raz˜ao, ´e poss´ıvel determinar a conduti- vidade hidr´aulica do dep´osito sedimentar. Na tabela 6 ´e apresentada a condutividade hidr´aulica em func¸˜ao da composic¸˜ao granulom´etrica e ´e poss´ıvel observar uma propocionalidade entre a condutividade hidr´aulica e o tamanho do gr˜ao sedimentar (PRICE, 2009).
Tabela 6: Condutividade hidr´aulica em func¸˜ao da composic¸˜ao granulom´etrica
Composic¸˜ao granulom´etrica Condutividade hidr´aulica [m/s]
Cascalho 10−3a 1
Areia 10−5 a 10−2
Areia siltosa 10−7 a 10−5
Silte 10−9 a 10−7
Argila menor que 10−9
Fonte: adaptado de Price (2009).
Outro parˆametro secund´ario corresponde ao grau de saturac¸˜ao de ´agua Ssedque ´e defi- nido como a raz˜ao entre o volume de ´agua e o volume dos espac¸os vazios existentes (tipicamente preenchidos por ´agua e ar), conforme expresso na equac¸˜ao (4).
Ssed =
Vagua´
Vagua´ +Var
(4)
Nesse caso, uma amostra pode ser classificada como seca (Ssed= 0), parcialmente sa- turada (0 < Ssed < 1) ou saturada (Ssed= 1). Outras propriedades relacionadas com o grau de saturac¸˜ao s˜ao o rendimento espec´ıfico e a retenc¸˜ao espec´ıfica. Quando a ´agua ´e escoada de um dep´osito sedimentar saturado, este dep´osito libera um volume parcial do total armazenado. A quantidade de ´agua que o dep´osito sedimentar ret´em ap´os a drenagem (numa situac¸˜ao natural a drenagem est´a diretamente relacionada com a influˆencia da ac¸˜ao gravitacional) ´e denominada de retenc¸˜ao espec´ıfica. J´a a capacidade de escoar ´agua ap´os a saturac¸˜ao ´e denominada de rendi- mento espec´ıfico. O somat´orio do rendimento espec´ıfico e retenc¸˜ao espec´ıfica tamb´em definem a porosidade sedimentar (BELL, 2007). Na figura 15 s˜ao apresentadas as relac¸˜oes entre a poro- sidade, rendimento espec´ıfico e retenc¸˜ao espec´ıfica, em func¸˜ao da composic¸˜ao granulom´etrica. Sedimentos mais finos apresentam maior porosidade (quantidade de espac¸os vazios) e retenc¸˜ao espec´ıfica (capacidade de reter ´agua) principalmente devido `a existˆencia de maior capilaridade. Os sedimentos mais grossos por apresentarem menores capilaridades e retenc¸˜ao espec´ıfica, re- sultam em rendimentos espec´ıficos maiores (BELL, 2007).
Figura 15: Relac¸˜ao entre os parˆametros de porosidade, rendimento e retenc¸˜ao espec´ıfica em func¸˜ao da composic¸˜ao granulom´etrica do dep´osito sedimentar. Fonte: adaptado de Bell (2007).
2.3.3 Caracter´ısticas terci´arias dos dep´ositos sedimentares
Diferentemente das caracter´ısticas prim´arias e secund´arias, as caracter´ısticas terci´arias requerem a aplicac¸˜ao de alguma forma de energia. Utilizando uma fonte de energia e me- dindo as perdas existentes no dep´osito sedimentar (tais como atenuac¸˜ao, dispers˜ao, entre outros efeitos) ´e poss´ıvel inferir alguns parˆametros prim´arios e secund´arios. Por esse motivo, essas caracter´ısticas tamb´em s˜ao denominadas de aparentes ou latentes. Dentre as principais carac- ter´ısticas tem-se os registros provenientes de sinais ac´usticos, el´etricos e t´ermicos. Na pr´oxima sec¸˜ao s˜ao apresentadas essas caracter´ısticas latentes nas an´alise sedimentares in situ.