UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E
GEOFÍSICA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
CONTROLES ESTRUTURAIS E DADOS GEOCRONOLÓGICOS 40Ar/39Ar DE
ENXAMES DE DIQUES BÁSICOS NA PORÇÃO LESTE DA BACIA DO PARNAÍBA, NORDESTE DO BRASIL
AUTORA:
Luanny Bárbara de Medeiros Fernandes
ORIENTADOR:
Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá
Dissertação nº 234/PPGG
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
CONTROLES ESTRUTURAIS E DADOS GEOCRONOLÓGICOS 40Ar/39Ar DE
ENXAMES DE DIQUES BÁSICOS NA PORÇÃO LESTE DA BACIA DO PARNAÍBA, NORDESTE DO BRASIL
Autora:
Luanny Bárbara de Medeiros Fernandes
Dissertação de mestrado apresentada em 05 de setembro de 2019 ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica (PPGG), da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) como requisito para a obtenção do título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica, com área de concentração em Geodinâmica.
Comissão examinadora:
Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá (Orientador) Prof. Dr. Marcos Antônio Leite do Nascimento
Dra. Maria da Guia Lima
Natal/RN Setembro de 2019
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Ronaldo Xavier de Arruda - CCET
Fernandes, Luanny Bárbara de Medeiros.
Controles estruturais e dados geocronológicos 40Ar/39Ar de enxames de diques básicos na porção leste da Bacia do Parnaíba, Nordeste do Brasil / Luanny Bárbara de Medeiros Fernandes. - 2019.
93f.: il.
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica. Natal, 2019.
Orientador: Emanuel Ferraz Jardim de Sá.
1. Geocronologia - Dissertação. 2. Bacia do Parnaíba -
Dissertação. 3. Enxame de diques básicos - Dissertação. 4. Análise estrutural - Dissertação. I. Jardim de Sá, Emanuel Ferraz. II. Título.
RN/UF/CCET CDU 550.93
Ao meu querido tio Tuca. (In memoriam)
A g r a d e c i m e n t o s
Agradeço a Deus por ser a minha força e o meu refúgio.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá, pelos ensinamentos, apoio e encorajamento fornecidos durante o mestrado. Aproveito também para agradecer a confiança e disponibilidade oferecidas, sobretudo, na reta final da confecção desse trabalho.
Aos professores Dr. Zorano, Dra. Valéria, Dr. Jaziel, Dr. Paulo pelos esclarecimentos e apoio na confecção dessa dissertação.
Aos membros da banca pelas discussões e contribuições.
Ao PPGG e aos patrocinadores dessa pesquisa (CAPES, Chevron/Brasil, FUNPEC, PPGG/UFRN).
Aos meus pais, Dedé e Mariazinha, pelo amor incondicional, pela dedicação direcionada ao meu bem-estar e pelo conforto oferecido nos momentos difíceis.
A Arthur, meu noivo, por me apoiar e ser o principal incentivador dessa caminhada. À minha vozinha, Neném, por ser exemplo de superação e dedicação à família.
A todos meus amigos e familiares, principalmente aos que conviveram diretamente comigo no decorrer do mestrado, tornando a caminhada mais leve e divertida.
RESUMO
Dois eventos magmáticos importantes, relacionados aos processos de ruptura do supercontinente Pangea e abertura do Oceano Atlântico são representados, na Bacia do Parnaíba, por rochas básicas intrusivas (principalmente diques e soleiras) e extrusivas subordinadas, reunidas nas suítes magmáticas Mosquito (eojurássica, que inclui o componente extrusivo) e Sardinha (eocretácea). As regiões sudeste e centro-leste da bacia apresentam dois tipos de formas de ocorrência de enxames de diques básicos, respectivamente (i) com orientação NE consistente e (ii) em distintas orientações, que foram eleitas para datação geocronológica para testar se os mesmos apresentam diferentes idades ou diferentes modelos de alojamento, mais complexos, assim integrando os enfoques geocronológico e tectônico-estrutural. Produtos de sensores remotos e dados estruturais de campo foram analisados, nessas áreas da bacia, para definir a geometria e o controle estrutural desses corpos básicos. A análise de imagens de sensores remotos permitiu caracterizar (i) uma família de lineamentos dominantes com a direção NE-SW, na borda sudeste da bacia, e (ii) mais três outros conjuntos, nas direções ENE-WSW, NE-SW e NW-SE, na região centro-leste. Em afloramentos, tais estruturas correspondem a diques de basalto e/ou diabásio (além de soleiras) associados a sistemas de fraturas e falhas registradas nas rochas sedimentares encaixantes. Na região sudeste, o sistema de diques de direção NE-SW (Suíte Sardinha) foi controlado por fraturas distensionais e falhas normais de mesma direção, dispostas nas adjacências e ao longo da borda sudeste da bacia. Tais estruturas diagnosticam uma distensão NW, bem documentada mais a leste nas Bacias Interiores do Nordeste Brasileiro, cuja origem está relacionada ao processo de rifteamento do Atlântico Sul, no Eocretáceo. Outros estudos mais a norte confirmam que, pelo menos em parte, as falhas NE reativaram estruturas de idade Ediacarana a Cambriana, como também ocorre na borda sudeste. Na região centro-leste, os diques com distintas orientações apresentam um condicionamento estrutural mais complexo, que reativa e/ou envolve diferentes eventos deformacionais. Nessa região, os enxames de diques (e soleiras) eram associados exclusivamente à Suíte Sardinha, sendo então necessário explicar as orientações distintas. Todavia, idades nas faixas de 131-133 Ma e 188-208 Ma, adquiridas pelo método 40Ar/39Ar (incluindo um dado pré-existente), mostram que, além de corpos da Suíte Sardinha, há uma maior expressão de diques e soleiras da Suíte Mosquito, eojurássica, feição que foi abordada também com enfoque estrutural. O alojamento dos citados corpos foi controlado por dois eventos tectônicos distintos. É proposto que os diques da Suíte Mosquito se alojaram na crosta em estruturas formadas ou reativadas por distensão NNW-SSE, responsável pelo controle dos
corpos básicos dessa suíte, expressivos na porção centro-oeste da bacia. Este evento está relacionado à abertura do Atlântico Central, na transição entre o Triássico e o Jurássico. Por outro lado, diques com orientação NNW, que também ocorrem na porção norte da bacia, já no domínio da Margem Equatorial, podem envolver complexidades no sistema de tensões (locais, a exemplo de centros alimentadores que irradiaram os diques em um padrão multiorientado, controlado por estruturas prévias), e regionais (enxames retilíneos), envolvendo permutações de eixos de tensões ou a ocorrência de rampas oblíquas associadas às falhas normais dominantes, feições que ainda demandam estudos e dados adicionais.
Palavras-chaves: Bacia do Parnaíba, Enxame de Diques Básicos, Análise Estrutural, Geocronologia
ABSTRACT
Two important magmatic events related to the breakup of the Pangea supercontinent and the opening of the Atlantic Ocean are represented, in the Parnaíba Basin, by intrusive (mainly dykes and sills) and subordinate extrusive rocks belonging to the Mosquito (Early Jurassic, which includes the extrusive component) and Sardinha (Early Cretaceous) magmatic suites. In the southeastern and central-eastern regions of the basin, there are two types of basic dyke swarms, respectively (i) with a consistent NE trend and (ii) in different orientations, which were elected for geochronological dating to verify whether they have different ages or different, more complex emplacement models, thus integrating the geochronological and tectonic-structural approaches. Remote sensor products and structural field data were analyzed in these basin areas in order to define the geometry and structural control of these basic bodies. The image analysis allowed to characterize (i) a family of dominant lineaments in the NE-SW trend at the southeastern edge of the basin and (ii) three others sets in the ENE-WSW, NE-SW and NW-SE directions at the central-eastern region. In outcrops, these structures correspond to basalt and/or diabase dykes (besides sills) associated with fracture and fault systems recorded in the sedimentary country rocks of the basin. In the southeastern region, the NE-SW trending dyke system (Sardinha suite) was controled by extensional fractures and normal faults in the same direction, arranged adjacent to and along the basin border in this region. Such structures diagnose a NW extension, well documented in the Interior Basins of Northeast of Brazil, whose origin is related to the South Atlantic rifting process, in the Early Cretaceous. Further North, other studies confirm that, at least in part, the NE trending faults reactivated Ediacaran-Cambrian age structures, as it also occurs in the southeastern basin border. In the central eastern region, dykes with different orientations display more complex structural controls, which reactivate and/or involve different deformation events. In this region dyke (and sill) swarms were exclusively associated with the Sardinha Suite, thus requiring to explain their different orientations. However, ages in the ranges of 131-133 Ma and 188-208 Ma, acquired by the 40Ar/39Ar method (including a pre-existing date) show that, besides the Sardinha Suite bodies, there is a higher expression of dykes and sills of the Early Jurassic Mosquito Suite, which was also be investigated with a structural approach. The emplacement of these bodies was controlled by two distinct tectonic events. It is proposed that the Mosquito Suite dykes intruded the crust along structures formed or reactivated by NNW-SSE extension, responsible for controlling the basic bodies of this suite, quite expressive in the midwest portion of the basin. This event is related to the opening of the Central Atlantic Ocean, at the transition between the Triassic and
the Jurassic. On the other hand, NNW-trending dykes, which also occur in the northern portion of the basin, already in the domain of the Equatorial Margin, could involve complexities in the local stress system, such as feeder centers that radiated dykes in a multi-oriented pattern, controlled by older structures) and regional, straight swarms involving stress axis permutations or the occurrence of oblique ramps associated with dominant normal faults, features that require further studies and data acquisition.
L i s t a d e F i g u r a s
C a p í t u l o 1 – I n t r o d u ç ã o
Figura 1.1 – Mapa de localização geográfica das áreas de estudo (polígonos em vermelho) e sua posição em
relação à Bacia do Parnaíba, destacando-se as principais cidades e vias de acesso da região.
3
C a p í t u l o 2 – C o n t e x t o G e o l ó g i c o R e g i o n a l
Figura 2.1 – Mapa das sequências deposicionais e suítes magmáticas da BPAR. Fonte: integração e adaptações
de Cartas Geológicas do Brasil ao Milionésimo (Schobbenhaus et al., 2004) e carta estratigráfica de Vaz et al. (2007), realizadas no âmbito do Projeto Parnaíba (Jardim de Sá et al. 2017), Chevron Brasil/ANP/UFRN.
6
Figura 2.2 – Carta estratigráfica da Bacia do Parnaíba de Vaz et al. (2007). 10
C a p í t u l o 3 – E s t a d o d a A r t e e A b o r d a g e m M e t o d o l ó g i c a
Figura 3.1 – Classificação geométrica dos sistemas de fraturas em relação a orientação destas estruturas e a
direção principal de dilatação. Fonte: reproduzido de Hoek (1994).
14
Figura 3.2 – Tipos de grandes enxames de diques: I, padrão em leque contínuo; II, padrão em leque
subdividido em subenxames; III, subenxames de diques subparalelos que irradiam de um ponto comum; IV, diques subparalelos espalhados por uma área; V, diques subparalelos em uma zona restrita; VI, padrão arqueado. As estrelas representam possíveis localização de plumas do manto. Fonte: reproduzido de Ernst (2014).
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C a p í t u l o 4 – A r t i g o C i e n t í f i c o
Figure 1 - Map of stratigraphic sequences and magmatic suites of BPAR. Source: integration and adaptation of Brazilian Geological Chart 1:1.000,000 (Schobbenhaus et al., 2004) and stratigraphic chart by Vaz et al. (2007), carried out under the Projeto Parnaíba (Jardim de Sá et al. 2017, Chevron Brasil/ANP/UFRN Contract).
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Figure 2 - Map of stratigraphic sequences and magmatic suites of studies areas with geochronological data from Cordani (1970), Nunes et al. (1973), Caldasso and Hama (1978), Baksi and Archibald (1997) and Mizusaki et al. (2002).
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Figure 3 - Mosaic of SRTM images in the Southeast Area, with relief illumination at 45º towards 315º (NW), displaying photolineations (plastic fabric int the basement) and interpreted post-Cambrian photolineaments (traced in yellow and blue). Below, rosette diagrams illustrate the relationship between frequency/trend and length/trend of the photolineaments mapped in the basin (in yellow) and in the Precambrian basement of the Borborema Province (in blue), respectively.
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Figure 4 - Image mosaic available at Google Earth Pro illustrating an example of the expression of NE-SW basic dikes that intruded in the Serra Grande Group (Silurian Sequence), in the southeastern border of BPAR.
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Figure 5 - In A, rosette diagrams with the relationships between frequency/trend and length/trend of the photolineaments mapped in the basin, in this region; in B, stereographic projection displaying extensional structures and schematic representation (map view) of these data, with orientation of the inferred main extension strain axis, X; in C, sandstone of the Jaicós Formation (Serra Grande Group) intercepted by a NE-trending cataclastic deformation band, with normal kinematics (steep dipping band surface containing
slickenfibers at high rake); in D, sandstone of the Jaicós Formation intercepted by a basic dike of the Sardinha Suite, with NE-SW strike. As in other outcrop pictures, the marker or the hammer cable points to the north. Figure 6 - In A, NE siliceous dike with steep dipping (towards NW) laminations and subvertical colored bands, probably originated by a crack-seal mechanism; in B, fine grained sandstone of the Tianguá Formation (Serra Grande Group), with strong silicification in the layers; in C, rocks of the Ipu (coarse sandstones) and Tianguá (fine grained sandstones and shales) formations of the Serra Grande Group, in contact by a NE-trending normal fault with percolation and precipitation of a silica-rich fluid along the fault and the lithological/stratigraphic contact.
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Figure 7 - Silicified sandstone ridges. In A, silicified sandstone with intrusive of the Jaicós Formation, laterally adjacent to weathered basic dikes (geologist points to the north); in B, panoramic view of the ridges that occur near the city of Cajueiro/PI; in C, ridge of illustrations (B,C; the adjacent basic dikes are not visible) viewed in high-resolution images of Google Earth Pro.
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Figure 8 - Panoramic view of the erosional remnant of a half-graben known as the Padre Marcos Basin. Red arrows point to the best rock exposures in the basin.
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Figure 9 - Records of the structures of the Padre Marcos Basin. In A and B, sandstone and shale intercalations, dipping to NW; in C, NE-trending normal fault dipping to SE, illustrating the tectonic contact with border conglomerates; in D, stereographic projection containing the data set obtained; in E, schematic map view of the structures and the estimated orientation of the NW extension axis, associated to the opening of this half-graben.
38
Figure 10 – Geological map of the Southeast Area, highlighting the mapped and interpreted structures with an emphasis on the swarms of basic and siliceous dikes. Modified from Fernandes (2017) and Lima and Jardim de Sá (2017) during this work. The small graben remanescent of Padre Marcos does not appear at this scale but its location is indicated.
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Figure 11 - Southeast Area main structures. In A, schematic block diagram for the structures mapped at macro and mesoscale; in B, a schematic map view of the D4 Event structures, responsible for the generation (or reactivation as) of NE-SW extensional structures (normal faults and extension joints), which hosted fluid percolation and crystallization of magmatic bodies. The strike slip faults shown in B sketch are explained by permutation between vertical and horizontal strain axis, keeping X constant in the NW direction. In this area, this feature is not frequent.
40
Figure 12 - Mosaic of SRTM images with relief illumination at 45º towards 315º (NW) in the Central-East Area, with identified photolineaments (yellow and black) and rosette diagrams illustrating frequency/trend and length/trend of the photolineaments. The red polygons correspond to the areas with the best dike exposures, detailed in figures 13 and 14 below.
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Figure 13 - Mosaic of images available at Google Earth Pro displaying basic dike swarms with distinct orientations in the central-eastern region of BPAR, near the cities of Coivaras/PI (A) and Alto Longá/PI (B), both in the state of Piauí. The triangles in red correspond to the points sampled for dating by the 40Ar/39Ar method. The areas are shown as red polygons in Figure 12.
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Figure 14 - Landsat 8 OLI images showing, in A, composition R [PC5]G[PC3]B[PC7] and in B and C composition R[PC5]G[PC3]B[PC4], which highlight the swarms of basic dikes (in places such B, with adjacent sandstone ridges) located in the Central-East Area, indicated by white arrows in the figures. Areas represented as red polygons in Figure 12.
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Figure 15 – Central-East Area structural data. In A, B and C, stereographic projections illustrate the extensional structures trending NW-SE, ENE-WSW and NE-SW, with their schematic map view representation and indication of the main extension axis of the associated deformation event; in D, rosette diagrams with the relationships between frequency/trend and length/trend of the mapped basic dikes.
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Figure 16 - In A and B, intensively fractured and silicified Poti Formation (Canindé Group) sandstones, host rocks of dikes respectively with NNW-SSE (sample 9-125) and WNW-ESE (sample 14-163) trends; in C and D, altered shales of the Longá Formation (Canindé Group) intercepted by NW-SE basic dike; in E, very weathered NE-SW dike, cutting sandstones of the Piauí Formation (Balsas Group).
Figure 17 - In A, Long Formation (Canindé Group) metashale with cordierites; in B, transmited light photomicrograph illustrating recrystallized Longá Formation (Canindé Group) metasandstone at crossed polarizers, with polygonal contacts forming triple junctions; in C, shale hornfels of Piauí Formation (Balsas Group), at the base of a Sardinha Suite diabase sill; in D, diabase sill emplaced in the Longá Formation (Canindé Group); the detail illustrates the surrounding rocks transformed into hornfels (outcrop 14-97).
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Figure 18 - Geological map of the central-eastern domain of the Parnaíba Basin, including the basic dike swarm cartography and the location of outcrops sampled and analyzed by the 40Ar/39Ar dating method in this
work.
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Figure 19 - Argon extraction diagrams by incremental heating of whole-rock grains from two subsamples diabase sill (outcrop 9-82A) near Buriti Bravo city. In (a), the plateau ages acquired; in (b), The probability density plot; and (c), the isochron.
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Figure 20 - Argon extraction diagrams by incremental heating of whole-rock grains for one sample from a diabase sill (outcrop 14-97) south of São Félix do Piauí/PI city. In (a), the age spectrum acquired; in (b), the probability density plot; and (c), the isochron.
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Figure 21 - Argon extraction diagrams by incremental heating of whole-rock grains from two subsamples of the WNW-trending diabase dike (outcrop 14-157), south of Monsenhor Gil city. In (a), the age spectrum acquired; in (b), the probability density plot; and (c), the isochron.
52
Figure 22 - Argon extraction diagrams by incremental heating of whole-rock grains from two subsamples of NNW-SSE dike (outcrop 9-125B), north of the Elesbão Veloso/PI city. In (a), the age spectrum acquired; in (b), the probability density plot; and (c), the isochron.
54
Figure 23 - Argon extraction diagrams by incremental heating for two subsamples of WNW-ESE diabase dike with NW-SE bending (outcrop 14-163), north of the Alto Longá/PI city. In (a), the age spectrum (whole rock); in (b), the probability density plot; and (c), the isochron.
54
Figure 24 - Argon extraction diagrams by incremental heating for two subsamples of WNW-ESE diabase dike with NW-SE bending (outcrop 14-163), north of the Alto Longá/PI city. In (a), the age spectrum (plagioclase); in (b), the probability density plot; and (c), the isochron.
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Figure 25 - Argon extraction diagrams by incremental heating of whole-rock grains from two subsamples from NE-SW diabase dike (outcrop 14-164), north of Alto Longá/PI city. In (a), the age spectrum acquired; in (b), the probability density plot; and (c), the isochron.
55
Figure 26 - Argon extraction diagrams by incremental heating of whole-rock grains from two subsamples from the NE-SW direction diabase dike (outcrop 14-179), east of Coivaras/PI city. In (a), the age spectrum acquired; and in (b), the probability density plot.
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Figure 27 - In A, map representation of the dike located south of Monsenhor Gil/PI and dated at ca. 135 Ma; in B, dike emplaced in strike slip structures related to D4 Event (Early Cretaceous).
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Figure 28 - Map of the lithostratigraphic units of the Central-East Area, highlighting the mapped and interpreted structures with emphasis on the swarms of basic dikes of different orientations and ages.
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Figure 29 - In A, map representation of the Mosquito Suite dike swarm located between the cities of Alto Longá and Coivaras, Piaui State; in B, distribution of the dikes in relation to the structures of D3 Event, Early
Jurassic: ENE normal faults and transcurrent faults (stress axis exchange or oblique ramps) striking NW or NE; In C, the dikes take advantage of the structural inheritance of D2 Event along the Transbrasiliano
Lineament during the Late Permian to Middle Triassic interval, exemplified by the sinistral NE main strike-slip and the dextral antithetic one, reactivated during D3 (adapted from Santos et al., 2018).
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Figure 30 - In A, dike map representation of the most significant Mosquito Suite in the region; in B, association of the dike with synchronic structures to D3 Event in the Triassic-Jurassic transition; in C, R' structures of D2
Event (Late Permian-Middle Triassic – Santos et al., 2018) could also have been reactivated with D3 extension,
controlling the dike intrusion.
S u m á r i o
1 INTRODUÇÃO ... 1
1.1 APRESENTAÇÃO E OBJETIVOS ... 1
1.2 JUSTIFICATIVA ... 1
1.3 LOCALIZAÇÃO ... 2
1.4 MÉTODOS E FERRAMENTAS DE TRABALHO ... 3
2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 5
2.1 A BACIA DO PARNAÍBA ... 5
2.2.1 Arcabouço Estrutural... 7
2.2.2 Evolução Tectonossedimentar... 8
2.2.3 O Magmatismo Mesozoico na Bacia do Parnaíba ... 11
3 ESTADO DA ARTE E ABORDAGEM METODOLÓGICA ... 13
3.1 O TEMA DA PESQUISA: ENXAMES DE DIQUES BÁSICOS, UMA BREVE REVISÃO ... 13
3.2 ANÁLISE DE PRODUTOS DE SENSORES REMOTOS ... 15
3.2.1 Dados e Métodos ... 16 3.2.2 Imagens de Radar ... 17 3.2.3 Imagens de Satélite... 18 3.3 ANÁLISE DE MESOESTRUTURAS ... 18 3.4 CARTOGRAFIA GEOLÓGICA ... 19 3.5 ANÁLISES GEOCRONOLÓGICAS ... 19 3.5.1 Amostragem ... 20 3.5.2 Irradiação ... 20 3.5.3 Espectrometria de massa ... 20 3.5.4 Cálculo de Idades ... 21 4 ARTIGO CIENTÍFICO ... 23 INTRODUCTION ... 24
REGIONAL GEOLOGICAL CONTEXT AND LITERATURE DATA ... 25
MATERIALS AND METHODS ... 28
Macrostructure Analysis of Remote Sensing Images ... 29
Analysis of Mesostructures and Deformation Events ... 29
Geochronological Analysis ... 29
RESULTS AND INTERPRETATIONS ... 30
SOUTHEAST AREA ... 32
Macrostructure Analysis: Lineaments and Basic Dike Swarms ... 32
Mesostructural Analysis: Field Data ... 34
Dike Events and Structural Emplacement Controls ... 39
CENTRAL-EAST AREA... 41
Macrostructure Analysis: Lineaments and Basic Dike Swarms ... 41
Mesostructural Analysis: Field Data ... 45
Geochronological Data ... 48
Dike Events and Structural Emplacement Controls ... 56
DISCUSSION AND CONCLUSIONS ... 60
ACKNOWLEDGMENTS ... 62
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 68
C a p í t u l o 1
1 INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO E OBJETIVOS
O presente texto, intitulado “CONTROLES ESTRUTURAIS E DADOS GEOCRONOLÓGICOS 40Ar/39Ar DE ENXAMES DE DIQUES BÁSICOS NA PORÇÃO LESTE DA BACIA DO PARNAÍBA, NORDESTE DO BRASIL”, compõe um dos requisitos obrigatórios para a obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Geofísica e Geodinâmica (PPGG) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). O estudo está inserido em um projeto de pesquisa denominado de “Geologia e Sistemas Petrolíferos da Bacia Intracratônica do Parnaíba, Nordeste do Brasil” (Projeto Parnaíba), convênio entre a CHEVRON BRASIL e a UFRN/PPGG/FUNPEC, executado no Laboratório de Geologia e Geofísica do Petróleo (LGGP). A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) forneceu a bolsa de pesquisa para a autora desta dissertação.
A dissertação foi orientada pelo professor Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá do Departamento de Geologia da UFRN e as atividades da pesquisa foram iniciadas em março de 2017 e finalizadas em agosto de 2019.
Em linhas gerais, as áreas escolhidas para análise possuem como particularidade a presença de um importante enxame de diques básicos correlatos à Suíte Magmática Sardinha, do Eocretáceo, de direção predominante NE-SW, mas com variações para E-W a NW-SE. Tais variações poderiam representar componentes de diferentes idades ou, alternativamente, um controle estrutural distinto em sítios específicos. Neste documento são apresentadas as interpretações resultantes da caracterização estrutural macro e mesoscópica, relações cronológicas, além dos efeitos da intrusão magmática desses corpos nas rochas encaixantes. O estudo visa ampliar o conhecimento sobre o magmatismo da Bacia do Parnaíba, bem como correlacionar essa suíte aos eventos deformacionais que afetaram a bacia e terrenos pré-cambrianos na região Nordeste brasileira.
A abordagem metodológica desenvolvida durante a pesquisa consistiu, em resumo, na aplicação de técnicas de mapeamento geológico-estrutural com ênfase em sensoriamento remoto, levantamento de campo e análises estrutural e geocronológica.
1.2 JUSTIFICATIVA
A Bacia do Parnaíba apresenta suítes magmáticas básicas de idades e composições distintas, cujas origens são relacionadas aos eventos de ruptura do Pangea e formação do Oceano Atlântico. Nesse contexto tectônico, rochas intrusivas (principalmente diques e
soleiras) e extrusivas de composição básica, concentradas em dois picos de atividades, foram alojadas na bacia. Do ponto de vista cronoestratigráfico, são reconhecidas as suítes (denominadas de "formações" nos trabalhos citados abaixo) Mosquito, de idade eojurássica, e Sardinha, eocretácea (Almeida & Carneiro, 2004; Góes & Feijó, 1994; Vaz et al., 2007; dentre outros).
Nas bordas leste e sudeste da bacia, assim como em sua porção central, destaca-se a ocorrência de enxames de diques básicos com distintas orientações, cuja caracterização estrutural e estratigráfica ainda pode ser substancialmente melhorada. O estudo de enxames de diques tornou-se uma ferramenta largamente difundida na literatura de vez que os mesmos são considerados excelentes marcadores de tempo que podem ser utilizados na reconstrução do estilo tectônico e dos campos de esforços regionais (Ernst et al., 1995; Hou et al., 2006, 2010). Nesse sentido, no intuito de contribuir para o estudo desses corpos, a presente pesquisa envolve a cartografia dessas manifestações magmáticas com ênfase na sua caracterização estrutural e geocronológica, além de discutir o seu significado tectônico e correlação com eventos de caráter regional, em especial na Bacia do Parnaíba.
1.3 LOCALIZAÇÃO
A pesquisa abrange duas grandes áreas localizadas, geograficamente, no Estado do Piauí. Uma na porção sudeste da Bacia do Parnaíba, próximo à divisa deste com os estados de Pernambuco e do Ceará, e outra na porção centro-leste e noroeste da bacia, aproximando-se do Estado do Maranhão (Figura 1.1). As mesmas estão compreendidas entre os meridianos 40°30’ W e 43º05’ W e paralelos 4º55’ S e 8º00’ S.
Figura 1.1 – Mapa de localização geográfica das áreas de estudo (polígonos em vermelho) e sua posição em
relação à Bacia do Parnaíba, destacando-se as principais cidades e vias de acesso da região.
1.4 MÉTODOS E FERRAMENTAS DE TRABALHO
A pesquisa desenvolveu-se de acordo com a sistemática apresentada adiante, a qual integra um conjunto de atividades e técnicas de mapeamento geológico-estrutural.
(i) Revisão bibliográfica e compilação de dados preexistentes: criação da base geocartográfica de superfície a partir dos mapas geológicos preexistentes (Cartas geológicas do Brasil ao Milionésimo da CPRM, dissertações e teses); revisão de trabalhos da literatura acerca do contexto geológico regional da Bacia do Parnaíba e das províncias magmáticas na região; organização de dados de afloramentos da área de estudo, obtidos em campanhas de trabalho precedentes, realizadas no âmbito do “Projeto Parnaíba”.
(ii) Tratamento e interpretação de imagens de sensores remotos: análise de imagens de satélite (Landsat e Google Earth Pro) e radar (SRTM), com ênfase no mapeamento dos sistemas de fraturas e de corpos intrusivos, mediante a aplicação de técnicas de realce, falsa-cor e sombreamento utilizando os softwares disponíveis nas plataformas ArcGIS e ERDAS.
(iii) Levantamentos de campo nos anos de 2015 e 2017, para complementar a aquisição de dados estruturais e estratigráficos das unidades magmáticas e sedimentares aflorantes ao longo das macroestruturas selecionadas (lineamentos), extraídas nas imagens de sensores remotos e previamente cartografadas.
(iv) Análise e interpretação dos dados de campo: preparação de amostras das rochas para análise geocronológica; tratamento dos dados geológico-estruturais através de programas específicos de análise estrutural (Stereonet 8, FaultKin 6 e RockWorks 16); reinterpretação das imagens de sensores remotos; caraterização da geometria e regimes cinemáticos dos sistemas de falhas que afetaram ou condicionaram o magmatismo.
(v) Compilação das idades obtidas em rochas vulcânicas associadas aos eventos magmáticos da Bacia do Parnaíba, já disponíveis na literatura.
(vi) Interpretação dos resultados das datações das rochas básicas pelo método 40Ar/39Ar realizadas no Laboratório de Geocronologia da Escola de Ciências da Terra da Universidade de Queensland (UQ-AGES - Austrália), em cooperação com o Dr. Paulo Marcos Vasconcelos.
(vii) Integração dos resultados: análise e interpretação do conjunto de dados e preparação do presente texto.
C a p í t u l o 2
2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL
2.1 A BACIA DO PARNAÍBA
A Bacia do Parnaíba (doravante abreviada de BPAR) é uma extensa sinéclise com cerca de 600.000 km², localizada na porção ocidental da região Nordeste e adjacências do Norte do Brasil (Figura 2.1), onde ocupa áreas nos estados do Piauí e do Maranhão, bem como parcelas nos estados do Pará, Ceará, Bahia e Tocantins (Góes & Feijó, 1994; Pedreira da Silva et al., 2003; Vaz et al., 2007). Devido à grande similaridade com outras bacias, Caputo & Lima (1984) concluíram que ela pode ter atingido uma área duas ou três vezes maior que a atual e interligava-se com as bacias do Amazonas, da Flórida e do Saara, interligava-sendo sua extensão atual o remanescente erosional da dessa vasta área (Della Fávera, 2001).
Trata-se de uma bacia intracratônica disposta sobre um embasamento cristalino fortemente estruturado, formado ou retrabalhado no Ciclo Brasiliano (Cordani et al., 1984). A mesma é preenchida por depósitos sedimentares que se acumularam do Siluriano ao Jurássico, além de suítes ígneas e coberturas (ou bacias superpostas) jurássicas e cretáceas (Figura 2.1). Os processos de deformação, magmatismo e deposição de sedimentos associam-se com a abertura dos oceanos Atlântico Central e Sul/Equatorial (Cordani et al., 1984; Góes & Feijó, 1994; Góes, 1995; Pedreira da Silva et al., 2003; Vaz et al., 2007).
O embasamento aflorante em suas bordas se constitui de faixas orogênicas brasilianas das províncias Borborema e Tocantins, as quais circundam os crátons São Francisco e Amazônico nas porções a leste e oeste da bacia, respectivamente. No seu limite norte, com as bacias da Margem Equatorial, a Faixa Gurupi e o Cráton São Luís afloram de modo restrito. A natureza do embasamento na porção central da bacia tem sido abordada por dados geocronológicos obtidos em poços (Cordani et al., 1984) e pela interpretação de dados de métodos potenciais e de sísmica profunda (Daly et al., 2014), além da correlação com as estruturas que adentram na bacia a partir do seu perímetro. Cordani et al. (1984) e Hasui (2012) propuseram a existência de um núcleo cratônico central, de posição intermediária às faixas móveis brasilianas e adjacente ao Lineamento Transbrasiliano, argumento também defendido por Brito Neves et al. (1984). A ideia de um bloco central, denominado usualmente de “Bloco Parnaíba”, é defendida em trabalhos recentes, como os de Castro et al. (2014, 2016) e Daly et al. (2014), que propôs um perfil E-W baseado em sísmica profunda. Jardim de Sá et al. (2015), discutindo a assinatura gravimétrica e magnética de mapas regionais, destacaram a importante continuidade do Lineamento Transbrasiliano sob a bacia, implicando em que o bloco cratônico
F ig ura 2 .1 – Ma p a d as seq u ên cias d ep o sicio n ais e su ítes m ag m ática s d a B PAR . Fo n te: in teg raç ão e ad ap taçõ es d e C ar ta s Geo ló g icas d o B rasil ao Milio n ésimo (Sch o b b en h au s et a l. , 2 0 0 4 ) e ca rta estra tig ráf ica d e Vaz et a l. (2 0 0 7 ), r ea lizad as n o âm b ito d o Pro jeto Par n aíb a (J ar d im d e Sá et a l. 2 0 1 7 ), C h ev ro n B rasil /AN P/UF R N .
2.2.1 Arcabouço Estrutural
A BPAR exibe uma forma ovóide de depressão moldada no intervalo siluro-devoniano ao jurássico. Em adição, é evidente em seu arcabouço estrutural a forte influência de uma importante zona de cisalhamento que aflora nas bordas da bacia e exibe registro (de superfície e subsuperfície) de reativações frágeis, compondo o Lineamento Transbrasiliano (Figura 2.1), com direção NE-SW (Milani & Zalán, 1999).
Na literatura são comuns as referências à presença de estruturas grabenformes ao longo do Lineamento Transbrasiliano (neste texto também referido como o LTB), consideradas como a fase rifte precursora da subsidência da BPAR, resultante dos pulsos terminais do Ciclo Brasiliano no final do Cambro-Ordoviciano (Brito Neves et al., 1984; Góes et al., 1990; Oliveira & Mohriak, 2003). Interpretações sísmicas, gravimétricas e magnéticas nos trabalhos de Nunes (1993), Castro et al. (2014, 2016), e Antunes et al. (2015, 2016) abordaram a ocorrência desses grabens ao longo deste lineamento.
A reativação frágil do LTB, afetando as sequências sedimentares e suítes básicas da BPAR, ao longo de segmentos e em eventos distintos, é descrita por Jardim de Sá et al. (2015) e outros autores. Na porção nordeste da bacia, ao longo desta estrutura, o Graben Jaibaras exibe estruturas transcorrentes dextrais com direção NE, afetando as unidades eo a mesopaleozoicas da BPAR (Cacama et al., 2015). Também nessa região e nas bordas sudeste e sul da bacia, encontram-se falhas com mesma orientação, mas com cinemática normal, caracterizando um evento distinto e mais jovem (Cacama et al., 2015; Lima & Jardim de Sá, 2017), correlacionado à distensão NW eocretácea característica do rifteamento do Atlântico Sul, bem marcado nas Bacias Interiores do Nordeste do Brasil (Matos, 1992, 1999; Córdoba et al. 2008). Essa correlação é reforçada pelos enxames de diques básicos da Suíte Sardinha, eocretácea, com orientação predominante NE (Lima & Jardim de Sá, 2017). Por outro lado e com melhor expressão, na porção sul/SW da bacia, o trend NE do LTB também engloba estruturas transcorrentes sinistrais, envolvendo feições de espessamento de camadas na Formação Pedra do Fogo, indicando outra reativação durante o Neopermiano (Santos et al., 2018).
Na borda oeste da BPAR, Souza et al. (2017) destacaram a ocorrência de um graben N-S, com registro de abertura oblíqua (componente sinistral) compatível com o evento assinalado por Santos et al. (2018), acima referido, caracterizado por distensão NE. O citado graben abate toda a sequência da bacia (até a Formação Motuca, Permo-Triássico da BPAR, bem como em parte a Formação Sambaíba, confirmando uma idade mínima eo a mesotriássica). Esses autores também ressaltaram a ocorrência de fraturas e falhas normais com direção E-W a ENE, que
afetam e/ou controlaram o alojamento de soleiras e derrames da Suíte Mosquito, mais jovem (Neojurássica), também nessa região oeste da bacia.
2.2.2 Evolução Tectonossedimentar
A BPAR faz parte do grupo das grandes sinéclises brasileiras, bacias sedimentares intracratônicas de interior remoto, desenvolvidas durante o Estágio de Estabilização da Plataforma Sul-Americana. A espessura total das rochas da bacia atinge cerca de 3500 m em seu depocentro e as seções geológicas publicadas ilustram a geometria característica de uma sinéclise (Góes & Feijó, 1994; Góes, 1995; Almeida e Carneiro, 2004; Vaz et al., 2007).
Diferentes autores fazem referência à deficiência de dados estruturais que auxiliem na caracterização de um modelo tectonossedimentar. São distinguidos estágios evolutivos (e respectivas bacias, com configurações próprias) do Siluriano ao Triássico, do Jurássico e do Cretáceo, além de uma herança estratigráfica e estrutural relacionada ao final do ciclo orogênico Brasiliano (Góes, 1995; Oliveira e Mohriak, 2003; Pedreira da Silva et al. 2003, Cacama et al. 2015). Considerando a BPAR no contexto de uma bacia única, Vaz et al. (2007) enquadraram a sucessão de rochas sedimentares e magmáticas em cinco sequências deposicionais, delimitadas por discordâncias regionais: Siluriana, Mesodevoniana-Eocarbonífera, Neocarbonífera-Eotriássica, Jurássica e Cretácea (Figura 2.2), sendo que as três primeiras representam ciclos de transgressão-regressão.
A subsidência inicial da bacia é atribuída às deformações tardias ligadas ao Ciclo Brasiliano, que gerou estruturas grabenformes no embasamento da BPAR, conforme discutido no item precedente. De acordo com Góes et al. (1990), estabeleceu-se uma grande depressão siluro-devoniana sobre a qual se depositaram os sedimentos flúvio-deltáicos a marinho rasos do Grupo Serra Grande, reunidos em uma Superssequência Siluriana representativa de um ciclo transgressivo-regressivo completo, marcando a primeira ingressão marinha na bacia (Oliveira & Mohriak, 2003; Vaz et al., 2007 e Góes & Feijó, 1994). A Sequência Mesodevoniana-Eocarbonífera, sobreposta, registra um novo ciclo transgressivo-regressivo, representativo da maior ingressão marinha na bacia, registrada pela deposição do Grupo Canindé (Góes et al., 1990; Góes, 1995). No Neocarbonífero retomou-se a sedimentação com a deposição do Grupo Balsas, com progressivo processo de desertificação em toda a bacia. No Jurássico, acompanhando os efeitos da separação dos continentes sul-americano e africano, desenvolveu-se na bacia um significativo processo magmático intrusivo e extrusivo, desenvolveu-seguido da deposição das formações Pastos Bons e Corda em ambiente continental desértico, controlado por sistemas flúvio-deltáicos (Góes et al., 1990; Góes & Feijó, 1994). Góes (1995) reúne esse pacote
sedimentar e as rochas magmáticas das Formações Mosquito (eojurássica) e Sardinha (eocretácea) na “Anfíclise de Alpercatas”, que para esta autora corresponde a um sistema de riftes interiores, orientados segundo as direções ENE-WSW e NNE-SSW, formados pelo abatimento da região central da bacia. A evolução sedimentar da bacia encerra-se no Cretáceo, quando os depocentros deslocaram-se da região central para as proximidades do extremo norte e noroeste da bacia em reflexo à abertura do Atlântico. As condições tectônicas estabelecidas resultaram em subsidência e na implantação de novo ciclo de sedimentação com a deposição em ambientes marinho raso, lacustre e flúvio-deltáico das formações Codó e Grajaú, seguida da deposição da Formação Itapecuru em um sistema flúvio-lacustre em clima semi-árido. Essas unidades mais jovens estão sobrepostas discordantemente às rochas das sequências mais antigas (Góes & Feijó, 1994; Vaz et al., 2007). O Cretáceo também é representado na bacia por um magmatismo intrusivo básico correspondente à Formação (ou preferencialmente, Suíte) Sardinha, objeto do presente estudo.
F ig ura 2 .2 – C ar ta estra tig ráf ica d a B ac ia do Par naíb a de V az et al . ( 20 07 ).
2.2.3 O Magmatismo Mesozoico na Bacia do Parnaíba
As rochas magmáticas da BPAR são relacionadas ao Estágio de Ativação da Plataforma Sul-Americana e associadas com eventos de ruptura do Pangea e formação do Oceano Atlântico (Almeida, 1986; Thomaz Filho et al.; 2000; Mizusaki et al., 2002; Almeida & Carneiro 2004; Zalán, 2004; Mizusaki & Thomaz Filho, 2004). Nesse contexto tectônico foram alojadas rochas intrusivas, sobretudo diques e soleiras, e extrusivas de composição básica, com idades variando entre 115 e 208 Ma, concentradas em dois picos principais de atividade. São reconhecidas, do ponto de vista cronoestratigráfico, as suítes (denominadas de "formações" nos trabalhos citados abaixo) Mosquito (eojurássica) e Sardinha (eocretácea) (Almeida & Carneiro, 2004; Góes & Feijó, 1994; Vaz et al., 2007).
A Suíte Mosquito ocorre com maior expressão na porção centro-oeste da bacia, sob a forma de grandes soleiras e derrames (Vaz et al., 2007). De acordo com Milani & Zalán (1999) e Zalán (2004), o Magmatismo Mosquito tem correlação com o Magmatismo Penatecaua, das bacias do Solimões e Amazonas, associado ao rifteamento do Atlântico Central.
Dados geocronológicos na literatura incluem, para a Suíte Mosquito, na porção centro-oeste da BPAR, idades K-Ar no intervalo 189,3±5,5 a 144,1±4,7 Ma (Fodor et al., 1990). Pelo método 40Ar/39Ar, Baksi & Archibald (1997) encontraram idades platôs no intervalo de 198,3±1,0 a 191,1±0,4 Ma; pelo mesmo método, Merle et al. (2011) reportaram idades platôs de 199,7±2,4 a 197,2±0,5 Ma. Por outro lado, Heilbron et al. (2018) apresentaram uma datação 40Ar/39Ar na porção NE da bacia, de idade platô de 181,3±1,7 Ma para um dique NNW-SSW na porção nordeste da bacia, onde representantes da Suíte Mosquito eram desconhecidos.
Com relação a geoquímica, os derrames de basaltos da Suíte Mosquito apresentam baixo-Ti (TiO2<2 wt%), são pobres em elementos incompatíveis e menos diferenciados (Mg# 62-56), quando comparados aos basaltos eocretáceos da Suíte Sardinha (TiO2>2 wt% e Mg # 44-33) (Fodor et al., 1990; De Min et al., 2003). Merle et al. (2011) definiram três grupos para os toleítos da Suíte Mosquito: baixo-Ti (TiO2<1,3 wt%), alto-Ti (TiO2~2 wt%) e alto-Ti evoluído (TiO2>3 wt%). Estudo recente por Oliveira et al (2018) separa os corpos da Suíte Mosquito em alto-Ti e baixo-Ti, diferenciados em termos petrográficos, geoquímicos (elementos principais e traços) e isotópicos (Sr-Nd).
A Suíte Sardinha é mais frequente na porção leste da bacia, ocorrendo sob a forma de grandes diques e pequenas soleiras (Vaz et al., 2007). Apresenta correlação com o magmatismo Serra Geral da Bacia do Paraná (Mizusaki & Thomaz Filho, 2004) e é reflexo da abertura do Atlântico Sul (Sial, 1976; Milani & Thomaz Filho, 2000).
No que diz respeito à geocronologia, os dados publicados incluem idades K-Ar em rocha total de 128,1±9,4 a 125,7±3,8 Ma (Cordani, 1970), 121,8±3,0 e 115,0±3,7 (Fodor et al., 1990) e 133,0±11,0 a 126,0±4,0 Ma (Mizusaki et al., 2002). Resultados mais precisos, pelo método 40Ar/39Ar, apontam valores de idades platô de 124,9±0,9 e 124,6±0,6 Ma (Baksi & Archibald, 1997). Dados 40Ar/39Ar mais recentes, publicadas por Heilbron et al. (2018), forneceram 6 idades platôs no intervalo de 125,7±2,7 a 128,9±1,3 Ma para corpos da Suíte Sardinha. Um pulso magmático também foi sugerido a partir de uma idade platô de 119,6±0,8 Ma, correlacionado ao período de implantação das bacias da Margem Equatorial (Heilbron et al., 2018).
Oliveira et al (2018), em seu estudo, mostra que a Suíte Sardinha foi formada por magmas toleíticos de alto-Ti e baixo-Ti, além de basáltico alcalino, diferenciados com base nas discrepâncias petrográficas e geoquímicas, embora compartilhem semelhanças isotópicas do Sr e Nd. Heilbron et al. (2018) reconheceram na Suíte Sardinha grupos com baixo teor de TiO2 a noroeste do trend do Lineamento Senador Pompeu-Cococi na Bacia do Parnaíba e com alto TiO2 ao sul desse trend.
C a p í t u l o 3
E S T A D O D A A R T E E
3 ESTADO DA ARTE E ABORDAGEM METODOLÓGICA
3.1 O TEMA DA PESQUISA: ENXAMES DE DIQUES BÁSICOS, UMA BREVE REVISÃO Diques são corpos intrusivos tabulares e discordantes (em relação ao acamamento ou fabric das encaixantes), com mergulhos fortes a (sub)verticais, com espessuras que podem variar de centímetros a centenas de metros e comprimentos que chegam a atingir quilômetros. Em geral, ocorrem a pequenas e médias profundidades na crosta, ocupando falhas, fraturas e outros planos de fraqueza, de forma isolada ou compondo conjuntos de dois a vários corpos adjacentes, próximos ou afastados, denominados de “enxames”. Dependendo da disposição espacial e atitudes, esses conjuntos são classificados em enxames de diques paralelos (ou subparalelos, com orientação sistemática ou encurvada), radiais, anelares ou em cone (Wernick, 2004).
No geral, os diques se alojam na crosta em um plano perpendicular a direção de menor esforço (σ3), correspondente à direção de abertura da fratura (Anderson, 1951). Quando ambas as tensões horizontais são semelhantes (σhmin ~ σHmax), as intrusões orientam-se aleatoriamente (Rivalta et al., 2015). O mecanismo de alojamento dos diques é um assunto amplamente discutido na literatura, a dúvida consiste em se a colocação dos corpos se dá em fraturas preexistentes reativadas ou em fraturas recém-criadas durante a intrusão. Muitos autores afirmam que os diques, possuindo pressão de fluido contrária à pressão litostática/confinante, podem fraturar a rocha encaixante, o denominado fraturamento hidráulico, mecanismo amplamente aceito como gerador de fraturas (Pollard, 1973; Delaney et al., 1986; Hoek, 1991 e 1994, Motoki & Sichel, 2008). Em adição ao efeito da pressão de fluido, o magma também pode intrudir estruturas preexistentes, especialmente quando as zonas de fraquezas estejam orientadas de forma favorável (com σ3 fazendo ângulo com a fratura) à sua abertura, ditada por campos de tensões locais ou regionais (Delaney et al., 1986; Ziv et al., 2000). Em ambas as situações, o alojamento de diques é função do balanço de esforços entre a pressão do magma e o campo de tensões externo (tectônico e pressão litostática). Desta forma, a análise de enxames de diques pode ser utilizada para investigar o campo de tensões atuante durante a época de seu alojamento. No caso do alojamento em fraturas preexistentes, a orientação dos diques também é controlada pela orientação das fraturas mais antigas. Em um meio isotrópico e sem tensões externas aplicadas, como no mecanismo de faturamento hidráulico, a orientação dos diques depende unicamente dos componentes de pressão litostática e hidrostática (Pollard, 1987; Hou et al., 2006, 2010, 2016; Tomba, 2012).
Em termos de geometria, Hoek (1994) afirma que um dique individual pode ser considerado como a combinação de um sistema de fraturas e um campo de vetores de dilatação. Esses sistemas são normalmente segmentados e podem ser reativados e/ou neoformados. Considerando essas variáveis, ele propôs um sistema de classificação onde estas estruturas são discriminadas em quatro categorias geométricas principais: irregular (revezada), anastomosada (braided), escalonada (en-echelon) e em zigzag (Figura 3.1). De acordo com o sistema proposto, os três primeiros tipos são produtos da dilatação normal às paredes da fratura, enquanto o último resulta da dilatação oblíqua a fraturas preexistentes (e em decorrência, aos segmentos ou parte dos segmentos dos diques).
Figura 3.1 – Classificação geométrica dos sistemas de fraturas em relação a orientação destas estruturas e a
direção principal de dilatação. Fonte: reproduzido de Hoek (1994).
Enxames de diques básicos são grupos de diques com características e, em sua maior parte, orientações similares, nos quais os magmas básicos são alojados em sistemas de fraturas crustais preexistentes ou neoformadas (Halls, 1982; Ernst et al., 1995; Hou et al., 2006). Essas estruturas são parte fundamental da maioria dos sistemas de transporte e alojamento de magmas na crosta superior e proporcionam informações importantes sobre o contexto geodinâmico de uma região. Em adição, a geometria, distribuição temporal e espacial e o mecanismo de
alojamento desses enxames de diques também são controlados por anisotropias preexistentes e campos de tensões mais localizados.
Ernst (2014) descreveu as diferentes geometrias dos grandes enxames de diques, subdividindo-os em seis tipos (Figura 3.2). Os tipos I, II e III se irradiam acima de um centro ou corpo magmático em profundidade, uma pluma do manto e/ou uma junção tríplice. Os tipos IV e V são lineares, sendo que, em alguns casos, eles também podem representar porções distais de enxames de diques radiais. Além desses tipos, também ocorrem enxame arqueados, discriminados como do tipo VI, que circunscreve parcialmente um centro magmático, ou tem sua geometria controlada por campos de tensões regionais e/ou “locais”, atuando sincronicamente ou evoluindo no tempo.
Figura 3.2 – Tipos de grandes enxames de diques: I, padrão em leque contínuo; II, padrão em leque subdividido
em subenxames; III, subenxames de diques subparalelos que irradiam de um ponto comum; IV, diques subparalelos espalhados por uma área; V, diques subparalelos em uma zona restrita; VI, padrão arqueado. As
estrelas representam possíveis localização de plumas do manto. Fonte: reproduzido de Ernst (2014).
3.2 ANÁLISE DE PRODUTOS DE SENSORES REMOTOS
O sensoriamento remoto é uma das mais bem-sucedidas tecnologias de coleta automática de dados para o levantamento e monitoramento dos processos e contextos geológicos-geomorfológicos de extensas áreas da superfície terrestre (ver Meneses & Almeida, 2012, por exemplo).
A análise de imagens de satélite e de radar permitem o mapeamento de feições lineares em âmbito regional, que podem refletir a ocorrência de falhas ou fraturas no terreno, constituindo-se numa importante ferramenta de apoio a investigações estruturais de áreas extensas. Este tipo de estudo é um procedimento amplamente recomendado nas intepretações geológicas, seja em regiões de terrenos sedimentares ou cristalinos. Em bacias sedimentares, o reconhecimento e interpretação de macroestruturas auxiliam na identificação de diferentes eventos que controlaram a sua formação e reativações, contribuindo para a definição do arcabouço tectono-estrutural de uma área de interesse; no presente texto, um domínio de uma bacia sedimentar.
Na presente pesquisa, realizou-se a observação e o traçado das principais macroestruturas impressas em imagens de radar e de satélite ao longo da borda sudeste e porção centro-leste da Bacia do Parnaíba (BPAR). Os dados coletados com essa análise nortearam o trabalho de campo e contribuíram para a interpretação do arcabouço estrutural da região.
3.2.1 Dados e Métodos
Neste estudo foram utilizadas imagens de radar interferométrico obtidas na missão espacial SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) realizada pela NASA (National Aeronautics and Space Administration), com resolução espacial de 3 arc sec (~90 m) para o Brasil, bem como imagens captadas pelo sensor Operacional Land Imager (OLI), instalado a bordo do satélite Landsat-8, com resolução espacial de 30 m para as bandas do visível (1-7) e 15 m para a pancromática (8). Ambas são disponibilizadas gratuitamente no sítio do USGS (https://earthexplorer.usgs.gov/); contudo, os dados pré-processados do projeto SRTM no território brasileiro também podem ser obtidos diretamente no sítio da Embrapa (http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/).
Os mosaicos de imagens SRTM foram confeccionados no software Global Mapper 16.1 e tratados no Sistema de Informações Geográficas (SIG) ArcGIS. Através da aplicação de filtros direcionais, imagens de relevo sombreado foram criadas com pseudo-iluminações distintas (direções azimutais 315º, 0°, 45° e 90° com ângulo de iluminação de 45º), de forma a destacar elementos do relevo em alto ângulo com as direções aplicadas. As feições morfoestruturais mais representativas na escala 1:200.000 foram identificadas e vetorizadas individualmente nas imagens.
De modo a refinar os traçados obtidos, imagens de alta resolução do software Google Earth Pro foram utilizadas na avaliação das feições vetorizadas. Esta análise também auxiliou
sombreado. Por fim, as informações de comprimento, azimute e coordenadas espaciais do início e fim de cada estrutura foram inseridas no programa RockWorks 16 para a construção de diagramas de roseta.
Nos programas ER Mapper 2013 e IMAGINE 2013, ambos pertencentes à plataforma ERDAS, as imagens digitais de satélite foram tratadas mediante a aplicação de técnicas distintas de processamento digital de imagens. Dessa forma, variadas composições em falsa-cor foram criadas pelo método de combinações RGB para o detalhamento do mapeamento litoestrutural realizado a partir dos mosaicos de radar, mais especificamente no tocante às feições extraídas através do Google Earth Pro que não ficaram realçadas nas imagens de relevo sombreado.
3.2.2 Imagens de Radar
Os mosaicos de imagens de radar analisados cobrem a porção da borda sudeste e centro-leste da BPAR, objeto de estudo deste trabalho, além de exposições do embasamento cristalino pré-cambriano contíguo, pertencente à Província Borborema (PB). O estudo destes produtos possibilitou a definição da trama estrutural regional, discriminando as estruturas de regime dúctil/plástico, presentes no embasamento, daquelas de caráter frágil, que ocorrem tanto no substrato cristalino como na bacia.
Critérios adotados na extração e interpretação de lineamentos
O trabalho de reconhecimento e extração de lineamentos levou em consideração variáveis básicas de análise e interpretação de imagens orbitais: tonalidade, textura, tamanho, forma, sombra e padrão. Nas imagens de relevo sombreado, buscou-se reconhecer elementos topográficos lineares e/ou alinhados com destaque no relevo, na forma de cristas ou vales, drenagens orientadas, contatos retilíneos e escarpas que representassem possíveis falhas, fraturas ou zonas de cisalhamento.
O’Leary et al. (1976) definem lineamentos como feições lineares mapeáveis, simples ou compostas, cujos segmentos estão alinhados de forma retilínea ou ligeiramente curva, que provavelmente refletem estruturas em subsuperfície rasa. Nessa concepção, Amaro & Strieder (1994) consideram que os lineamentos podem ser individualizados em estruturas penetrativas (tipo 1) ou estruturas rúpteis (tipo 2), apresentando atributos morfológicos distintos entre si. Jardim de Sá et al. (1993) utilizam os termos “fotolineamento” para traços de estruturas frágeis ou dúcteis-frágeis, e “fotolineação” para traços de estruturas dúcteis penetrativas (foliações e/ou lineações de baixo caimento).
Levando em consideração essas concepções, realizou-se a cartografia e interpretação dos lineamentos impressos no relevo, buscando distinguir aqueles relacionados a uma deformação frágil (fotolineamentos), daqueles relacionados a eventos de deformação dúctil, estes no embasamento (fotolineações), que podem ter controlado a estruturação ou reativação dos fotolineamentos.
3.2.3 Imagens de Satélite
Uma série de tratamentos composicionais (bandas espectrais, razões de bandas e principais componentes – PC) foram aplicados na cena 219/064 do sensor multiespectral Landsat 8 OLI que recobre a área de estudo centro-leste, no software ERDAS Er Mapper 5.0. A imagem escolhida para análise foi capturada pelo sensor no dia 27 de agosto de 2017, cujos critérios de seleção foram baixa densidade de nuvens e imageamento mais recente. As combinações em falsa-cor que apresentaram os melhores realces dos diques básicos e de cristas de rochas sedimentares silicificadas foram as composições de principais componentes R[PC5]G[PC3]B[PC7] e R[PC5]G[PC3]B[PC4]. Posteriormente, as imagens sofreram manipulação manual no brilho e contraste utilizando o programa Corel Draw 20.0, a fim de adquirir uma maior nitidez. Na área sudeste, os resultados adquiridos com essas técnicas foram insatisfatórios.
3.3 ANÁLISE DE MESOESTRUTURAS
O estudo de campo dos elementos estruturais de uma determinada região possibilita a concepção de um modelo tectônico-cinemático, no qual os dados de campo sejam compatíveis em uma área ampla, incluindo a macroescala. Conjuntos de falhas observados em área mais limitadas podem ser analisados para a fim de reconstruir o campo local de strain e estabelecer suas relações com o contexto geológico regional (Fossen, 2012).
A análise estrutural envolve as análises geométrica, cinemática e dinâmica dos dados amostrados. A primeira é uma abordagem descritiva que se detém nas formas, orientações, dimensões e relações geométricas entre estruturas principais e as de menor ordem associadas. Feições de estilo também são incorporadas na caracterização dos conjuntos de dados (preenchimentos, tipos de slickenlines), bem como os litotipos e unidades afetados. A análise cinemática, fundamentada na descrição geométrica, diz respeito ao modo como as partículas das rochas se movem durante a deformação. No caso da deformação rúptil as informações coletadas incluíram a orientação e atributos de juntas, falhas e slickenlines associados, incluindo
reconstituir a orientação (atitude) e magnitude do campo de esforços que atuou na geração de um determinado conjunto de estruturas (Fossen, 2012); neste trabalho, esses campos são interpretados à luz do modelo cinemático.
Assim, o trabalho desenvolvido neste estudo baseou-se nos aspectos geométricos e cinemáticos das estruturas frágeis encontradas (falhas e juntas, além de bandas de deformação), bem como estruturas dúcteis-frágeis (zonas de cisalhamento de baixa temperatura) impressas no substrato cristalino da bacia. Os resultados obtidos foram correlacionados e integrados à população de dados macroscópicos (fotolineamentos) obtidos na investigação de imagens de sensores remotos. Após a sua análise, incluindo a distribuição espacial e no tempo (via marcadores cronoestratigráficos), as estruturas (fraturas, falhas e diques) caracterizadas foram agrupadas em conjuntos cinematicamente coerentes (assim interpretados como geneticamente relacionados com base no estilo do fraturamento. Estes sistemas foram então associados a fases deformacionais distintas, tentativamente relacionadas a eventos tectônicos de expressão regional.
3.4 CARTOGRAFIA GEOLÓGICA
Enxames de diques básicos e silicosos, pouco estudados e/ou desconhecidos na literatura vigente, foram cartografados nas áreas Sudeste e Centro-Leste da BPAR. No decorrer do mapeamento dos corpos magmáticos, foram observadas algumas incongruências com relação as áreas de ocorrência das formações presentes no mapa da Área Centro-Leste, produzido a partir da Carta SB-23 (1:1.000.000) da CPRM. Dessa forma, com base nos dados de afloramento em conjunto aos produtos de sensores remotos, incluindo mapas altimétricos, ajustes na cartografia geológica, sobretudo nos contatos entre unidades litoestratigráficas aflorantes, foram realizados. Modelos digitais de elevação produzidos através de dados SRTM serviram como base para estipulação do intervalo altimétrico de cada formação. Vale ressaltar que dados estruturais também foram considerados nessa análise.
3.5 ANÁLISES GEOCRONOLÓGICAS
O método geocronológico 40Ar/39Ar é uma ferramenta empregada em ampla gama de processos geológicos. Em termos gerais, é uma variante específica do método K-Ar em que a concentração de 40K é medida por uma forma de ativação neutrônica. Na técnica 40Ar/39Ar uma parte da amostra é analisada usando um método analítico (espectrometria de massa) (Reiners et al., 2018)
No estudo em foco, tal sistemática isotópica foi aplicada com o propósito de definir a idade de resfriamento de 7 corpos magmáticos amostrados na porção leste da Bacia do Parnaíba.
3.5.1 Amostragem
A preparação das amostras foi inicialmente executada no Laboratório de Geologia e Geofísica do Petróleo (LGGP I) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e posteriormente no laboratório de geocronologia da Universidade de Queensland (UQ-AGES - Austrália), sob a supervisão do Prof. Dr. Paulo Marcos P. Vasconcelos. Antes de serem submetidas à irradiação, as rochas foram moídas até possuírem fragmentos com granulometria menor que 2 mm; lavadas em banhos ultra-sónicos; expostas ao ar para secagem, para então os grãos serem selecionados manualmente para análise através de microscópio binocular.
3.5.2 Irradiação
As amostras foram irradiadas na instalação Cadmium-lined B-1 CLICIT, reator nuclear do tipo TRIGA, na Oregon State University, EUA. Os grãos selecionados foram carregados em um disco de alumínio de 21 cavidades juntos a monitor de fluxo de nêutrons de sanidina Fish Canyon (idade 28,201 ± 0,046 Ma; Kuiper et al. 2008), seguindo a geometria ilustrada em Vasconcelos et al. (2002). Os discos de irradiação foram fechados com tampas de alumínio, envoltos em papel alumínio e selados a vácuo em frascos de quartzo. Todas as amostras foram irradiadas por um período de 14 horas e as idades foram calculadas usando a constante de decaimento de Steiger & Jäger (1977).
3.5.3 Espectrometria de massa
Os procedimentos analíticos para 40Ar/39Ar foram executados no laboratório UQ-AGES da Universidade de Queensland na Austrália, também sob a supervisão do Prof. Dr. Paulo Marcos P. Vasconcelos.
Após um período de decaimento pós-irradiação, as amostras foram analisadas por um sistema de aquecimento a laser seguindo os procedimentos detalhados em Vasconcelos et al. (2002). Antes da análise, as amostras sofreram aquecimento a vácuo a ~ 200° C durante aproximadamente 12 horas, sendo cada uma aquecida de forma incremental por um laser de onda contínua com um feixe desfocado de 2 mm de largura. A fração de gás liberada foi filtrada e limpa através de um sistema de congelamento criogeado (T=- 125° C) e dois getters C-50 SAES Zr-VFe, e então analisada para isótopos de Ar em um espectrômetro de massa
MAP215-analíticos seguidos são descritos em Deino & Potts (1990) e Vasconcelos et al. (2002). Os dados foram corrigidos para discriminação de massa, interferências nucleogênicas e contaminação atmosférica seguindo os procedimentos de Vasconcelos et al. (2002), usando o software “MassSpec Version 8.133” desenvolvido por Alan Deino do Berkeley Geochronology Center, EUA. Um valor de 40Ar/36Ar de 298,56 ± 0,31 para o argônio atmosférico foi utilizado para o cálculo da discriminação do espectrômetro de massas (Renne et al., 2009).
3.5.4 Cálculo de Idades
Espectros de aquecimento incremental e platôs
As idades platôs de aquecimento incremental estão de acordo com a definição de Fleck (1977): “uma sequência de dois ou mais degraus consecutivos correspondendo a pelo menos 50% do total do 39Ar liberado; os valores de idade estão dentro de 2σ do valor médio calculado pela ponderação com variância inversa”. Erros em idades platôs são reportados com nível de confiança de 95% (2σ) e incluem os erros nos fatores de correção de irradiação e o erro em J, mas não incluem a incerteza nas constantes de decaimento de potássio. Se uma amostra exibe um platô bem definido, isso implica que ela hospeda suas frações de gases radiogênicos e nucleogênicos em um reservatório cristalográfico rígido, que o reservatório foi fechado durante a história da amostra e é improvável que as fases contaminantes estejam presentes.
Idade Integrada
Corresponde à idade aparente obtida a partir da combinação dos resultados de todas as etapas durante a análise por aquecimento incremental. Se a amostra não apresentou perda de 40Ar devido ao intemperismo, excesso de 40Ar incorporado na erupção ou perda de 39Ar por recoil, presença de contaminantes, a idade integrada no método 40Ar/39Ar pode corresponder a uma idade patamar para essa amostra.
Ideograma
Corresponde a um diagrama de probabilidade de idade (gráfico de densidade de probabilidade). Baseia-se no pressuposto de que os erros para uma determinação de idade têm uma distribuição gaussiana. Para construir um gráfico de probabilidade de idade, os valores para as curvas gaussianas individuais de cada incremento de idade são plotados para a faixa de interesse.
Uma das principais vantagens do uso de ideogramas para ilustrar a probabilidade de distribuições de idade é o fato de que eles não levam em consideração a quantidade de gás liberada durante cada etapa. Como resultado, uma etapa de idade ou uma sequência de etapas de idades que produzem quantidades insignificantemente pequenas de gás, mas cujas idades são determinadas com muita precisão no espectrômetro de massa, podem ser plotadas como estimativa de idade de alta probabilidade para a amostra. Um critério útil para diferenciar picos de alta probabilidade e artefatos do método de ideogramas é comparar os picos de ideogramas com as idades de platôs. Se os picos mais prováveis correspondem a idades platôs bem definidas, o gráfico de densidade de probabilidade identifica com segurança a idade mais provável para a amostra. Se os picos mais prováveis não tiverem equivalentes com idades platôs, provavelmente correspondem a artefatos analíticos e deverão ser desconsiderados.
Isócronas
Quando uma amostra hospeda argônio em diferentes locais cristalográficos, com proporções variáveis de componentes nucleogênicos e radiogênicos, os resultados podem ser plotados como um diagrama de correlação de isótopos 39Ar/40Ar versus 36Ar/40Ar. As isócronas são úteis para testar a confiabilidade da idade obtida para uma amostra, já que as etapas que sofreram uma perda parcial de 40Ar devido ao intemperismo, ou recoil de 39Ar durante a irradiação, aparecem como anomalias nos diagramas de correlação de isótopos. As isócronas são especialmente úteis para determinar se uma amostra contém argônio “em excesso” - ou seja, uma amostra com 40Ar/36Ar inicial acima do valor atmosférico atual de 298,56 ± 0,31 (Renne et al. 2009). O excesso de 40Ar é incorporado em rochas por outros processos além do decaimento radioativo in situ de 40K (McDougall & Harrison, 1999), como a desgaseificação incompleta de lavas vulcânicas rapidamente resfriadas.
Erros de idade isócrona são relatados no nível de confiança de 95% (2σ) e incluem os erros nos fatores de correção de irradiação e o erro em J, mas não incluem a incerteza nas constantes de decaimento de potássio. As elipses de cor magenta representam as anomalias que foram eliminadas do cálculo da idade isócrona.
