Diagênese e litificação

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Diagênese e litificação

Diagênese

• Diagênese (≈ litificação) incluí toda a abrangência de

alterações no sedimento que ocorre após a deposição, em relativa baixa temperatura e pressão (gradacional para o metamorfismo);

• Litificação pode ocorrer simultaneamente com a

deposição (em várias rochas carbonáticas, evaporíticas e vulcanoclásticas);

• Processos diagenéticos físicos e químicos constitui

compactação e cimentação, respectivamente;

• Diagênese comumente leva a redução da porosidade e

permeabilidade

Diagênese

z A passagem do intemperismo para a

diagênese não é de reconhecimento muito

fácil, embora processos diferenciados (halmirólise e aquatólise) definam esses limite, conforme os respectivos ambientes de sedimentação sejam marinhos ou de água doce.

Rocha - Matriz

Metamorfismo Intemperismo “in situ”

Intemperismo, erosão e transporte por água doce

Erosão e transporte marinhos Intemperismo Int e mpe ris mo Di agênes e Estágio pré-soterramento marinho Estágio de soterramento raso,marinho Estágio pré-soterramento de água doce Estágio de soterramento raso, de água doce Estágio de soterramento profundo

Aquatólise Halmirólise

z

A halmirólise

é

um processo de

intemperismo submarino (Hummel, 1922),

compreendendo reações de substituição e

rearranjos químicos, além da remoção de

íons dissolvidos na água, quando o

sedimento ainda se encontra no fundo do

mar sem soterramento. Dessa maneira, se

formariam a glauconita e os nódulos de

Mn (ou nódulos polimetálicos)

Diagênese

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z

A aquatólise, por outro lado, corresponde

a um termo proposto por Müller (1967)

para designar os processos químicos e

físico-químicos, que ocorrem em

ambientes de água doce durante o

intemperismo, erosão, transporte e

diagênese

pré-soterramento dos

sedimentos.

Diagênese

Estágios e fases diagenéticos

z Na maioria dos casos, os estágios

diagenéticos precoces (estágio I) iniciam-se sob pressão litostática devido à superposição de sedimentos mais novos

Seqüência dos estágios diagenéticos (Strakhov, 1953) e as intensidades relativas

dos processos envolvidos (Greensmith, 1975)

Processos diagenéticos

z

De acordo com Krumbein & Sloss (1963),

entre os principais processos diagenéticos

tem-se: autigênese, cimentação,

compactação, desidratação, diferenciação

diagenética, dissolução diferencial,

recristlização, redução e substituição

metassomática.

Autigênese

z A palavra autigênese é originada do grego

authigenes e foi usada pela primeira vez por

Kalkowsky (1880), referindo-se a novos

minerais componentes dos sedimentos, formados praticamente “in situ”. Porém não deve ser confundida com o metassomatismo (ou substituição diagenética).

z Comparados aos grãos minerais mais ou menos

arredondados das partículas detríticas, os cristais autigênicos são comumente euedrais e apresentam contornos angulosos em seções delgadas, embora nem sempre esta distinção seja muito fácil.

Parâmetros controladores da

autigênese

z Entre os fatores importantes tem-se o estado físico e a composição mineralógica dos sedimentos originais, bem como as características físico-químicas dos ambientes deposicionais e pós-deposicional.

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z Entre os parâmetros principais tem-se o pH (potencial do íon hidrogênio), Eh (potencial de oxirredução), fenômeno de absorção iônica e os potenciais iônicos dos componentes químicos (Na+_{, Mg}+2_{, Fe}+2_{, Al}+3_{, Fe}+3_{, etc.). Quando o pH}

do fluido intersticial é fortemente controlado pelos teores de CO₂, como em ambientes

diagenéticos precoces, as concentrações de

cátions são importantes. Outros controles fundamentais são a temperatura, a pressão e o tempo.

Parâmetros controladores da

autigênese

Diagrama mostrando alguns dos principais minerais autigênicos, formados nos ambientes deposicionais e

diagenáticos, de acordo com os valores de Eh e pH (Krumbein & Garreal, 1952)

Compactação

z Refere-se ao fenômeno físico que, em geral, conduz à diminuição de volume e porosidade de um sedimento em função do esforço de compressão exercido pelos sedimentos superpostos em uma bacia. A compactação inicia-se no instante da deposição e prossegue por muito tempo, em termos geológicos, enquanto progridem os processos diagenéticos.

Compactação

z O fator de compactação, isto é, a razão entre as

espessuras original e atual varia muito com o tipo de sedimento, surgindo daí o conceito de compactação diferencial (ou compactação seletiva). O efeito deste processo é muito mais acentuado sobre lama do que sobre areia ou calcário. Por outro lado, na passagem de turfa para carvão betuminoso, por exemplo, pode haver redução de espessura de 50 para 5 metros (fator de compactação = 10)

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Compactação

A – tangencial B- planar C- Côncavo-convexo D – suturado

Notar a redução do volume do arcabouço Tangencial e planar: compactação física

Côncavo-convexo e suturado: compactação química

z(fonte: Bruce Railsback)

Quartzo-arenito com cimento quartzoso - Contato suturado (seta vermelha) Margens não modificadas estendem-se além dos contatos

Seta preta: contato entre três sobre crescimentos

Notar que o contato é intergranular e não contato entre cimentos Campo de visão=0,27mm

Formação Red Mountain (Siluriando Inferior) Georgia (USA) - Bruce Railsback

Compactação

• A dissolução por pressão resultado do aumento

da interconexão dos grãos, e a significativa contribuição para a litificação;

• Em carbonatos, a dissolução por pressão

usualmente pode ocorre em um horizonte específico, que pode ou não corresponder a um plano de camada deposicional;

• Estilólitos (Stylolites) são superfície irregular de

dissolução com alta proporção de material residual e representa uma das formas mais extremas deste processo.

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Dissolução por pressão

Cimentação

z A cimentação é um processo diagenético

associado à precipitação química de diversas substâncias, que preenchem os poros (espaços vazios) de sedimentos. Esse fenômeno é mais facilmente observado em rochas sedimentares

macroclásticas (conglomerados e arenitos) que

em rochas sedimentares microclásticas (siltitos e folhelhos). Representa um dos mais importantes processos diagenéticos, que convertem um sedimento inconsolidado em

rocha sedimentar.

Cimentação: tipos de cimento

z Entre as substâncias minerais mais comuns, que ocorrem como agentes de cimentação tem-se;

z Cimentos carbonáticos;

z Cimentos silicosos;

z Cimentos sulfáticos;

z Cimentos de óxidos (ou hidróxidos) e sulfeto de ferro.

Cimentos carbonáticos

z

De acordo com Folk (1974), as calcitas

pobres ou ricas em Mg, dolomita,

aragonita

e siderita

representam os

carbonatos mais comuns que são

encontrados como cimentos. Os hábitos

desses minerais podem variar desde

micríticos (microcristalinos) a fibrosos até

cristais mais grossos.

Fatores que influenciam as

solubilidade do CaCO

₃

z

A precipitação inorgânica de cimento

carbonático, a partir de fluidos intersticiais

depende da temperatura, pressão, pH, P

CO2

e das concentrações iônicas. Por outro lado,

a extração fotossintética do CO

₂

e os

processos bacterianos devem promover o

aumento de pH dos fluidos intersticiais e,

portanto, indiretamente causam a

precipitação do cimento de Carbonato de

cálcio (Berner, 1971).

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A forma dos cristais de carbonato

controlado pelo tipo de água

A água do mar mistura a água doce

Ooids Radial– Cimento marinho

Ooids

Radial

–

Cimento

marinho

Cimento

Cimentode de AragonitaAragonita

Atoll Eniwetok – Pleistoceno

Diagênese

Dolomitização

•

Dolomitas são frequentemente

formadas diageneticamente,

envolvendo a substituição da calcita

ou aragonita

por dolomita

(CaMg(CO

₃

)

₂

)

•

Quatro modelos principais de

dolomitização pode ser distinguido

na literatura:

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Smackover

Jurássico

Smackover

Jur

Jurá

ássico

ssico

Dolom itiza Dolom itizaçç ão ãododo O Oóólito s litos Disso lu Dis solu ç ção dos ão d os O Oóólit os litos C. G. St. C. Kendall C. G. St. C. Kendall

Cimentos silicosos

z O mais comum e o único termodinamicamente

estável dos cimentos silicosos, é o quartzo

macrocristalino. Entretanto, são também

relativamente freqüentes a opala (sílica amorfa hidratada) e a calcedônia (sílica microcristalina). Em termos de modo de ocorrência, os cimentos

silicosos podem apresentar-se como

macrocristais granulares, sobrecrescimentos

(crescimento secundários) ou como material de substituição de substâncias químicas preexistentes.

Cimentos silicosos

Crescimento secundário (overgroths) -Continuidade cristalográfica do grão; -O crescimento se dá até o encontro com o crescimento dos grãos adjacentes;

- a rocha adquiri textura de rochas ígnea (textura granular)

- se ocorre películas de argilar ou de óxido de Fe: são preservadas

Sobrecrescimento de quartzo

seguido de cimento de calcita

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Quartzo em macrocristais

Imagens de MEV do crescimento do quarto (Q), clorita (C) e da Pirita (P).

Cimentos sulfáticos

z Entre os cimentos sulfáticos mais comuns têm-se a anidrita (CaSO₄) e a gipsita (CaSO₄ . 2H₂O). Esses cimentos são mais freqüentes em regiões que foram submetidas a condições climáticas secas (áridas ou semi-áridas) no passado e acham-se associados a outros depósitos evaporíticos.

z Embora mais raramente, tem-se a barita (BaSO₄), que também pode ser encontrada como cimento.

Cimentos sulfáticos

gipsita

halita

Cimentos de óxidos (ou

hidróxidos) e sulfeto de ferro

zDurante os processos de intemperismo químico, os

minerais ferromagnesianos das rochas, como os silicatos (augita, hornblenda e biotita) ou óxidos (magnetita e ilmenita) podem ser oxidados e/ou dissolvidos como Fe+2. Este íon pode ser transportado por consideráveis distâncias, através dos fluidos intersticiais redutores e levemente ácidos. Quando a concentração de sulfetos for alta deverá precipitar na forma de pirita e na presença de abundante carbonato precipitará na forma de siderita, mas em ambientes oxidantes resultará em óxidos (ou hidróxidos de ferro)

Pirita

autigênica

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Cimento de Ilita

Diagênese

Cimentação

•

Nódulos

(irregular) e concreções

(arredondadas) são corpos grandes

cimentados (exemplos, sílica, calcita,

siderita, pirita)

•

Sílex (Chert) é o mais amplamente

conhecido tipo de nódulo de sílica,

especialmente comum nos carbonatos.

Sedimentos carbonosos

As matérias orgânicas, de origem animal e/ou vegetal, contidas em sedimentos e os sedimentos essencialmente carbonosos sofrem sucessivas mudanças físicas e químicas, em função dos incrementos de temperatura e pressão devido ao soterramento cada vez mais profundo.

Carvão

z Os carvões são derivados originalmente da

linhina (ou lignina), isto é, partes lenhosas e

cuticulares das plantas terrestres e apresentam conteúdo relativamente altos de oxigênio.

z Os estágios iniciais da formação do carvão, a partir da turfa, envolve a compactação da materia orgânica e a perda da umidade através da pressão de soterramento.

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Carvão

Pressão dos sedimentos Turfa (100% de espessura) linhito

(20% de espessura) _{(10% de espessura)}Carvão betuminoso

Carvão

z

Condições a formação do carvão

z

Vegetação desenvolvida

z

Acúmulo sub-aquoso

z

Soterramento contínuo e prolongado

z

Instabilidade da crosta

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Hidrocarbonetos

z Os hidrocarbonetos líquidos e gasosos são primariamente originados dos lipídios (resíduos gordurosos e graxos) provenientes de microrganismos marinhos (vegetais inferiores como algas e bactéria), com alguma contribuição de material terrestre e caracteriza-se pelo baixo conteúdo de oxigênio.

Evolução diagenética dos biolipídios para geolipídios, passando por estágios de diagêneses precoce e tardia, que explicaria a geração do petróleo (Tissot & Welter, 1978) e a formação de outros hidrocarbonetos em função das temperaturas e profundidades pretéritas.