Instituto de Geociências
PRISCILA MARTINS OLIVEIRA
ASSINATURAS MAGNÉTICAS E GRAVIMÉTRICAS DAS INTRUSÕES DE LAMPROÍTOS DA PROVÍNCIA DIAMANTÍFERA OESTE DE KIMBERLEY,
AUSTRÁLIA OCIDENTAL
CAMPINAS 2019
ASSINATURAS MAGNÉTICAS E GRAVIMÉTRICAS DAS INTRUSÕES DE LAMPROÍTOS DA PROVÍNCIA DIAMANTÍFERA OESTE DE KIMBERLEY,
AUSTRÁLIA OCIDENTAL
DISSERTAÇÃO APRESENTADA AO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRA EM GEOCIÊNCIAS NA ÁREA DE GEOLOGIA E RECURSOS NATURAIS
ORIENTADOR: PROF. DR. CARLOS ROBERTO DE SOUZA FILHO.
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL
DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA
PRISCILA MARTINS OLIVEIRA E ORIENTADA PELO PROF. DR. CARLOS ROBERTO DE SOUZA FILHO.
CAMPINAS 2019
Marta dos Santos - CRB 8/5892
Oliveira, Priscila Martins,
OL43a OliAssinaturas magnéticas e gravimétricas das intrusões de lamproítos da Província Diamantífera Oeste de Kimberley, Austrália Ocidental / Priscila Martins Oliveira. – Campinas, SP : [s.n.], 2019.
OliOrientador: Carlos Roberto de Souza Filho.
OliDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências.
Oli1. Prospecção - Métodos geofísicos. 2. Rochas ígneas alcalinas. 3. Diamante. 4. Lógica Fuzzy. I. Souza Filho, Carlos Roberto de, 1965-. II. Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Geociências. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Magnetic and gravimetric signatures of lamproites intrusions in West Kimberley Diamondiferous Province, Western Australia
Palavras-chave em inglês:
Prospecting - Geophysical methods Alkaline igneous rocks
Diamonds Fuzzy logic
Área de concentração: Geologia e Recursos Naturais Titulação: Mestra em Geociências
Banca examinadora:
Carlos Roberto de Souza Filho [Orientador] Francisco José Fonseca Ferreira
Emilson Pereira Leite
Data de defesa: 17-06-2019
Programa de Pós-Graduação: Geociências
Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a) - ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0002-9586-9002 - Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/6308712222785436
AUTORA: Priscila Martins Oliveira
ASSINATURAS MAGNÉTICAS E GRAVIMÉTRICAS DAS INTRUSÕES DE LAMPROÍTOS DA PROVÍNCIA DIAMANTÍFERA OESTE DE KIMBERLEY,
AUSTRÁLIA OCIDENTAL
ORIENTADOR: Prof. Dr. Carlos Roberto de Souza Filho
Aprovado em: 17 / 06 / 2019
EXAMINADORES:
Prof. Dr. Carlos Roberto de Souza Filho - Presidente Prof. Dr. Emilson Pereira Leite
Prof. Dr. Francisco José Fonseca Ferreira
A Ata de defesa com as respectivas assinaturas dos membros, encontra-se disponível no SIGA - Sistema de Fluxo de Dissertação e na Secretaria de Pós-graduação do IG.
Priscila Martins Oliveira concluiu o curso Técnico em Mineração pelo Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Goiás em 2011.
Em 2016 adquiriu o título de Bacharela em Geofísica pelo Instituto de Geociências da Universidade de Brasília.
Em 2017 ingressou na pós-graduação a nível de Mestrado, no Programa de Geociências, com ênfase em Geotecnologias Aplicadas ao Estudo dos Recursos Naturais, ofertado pelo Instituto de Geociências da Universidade Estadual de Campinas.
Expresso meus agradecimentos primeiramente à Deus, por me permitir alcançar mais essa conquista. Porque Dele, por Ele e para Ele são todas as coisas.
Agradeço especialmente ao Prof. Dr. Carlos Roberto de Souza Filho pela confiança, incentivo, amizade e fundamental orientação durante o desenvolvimento da pesquisa.
Agradeço especialmente ao João Gabriel Motta, pelas infinitas discussões, revisões, conhecimento compartilhado, incentivo e amizade durante o desenvolvimento desse trabalho. Aos Profs Dr. Francisco José Fonseca Ferreira e Dr. Emilson Pereira Leite pelas ricas contribuições ao trabalho.
A todo o corpo técnico e administrativo do Programa de Pós-Graduação do Instituto de Geociências da Universidade Estadual de Campinas pela excelente infraestrutura e apoio durante todo o mestrado.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de mestrado concedida (Projeto nº 830538/1999-2; Processo nº 131850/2017-2).
Ao Serviço Geológico Australiano pela concessão gratuita de sua riquíssima base de dados geológicos e geofísicos.
A todo corpo docente do Instituto de Geociências da Universidade de Brasília pelos ensinamentos que me permitiram alcançar o bacharelado em Geofísica.
Agradeço especialmente à minha família por serem meu porto seguro apesar dos quilômetros de distância. Aos meus pais Almir e Rozângela, por serem os melhores pais do mundo e os meus maiores incentivadores. Às minhas irmãs Eva Carolline e Patrícia pelo carinho, apoio e amizade inabalável. Ao meu cunhado André pelo companheirismo incondicional que me impulsiona a prosseguir.
A todos os amigos de perto e de longe que embelezam ainda mais minha vida, meu muito obrigada!
A descoberta dos depósitos diamantíferos de Argyle e Ellendale na Austrália Ocidental na década de 1970, trouxe novas estratégias para a exploração de diamantes local e mundial. As características geológicas encontradas nestes depósitos contrariam a Lei de Clifford, que estabelece as diretrizes para a prospecção diamantífera desde a década de 1960. Há dois fatores principais que diferenciam estes depósitos dos modelos clássicos para a prospecção de diamantes: a rocha hospedeira e o ambiente tectônico de ocorrência das intrusões diamantíferas. Argyle e Ellendale são depósitos primários alojados em lamproítos e não em rochas kimberlíticas. Os corpos lamproíticos diamantíferos estão alojados principalmente ao longo de cinturões de deformação tectônica de idade Proterozóica, e não estão restritos às áreas cratônicas, como observado na maioria dos depósitos mundiais. Com a descoberta destes depósitos diamantíferos econômicos, campanhas exploratórias nessa porção da Austrália Ocidental foram intensificadas, incluindo a aquisição de dados geofísicos diversos. Apesar do entendimento geológico bem consolidado desde então, a região ainda carece de trabalhos que esclareçam o alojamento das intrusões lamproíticas baseados principalmente na assinatura geofísica dos distritos. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo principal descrever o cenário arquitetural e a prospectividade das intrusões de lamproítos, diamantíferos e não-diamantíferos, pertencentes à Província Oeste de Kimberley na Austrália Ocidental, a partir da integração de dados geofísicos e geológicos. Para tanto, pretende-se (i) caracterizar a expressão das intrusões de lamproítos nos dados magnéticos e gravimétricos, adquiridos por plataformas terrestres, aéreas e satelitais; (ii) elaborar um mapa de arcabouço tectônico formulado a partir das estruturas interpretadas dos dados geofísicos; (iii) avaliar a relação espacial entre as ocorrências de lamproítos e as estruturas geológicas mapeadas com a geofísica, (iv) propor um mapa de prospectividade para diamantes a partir da integração de dados exploratórios diversos. O processamento aplicado aos dados geofísicos visou extração de estruturas relacionadas ao arcabouço tectônico regional que hospeda as intrusões, e para dar suporte ao reconhecimento de corpos lamproíticos ainda não mapeados em superfície. A análise espacial entre as ocorrências e as estruturas mapeadas foi realizada utilizando-se conceitos de Lógica Fuzzy. Os resultados obtidos evidenciaram a assinatura magnética das intrusões de lamproítos, e constataram a não-aleatoriedade no alojamento destes corpos. Os modelos de prospectividade obtidos permitiram a indicação de novas áreas com potencial para exploração.
The discovery of diamondiferous deposits of Argyle and Ellendale in Western Australia in the 1970s, raised new strategies to diamond exploration local and globally. Geologic characteristics found on these deposits are against Clifford’s Rule, which establishes guidelines to diamondiferous prospecting since 1960s. There are two main factors that differs these deposits against classical models: host rock and tectonic conditions of diamondiferous lamproites occurrences. Argyle and Ellendale are primary deposits emplaced in lamproites rather than kimberlitic rocks. These diamondiferous lamproitic rocks are emplaced mainly through Proterozoic mobile zones, and are not restricted to cratonic ambient, like observed in majority of classical deposits. With the discovery these economic deposits, exploratory campaigns in this portion of Western Australia were intensified, including acquisition of various geophysical data. Despite the solid geologic understanding ever since, region of Kimberley Basin still needs of works which clarify the emplacement of lamproitic intrusions based mainly in geophysical signatures of districts. In this context, this work aims to describe architectural scenario and prospectivity of lamproitic intrusions, diamondiferous and non-diamondiferous, owned to West Kimberley Province in Western Australia, through integration between geophysics and geologic data. In this regard, intends (i) to characterize the expressions of lamproitic intrusions in magnetic and gravimetric data; acquired by terrestrial, airborne and satellite platforms (ii) to elaborate an framework tectonic map formulated from structures derived from geophysical data; (iii) to evaluate spatial relation between lamproites occurrences and geologic structures mapped with geophysics; and (iv) to propose a prospectivity map to diamonds through integration of diverse exploratory data. The processing applied to geophysics data aimed extraction of structures related to regional tectonic framework which hosted lamproitic intrusions, and to give supporting to recognize of lamproitic bodies not mapped on surface yet. Spatial analysis between occurrences and mapped structures was done through Fuzzy-Logic concepts. The results obtained highlighted magnetic signatures of lamproitic intrusions, and confirmed non-randomness of emplaced these bodies. Prospective models allowed the indication of new areas with potential for exploration.
1. Introdução ... 10
1.1. Apresentação e justificativas... 10
1.2. Objetivos ... 11
1.3. Dados e Métodos ... 12
2. Fundamentação teórica ... 17
2.1. Métodos geofísicos de campo potencial ... 17
2.1.1. Gravimetria ... 17
2.2. Magnetometria ... 18
2.3. Filtragem de dados de campos potenciais ... 19
2.4. Assinatura geofísica de kimberlitos e lamproítos em dados gravimétricos e magnéticos ... 25
3. Avaliação da prospectividade diamantífera da Província Oeste de Kimberley (Austrália Ocidental) com base na assinatura geofísica das intrusões de lamproítos ... 36
3.1. Introdução ... 36
3.2. Área de estudo ... 37
3.2.1. Localização e Geologia ... 37
3.2.2. Alojamento das intrusões de lamproítos ... 39
3.3. Materiais e Métodos ... 42
3.4. Resultados ... 50
3.4.1. Assinatura geofísica das intrusões lamproíticas ... 50
3.4.2. Arcabouço geofísico ... 57
3.4.3. Análise da prospectividade diamantífera a partir da Lógica Fuzzy... 59
3.5. Discussão ... 66
3.5.1. Mapa de arcabouço geofísico ... 66
3.5.2. Modelos de prospectividade ... 66
3.6. Conclusões ... 67
4. Considerações finais ... 68
1. Introdução
1.1. Apresentação e justificativas
Historicamente a indústria de exploração mineral diamantífera tem sido guiada por uma relação empírica, definida pela ocorrência de diamantes em intrusões kimberlíticas alojadas tão somente no interior de escudos cratônicos (Lei de Clifford) (Clifford, 1966). Tal relação se dá pela observação de que kimberlitos diamantíferos são restritos à crátons Arqueanos, enquanto que as pipes intrudidas nas regiões adjacentes, ao longo dos cinturões mais novos, raramente apresentam conteúdo diamantífero econômico. Esta premissa baseia-se no fato de que em terrenos cratônicos a litosfera é antiga, espessa e comparativamente fria em relação aos domínios adjacentes, proporcionando um ambiente favorável para a estabilização e preservação do diamante em sua fonte primária no manto terrestre (Jennings, 1995; O’Neill et al., 2005).
A descoberta dos depósitos diamantíferos de Ellendale, em 1976, seguido pela pipe de Argyle, em 1979, no extremo norte da Austrália Ocidental, culminou em novas estratégias de exploração para diamantes, tanto em escala local como mundial. Ambos os depósitos estão na região da Bacia de Kimberley, local que concentra o maior número de intrusões magmáticas diamantíferas conhecidas no país (Jaques et al., 1986; Fetherston et al., 2017). Existem dois importantes fatores que diferenciam Argyle e Ellendale dos demais depósitos diamantíferos ao redor do mundo. O primeiro diz respeito a rocha hospedeira. Ambos são depósitos primários alojados em lamproítos e não em rochas kimberlíticas. O segundo, refere-se ao contexto geológico de ocorrência das intrusões diamantíferas. As intrusões estão alojadas ao longo de cinturões móveis de idade Proterozoica e não estão restritos às áreas cratônicas. Essas características fazem com que esses depósitos não obedeçam a Lei de Clifford.
Com a descoberta dos depósitos diamantíferos econômicos, inseridos em um contexto geológico que foge do modelo clássico, campanhas exploratórias na região de Kimberley foram intensificadas, incluindo a aquisição de grande volume de dados geofísicos (Hutchison, 2018a). Apesar do entendimento geológico bem consolidado desde então, a região da Bacia de Kimberley ainda carece de trabalhos que esclareçam o alojamento das
intrusões de lamproítos diamantíferas baseados principalmente na assinatura geofísica dos distritos.
A escolha da Província Oeste de Kimberley na Austrália Ocidental como área de estudo para essa pesquisa justifica-se pelas características distintas dos depósitos diamantíferos ali contidos, ou seja, tipo de rocha hospedeira e a configuração tectônica de alojamento das intrusões. Ademais, a disponibilidade de uma extensa lista de dados fornecidos pelo Serviço Geológico Australiano, gratuitamente, favoreceu o desenvolvimento do trabalho.
Essa dissertação está estruturada em quatro capítulos. No Capítulo 1 são apresentados os objetivos que motivaram a pesquisa, as justificativas e a síntese dos métodos e dados utilizados. O Capítulo 2 apresenta a fundamentação teórica dos métodos gravimétrico e magnetométrico, e uma revisão bibliográfica sobre a assinatura geofísica característica de kimberlitos e lamproítos. O Capítulo 3 está organizado no formato de artigo científico, no qual são detalhados a geologia da área de estudo, os métodos aplicados na pesquisa, os resultados alcançados e as conclusões do trabalho. No Capítulo 4, são expostas as considerações finais sobre a pesquisa realizada e seus desdobramentos.
1.2. Objetivos
Este trabalho tem por objetivo principal descrever o cenário arquitetural das intrusões de lamproítos, diamantíferas e não-diamantíferas, pertencentes à Província Oeste de Kimberley na Austrália Ocidental, a partir da integração entre dados geofísicos e informações geológicas, de modo a subsidiar a análise da prospectividade diamantífera na região.
Como objetivos específicos, pretende-se: (i) caracterizar a expressão das intrusões de lamproítos existentes nos dados magnéticos e gravimétricos; (ii) elaborar um mapa de arcabouço tectônico formulado a partir das estruturas interpretadas dos dados geofísicos; (iii) avaliar a relação espacial entre as ocorrências de lamproítos e as estruturas geológicas interpretadas com os dados geofísicos, (iv) propor um mapa de prospectividade para diamantes com a integração de dados exploratórios diversos. Espera-se que os resultados obtidos contribuam para reavaliar o potencial mineral diamantífero na Província em questão e em outras situações geológicas similares na superfície terrestre, inclusive no Brasil.
1.3. Dados e Métodos
Para alcançar os objetivos propostos, foram utilizados dados oriundos da aplicação dos métodos de gravimetria e magnetometria. Ambos os métodos utilizam medidas do potencial dos campos gravimétrico e magnético, respectivamente (Hinze et al., 2013), e são por isso, referidos como métodos geofísicos de campo potencial. Os meios de aquisição dos dados variam entre plataformas terrestres, aéreas, marinhas e satelitais (Dentith & Mudge, 2014). A aplicabilidade destes métodos é bastante diversificada. São usados como suporte ao mapeamento geológico clássico, exploração de depósitos minerais variados, bem como no âmbito da indústria de óleo e gás (Verduzco et al., 2004; Nabighian et al., 2005a; b; Dentith & Cowan, 2011).
Na exploração diamantífera, estes métodos são utilizados principalmente nas fases iniciais de prospecção, durante o mapeamento regional preliminar (Macnae, 1979, 1995; Morgan, 1995). A alta densidade relativa dos kimberlitos e lamproítos, em função da abundância de minerais máficos e ultramáficos, deveria facilitar a detecção dessa rocha através de levantamentos gravimétricos. Entretanto, a maioria das intrusões diamantíferas são pequenas e intemperizadas, e os levantamentos gravimétricos são geralmente pouco sensíveis e não possuem resolução suficiente para essas situações. Dessa forma, a gravimetria atua principalmente em escala regional, na detecção de zonas de fraqueza na crosta que favorecem a ascensão destas rochas à superfície. Já a resposta magnética observada nos corpos intrusivos, varia em função de vários fatores, a saber o grau de intemperismo, conteúdo de minerais magnéticos, profundidade, nível de erosão, geometria, magnetização remanente, bem como orientação e intensidade do campo induzido sobre a intrusão e a encaixante (Allek & Hamoudi, 2008). Em geral, as intrusões apresentam um contraste de susceptibilidade magnética positivo com a rocha encaixante, e são expressas por anomalias circulares e de amplitude magnética elevada em relação ao sinal de background.
Os dados gravimétricos utilizados foram provenientes de levantamentos terrestres e aquisições satelitais. As limitadas resoluções espaciais e espectrais dos modelos de satélite e terrestre restringem o nível de informações extraídas em cada um. Os modelos satelitais registram informações de comprimentos de onda da ordem de centenas de quilômetros do campo de gravidade terrestre, logo possibilitam a investigação de níveis profundos da crosta e do manto superior (Braitenberg, 2014; Van der Meijde et al., 2015; Herceg et al., 2016; Pastorutti et al., 2016; Motta et al., 2019). Em contraste, os modelos terrestres atuam tanto em
comprimentos de ondas médios e longos (limitadamente) como em comprimentos de onda mais curtos. Assim, estes modelos podem assimilar informações sobre estrutura de densidade de níveis superficiais da crosta (Allen et al., 2001; Lopes de Castro, 2011; Blaikie et al., 2012).
O mapa de anomalia Bouguer completa terrestre foi cedido pelos serviços geológicos Australiano (Geoscience Australia) e da Austrália Ocidental (Geological Survey of Western Australia). Foi elaborado a partir de observações do banco de dados gravimétrico nacional australiano (Australian National Gravity Database - ANGD) em 2013. A Figura 1.1 apresenta o mapa de cobertura das estações gravimétricas no continente australiano. A área de estudo está inserida nos seguintes levantamentos: Derby, Lennard River, Mount Anderson e Noonkanbah. As especificações em detalhe de cada levantamento pode ser consultada em Wynne & Bacchin (2009). O grid, com célula quadrada de 940 m de lado, está projetado para o Datum Geocêntrico Australiano de 1994 (Geocentric Datum of Australia 1994 - GDA94) em coordenadas geográficas e unidade em micrometros por segundo ao quadrado (µms-²), convertido posteriormente para miliGal (1 µms-² = 0,1 mGal) (Nakamura, 2016). A densidade dos materiais utilizada no cálculo da anomalia Bouguer completa foi de 2670 kg/m³ para áreas continentais, 2200 kg/m³ para sedimentos marinhos e 1027 kg/m³ para água do mar. As correções de terreno aplicadas foram realizadas a partir do grid topográfico e batimétrico da Austrália, do ano de 2009 (Whiteway, 2009), e do modelo digital de elevação resultante da missão topográfica por radar (Shuttle Remote Topography Mission - SRTM) (Gallant et al., 2011).
O modelo gravimétrico satelital utilizado foi a 5ª versão do modelo de combinação de observação gravitacional (Gravity Observation Combination - GOCO05s) (Mayer-Gürr et al., 2015), cujo grau e ordem é de 250 (~ 80 km) (Braitenberg et al., 2011b). Este modelo é exclusivamente composto por dados obtidos pelas missões dos satélites gravitacionais CHAMP (Challenging Minisatellite Payload), GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) e GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer).
As interpretações do campo magnético foram realizadas a partir da 6ª edição do grid da anomalia magnética total da Austrália (Milligan & Nakamura, 2015) cedida pelos serviços geológicos Australiano (Geoscience Australia) e da Austrália Ocidental (Geological Survey o of Western Australia). Essa edição é essencialmente o ajuste da 5ª edição do grid magnético (Milligan et al., 2010) ao levantamento AWAGS (Australia Wide Airborne
Geophysical Survey). Esse levantamento teve por objetivo a padronização de todos os dados aéreos magnéticos e radiométricos adquiridos no continente australiano, para um mesmo sistema de referência, ao longo de vários anos. O grid possui célula quadrada de 95 m de lado, e com localização definida em coordenadas geográficas para o Datum Geocêntrico Australiano de 1994 (GDA94), e unidade no Sistema Internacional (nT - nanotesla). Este produto inclui apenas dados continentais. As especificações de cada levantamento aéreo que compõe a 6ª edição podem ser consultadas em Percival (2014). Ao dado magnético foi aplicada a redução diferencial ao polo seguindo a metodologia proposta por Cooper & Cowan (2005a). A inclinação e declinação magnética foram derivadas do IGRF-11, o modelo geomagnético de referência internacional (Finlay et al., 2010a), adotando a data representativa de janeiro de 2005 e elevação de 300m.
Figura 1.1: Mapa de cobertura das estações gravimétricas no continente australiano com a indicação dos
levantamentos que cobrem a área de estudo (quadrado tracejado) (Fonte:Wynne e Bacchin, 2009).
A integração entre dados gravimétricos e magnéticos foi utilizada neste trabalho com a finalidade de elucidar o contexto geológico estrutural de alojamento das intrusões de lamproítos diamantíferos na Província Oeste de Kimberley. Para tanto, foi priorizada a detecção do centro e bordas das fontes causativas das anomalias observadas nos dados, e enfatizada a assinatura magnética das intrusões de lamproítos diamantíferos e não-diamantíferos. A meta foi extrair informações relativas ao arcabouço tectônico que hospeda as intrusões de lamproítos, e, eventualmente, revelar corpos de lamproítos ainda não mapeados em superfície. Os dados utilizados no projeto foram disponibilizados devidamente corrigidos e não foram submetidos a nenhum pré-processamento adicional. O processamento foi
realizado nos softwares Oasis Montaj® da Geosoft Inc e Intrepid®, versão 2014. Dentre os principais métodos de realce existentes para aplicação em dados gravimétricos e magnéticos, optou-se pelos seguintes: Amplitude do Sinal Analítico 3D (Roest et al., 1992), Gradiente Horizontal Total (Cordell & Grauch, 1982), Inclinação do Sinal Analítico (Miller & Singh, 1994) e Inclinação do Sinal Analítico do Gradiente Horizontal Total (Ferreira et al., 2013). Adicionalmente aplicou-se a técnica de detecção de bordas em múltiplas escalas, popularmente conhecida como worming (Archibald et al., 1999; Hornby et al., 1999), a análise textural baseada na descontinuidade do dado, para realçar a expressão magnética das intrusões de lamproítos (Kovesi, 1997, 1999) e a deconvolução de Euler (Thompson & Reid, 1982; Reid et al., 1990), para estimar as profundidade das fontes. Todos os dados e informações foram integrados em ambiente de sistemas de informação geográfica e um modelo de prospectividade para diamantes na região foi elaborado com base em Lógica Fuzzy (Bonham-Carter, 1994; Cheng & Agterberg, 1999).
2. Fundamentação teórica
2.1. Métodos geofísicos de campo potencial
A gravimetria e magnetometria utilizam medidas do potencial dos campos gravimétrico e magnético, respectivamente (Hinze et al., 2013). São, por isso, referidas como métodos geofísicos de campo potencial. Os meios de aquisição dos dados variam entre plataformas terrestres, aéreas, marinhas e satelitais (Dentith & Mudge, 2014). A aplicabilidade destes métodos é também bastante diversificada, sendo úteis no mapeamento geológico clássico, exploração e caracterização de depósitos minerais variados e reservatórios de óleo e gás (Verduzco et al., 2004; Nabighian et al., 2005a; b; Dentith & Cowan, 2011).
2.1.1. Gravimetria
O método gravimétrico é baseado na medição e análise de perturbações no campo gravitacional terrestre. A lei da gravitação universal descrita por Isaac Newton rege o método. Ela estabelece que a força de atração entre dois corpos depende de suas massas e é inversamente proporcional à distância entre os mesmos. Variações espaciais da gravidade sobre a superfície terrestre são causadas por heterogeneidades de massa dentro da Terra e por mudanças em sua rotação e achatamento, variantes conforme a latitude. As variações temporais surgem principalmente dos efeitos das marés, ocasionados pelas diferentes posições do sol e da lua em relação a Terra. Essa distância relativa pode levar a mudanças na elevação da superfície ao influenciar a força de atração entre esses corpos (Blakely, 1995; Hinze et al., 2013).
O resultado das medições do campo gravitacional sobre a superfície terrestre, é a soma das variações espaciais e temporais. Geralmente, estas variações superam o efeito gravitacional ocasionado pela heterogeneidade de massas provenientes das fontes geológicas. Efeitos gravitacionais oriundos da heterogeneidade de massas dos corpos geológicos são causados pelas variações de densidade intrínsecas à cada grupo de rochas em subsuperfície (Nabighian et al., 2005a). Esse valor de densidade é proveniente da composição mineralógica, teor em fluídos dentro de sua estrutura e grau de consolidação de seus minerais constituintes (Dentith & Mudge, 2014).
Para isolar a resposta gravitacional dos alvos em subsuperfície, devem ser então removidas as contribuições de caráter não-geológico. A diferença entre o campo gravimétrico observado e o campo teórico, derivado da fórmula internacional de gravidade, é definido como anomalia gravimétrica (Blakely, 1995; Hinze et al., 2013). A essa operação dá-se o nome de redução gravimétrica. O valor de gravidade reduzido é então submetido a outros procedimentos corretivos, a fim de eliminar as incertezas provenientes da aquisição dos dados e excluir as variações espaciais e temporais sem caráter geológico. Só depois destes procedimentos o termo anomalia gravimétrica é utilizado em sua forma completa.
As correções aplicadas aos dados gravimétricos medidos são principalmente: deriva instrumental, efeitos de maré, latitude, Ar Livre, terreno e Bouguer. A anomalia Bouguer completa reúne todas essas correções, conforme apresentado na Equação 1. Nesse caso, considera-se a massa existente entre o geóide e a superfície física da Terra, corrigido o efeito topográfico. Os valores de anomalia Bouguer completa podem ser negativos ou positivos, dependendo da deficiência ou excesso de massa, respectivamente.
(1)
Onde, é o valor de gravidade observado, é a correção de latitude, correção ar livre, correção Bouguer e correção de terreno.
2.2. Magnetometria
O campo geomagnético é a soma de várias componentes magnéticas, derivadas tanto do interior quanto do exterior da Terra. O campo principal, em termos de magnitude, é causado por correntes elétricas associadas a movimentos convectivos dos materiais que constituem o núcleo externo da Terra. Além dele, existem contribuições do campo crustal, gerado pelo contraste litológico de magnetização em subsuperfície. A relação entre o campo crustal, a distribuição de minerais magnéticos dentro da crosta e as informações que essa relação fornece sobre alvos prospectivos, constituem os principais objetivos do método magnético na exploração (Nabighian et al., 2005c; Hinze et al., 2013).
A finalidade das reduções aplicadas aos dados magnéticos é remover as variações que não sejam provenientes das fontes magnéticas de interesse geológico. Assim como o campo gravimétrico, o campo magnético terrestre varia espacial e temporalmente. São basicamente duas correções aplicadas: correção da variação diurna e remoção do campo magnético teórico. A variação diurna está relacionada às fontes externas à Terra. São
principalmente correntes elétricas que fluem na ionosfera, e estão associadas à radiação solar. Estas correntes geram campos magnéticos que interferem no campo terrestre, fazendo com que ele varie, principalmente durante o dia. As oscilações diurnas podem variar em até 30 nT, já de noite caem para quase zero. As oscilações também variam com a latitude, sendo maiores nas áreas equatoriais (Hinze et al., 2013). Já a remoção do campo magnético teórico, o chamado Campo Geomagnético de Referência Internacional (International Geomagnetic Reference Field - IGRF), é calculado a partir de um modelo matemático regularmente revisado para acompanhar as mudanças temporais do campo geomagnético gerado no núcleo externo da Terra.
O campo magnético resultante das correções é denominado campo magnético anômalo. A partir dele é possível reconhecer as regiões em que o campo magnético terrestre é alterado em razão das concentrações de minerais magnéticos que diferem da concentração de background. Estas anomalias magnéticas refletem, indiretamente, a susceptibilidade magnética destes minerais presentes nas rochas (Nabighian et al., 2005c; Hinze et al., 2013).
Para eliminar o efeito dipolar inerente ao campo magnético terrestre, aplica-se ao campo anômalo a chamada redução ao polo (Li, 2008). A redução ao polo (RTP) transforma a anomalia observada em uma anomalia que seria medida no polo norte magnético. Isso realoca anomalias magnéticas extremas para que estejam sobre suas fontes, facilitando assim a interpretação.
2.3. Filtragem de dados de campos potenciais
A aplicação de filtros matemáticos aos dados gravimétricos e magnéticos constitui etapa preliminar à interpretação. Os atributos de cada filtro variam, e devem ser escolhidos em concordância ao propósito da pesquisa. De maneira geral, o objetivo da filtragem é realçar as anomalias observadas nos dados, as quais expressam, nesse caso, regiões de contraste de densidade e/ou susceptibilidade magnética, de modo a subsidiar a aplicação subsequente de outras técnicas e a interpretação geológica propriamente dita. A maioria das técnicas de filtragem e interpretação de dados aplicam-se de maneira semelhante, tanto em dados gravimétricos, como magnéticos (Nabighian et al., 2005a; c).
Em consentimento aos objetivos do trabalho, os filtros aplicados foram direcionados para extração das estruturas relativas ao arcabouço tectônico regional que hospeda as intrusões lamproíticas, e para dar suporte ao reconhecimento de corpos
lamproíticos ainda não mapeados em superfície. Para isso, aplicou-se os filtros detectores do centro e bordas das fontes causativas das anomalias, e de realce da expressão dos corpos lamproíticos. A definição matemática destes filtros está sumarizada na Figura 2.2, os quais são comuns aos dados gravimétricos e magnéticos.
Figura 2.2: Filtros aplicados aos dados gravimétricos e magnéticos. (Modificado de Ferreira et. al. (2013)).
Para detecção das bordas das fontes causativas, são aplicados comumente os filtros baseados nas derivadas de primeira ordem dos campos magnético e gravimétrico. Dentre os filtros dessa classe, destaca-se o Gradiente Horizontal Total (THDR) (Cordell & Grauch, 1982) e a Amplitude do Sinal Analítico 3D (ASA) (Nabighian, 1972, 1974; Roest et al., 1992). O THDR é definido como a raiz quadrada da soma quadrada das duas derivadas horizontais, isto é, nas direções x e y. Esta grandeza representa a amplitude do campo magnético no plano horizontal. O ASA-3D é a extensão do THDR para três dimensões, acrescentando ao somatório a contribuição da derivada vertical (direção z). Nesse caso, o ASA-3D exibe os valores máximos sobre os contrastes de magnetização. Tanto no THDR quanto no ASA-3D, os valores máximos determinam os contornos das fontes magnéticas, e os valores mínimos (relativos) os centros dos corpos. Entretanto, estes filtros são altamente sensíveis à profundidade dos corpos, decrescendo a resolução à medida que aumenta a profundidade. A alternativa é recorrer aos filtros que utilizam o recurso da normalização, os quais equalizam as amplitudes baixas e altas, provenientes das fontes profundas e superficiais, respectivamente. Nesse caso, os filtros utilizados foram: Inclinação do Sinal Analítico (TDR) e Inclinação do Sinal Analítico do Gradiente Horizontal Total (TAHG) (Ferreira et al., 2013).
O TDR também chamado de ângulo Tilt, é definido como o arco tangente da razão entre a primeira derivada vertical e o gradiente horizontal total do campo (Miller & Singh, 1994). Os valores positivos correspondem aos pontos sob a fonte causativa, zero no limite e os negativos fora da fonte. Como o filtro TDR equaliza as amplitudes, a dependência com a profundidade é minimizada, e os valores máximos correspondem aos centros dos corpos causativos da anomalia. A combinação entre o TDR e o THDR se mostra mais eficiente no caso de sobreposição (interferência) de fontes (Ferreira et al., 2013). Nesse caso, os máximos obtidos no TAHG correspondem às bordas e os mínimos aos centros dos corpos. É importante ressaltar que o nível de ruído é sensível à ordem dos filtros. Como o TAHG é um filtro de segunda ordem, o ruído que por ventura esteja presente no dado, é igualmente realçado e pode comprometer a interpretação. A Figura 2.3 exemplifica os atributos de cada filtro.
A técnica conhecida popularmente como worming (Archibald et al., 1999), consiste no processo de detecção de bordas dos corpos causativos das anomalias em múltiplas escalas. Essa técnica é baseada no gradiente horizontal do campo (gravimétrico ou magnético), avaliado para diferentes níveis de continuação ascendente (Figura 2.4). Conforme Blakely & Simpson (1986), os pontos de inclinação máxima do gradiente horizontal do campo expressam os pontos de contraste máximo, ou de densidade ou de susceptibilidade magnética. Estes pontos correspondem aproximadamente aos limites geológicos. Ao unir estes pontos em um mapa bidimensional de gravidade ou magnetismo, é criado um mapa da possível estrutura geológica. Ao estender essa análise para diferentes níveis de continuação ascendente do dado, é obtido um gráfico pseudo-tridimensional, o qual exibe a disposição das estruturas em profundidade de forma estimada. Todo este processo pode ser realizado como um tipo de inversão (Hornby et al., 1999), baseado na análise de wavelets, derivada das fórmulas de Green (Heath et al., 2009). Esta técnica fornece soluções potenciais para a correta interpretação da disposição dos terrenos geológicos justapostos ou dissecados tectonicamente, o que, por sua vez, dá suporte à interpretação de sistemas minerais associados (Heath, Dhu, Reed, & Fairclough, 2009). Na escala continental, essa abordagem permite discriminar as grandes unidades tectônicas e consequentemente inferir estruturas em escala crustal. Em nível de depósito, os worms podem auxiliar no mapeamento geológico, ao indicarem alterações na propriedade física, posição e estimativa do mergulho dos corpos em subsuperfície (Archibald et al., 1999). Neste trabalho, a técnica foi aplicada aos dados magnético e gravimétrico, com o intuito de obter estruturas relativas ao arcabouço tectônico regional da área de estudo.
A fim de realçar a resposta magnética dos corpos lamproíticos mapeados, e dar suporte ao reconhecimento de corpos ainda não identificados, foi aplicado um algoritmo baseado no princípio da descontinuidade do dado (Kovesi, 1997, 1999). Regiões de descontinuidade, referem-se aos locais onde a intensidade do campo varia abruptamente. Contatos litológicos, falhas, fraturas e diques comumente apresentam essa característica. A ascensão isolada e tipicamente circular dos corpos lamproíticos, aliado à resposta magnética das fases magmáticas (Cowan & Cooper, 2009) geram regiões de descontinuidades e favorecem a aplicação de filtros dessa natureza. Primeiramente, o algoritmo aplicado ao THDR da anomalia magnética reduzida ao polo, quantifica a aleatoriedade do dado a partir da análise textural. A textura refere-se a distribuição espacial/estatística dos tons de uma imagem (Cooper & Cowan, 2005b), e reflete o comportamento do fenômeno ou da propriedade física em questão. Às vezes a textura é aparente, outrora o contraste é pequeno, dificultando a interpretação. Para mensurar a textura de forma sistemática, são definidos índices. No caso do algoritmo aplicado, o desvio padrão é o índice referência. Ao calcular o desvio padrão para cada ponto da malha do grid magnético, é mensurado o grau de variabilidade das medidas em relação ao sinal de background. Feições descontínuas estão associadas à alta complexidade textural, que, por sua vez, exibem alto desvio padrão. Posteriormente, a partir da fase do sinal, são detectadas estruturas causadoras da aleatoriedade observada.
Figura 2.3: Resultado dos filtros aplicados ao modelo magnético sintético em (A), constituído por 3 primas de dimensões 3000 x 500 x 1000 m, localizados nas profundidades 100 m (P1), 200 m (P2) e 300 m (P3), e separados por uma distância de 2000 m. Os filtros aplicados foram: (B) campo magnético total; (C) campo magnético total reduzido ao pólo; (D) gradiente horizontal total de (C); (E) sinal analítico 3D de (C); (F) inclinação do sinal analítico de (C) e (G) inclinação do sinal analítico do gradiente horizontal total de (C). (Modificado de Ferreira et. al (2013)).
Figura 2.4: Exemplificação do funcionamento da técnica de análise multiescalar (worming).
Adicionalmente aos métodos qualitativos acima descritos, aplicou-se também a técnica de estimativa de profundidade das fontes: a deconvolução de Euler (Reid, Allsop, Granser, Millett, & Somerton, 1990; Thompson & Reid, 1982). Com esta estimativa, pretende-se estabelecer uma relação entre a distribuição espacial das fontes e a interpretação qualitativa advinda das técnicas de realce. As estimativas de profundidade são calculadas através de janelas móveis pré-estabelecidas, relacionando por meio de um índice estrutural (IS), o valor do campo potencial com a localização da fonte. O valor para o índice estrutural depende da geometria do corpo alvo e da natureza do dado utilizado, seja magnético ou gravimétrico. A Tabela 2.1 apresenta os índices que devem ser considerados conforme estas características.
Tabela 2.1: Valores do índice estrutural para aplicação da deconvolução de Euler. (Fonte: Reid et al., 1990).
Modelo IS Magnético IS Gravimétrico
Corpos 3D, esfera 3 2
Corpos 2D, cilindro, pipes verticais 2 1
Diques e soleiras 1 0
2.4. Assinatura geofísica de kimberlitos e lamproítos em dados
gravimétricos e magnéticos
Diamantes são formados sob condições de alta pressão e temperatura (Helmstaedt & Gurney, 1995; Haggerty, 1999; Gurney et al., 2010). Eles ocorrem em ambientes de magma altamente alcalino gerado perto ou abaixo da base do manto litosférico subcontinental. Este material é conduzido até a superfície terrestre através de volumes de rochas ultramáficas que ascendem principalmente sobre a forma de intrusões verticais, a saber kimberlitos e lamproítos (Wilson & Head III, 2007; Griffin et al., 2013). Comumente contêm xenólitos mantélicos de profundidades maiores ou iguais a 150 km (Sparks, 2013). A Figura 2.5 ilustra o modelo clássico de um sistema kimberlítico, com as indicações dos principais componentes desse sistema magmático. Ao contrário do que acontece com minerais metálicos como o ferro, os diamantes não são detectáveis diretamente através dos métodos geofísicos. Neste caso, os estudos geofísicos são direcionados à procura de kimberlitos ou lamproítos, e de feições relacionadas, pois constituem a principal rocha fonte de diamantes primários (Jennings, 1995; Kaminsky et al., 1995; Gurney et al., 2005; Read & Janse, 2009).
O contraste existente entre a rocha hospedeira do diamante, seja kimberlitos ou lamproítos, e a encaixante consagrou o uso de métodos geofísicos na fase exploratória (Macnae, 1979; Kamara, 1981; Jennings, 1995; Morgan, 1995; Allen et al., 2001; Allek & Hamoudi, 2008; Galloway et al., 2009; Veeraiah et al., 2009). É possível aplicar uma gama de métodos geofísicos no contexto exploratório, a depender dos recursos financeiros disponíveis e da natureza da informação desejada (Shirey et al., 2004; O’Neill et al., 2005). Dados de campos potenciais terrestre (magnético e gravimétrico), bem como a sismologia e o método magnetotelúrico, têm colaborado para a compreensão da arquitetura e composição da crosta e manto sub-litosférico em regiões mineralizadas (Macnae, 1995; Morgan, 1995; Jaques & Milligan, 2004; O’Neill et al., 2005). Embora menos usuais, a tomografia sísmica também revela aspectos sobre o contexto tectônico regional e da arquitetura litosférica destes sistemas (Helmstaedt & Gurney, 1995; Gurney et al., 2010). A sísmica de reflexão foi utilizada por Hammer et al. (2004) para imagear um dique kimberlito de geometria subhorizontal no Lago Snap, região Nordeste do Canadá. O contraste de impedância acústica entre o kimberlito e a rocha encaixante possibilitou a obtenção de uma imagem sísmica correlata com a sondagem realizada e trouxe informações adicionais sobre a topografia do dique. Francke (2012) apresenta uma situação em que a perda de sinal observada em um perfil de radar de penetração do solo (GPR) possibilitou a identificação de uma pipe kimberlítica. Baseado nos
mapas de resistividade obtidos através do método magnetotelúrico, Jones (2009) apresentou considerações a respeito de áreas potenciais para ocorrência de diamantes no sul africano. Ele concluiu que a busca por áreas para exploração diamantífera deverá priorizar regiões nas bordas cratônicas.
Figura 2.5: Modelo clássico de um sistema kimberlítico ilustrando os principais componentes. (Fonte: Wilson e Head III, 2007).
A eficácia de um método geofísico em detectar qualquer alvo depende principalmente da existência de um contraste mensurável das propriedades físicas entre o alvo e o hospedeiro. O contraste existente entre as propriedades físicas dos kimberlitos e a rocha encaixante permite delinear as pipes kimberlíticas na fase de exploração. Além disso, a localização espacial, forma e tamanho dos corpos são controlados por estruturas geológicas grandes que podem estar evidentes nos dados geofísicos (Macnae, 1995; Allen et al., 2001; Jessell et al., 2016). Um exemplo é apresentado por Power et al (2004), em que o contraste
entre as propriedades físicas dos kimberlitos e das rochas graníticas encaixantes (Figura 2.6) na porção central do Cráton Slave, no Canadá, viabilizou a aplicação de vários métodos geofísicos, a citar eletromagnético, gravimétrico, magnético, sísmica e radar de penetração do solo.
Figura 2.6: Contraste de propriedades físicas entre os kimberlitos (verde) e as rochas graníticas (vermelho) na porção central do Cráton Slave, Canadá. (Fonte:Power et al., 2004).
Além do contraste entre as propriedades físicas, outro fator que deve ser cuidadosamente analisado em um levantamento geofísico, não apenas para exploração de diamantes, é a resolução da fonte. Quanto maior for a distância entre a fonte e o sensor geofísico, menor o conteúdo de informação obtida sobre ela (Dentith & Mudge, 2014). Em um levantamento gravimétrico aerotransportado e satelital por exemplo, serão bem representadas feições de grande comprimento de onda e baixa frequência, relacionadas a feições geológicas grandes e profundas. Com o mapeamento terrestre, ao contrário, é possível mapear corpos anômalos mais rasos, de curto comprimento de onda e alta frequência. As limitações inerentes aos métodos geofísicos devem ser claras para não ocorrer interpretações errôneas das anomalias observadas.
As técnicas geofísicas são eficazes na localização da rocha hospedeira, mas não fornecem diretamente nenhuma indicação quanto ao conteúdo diamantífero. O tamanho e a não-homogeneidade da rocha, a profundidade da erosão, o grau de intemperismo e a composição mineralógica, são fatores que controlam a resposta destes corpos intrusivos nos dados geofísicos (Macnae, 1995). Tipicamente, os kimberlitos e lamproítos erodem mais rapidamente do que a rocha encaixante. As propriedades físicas dos xenólitos e das fácies hypabyssal, diatremes e crater são muito diferentes dentro de uma intrusão. A fácie crater dos kimberlitos geralmente exibem os melhores contrastes entre as propriedades físicas da rocha encaixante. As pipes ou diques que contêm estas fácies são mais facilmente detectáveis com os métodos geofísicos (Power et al., 2004).
Os métodos gravimétrico e magnético, juntamente com o eletromagnético, são os mais amplamente utilizados no contexto da exploração de diamantes (Cowan et al., 2000; Jones et al., 2009; Vani et al., 2013). A gravimetria e a magnetometria aplicados em exploração de diamantes são utilizados em fases preliminares de reconhecimento e posteriormente para acompanhamento das pesquisas (Morgan, 1995). Integrados a outras informações, podem contribuir para explicar a distribuição espacial dos kimberlitos. A partir das estruturas geológicas reveladas pelos mapas de anomalias gravimétricas Bouguer, Vasanthi e Mallick (2005) mostraram que as pipes dos kimberlitos nas regiões de Narayanpet-Maddur em Andhra Pradesh, Índia, não estão posicionadas aleatoriamente mas seguem um padrão de localização. Também na Índia, Veeraiah et al (2009) definiram critérios em subsuperfície para ocorrência de kimberlitos em sua área de estudo baseados no mapa de anomalia Bouguer. Com o auxílio de dados magnéticos e informações geocronológicas, Lockhart et al (2004) apontou relações para a orientação e distribuição espacial das intrusões kimberlíticas diamantíferas e não-diamantíferas, na província de Lac de Gras, Canadá. A integração de dados estruturais, gravimétricos e magnéticos auxiliou Paganelli et al (2002) na elaboração de um mapa de favorabilidade para ocorrências de kimberlitos na região norte de Alberta, Canadá.
Artemieva e Vinnik (2016) encontraram no sul africano uma forte correlação entre a densidade calculada do manto litosférico e o padrão espacial de kimberlitos, e suas respectivas idades de alojamento. Os blocos que apresentaram os mais baixos valores de densidade mantélica (~3,30 g/cm³) não possuíam amostras de kimberlitos. Kimberlitos mais novos apresentaram maior densidade nas amostras do manto do que kimberlitos mais velhos. Os kimberlitos diamantíferos foram característicos de regiões de manto cratônico de baixa densidade, enquanto aqueles não-diamantíferos apresentaram amostras mantélicas com uma
variedade grande nos valores de densidade. As regiões ricas em kimberlitos apresentaram um forte contraste nas velocidades sísmicas na descontinuidade Mohorovicic, crosta fina e baixa densidade do manto, enquanto regiões pobres em kimberlitos apresentaram uma descontinuidade Mohorovicic transicional, crosta espessa e manto mais denso. As anomalias de densidade no manto litosférico mostram correlação inversa com as velocidades sísmicas.
Assinatura gravimétrica
A alta densidade relativa das rochas kimberlíticas e lamproíticas em função da abundância de minerais máficos a ultramáficos, deveria facilitar a detecção dessa rocha em levantamentos gravimétricos. Entretanto, a maioria das intrusões diamantíferas são pequenas e intemperizadas. Os levantamentos gravimétricos, por sua vez, geralmente apresentam resolução insuficiente para detecção de corpos lamproíticos (Erlich & Hausel, 2002).
A gravidade específica destas rochas é controlada principalmente pelo grau de serpentinização e intemperismo. Como há variação desses fenômenos dentro do corpo intrusivo, a resposta pode ser mascarada (Kamara, 1981; Power et al., 2004). As aquisições gravimétricas realizadas sobre pipes geralmente apresentam respostas baixas a negativas (amplitudes comumente menores que 1 mGal), graças a presença de material kimberlítico intemperizado ou de uma espessa camada de sedimentos. Dados gravimétricos terrestres adquiridos na Lagoa Hiles na região sudeste da Austrália apresentou este comportamento negativo sobre a possível pipe kimberlítica. Os mapas de anomalia Bouguer negativa ilustram essa constatação e um modelo de alteração de densidade da intrusão com a profundidade é apresentado por Allen et al. (2001) (Figura 2.7). Dados gravimétricos e eletromagnéticos terrestres possibilitaram a Galloway et al. (2009) confirmarem a hipótese preliminar de que o kimberlito de Mothae, na região nordeste de Lesoto no sul africano, é um corpo irregular e internamente variável. O corpo possui alta condutividade e uma feição de densidade baixa, como ilustrado na (Figura 2.8). Entretanto, há casos em que a rocha encaixante pode apresentar densidade mais baixa do que a pipe e, assim, resultar em uma anomalia positiva. Kamara (1981) apresentou valores densidade específica para pipes variando entre 2,35 a 2,55 g/cm³ e para diques entre 2,71 a 3,15 g/cm³.
Figura 2.7: Mapa de anomalia Bouguer a esquerda com respectivo perfil no canto superior direito, destacando a anomalia negativa observada. No canto inferior direito, o modelo apresentado para alteração da densidade da intrusão com a profundidade (Fonte: Allen et al., 2001).
Figura 2.8: Derivada horizontal total (DHT) da condutividade (a); DHT da anomalia Bouguer (b); intensidade magnética total, onde os pontos verdes representam amostras que interceptaram a rocha kimberlítica e os pontos azuis, basalto (c). A feição na cor preta representa a interpretação sugerida para os limites do kimberlito Mothae. (Fonte: Galloway et al., 2009).
Em que pese essas limitações, a gravimetria é muito promissora no mapeamento em escala regional, ao indicar regiões de contraste de densidade, favoráveis à ascensão de pipes lamproíticas e kimberlíticas (Paganelli et al., 2002).
Assinatura magnética
A identificação de intrusões lamproíticas e kimberlíticas pode ser facilmente reconhecida em um mapa do campo magnético anômalo. Tipicamente, esses corpos são expressos por anomalias circulares (dipolares) bem definidas e de magnetização mais alta comparada ao sinal de background. A geometria circular denuncia a seção transversal dessas rochas, as quais ascendem à superfície principalmente sob a forma de pipes, guiadas por condutos mantélicos verticais provenientes de elevadas profundidades. No Alto Cuilo, nordeste da Angola, o mapa de intensidade magnética total (TMI) apresentado por Pettit (2009), mostrou uma anomalia magnética de alta intensidade e aproximadamente circular à elíptica na direção sul e leste (Figura 2.9).
Figura 2.9: Assinaturas magnética (a), gravimétrica (b) e modelo digital de terreno (c) do kimberlito AC42 na região do Auto Cuilo no nordeste angolano. As estações gravimétricas estão indicadas como círculos abertos. Os círculos amarelos correspondem aos furos existentes e os vermelhos aos sugeridos. Contornos gravimétricos selecionados são mostrados em linhas tracejadas. (Fonte: Jones et al., 2009).
A susceptibilidade magnética é um ótimo indicador de fácies kimberlíticas. Pettit (2009) observou que nas porções epiclásticas (ou RVK) das pipes dos kimberlitos do Alto Cuilo, no nordeste da Angola, o valor da susceptibilidade magnética estava entre 2 a 4 x 10-³ (SI) . A diluição de areia nas crateras reduziu essa magnitude para uma média de 0,4 x 10-³
(SI). As porções mais profundas dentro do diatreme (ou MVK) apresentaram valores mais consistentes de susceptibilidade, em torno de 1 – 1,5 x 10-³ (SI) (Figura 2.10). As implicações para o Alto Cuilo é que acumulações de material epiclástico raso e maciço dentro ou ao redor das crateras pode dominar a assinatura magnética.
Kamara (1981) afirma que corpos kimberlíticos com susceptibilidade entre 200 x 10-6 a 2000 x 10-6 (unidade SI) são comuns. Na maioria das intrusões existe um contraste de susceptibilidade positivo entre o kimberlito e a rocha encaixante. Entretanto, a resposta magnética observada varia em função de vários fatores, a citar intemperismo, conteúdo de minerais magnéticos, profundidade, nível de erosão, geometria, magnetização remanente, bem como orientação e intensidade do campo induzido sobre a intrusão e a encaixante (Macnae, 1995; Menezes & García, 2007; Allek & Hamoudi, 2008; Venkateshwarlu & Chalapathi Rao, 2013).
Figura 2.10:Exemplo da susceptibilidade magnética em dois kimberlitos (a) e (b) ilustrando os limites entre as fácies observadas. (Fonte:Jones et al., 2009).
Erlich & Dan Hausel (2002) afirmam que os óxidos de ferro e titânio presentes nas intrusões controlam a susceptibilidade magnética dos kimberlitos e lamproitos. A abundância de magnetita produzida pela serpentinização afeta diretamente a susceptibilidade. A rocha
diamantífera fresca pode conter em torno de 5% de óxidos de ferro. Estes óxidos, são predominantemente picroilmenita não-magnética, mas pode conter traços de magnetita e mistura de magnetita-ilmenita. Kimberlitos não-intemperizados podem produzir assinaturas magnéticas fracas a moderadas. Macnae (1995) indica que as anomalias magnéticas sobre as pipes são altamente complexas, indicando não-homogeneidade mineralógica e textural. Estas complexidades comumente refletem as múltiplas intrusões e fáceis nas pipes e o intemperismo diferencial. No caso dos lamproítos, somente as fases magmáticas apresentam uma assinatura magnética clara. A fase espinélio, dominante tanto na matriz quanto nos xenólitos, varia de cromo-espinélio não magnético para óxido de Fe-Ti ferrimagnético, com grande variação no conteúdo de Fe. Em olivina-lamproítos, a olivina geralmente é serpentinizada durante a erupção, produzindo magnetitas secundárias. Essas magnetitas podem produzir anomalias magnéticas significantes, especialmente se a rocha hospedeira for fracamente ou não-magnética, resultando em feições anômalas do tipo pipes (‘bull’s eye’) ou diques (feições lineares). (Cowan & Cooper, 2009).
A partir do sinal analítico e aproximando a geometria do corpo anômalo a um cilindro vertical, Keating e Sailhac (2004) mostraram como a assinatura magnética dos kimberlitos variam com a latitude magnética, magnetização remanente, orientação do campo magnético, entre outros. De forma geral, a assinatura de pipes kimberlíticas em altas latitudes magnéticas é uma anomalia circular; em mais baixas latitudes, ela se torna assimétrica; e no equador magnético, a anomalia predominantemente negativa. A forma da anomalia também é influenciada pela magnetização remanente. Ela pode alterar a polaridade das anomalias. Em altas inclinações magnéticas, o campo total e o sinal analítico são aproximadamente circulares. À medida que a inclinação diminui, a anomalia do campo total se torna mais dipolar e o sinal analítico é levemente alongado na direção da declinação magnética (Figura 2.11). A Figura 2.12 apresenta o resultado da metodologia aplicada pelos autores na região do Lago Kirkland, em Ontario, Canadá, para detecção das pipes. O resultado obtido foi um conjunto de 100 possíveis alvos agrupados em 40 grupos. O mapa mostra excelente correlação entre as pipes já conhecidas e aquelas indicadas através da metodologia aplicada sobre os dados magnéticos. A seleção destes alvos que serão escolhidos para uma investigação mais detalhada por terra será baseada principalmente no conhecimento geológico da área.
Figura 2.11: Anomalias do campo magnético total de um cilindro vertical semi-infinito submetido a variações na inclinação do campo magnético. A declinação do campo é 15º W, raio da pipe de 100 m e o plano de observação está a 100 m da pipe. As inclinações do campo são (a) 75º, (b) 45º, (c) 15º e (d) 0º. (Fonte: Keating e Sailhac, 2004).
Figura 2.12: Mapa do sinal analítico da região do Lago Kirkland, em Ontario, Canadá. As pipes kimberlíticas conhecidas estão indicadas pelas setas pretas. O valor dos coeficientes de correlação é proporcional ao diâmetro do círculo, conforme mostrado na legenda. Todos os coeficientes acima de 0.8 é mostrado.
3. Avaliação da prospectividade diamantífera da
Província
Oeste
de
Kimberley
(Austrália
Ocidental) com base na assinatura geofísica das
intrusões de lamproítos
3.1. Introdução
Historicamente, a indústria de exploração mineral de diamantes tem sido atraída pela frequente ocorrência em intrusões kimberlíticas alojadas no interior de escudos cratônicos. Esta relação empírica supõe que kimberlitos diamantíferos são restritos à crátons Arqueanos, enquanto que as pipes intrudidas nas regiões adjacentes, ao longo dos cinturões mais novos, raramente apresentam conteúdo diamantífero econômico (Lei de Clifford) (Clifford, 1966). Esta premissa é considerada uma expressão da presença de uma litosfera antiga, espessa e comparativamente fria em relação aos domínios adjacentes ao núcleo cratônico, proporcionando um ambiente favorável para a estabilização e preservação do diamante (Jennings, 1995; O’Neill et al., 2005).
A descoberta dos depósitos diamantíferos de Ellendale, em 1976, seguido pela pipe de Argyle, em 1979, no extremo norte da Austrália Ocidental, culminou em novas estratégias de exploração para diamantes. Há pelo menos dois fatores que diferenciam Argyle e Ellendale dos demais depósitos diamantíferos ao redor do mundo. Ambos são depósitos primários de lamproítos e não de rochas kimberlíticas, e alojam-se preferencialmente ao longo de cinturões de deformação tectônica de idade Proterozóica e não estão restritos às áreas cratônicas. Ambos depósitos estão na região da Bacia de Kimberley, que concentra o maior número de intrusões magmáticas diamantíferas conhecidas no país (Jaques et al., 1986; Fetherston et al., 2017).
Com a descoberta dos depósitos diamantíferos econômicos, inseridos em um contexto geológico que foge do modelo clássico, campanhas exploratórias na região de Kimberley foram intensificadas, incluindo a aquisição de grande volume de dados geofísicos (Jaques et al., 1986; Hutchison, 2018a). Apesar do entendimento geológico bem consolidado desde então, a região carece atualmente de trabalhos que esclareçam o alojamento das intrusões de lamproítos, baseados principalmente na assinatura geofísica dos distritos.
Neste contexto, este trabalho tem por objetivo principal descrever o cenário arquitetural das intrusões de lamproítos, diamantíferas e não-diamantíferas, pertencentes à Província Oeste de Kimberley na Austrália Ocidental, a partir da integração entre dados geofísicos e informações geológicas, de modo a subsidiar a análise prospectiva diamantífera da região. Espera-se que os resultados obtidos contribuam para reavaliar o potencial mineral diamantífero na Província Oeste de Kimberley. Ademais, pretende-se: (i) caracterizar as assinaturas magnéticas e gravimétricas das intrusões de lamproítos existentes; (ii) elaborar um mapa de arcabouço tectônico formulado a partir das estruturas extraídas dos dados geofísicos; (iii) avaliar a relação espacial entre as ocorrências de lamproítos e as estruturas geológicas mapeadas com a geofísica, e, por fim, (iv) propor uma mapa de favorabilidade para diamantes com a integração dos dados.
3.2. Área de estudo
3.2.1. Localização e Geologia
A evolução geológica da região de Kimberley, no extremo norte da Austrália Ocidental, se estende por quase 2 bilhões de anos da história da Terra. Ela inicia-se no Paleoproterozóico, com o rifteamento ao longo da margem do Cráton North Australian (1910-1880 Ma), seguida por um período de colisão de placas como parte de uma série de eventos entre 1870-1790 Ma que formaram o Cráton Diamantina dentro do supercontinente Nuna. Essas colisões envolveram acreção de um arco intra-oceânico ao continente, o qual incluiu o Cráton Kimberley antes do final da sutura com o Cráton North Australian. Esse processo produziu rochas do embasamento cristalino que formaram as províncias Hooper e Lamboo. As rochas expostas mais antigas na região estão nestas províncias e datam de 1910-1790 Ma (Tyler et al., 2012).
O Cráton Kimberley é limitado por dois cinturões orogênicos; a sudeste pelo Halls Creek e a sudoeste pelo King Leopold (Figura 3.13). Estes cinturões consistem em rochas deformadas vulcânicas e intrusivas de idade paleoproterozóica (Cawood & Korsch, 2008). Apesar da não exposição das rochas do embasamento do bloco cratônico, infere-se que inclua material Neoarqueano com base nas relações de idade entre rochas sedimentares e granitos mais jovens, e a interpretação de dados de campos potenciais (Gunn & Meixner, 1998; Cawood & Korsch, 2008). Em sua configuração atual, o Cráton Kimberley é coberto por
rochas sedimentares suavemente dobradas e deformadas, contendo derrames basálticos e soleiras de doleritos.
Figura 3.13: Mapa geológico simplificado. Em (A) estão sobrepostas as intrusões lamproíticas e kimberlíticas conhecidas e a profundidade da descontinuidade de Mohorovicic (Fonte da profundidade Mohorovicic: Chevrot e Hilst, 2000; Reading et al., 2012; Yuan, 2015). Em (B) é apresentado o mapa geológico simplificado da área de estudo. Sobreposto estão os limites das principais províncias geológicas, as intrusões lamproíticas pertencentes aos quatro campos diamantíferos categorizados dentro da Província e a indicação das Áreas A e B, detalhadas na seção 4.1. (Dmd = diamondiferous).
A Bacia Kimberley é de idade Paleoproterozoica e recobre o embasamento granítico do Cráton Kimberley. É flanqueada ao sul e leste pelos orógenos paleoproterozóicos King Leopold e Halls Creek (Aitken et al., 2018). O orógeno King Leopold (560 Ma) é uma importante zona móvel intracontinental, que marca a borda noroeste do Cráton Kimberley e a borda norte da Bacia Canning. O embasamento cristalino é constituído por uma suíte de rochas metassedimentares e intrusões graníticas de origem mantélica, pertencentes à província Lamboo. A deformação ao longo do Orógeno King Leopold produziu trends extensivos e bem expostos na direção W-NW, bem como estruturas de empurrão ao longo da margem SW da Bacia Kimberley (Tyler et al., 2012; Lindsay et al., 2015).
Adjacente ao Orógeno King Leopold está o Escudo Lennard, que é marginal ao gráben Fitzroy (Paleozoico), ambos inseridos na Bacia Canning. A bacia apresenta uma história tectônica complexa, com diversas fases de extensão reconhecidas. Ela iniciou-se no Ordoviciano a partir de uma suave depressão das rochas erodidas do embasamento Pré-Cambriano e se desenvolveu em períodos de extensão crustal do Devoniano médio a tardio,
do Carbonífero e do Permiano, com afinamento crustal significativo sobre os principais vales (Jenke & Cowan, 1994; Lindsay et al., 2015). As rochas da bacia sobrepõem àquelas do Orógeno King Leopold e também o embasamento granítico do Escudo Lennard. O gráben Fitzroy é uma bacia estrutural e deposicional composta por uma série de tendências NW-SE que se formaram ao longo da margem nordeste da Bacia Canning. A depressão foi formada por períodos de extensão crustal durante o Devoniano médio a tardio, Carbonífero e Permiano. Dados de reflexão sísmica profunda tem auxiliado na revisão do modelo tectônico da depressão (Spratt et al., 2014).
A concentração de corpos kimberlíticos e lamproíticos inseridos nas regiões adjacentes à Bacia Kimberley levou ao agrupamento das intrusões em três províncias diamantíferas: Norte, Oeste e Leste de Kimberley (Jaques et al., 1986; Fetherston et al., 2017).
A área de estudo deste trabalho se concentra na Província Oeste de Kimberley, a qual é composta exclusivamente por corpos lamproíticos. Essa região inclui o Orógeno King Leopold, a porção sul da Bacia Kimberley e a parte norte da Bacia Canning (Figura 3.13).
3.2.2. Alojamento das intrusões de lamproítos
O alojamento de lamproítos em uma ampla variedade de configurações tectônicas, ainda tem impedido o desenvolvimento de um modelo universal que explique sua posição temporal, geológica e tectônica. Entretanto, há um consenso quanto a relação do alojamento destas intrusões e o controle estrutural provocado por cinturões de deformação tectônica, corredores de fraturas e falhas, e gráben lineares (Mitchell & Bergman, 1991; White et al., 1995).
Lamproítos ocorrem comumente ao longo das margens de crátons ou em cinturões móveis, os quais sofreram os reflexos do processo de cratonização. Geralmente estão em regiões de crosta (> 40 – 55 km) e litosfera (> 150 – 250 km)espessas (Mitchell & Bergman, 1991). A litosfera nessas localidades tipicamente registra múltiplos episódios de eventos tectônicos ressurgentes, tanto extensional quanto compressional. Os exemplos na Austrália Ocidental retratam bem essa configuração. Os campos lamproíticos de Argyle (1150 Ma) e Ellendale (20 Ma) são encontrados nos cinturões móveis de idade proterozoica em torno do Cráton Arqueano Kimberley. Em contraste, os kimberlitos de 800 Ma das províncias Norte e Leste de Kimberley estão dentro do cráton. Este exemplo ilustra a conclusão geral de que os
