CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA DOS LUTITOS DIATOMÁCEOS DA PENÍNSULA DE SANTA ELENA, EQUADOR

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CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA

DOS LUTITOS DIATOMÁCEOS DA PENÍNSULA DE SANTA

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

Prof. Dr. João Luiz Martins

Vice-Reitor

Prof. Dr. Antenor Rodrigues Barbosa Junior

Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

Prof. Dr. Tanus Jorge Nagem

ESCOLA DE MINAS

Diretor

Prof. Dr. José Geraldo Arantes de Azevedo Brito

Vice-Diretor

Prof. Dr. Wilson Trigueiro

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

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CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 60

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Nº 272

CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E TECNOLÓGICA DOS

LUTITOS DIATOMÁCEOS DA PENÍNSULA DE SANTA ELENA,

EQUADOR

Miguel Genaro Peralta Sánchez

Orientador

Prof. Dr. Newton Souza Gomes

Co-orientadores

Prof. Dr. Mauricio Antônio Carneiro

Prof. Dr. Marcos Andrade Gonçalves

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito

parcial à obtenção do Título de Mestre em Ciências Naturais, Área de Concentração: Petrogênese/Depósitos Minerais/Gemologia

Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/n

35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais

Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: pgrad@degeo.ufop.br

Os direitos de tradução e reprodução reservados.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.

ISSN 85-230-0108-6

Depósito Legal na Biblioteca Nacional Edição 1ª

Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto

http://www.sisbin.ufop.br P426c Peralta Sánchez, Miguel Genaro.

Caracterização mineralógica e tecnológica dos lutitos diatomáceos da Península de Santa Elena, Equador [manuscrito] / Miguel Genaro Peralta Sanchez - 2008. xxv, 78f. : il. color.; grafs.; tabs.; mapas. (Contribuições às Ciências da Terra, v. 60, n. 272)

ISSN: 85-230-0108-6

Orientador: Prof. Dr. Newton Souza Gomes. Co-orientador: Prof. Dr. Mauricio Antônio Carneiro. Co-orientador: Prof. Dr. Marcos Andrade Gonçalves.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.

1. Lutitos Diatomáceos. 2. Arenitos. 3. Península de Santa Elena. 4. Ativação Alcalina. 5. Caracterização. 6. Diatomaceas

vii

Dedicatória

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Agradecimentos

A Deus, por abençoar minha vida.

Ao Prof. Dr. Newton Souza Gomes pela orientação, amizade, ajuda e sugestões no desenvolvimento desta dissertação e durante todo o curso de mestrado.

Ao Prof. Dr. Mauricio Carneiro pela sua colaboração, dedicação e paciência na orientação de meu trabalho. Ao Prof. Dr. Marcos Andrade Gonçalves pela orientação, amizade, ajuda e conselhos, para a obtenção dos objetivos desta dissertação.

À Profa_{. Dr}a_{. Maria Paula Delicio pelo seu apoio e orientação em relação ao estudo dos microfósseis.}

Ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto (DEGEO/EM/UFOP).

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsa de estudos.

À Fundação GORCEIX pela colaboração à divulgação científica de meu trabalho sobre os microfósseis.

Aos professores do Departamento de Geologia: Angélica Varajão, Júlio César Mendes, Antônio Gandini, Paulo César, César Mendonça, Mariângela Leite, Caroline Souza, Hanna Jordt-Evangelista, Jorge de Lena, Leonardo Lagoeiro, César Chicarino e Hermínio Nalini Jr., pelo seu tempo, atenção e colaboração ao meu trabalho. A meus amigos Pedro, Michel, Mauricio, Walter, Francisco, Cumpa Bolivar, Luis Cobos, Chino-Chung, Chochito, Pepe, Verito, Medioloco, Seferiñao, Minicraque, Glenda, Lely, Recalde, Oráculo, Perugachi, Clotario, Mónica, Cecília, Vicky, Julio, Wilmer, Benavidez e, a todos os amigos que colaboraram com meu trabalho. À Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP pela utilização dos laboratórios de: Raios-X, MEV, Fluorescência de Raios-X, Geoquímica, Laminação e Microscopia Ótica do Departamento de Geologia; Particulados e Tratamento de Minérios do Departamento de Minas; Ensaio de Materiais e Hidrometalurgia do Departamento de Materiais; Raios-X e Termogravimétrica do Departamento de Ciências Químicas.

Aos professores e técnicos dos laboratórios dos Departamentos de: Geologia: Vanderlei Silva, Paola, João, Celso, Gizele, Luiz, Adriana, Cristiano, Viviane, Margareth, Cristiane, Leonardo, Edson, Aparecida, Marcilio, Moacir, João, Marilene; Química: Marcos Andrade, Geraldo Magela, Kátia Novack; de Metalurgia e Materiais: Versiane Leão, Leonardo Godefroid, Graciliano Francis, Fidney, Ivette e de Minas: Rosa Malena, José Aurélio, Carlão, Tchaco e Toninho.

À empresa Geologia e Sondagem - GEOSOL pela realização de análises laboratoriais. À Profa_{. Dr}a_{. Rubia Ribeiro Viana – UFMT pela realização das análises químicas.}

No Equador, na Escuela Superior Politécnica del Litoral, à Profa_{. Dr}a_{.Cecilia Paredes, Promotora do Componente}

6 do Programa VLIR/ESPOL pela colaboração e pelo financiamento do trabalho de campo na Península de Santa Elena. Aos Profs. Drs. Paúl Carrión Mero, Fernando Morante, Elizabeth Pena e ao Centro de Investigación Científica y Tecnológica (CICYT) pela colaboração nos trabalhos no Equador. Aos laboratórios das Faculdades de Ingeniería en Ciencias de la Tierra (FICT) e Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP). A minha querida mãe, Laura Sánchez pelas orações e preocupação. Ao meu pai, Miguel Peralta, in memoriam

pela educação e confiança que me deu. Aos meus irmãos Marlene, Nancy, Julia, Balbina e Holger. A Ana Morales pela compreensão, amizade, amor, paciência, cumplicidade, ajuda.

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Sumário

AGRADECIMENTOS...ix

LISTA DE FIGURAS...xv

LISTA DE TABELAS... xix

LISTA DE ANEXOS...xxi

RESUMO...xxiii

ABSTRACT...xxv

CAPÍTULO 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS...1

1.1- APRESENTAÇÃO...1

1.2- OBJETIVOS...1

1.3- LOCALIZAÇÃO E ACESSO...2

1.4- MATERIAIS E MÉTODOS ...3

1.4.1- Trabalho de Laboratório...4

Equipamentos Analíticos e Metodologias de Análises...4

Teor de Umidade...4

Análises Granulométricas...4

Difração de Raios X...5

Análises Químicas...5

Densidade, Superfície Específica e Porosidade...5

Análises Térmicas...5

Microscopia Ótica...6

Microscopia Eletrônica de Varredura com Sistema de Energia Dispersa....6

Ensaios de Compressão...6

CAPÍTULO 2. CONTEXTO GEOLÓGICO ...7

2.1- FISIOGRAFIA ...8

2.2- ESTRATIGRAFIA...9

2.3- GEOLOGIA LOCAL...13

2.3.3- Membro Zapotal...14

2.3.3- Membro Dos Bocas...14

CAPÍTULO 3. PETROGRAFIA DOS ARENITOS E PELITOS DA FORMAÇÃO

TOSAGUA...17

3.1- PETROGRAFIA DOS ARENITOS...17

3.1.1- Aspectos Texturais...17

3.1.2- Composição Mineralógica... ...17

3.1.3- Evolução Diagenética ...24

Compactação Mecânica ...25

Palagonitização ...25

Pirita Framboidal ...26

Autigenese de Zeólitas ...27

Cimentação por Silex ...27

Compactação Química ...28

Cimentação e Substituição por Calcita ...29

Autigênese de Pirita Tardia ...30

Fases Telodiagenéticas ...30

3.1.4 – Considerações sobre a Área Fonte... ...31

3.2- PETROGRAFIA DOS PELITOS DA FORMAÇÃO TOSAGUA ...31

CAPÍTULO 4. GEOPOLÍMEROS - UMA REVISÃO ...35

4.1- CONCEITO ...35

4.2- HISTÓRICO ...37

4.3- GEOSÍNTESE ...38

4.4- MATERIAIS ...40

4.4.1- Matérias Primas...40

Diatomita ...42

4.4.2- Ativadores...42

4.5- PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS ...43

4.6- PROPRIEDADES DOS GEOPOLÍMEROS ...44

4.7- APLICAÇÕES DOS GEOPOLÍMEROS ...44

CAPÍTULO 5. CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E APLICAÇÃO TECNOLÓGICA DOS PELITOS...……… 49

5.1- TEOR DE UMIDADE ...49

5.2- ANÁLISES GRANULOMÉTRICAS ...50

xiii

5.3.1- Difração de Raios X da Fração Total ...51

5.3.2- Análises de Difração de Raios X da Fração Argila ...52

5.3.3- Análises de Difração de Raios X após Calcinação das Amostras ...56

5.3.4- Análises de Difração de Raios X da Fração Total nos Geopolímeros ...56

5.4- COMPOSIÇÃO QUÍMICA ...57

5.5- ANÁLISES TERMOGRAVIMÉTRICAS E TERMODIFERENCIAIS...61

5.6- DENSIDADE, SUPERFÍCIE ESPECÍFICA E POROSIDADE...62

5.7- GEOPOLIMERIZAÇÃO ...63

5.8- ENSAIOS MECÂNICOS ...67

5.9- MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DOS GEOPOLÍMEROS...70

CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES...71

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...73

ANEXOS...79

xv

Lista de Figuras

Figura 1.1 – Localização da área de pesquisa, na Península de Santa Elena, indicando as ocorrências de lutitos diatomáceos (Modificado de IGM 1984) ...2

Figura 1.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área denominada A02, nas margens rio Del Burro, ao Sul de Olmedo...3

Figura 2.1 – A: Localização da Bacia Progreso no sudoeste do litoral do Equador (modificado de Daniaud 1999 e IGM 1984). B: Localização do Equador e representação das suas regiões naturais: Litoral, Sierra e, Oriente (NASA 2001) ...8

Figura 2.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área A01, no povoado de Sucre, caracterizada pelos terrenos baixos e poucas elevações ... 9

Figura 2.3 – Mapa Geológico e coluna estratigráfica da Península de Santa Elena com a localização dos lutitos diatomáceos no Membro Villingota da Formação Tosagua, na Bacia Progreso (Spencer 1993) ... 10

Figura 2.4 – Estratigrafia simplificada da Bacia Progreso (Deniaud 1998, Ordoñez et al. 2006)...13

Figura 2.5 – A: Vista do principal depósito de lutito diatomáceo no povoado Sucre, denominado área de pesquisa A01, B: detalhe dos arenitos encontrados neste depósito e, C: aspecto dos lutitos diatomáceos friáveis...15

Figura 3.1 – Composição do arcabouço das 17 amostras da Formação Tosagua na Bacia Progreso, representadas no diagrama de Folk (1974) ...19

Figura 3.2 – A: grão de quartzo de veio, observam-se nuvens de poeira. B: Grão de microclina inalterado. C: Grão tabular de sanidina. D: Grão angular e inalterado de plagioclásio. E: Textura gráfica em grão de granitóide. F: Grão de andesito. G: Grão de traquito. H: Grão de riolito ... 20

Figura 3.3 – A Vesículas no vidro vulcânico preenchidas por calcita. B: : Grãos anulares de glass shards. C: Grão de ignibrito. D: Contato suturado entre constituintes num grão de milonito. E: Grãos de xisto e filitos deformados por compactação. F: Grãos de folhelho. G: Grão de pelecípodas. H: Grão de foraminífero ...22

Figura 3.4 – A: Grão de chert. B: Grãos de epidoto. C: Grão de biotita. D: Grão de moscovita. E: Grão de rutilo substituído por leucoxênio F: Grão de turmalina zonada. G: Grão de anfibólio parcialmente substituído por calcita. H: Grãos de clinopiroxênio ...23

Figura 3.5 – Fragmento dúctil do arcabouço deformado por compactação mecânica. B: Palagonitização ...26

Figura 3.6 – Pirita framboidal no interior de bioclasto (foraminífero bentônico, provavelmente Numulites), parcialmente dissolvido por compactação química ...26

Figura 3.7 – A Cimento zeólitas em torno de grão de quartzo. B: Fragmento de vidro parcialmente substituído por zeólitas. ...27

Figura 3.8 – A: Cimentação por sílex. B: Detalhe da foto anterior ...28

Figura 3.9 – Estilólito gerado por “pressure solution”...28

Figura 3.10 – A: Cimentação e substituição de grão por calcita. B: Fratura em grão de plagioclásio preenchida por calcita. C: Grão de plagioclásio zonado e substituído por calcita. D: Cristal de piroxênio substituído pseudomorficamente por calcita. E: Grão de moscovita substituído por calcita. F: Preenchimento de microfratura por calcita. ...29

Figura 3.11 – A: Cristais euédricos de pirita. B: Pirita tardia substituindo bioclasto. C: Limonitização da pirita. D: Hematita telodiagenética ...30

(b) calcita e (c) quartzo, amostra NM_13; B: diatomácea, amostra NM_43B; C: fragmento de radiolário, amostra NM_29; D: Foraminífero em uma matriz silicoaluminosa, amostra MN_23A...32

Figura 3.13 – Fotomicrografias de foraminífera da amostra NM_15A, A: Foraminífero enrolado, Lenticulina?. B: Foraminífero reto, Bolivina sp. do Cretáceo–recente, (Cushman 1976) ...33

Figura 3.14 – Fotomicrofotografias de Diatomáceas Pennales: A: Achnanthes sp. - amostra NM_43B; B: Achnanthes sp. - amostra NM_23A; C: Cocconeis sp. - amostra NM_23A. Diatomáceas Centrales: D: Coscinodiscus sp. - amostra NM_20A; E: Arachnoidiscus sp. - amostra NM_27; F: Actinoptychus sp.- amostra NM_23A; G: (a) Triceratium sp., (b) Melosira sp.,(c) ? - amostra NM_43A; H: Melosira sp. - amostra NM_29 ...34

Figura 3.15 – Fotomicrofotografias de outros microfósseis identificados em diferentes amostras de lutitos diatomáceos. A: Radiolário / Nassellaria: Phormostichoartus sp. - amostra NM_23A; B: Radiolário / Nassellaria:? - amostra NM_43A; C: Radiolário / Nassellaria: Artophormis sp. - amostra LL_01; D: Radiolário / Spumellaria: Stylosphaera sp. - amostra NM_30; E: Radiolário / Spumellaria: Cannartus sp. - amostra NM_43B; F: Silicoflagelados / Distephanus sp. - amostra NM_13; G: Silicoflagelados / Naviculopsis sp. - amostra NM_43A; H: Espícula - amostra NM_17C ...36

Figura 4.1 – Gráficos computarizados das moléculas de poliméricas de polissialato de Mn-(-Si-O-Al-O-)n e polissialato-siloxo de Mn -(-Si-O-Al-O-Si-Mn-(-Si-O-Al-O-)n e suas estruturas (Davidovits 1994) ...38

Figura 4.2 – Comparação entre os processos de obtenção do cimento Portland convencional, do cimento geopolimérico e da zeólita sintética, modificado de Nicholson et al. (2005) e Breck (1962) .41

Figura 5.1 – Distribuição granulométrica das 05 amostras selecionadas de lutitos diatomáceos ...51

Figura 5.2 – Difratogramas das 05 amostras selecionadas de lutitos diatomáceos, indicando os picos da. Mo: montmorilonita, Z: zeólita, K: caulinita, Q: quartzo, F: feldspato, Ca: calcita ...52

Figura 5.3 – Estrutura cristalina dos argilominerais, representada por A: uma folha tetraédrica, B: uma folha octaédrica (Grim 1962) ...53

Figura 5.4 – Difratogramas da fração argila ( < 2 µm) da amostra NM_13 A: natural, glicolada e aquecida, B: saturada com MgCl2; C: saturada com LiCl ...55 Figura 5.5 – Difratogramas A: da amostra NM_13 de lutitos diatomáceos e, B: do caulim, indicando a mineralogia identificada e as mudanças que acontecem após aquecimento a 850 ºC. Mo: montmorilonita, K: caulinita, M: mica, Q: quartzo, F: feldspato, Ca: calcita ...56

Figura 5.6 – Difratogramas mostrando a mineralogia da mistura das cinco amostras de lutitos diatomáceos calcinada a 850 °C e as modificações observadas em três geopolímeros: NM_10B, NM_D255 e NM_D18, de acordo com a variação das matérias primas e reagente. Q: quartzo; F: feldspato; Ss: silicato de sódio; Alss: silico aluminato de sódio; S: Sodalita; LD: lutitos diatomáceos, MC: metacaulim; Als: aluminato de sódio ...57

Figura 5.7 – A: Variação dos percentuais de SiO2, Al2O3 e CaO obtidos via fluorescência de raios X

na fração total; B: Variação da ração molar SiO2 / Al2O3, das 31 amostras coletas nas três ocorrências:

A01, A02 e A03 de lutitos diatomáceos ...58

Figura 5.8 – Variação percentual A: de Fe2O3 e Na2O e, B: dos óxidos dos elementos menores obtidos

via fluorescência de raios X na fração total das 31 amostras coletas nas três ocorrências: A01, A02 e A03 de lutitos diatomáceos ...59

Figura 5.9 – Curvas termodiferenciais (ATD) das amostras de lutitos diatomáceos, mostrando a presença de picos endotérmicos durante o aquecimento das amostras até 900 ºC ...61

Figura 5.10 – Curvas das relações molares H2O/Na2O, SiO2/Al2O3, Na2O/SiO2, Na2O/Al2O3 e da

relação sólido/líquido, empregadas em 22 misturas na elaboração de geopolímeros ...65

xvii

gel estende-se por toda a mistura; E: molde plástico coberto com material plástico e preenchido de geopolímero em gel, sobre uma chapa metálica de aquecimento a temperaturas inferiores a 85ºC; F: geopolímero solidificado em forma de bloco retangular, depois de 3 horas na chapa ...66

Figura 5.12 – Fotografias dos geopolímeros fabricados em forma de blocos, A: mostrando diversas tons de cor, B: apresentando problemas na forma e, indicando a presença de (a) silicato de sódio e (b) aluminato de sódio, não dissolvidos durante a geopolimerização ...67

Figura 5.13 – Fotografias mostrando A: alguns geopolímeros selecionados; B: corpo de prova com duas faces paralelas obtidas após uso de cimento portland; C: Equipamento hidráulico MTS 810 utilizado nos ensaios de compressão simples, no DEMET-UFOP; D: Corpo de prova submetido ao ensaio ... 68

Figura 5.14 – Relação força x deslocamento (Kgf x mm), dos ensaios de compressão simples nos corpos NM_D25, NM_D18, NM_10B, NM_D17 e NM_D33 ...68

Figura 5.15 – Contorno de força compressiva SiO2/Al2O3 x Na2O/Al2O3 x Mpa, dos ensaios de

compressão simples. Indicam-se no retângulo central valores obtidos por Davidovits (1982) para os geopolímeros baseados em metacaulim ...69

Figura 5.16 – Contorno de força compressiva SiO2/Al2O3 – Na2O/SiO2 – Mpa, dos ensaios de

compressão simples ...69

xix

Lista de Tabelas

Tabela 3.1 – Composição mineralógica do arcabouço dos arenitos da Formação Tosagua... 18

Tabela 3.2 – Subdivisão dos estágios diagenéticos (Schmidt & Mcdonald 1979)...24

Tabela 4.1 – Classificação dos Geopolímeros, modificado de Davidovits (1991) ...37

Tabela 4.2 – Cronologia de algumas pesquisas realizadas sobre ligantes obtidos mediante ativação alcalina, modificado de Torgal & Jalali (2007) e Roy (1998) ...40

Tabela 4.3 – Composições químicas de algumas matérias primas utilizadas na obtenção de geopolímeros (Panagiotopoulou et al. 2007, *Peralta-Sánchez et al. 2007) ...43

Tabela 4.4 – Principais fases mineralógicas das matérias primas modificado de Panagiotopoulou et al. 2007, *Peralta-Sánchez et al. 2007 ...43

Tabela 4.5 – Relações molares das misturas dos reagentes (matéria prima + ativadores) de dois polímeros minerais (Davidovits 1982) ...46

Tabela 4.6 – Aplicações dos geopolímeros de acordo com a relação Si:Al (Davidovits 1991) ...47

Tabela 5.1 – Teores de umidade das 31 amostras de lutitos diatomáceos. (*) amostras selecionadas..50

Tabela 5.2 – Classificação resumida dos argilominerais (Eslinger & Pevear 1988, Brindley & Brown 1980) ...54

Tabela 5.3 – Composição química via fluorescência de raios x de cinco amostras de lutitos diatomáceos...60

Tabela 5.4 – Composição química geral das matérias primas e dos reagentes utilizados na fabricação dos geopolímeros ...60

Tabela 5.5 – Valores de densidade, superfície específica e volume total de poros das cinco amostras naturais de lutitos diatomáceos ...62

Tabela 5.6. – Valores de densidade, superfície específica e volume total de poros das cinco amostras naturais de lutitos diatomáceos e de três dos geopolímeros obtidos ...63

xxi

Lista de Anexos

Anexo 01 – Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A01, localizadas no depósito de Sucre ... 80

Anexo 02– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A01, localizadas ao leste do depósito de Sucre ...81

Anexo 03– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A02, localizadas entre Sucre e

Olmedo...82

Anexo 04– Difratogramas de 04 amostras pertencentes à área de pesquisa A02, localizadas ao sul de Olmedo...83

xxiii

Resumo

Os lutitos diatomáceos, que foram objeto de estudo nesta dissertação, estão inseridos no Membro Villingota da Formação Tosagua, na Bacia Progreso, na Península de Santa Elena, que constitui uma importante área localizada ao sudoeste do litoral do Equador. Arenitos presentes em alguns níveis da Formação Tosagua também foram objeto de investigação, devido a sua presença em forma de fragmentos de rocha nos lutitos diatomáceos. A Bacia Progreso é formada principalmente por terrenos sedimentares de origem marinha, com ocorrências de minerais e rochas industriais de interesse econômico.

Na atualidade, este recurso mineral é explotado de maneira artesanal em pequena escala, para a fabricação de ração de aves e como corretivo do pH de solos.

O trabalho desenvolvido nesta dissertação de mestrado incluiu a pesquisa de três ocorrências de lutitos diatomáceos localizadas em três povoados rurais: Sucre, Olmedo e San Antônio.

A partir da aplicação de técnicas analíticas, foi possível identificar a mineralogia que é formada por calcita, quartzo, montmorilonita e feldspato, além de traços de caulinita, mica e zeólitas e, determinar o caráter lutito-silicoso e lutito-carbonático das amostras. Esta variação é relacionada com a presença em maior ou menor proporção dos microfósseis silicosos e carbonáticos como diatomáceas, radiolários, espículas e foraminíferos.

O estudo petrológico dos arenitos associados mostrou que os litotipos apresentam uma extraordinária heterogeneidade mineralógica materializada pela ocorrência de 18 faces minerais detríticas, 13 diferentes tipos de fragmentos de rochas, bioclastos, 6 faces minerais autigênicas, além de matriz deposicional. A evolução diagenética foi marcada principalmente por processos eudiagenéticos que reduzeram drasticamente a porosidade primária das rochas.

Devido ao seu predominante conteúdo silico-aluminoso, estes lutitos diatomáceos foram utilizados como matéria prima para a obtenção de geopolímeros, a partir da mistura com caulim e/ou aluminato de sódio, junto com os ativadores alcalinos hidróxido de sódio e silicato de sódio.

xxv

Abstract

The diatoms lutite, that had been studied in this these, are inserted in the Villingota Member of the Tosagua Formation, in the Progreso Basin, in the Santa Elena Peninsula, that constitutes an important area located to the southwest of the coast of Ecuador. Arenites in some levels of the Tosagua Formation had also been researched, which had its presence as rock fragments in the diatoms lutite. The Progreso Basin is formed mainly by sedimentary lands of sea origin, with occurrences of minerals and industrial rocks of economic interest.

In the present time, this mineral resource is extracted in artisan way in small scale, for the manufacture of birds food and as corrective of the pH of ground.

The work developed in this these included the research of three occurrences of diatoms lutite in three rural towns: Sucre, Olmedo and San Antonio.

From the application of analytical techniques, it was possible to identify the mineralogy that is formed by calcite, quartz, montmorillonite and feldspar, beyond traces of caulinite, mica and zeolites and, to determine the siliceous-lutite and carbonatic-lutite character of the samples. This variation is related with the presence in greater or minor ratio of carbonatic and siliceous microfossils as diatoms, radiolarians, espicules and foraminiferous.

The petrologic study of the arenite associates it showed that the litotypes present an extraordinary heterogeneities mineralogical materialized by the occurrence of 18 detritics mineral faces, 13 different types of fragments of rocks, bioclastes, 6 autigenics mineral faces, beyond depositional matrix. The diagenetic evolution was marked mainly by eudiagenetics processes that drastically diminished the primary porosity of the rocks.

Had to its predominant aluminum-siliceous content, these diatoms lutite had been used as raw material for geopolymers, from the mixture with kaolin and/or sodium aluminate, together with the alkaline activators sodium hydroxide and sodium silicate.

The bodies of test of the geopolymers observed to the electron microscope of sweepings had shown smooth surfaces, porous surfaces, presence of fissures and residues of the raw materials.

CAPÍTULO 1

CONSIDERAÇÕES GERAIS

1.1- APRESENTAÇÃO

A Península de Santa Elena constitui uma importante unidade fisiográfica situada ao oeste do Equador, que compreende uma seqüência basal de rochas ígneas, sobreposta por rochas sedimentares. Esta seqüência inicia-se com um substrato ígneo de idade cretácica denominado Formação Piñón, seguido por rochas vulcano-sedimentares da Formação Cayo (Cretáceo Superior), rochas sedimentares dos Grupos Azúcar (Paleoceno) e Ancón (Eoceno), as Formações terciárias denominadas Zapotal, Tosagua e Progreso e, finalizando com sedimentos Quaternários. Estas unidades preenchem as Bacias Ancón, Progreso e Guayas. Na parte central da Península de Santa Elena encontra-se a Bacia Progreso, que inclui principalmente as rochas sedimentares das Formações Progreso e Tosagua. Os lutitos diatomáceos estudados nesta dissertação estão inseridos no Membro Villingota da Formação Tosagua.

Em virtude da importante ocorrência de lutitos diatomáceos na Formação Tosagua, estes já foram alvo de diversas pesquisas científicas, destacando-se as de Ramos (1996), Arrata et al. (1990) e Brito & Markwich (1990), que visaram a sua utilização como material para a construção civil. Existe na área uma indústria incipiente de fabricação de tijolos, além do uso agrícola, que utilizam como matéria prima os lutitos diatomáceos, explotados de forma rudimentar por habitantes da região.

Nesta dissertação foram estudados os lutitos diatomáceos a fim de conhecer suas principais características mineralógicas, químicas, físicas e texturais, no sentido de orientar sua utilização como matéria prima na obtenção de materiais tecnologicamente mais avançados.

Alguns ligantes ou polímeros inorgânicos são obtidos mediante a ativação alcalina de materiais silico-aluminosos. A ativação alcalina na obtenção de ligantes é considerada uma opção menos agressiva à natureza do que a fabricação do cimento portland.

1.2- OBJETIVOS

O principal objetivo deste trabalho é investigar as principais características mineralógicas, físicas, químicas e texturais dos lutitos diatomáceos da Península de Santa Elena, para logo após testar a viabilidade tecnológica do seu uso na obtenção de materiais ligantes mediante ativação alcalina.

Os resultados a serem obtidos nesta pesquisa permitirão disponibilizar de uma rocha industrial da Península de Santa Elena com valor econômico agregado, que poderá incentivar o interesse industrial do país por esta matéria prima e, portanto, valorizar o desenvolvimento socioeconômico da região.

1.3- LOCALIZAÇÃO E ACESSO

A área de estudo deste trabalho localiza-se ao sudoeste do Equador, na Península de Santa Elena (Figura 1.1), a aproximadamente 420 Km da cidade de Quito, capital do país. O acesso, a partir de Quito até Guaiaquil é feito pela rodovia E25. Para atingir a área de pesquisa, partindo-se de Guaiaquil, toma-se a rodovia E40 conhecida como Guaiaquil-Salinas, em direção ao sudoeste do país. A rodovia corta a área de interesse entre os quilômetros 76 e 80.

30

Ilha Puná

Cord ilheir_{a Ch}

ongó_n-Co lonche A01 San Pablo Santa Elena 3°00' 2°00' OC EA NO PA CÍF ICO Ancón

Salinas _E15

Playas

(General Villamil) Posorja

Olmedo

Sucre

Villingot

a

Sube y Baja Sacachún PENÍSULA DE SANTA ELENA Buenos Aires A03 Dos Bocas A02 E40 Ayangue Valdivia E15 San Antonio Gómez Rendón (El Progreso)

E 19 E40 Manglaralto Montañita 81°00' Escala 1:250.000

0 10 20

Guaiaquil E25 GUAIAQUIL 80° 4° 0° Área de pesquisa 100 Km EQUADOR Quito 2° 0°

N

3

A área de estudo inclui três ocorrências de lutitos diatomáceos, aqui denominadas, A01, A02 e A03, representadas na Figura 1.1 A ocorrência A01 encontra-se no povoado Sucre, a 80 Km da cidade de Guaiaquil, próximo à rodovia Guaiaquil-Salinas, que até atualidade é considerado o único depósito de valor econômico deste tipo de material na Península de Santa Elena. As outras duas ocorrências, A02 e A03, estão localizadas entre o sul do povoado Olmedo e o noroeste do povoado San Antonio, as quais se caracterizam por ocorrer em cortes de estradas ou nas margens dos rios temporários (Figura 1.2).

Figura 1.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área denominada A02, nas margens rio Del Burro, ao Sul de Olmedo.

1.4- MATERIAIS E MÉTODOS

Inicialmente, com o auxilio de mapas geológicos das folhas Gomez Rendón, Cerecita e Playas na escala 1:50.000 foram localizadas áreas de ocorrência da Formação Tosagua. Posteriormente, foram coletadas 31 amostras de material lutáceo em 03 ocorrências, como é descrito a seguir:

Ocorrência A01: 23A, 23B e 23C; 26A, 26B e 26C; 15A, 15B e 15C; 13, 14, A40, 45. Ocorrência A02: 16A, 19C, 20A, 21C, 27, 29, 30, 31, 37, 38, 46, LL01, LL03. Ocorrência A03: 39, 40M, 41, 43A, 43B, SA30A, 44.

Além disso, foram coletadas 17 amostras de arenitos em áreas próximas às ocorrências: 01, 04, 05, 05A, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 33, 34, 35, 51, 52, 53.

representativas de aproximadamente 2 Kg. Estas amostras foram transportadas até o Departamento de Geologia, da Escola de Minas, da Universidade Federal de Ouro Preto (DEGEO/EM/UFOP), para a realização das diferentes análises qualitativas e quantitativas. O material restante foi armazenado no laboratório da ESPOL.

1.4.1- Trabalho de Laboratório

Equipamentos Analíticos e Metodologias de Análises

Para a realização das análises laboratoriais, utilizaram-se vários equipamentos e metodologias, visando obter os parâmetros que permitiram qualificar e quantificar os lutitos diatomáceos. Essas metodologias são detalhadas a seguir.

Teor de Umidade

O teor de umidade das amostras foi determinado com a utilização de uma estufa artesanal e uma balança da marca SARTORIUS modelo 1602 MP8-1, no Laboratório de Mineralogia da FICT/ESPOL, em Guaiaquil. Nos ensaios laboratoriais utilizou-se a quantidade de 100 g de lutito diatomáceo, que foi pesada e secada a 70 °C durante 24 horas, sendo novamente pesada para se obter o percentual de umidade de cada uma.

Análises Granulométricas

As análises granulométricas foram realizadas no Laboratório de Sedimentologia do DEGEO/UFOP, utilizando-se um quarteador marca JONIS, uma balança da MICRONAL modelo B1600, peneira 230 mesh e provetas de 1.000 ml.

Nestas análises, seguiu-se o método da pipeta para solos normais proposto pela EMBRAPA (1997), o qual se baseia na velocidade de queda das partículas que compõem o solo, ou seja, na Lei de Stokes. Para eliminar a interferência do carbonato e da matéria orgânica na separação granulométrica, as amostras foram previamente utilizadas ácido clorídrico numa concentração de 10 % e, água oxigenada a 30 volumes, respectivamente.

5

ao peso desta amostra seca multiplicado por 20. A quantidade de silte foi obtida pela diferença de 100 % menos a soma dos percentuais das outras frações granulométricas (EMBRAPA 1997).

Difração de Raios X

As análises de difração de raios X foram feitas no Laboratório de Difração de Raios X do DEGEO, utilizando-se um difratômetro de marca RIGAKU, modelo GEIGERFLEX D/MAX com goniômetro horizontal, tubo de Cu, velocidade de 1,2 º por segundo com varredura de 2 a 70 º para a fração total (amostra natural) e, velocidade de 0,6 º por segundo com varredura de 2 a 35 º para a fração argila (< 2 µm).

Porções representativas de amostras selecionadas foram aquecidas às temperaturas entre 550 e 850 ºC para tornar amorfas algumas fases minerais, o controle desta transformação foi realizado com difratogramas de Raios X.

Após ativação alcalina, outros difratogramas permitiram observar as modificações das matérias primas envolvidas.

Análises Químicas

As análises químicas da fração total foram feitas no Laboratório de Análises por Fluorescência de Raios X do DEGEO, para determinar os óxidos maiores. Após a pulverização da amostra, foi confeccionada uma pastilha para a determinação da composição química num aparelho de fluorescência de raios X da PHILLIPS modelo MAGI X.

Densidade, Superfície Específica e Porosidade

A densidade de cada amostra foi quantificada em um Multipicnómetro da marca QUANTACHROME. As análises de superfície específica pelo método de B.E.T. (Brunauer, Emmett e Teller, 1938) e porosidade, foram feitas no Laboratório de Metalurgia do Departamento de Metalurgia (DEMET) da Escola de Minas da UFOP, utilizando-se um equipamento High Speed Gas Sorption da QUANTACHROME, modelo NOVA 1000, com adsorção de N2, desgasificação a 60 ºC durante 5

horas e a adsorção de N2 sob temperatura a -196 ºC.

Análises Térmicas

de 20 ºC por minuto, em atmosfera de oxigênio enriquecido à temperatura máxima de 900 ºC.

Microscopia Ótica

Na microscopia ótica observam-se as características petrográficas dos minerais dos lutitos e dos arenitos. Utilizou-se o microscópio ótico tri ocular do DEGEO de marca Zeiss, modelo Axiophot equipado com câmara digital. A composição mineral dos arenitos foi estimada com base na contagem de 200 pontos em cada lâmina delgada.

Amostras de lutitos diatomáceos foram previamente tratadas para a observação de microfósseis de carapaças silicosas. Esta metodologia consistiu na eliminação de matéria orgânica e carbonatos, dispersão da amostra, seleção aleatória, colocação em lâmina de vidro, secagem e recubrimento com balsamo de Canadá e, finalmente cobertas com lamínula (Leipnitz e Silva, 2002).

Microscopia Eletrônica de Varredura com Sistema de Energia Dispersa

As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS) foram realizadas no DEGEO/EM da UFOP, para a obtenção de imagens morfológicas tridimensionais dos fósseis e das amostras de lutitos diatomáceos naturais e dos geopolímeros. Utilizou-se o microscópio eletrônico de marca JEOL JSM-5510, de 0.5 a 30 kV, com resolução de 3,5 a 48 nm, com recobrimento de grafita.

Ensaios de compressão

7

CAPÍTULO 2

CONTEXTO GEOLÓGICO

O Equador está localizado no litoral oeste da América do Sul. É limitado à norte pela Colômbia, à leste e a sul pelo Peru e a oeste pelo Oceano Pacífico. A Cordilheira dos Andes, que atravessa o País de norte ao sul, divide sua parte continental em três regiões naturais denominadas Costa, Sierra e, Oriente cada uma representando ambientes geomorfológicos e geológicos muito diferentes (Figura 2.1B; Almeida 1980, Baldock 1982).

O Oriente localiza-se na parte leste do Equador, que inclui a região subandina e parte da plataforma amazônica, e é constituído principalmente por rochas sedimentares e metamórficas. A Sierra, ou região andina, é formada por rochas vulcânicas e metamórficas. Nessa região, as montanhas que constituem a Cordilheira dos Andes podem atingir até 6.310 m de altitude (vulcão Chimborazo). A região litorânea, denominada Costa, estende-se desde o Oceano Pacífico até a parte baixa da Cordilheira dos Andes, e seu relevo vai desde o nível do mar até uma altitude máxima de 600 m (Baldock 1982).

A margem litorânea do Equador se encontra na parte emersa de uma bacia de arco-frontal. Similar a toda a margem ocidental sul-americana, a Costa sofre uma subducção ativa de uma placa oceânica sob a litosfera continental (Dorfman 1976, Lonsdale 1978). Compreende terrenos alóctones oceânicos (Goosens and Rose 1973, Juteau et al. 1977, Lebrat et al. 1987), que foram acrescentados durante o Paleoceno e emergiram após do Eoceno Superior (Benítez 1995, Jaillard et al. 1995).

Estes terrenos repousam sobre um embasamento constituído de basaltos e andesitos pertencentes à crosta oceânica de idade pre-turoniana (Benítez 1990, Kerr e Tamey 2005) e de sedimentos turbiditicos pelíticos silicosos do Cretáceo Superior (Labrousse 1986). A região litorânea de idade a partir do Cretáceo é formada predominantemente por arenitos, siltitos, argilitos, calcários e rochas vulcânicas, além de sedimentos arenosos, materiais conglomeráticos recentes e rochas ígneas (Baldock 1982).

Ordoñez et al. 2006).

Figura 2.1 – A: Localização da Bacia Progreso no sudoeste do litoral do Equador (modificado de Deniaud 1998 e IGM 1984). B: Localização do Equador e representação das suas regiões naturais: Litoral, Sierra e, Oriente (NASA 2001).

A Bacia Progreso tem área aproximada de 3.200 Km2_{, representando uma zona deprimida do}

arco-frontal (fore-arc), entre o Levantamento de Santa Elena e a CCC. Na Bacia Progreso são encontradas na borda Norte rochas do Grupo Azúcar (Paleoceno) e do Grupo Ancón (Eoceno), que afloram em sucessão estratigráfica a Formação Tosagua, constituída pelos membros Zapotal, Dos Bocas e Villingota, seguido as Formações Subibaja, Progreso, Puná e Tablazo (Ordoñez et al. 2006).

2.1- FISIOGRAFIA

A Península de Santa Elena possui na maior parte do ano um clima seco, com um gradiente pluviométrico variando desde os 100 até 900 mm anuais (CLIRSEN 1998), caracterizado por chuvas rápidas e elevada umidade (Arrata et al. 1990).

A área de pesquisa é formada por terrenos baixos (Figura 2.2) variando entre 30 e 100 m acima do nível do mar, com inclinações entre 40 e 70 %, com modelados arredondados ou agudos, separados por inter-fluvios adaptados aos rasgos estruturais da paisagem, formando uma drenagem

0° 0° 80° W LIT OR AL OR IE NT E Guaiaquil Ilha Puná Golfo de Guaiaquil Gra be

n d e J

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U_{I M} E NT O D E _S AN TA E LE NA BACIA PROGRESO Fa_lh a P os or_ja . 80° W . 81° W 03° S 02° S Salinas Fal ha Gu aiaq uil Playas

N

0 20 40 Km

9 típica dendrítica de vales estreitos (CLIRSEN 1998).

O clima da região varia, de tropical árido a tropical semi-árido com temperatura média de 24ºC. A vegetação esta constituída principalmente de bosque seco, predominando os ceibos (Pourrut et al. 1995).

Figura 2.2 – Ocorrência de lutitos diatomáceos da área A01, no povoado de Sucre, caracterizada pelos terrenos baixos e poucas elevações.

2.2- ESTRATIGRAFIA

A Geologia equatoriana é um assunto de constante discussão entre geólogos nacionais e estrangeiros, como mostram os trabalhos de Ordoñez et al. (2006), Del Arco (2003), Benitez (1995, 1990), Del Arco & Dugas (1987), Dugas (1986), Del Arco et al. (1983), Baldock (1982), Bristow & Feininger (1977). A seguir apresenta-se uma revisão dos trabalhos mais relevantes relacionados com a estratigrafia peninsular, que inicia no substrato vulcânico do Cretáceo envolvendo as formações sedimentares Terciárias que preenchem as Bacias de Ancón, Progreso, Guayas e os sedimentos recentes do Quaternário (Figura 2.3).

M em bro Z apotal: conglom erados, arenitos com tufo, lutitos

M em bro D os B ocas: argilitos, gispsita, arenitos Fm . T os ag ua

Fo rm ação S ubibaja: siltitos calcáreos Fo rm ação P rogreso: arenitos, siltitos, lu titos

F orm ação P uná: lutitos, areias, silte, argila

F orm ação T ablazo: terrazas m arinhas bioclásticas

S edim entos aluviais e coluviais

F orm ação C ay o: grauw acas, lutitos, basaltos

G rupo A zúcar: lutitos, arenitos, conglom erados

F orm ação S an E duardo: calcáreos, lutitos G rupo A ncón: argilitos, lutitos, siltitos

M em bro V illin gota: lu titos diatom áceos, argila, m icrofósseis

F orm ação P iñon: lavas basálticas, tufos, brechas, rochas ultrabásicas

M V

2º

81º 80º

N

0 50

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M V Santa E lena

A 01

A 03

A 02

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G óm ez R endón

(P rogreso) E 19 E40 G uaiaquil 80° 4° 0°

Á rea de p esqu isa E Q U A D O R

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100 K m

2°

80°

76°

78° L e g e n d a

C R E T Á C E O Q U A T E R N Á R IO

T E R C IÁ R IO

P aleoceno E oceno P leistoceno e H oloceno

M ioceno S uperior P lioceno

O ligo ceno M ioceno Inferior C retáceo Sup erior M ioceno M édio C retáceo Inferior

11

A Formação Cayo, do Cretáceo Superior, aflora na Cordilheira Chongón-Colonche e é constituída pelos Membros Calentura, Cayo sensu strictu e Guayaquil. O Membro Calentura, de aproximadamente 150 m de espessura, é formado por arenitos, lutitos calcáreos, tufos, grauvacas, brechas sedimentares e andesitos. No Membro Cayo sensu strictu, com aproximadamente 1.950 m de espessura, têm-se alternâncias de brechas sedimentares com fragmentos de andesitos, arenitos, lutitos, e grauvacas. O Membro Guayaquil, com aproximadamente 600 m de espessura, constitui-se de argilitos silicificados com camadas de chert, argilitos tufáceos, arenitos, lutitos silicificados e veios de quartzo.

A Formação San Eduardo do Eoceno Inferior repousa em discordância à Formação Cayo. É constituída de calcários compactos-turbidíticos bem estratificados, bioclastos de algas recifais, lutitos calcários, margas e cherts. A Formação San Eduardo encontra-se bem desenvolvida na parte sul da Cordilheira de Chongón-Colonche, ao oeste de Guayaquil (Arrata et al 1990)

O Grupo Azúcar, de idade paleocênica, com espessura máxima de até 2.000 m, aflora nos Horsts Azúcar-Playas e Chongón.e entre as Bacias Ancón e Progreso. Segundo Marchant (1961), o grupo é dividido nas formações Saya, Engabao, Estancia e Chanduy. Essas denominações são variações de fácies de lutitos, arenitos e conglomerados.

O Grupo Ancón, do Eoceno Médio a Superior, aflora principalmente na Bacia Ancón, no sul da Depressão Chongón-Colonche e em alguns pontos da Cordilheira Chongón-Colonche. Garner (1956, in Del Arco et al.1983), propôs a divisão desse grupo nas Formações Socorro e Seca. A Formação Socorro é subdividida nos Membros Clay Pebble Bed e Socorro, enquanto a Formação Seca nos Membros Lutita Seca e Arenisca Punta Ancón. Todos esses membros podem ser visualizados na Bacia Ancón, enquanto na Cordilheira de Chongón-Colonche somente ocorre o membro Socorro.

O Membro Clay Pebble Bed, com espessura de 550 m, é uma brecha sedimentar formada por argilitos com fragmentos de todas as formações pré-existentes, sugerindo um depósito originado por movimentos tectônicos na Bacia Ancón. Ocorrem ainda fragmentos de quartzo, quartzitos, conglomerados, chert, rochas ígneas, calcários e arenitos turbidíticos pré-existentes. O Membro Socorro, com aproximadamente 700 m é caracterizado por deformações, devido a deslocamentos e falhas. É um flysh formado por camadas finas de arenitos com seqüências turbidíticos e alternâncias de lutitos. O Membro Lutita Seca, do Eoceno Superior, é formado por lutitos turbidíticos distais e arenitos. O Membro Arenisca Punta Ancón, do Eoceno superior, constitui-se de arenitos grauvaquianos com intercalações de camadas argilosas, lentes de calcários, conglomerados, linhitos e lutitos.

Villingota.

O Membro Zapotal, do Oligoceno Superior a Mioceno Inferior, com espessura de 1.200 m, inclui camadas de conglomerados, seixos de quartzo, chert, arenitos e calcários, além de camadas de arenitos, lutitos e argilitos interestratificados. O Membro Zapotal esta limitado em sua base e topo por discordâncias. Esta seqüência corresponde à etapa de abertura da Bacia Progreso. No Membro Dos Bocas, do Mioceno Inferior a Médio, com espessura máxima de 2.400 m, há principalmente lutitos laminados com material calcário, argilitos, camadas finas de arenitos e linhitos além de veios de gipsita. O Membro Villingota, do Mioceno Inferior a Médio, com espessura aproximada de 200 m, inclui lutitos diatomáceos macios nas cores cinza a branca, com abundantes escamas de peixes e radiolários.

A Formação Subibaja, do Mioceno Médio, esta limitada por pelitos calcários ricos em foraminíferos, repousa em discordância com o Membro Villingota e de forma concordante com a Formação Progreso. A Formação Subibaja juntamente aos Membros Dos Bocas e Villingota pertencem a uma face de aprofundamento da Bacia Progreso.

A Formação Progreso, aflora principalmente na Bacia homônima, possui idade do Mioceno Médio a Superior, e é formada pelos Membros Progreso e Bellavista. O Membro Progreso, com espessura máxima de 1.800 m, é formado por sedimentos tipo molassa com arenitos maciços, lutitos com argilas e coquinas. O Membro Bellavista se apresenta na forma de camadas de até 100 m de espessura, sendo constituído por arenitos, siltitos e camadas lenticulares de calcário.

A Formação Puná, do Mioceno Superior até Plioceno aflora nas ilhas da bacia baixa do Guayas, consiste em lutitos amarelos e marrons com areias, silte e argilas, localmente superpostos por calcários impuros. Na ilha Puna a unidade aflora junto com camadas de arenitos, coquinas e cherts pretos. Dados de subsuperfície demonstram que a unidade se superpõe à Formação Progreso e possui cerca de 1.000 m de espessura.

A Formação Tablazo, do Plioceno a Holoceno, aflora nas partes litorâneas das Bacias Ancón e Progreso, na Bacia Guayas e nas ilhas e ilhotas do Golfo de Guayaquil. Sua espessura pode atingir até 80 m, sendo constituída por coquinas, arenitos, calcários, conglomerados argilosos com conchas e nódulos e areias finas.

13

2.3- GEOLOGIA LOCAL

A geologia local esta dominada pela Formação Tosagua, cujo nome foi adotado para descrever uma seqüência sedimentar, que aconteceu depois de uma longa ausência de sedimentação desde o Eoceno Médio e Oligoceno Inferior (Figura 2.4). A Formação Tosagua na Bacia Progreso compreende, da base para o topo, três membros, denominados: Zapotal, Dos Bocas e Villingota (Bristow & Hoffstette 1977).

Outros trabalhos realizados referentes à geologia da Bacia Progreso, como os de Benitez (1995), Jaillard et al. (1995), Deniaud (1998) e Ordoñez et al. (2006), mudam os termos membros por formações e as, relacionam com sequencias e megasequencias sedimentares, a partir de estudos de sondagens, sísmicos e paleoestratigráficos. Estas importantes pesquisas não influem nos objetivos do presente trabalho de mestrado.

2.3.1- Membro Zapotal

Esta unidade aflora na borda Leste da Bacia Progreso, sendo constituída por uma variedade de rochas detríticas grossas. Segundo Smith (1947) o membro consiste de conglomerados com cherts, arenitos grossos com intercalações de argilitos e arenitos argilosos tobaceos, com presença de fósseis marinhos e traços de plantas terrestres. O Membro Zapotal, cuja espessura máxima varia entre 1060 até 1500 metros repousa discordantemente sobre as rochas do grupo Ancón, a no interior da Bacia (Ordoñez et al. 2006).

2.3.2- Membro Dos Bocas

O Membro Dos Bocas compreede a maior porção da Formação Tosagua, sobrejaz transicionalmente sobre os arenitos do Membro Zapotal e aflora ao redor da Bacia Progreso. É constituído principalmente de argilitos marrons e ocasionalmente com arenitos, alcança uma espesura de 2.400 metros na Bacia Progreso e, 1.000 metros na Bacia Manabí (Bristow & Hoffstette 1977).

2.3.3- Membro Villingota

Este termo foi introduzido por McLaughlin (1956), para referir-se aos argilitos carbonáticos que afloram na estrada Progreso - Salinas, entre os povoados de Villingota e Aguada. A localidade tipo está na Pedreira perto do povoado de Sucre (Figura 2.4A; Ordoñez et al. 2006). A idade atribuída é do Mioceno Inferior a Mioceno Médio (Bristow & Hoffstette 1977).

O Membro Villingota corresponde à fácies superior da formação Tosagua, ocorre sobre os lutitos marrons do Membro Dos Bocas em contacto transicional. Petrograficamente consiste de lutitos laminados diatomáceos macios de cor branca devido à meteorização e níveis de arenitos (Figura 2.5C). A espessura da unidade varia de 250 até 650 metros (Baldock 1982).

A microfauna encontrada na formação é variada e consiste principalmente, de foraminíferos, restos de peixes, espículas silicosas, carapaças de diatomáceas e radiolários. Em face disto, se infere que a deposição deste membro ocorreu em um ambiente marinho de plataforma externa a talude continental (Ordoñez et al. 2006).

15

A

B

C

17

CAPÍTULO 3

PETROGRAFIA DOS ARENITOS E PELITOS DA FORMAÇÃO

TOSAGUA

3.1 PETROGRAFIA DOS ARENITOS

3.1.1- Aspectos Texturais

Os arenitos da Formação Tosagua possuem arcabouço suportado matriz no qual predominam contatos flutuantes entre os grãos, que geram um empacotamento do tipo frouxo, com índices inferiores à 40 % da classificação de Kahn (1956). Ocasionalmente, observam-se contatos dos tipos côncavo-convexo e suturado entre os grãos. Os teores de matriz deposicional, em média bem superiores a 5 %, conferem à rocha uma baixa maturidade textural, enquanto os teores elevados de minerais instáveis e fragmentos líticos do arcabouço permitem classificar, também como baixa, a maturidade mineralógica. O tamanho dos grãos do arcabouço varia entre o silte e grânulos, predominando, entretanto, a granulometria da areia média. As partículas variam de subarredondadas a angulares e apresentam baixo selecionamento.

3.1.2 Composição Mineralógica

As análises modais em 17 lâminas delgadas evidenciaram uma extraordinária heterogeneidade composicional dos litotipos, materializada pela ocorrência de dezoito fases minerais detríticas, treze diferentes tipos de fragmentos de rochas, bioclastos, seis fases minerais autigênicas, além da matriz deposicional (vide tabela 3.1). A representação das análises modais no diagrama de classificação de Folk (1974) mostra que os litotipos variam de litoarenitos a litoarenitos feldspáticos (Figura 3.1)

O quartzo perfaz em média 22,76 % da composição do arcabouço e é representado pelos tipos plutônico, vulcânico, metamórfico e pelo quartzo de veio, esse último caracterizado pelas nuvens de poeira geradas por inclusões fluidas (Figura 3.2A).

Tabela 3.1 –Composição mineralógica do arcabouço dos arenitos da Formação Tosagua.

AMOSTRAS

CONSTITUINTES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Média 1 Quartzo 24 20 24 23 10 24 20 30 40 20 20 20 14 27 30 16 25 22,76

2 Plagioclásio 10 13 10 10 7 9 10 7 10 9 15 18 10 7 5 7 9

3 Sanidina 1 1 1 2 2 3 1 2 1 2

4 Ortoclásio 3 2 3 3 1 5 4

5 Microclina 2 3 Feldspatos ∑: 14 18 11 12 9 15 11 12 11 9 15 18 13 7 8 12 13 12,24

6 Andesito 5 1 2 5 1 1 3 5 2 3 1 2 5 3 4 5 4

7 Granitóide 1 2 1 2 1 3 2 2 1

8 Riolito 1 1 2 1 5 5 2 2 3 1 2 2 1 1 2

9 Traquito 3 2 2 3 8 6 1 1 3 4 1 5 5 4 2 2 2

10 Basalto 5 3 7 8 2 4 5 1 1 3 1 3 1 1 2 1

11 Quartzito 2 2 1 1 3 3 4 1 1 1 3 3 2 3 2 2 1

12 Xisto 3 2 5 3 8 1 7 1 3 2 3 4 5 3 5 4 2

13 Filito 2 2 2 2 8 2 3 1 2 2 4 5 2 5 3

14 Arenito 1 1 1 3 1 2 3 1 2 4

15 Folhelho 7 5 3 3 4 3 4 3 3 5 3 5 2 2 1 1

16 Calcário 2 5 2 2 1 1 3

17 Vidro 5 15 3 Fragmento de Rocha ∑: 29 19 28 31 42 26 31 17 14 23 22 26 31 27 23 41 23 26,65

18 Leucoxênio 1 1 1 1 2

19 Calcita 5 5 8 7 7 5 10 9 5 10 15 10 7 10 8

20 Zeólitas 2 1 2 2 2 2 2 1 1

22 Hematita 2 5 1 3 7

23 Pirita 3 1 2 1 1 1 1 1 1

24 Sílex 2 3 Antigênicas ∑: 8 12 12 9 17 10 12 16 8 4 9 14 21 14 10 14 13 11,94

25 Epidoto 3 4 3 2 1 2 5 2 2 2 2 5 4 2 1 3 4

26 Turmalina 1 1 1 1 1 1 2 1 1

27 Granada 1 1

28 Chert 2 1 1 1 2 3 1 3 1 2 2 3 4 2 1 1

29 Opacos 1 3 1 2 2 1 2 3 2 1 3 3 1 1 2 1

30 Anfibólio 3 4 3 1 2 1 3 2 3 2 1 1 1

31 Biotita 1 2 5 4 2 2 2 1 1 1 2

32 Moscovita 2 2 3 1 1 2 2 2 5 3 2 2 1 3 2 2 2

33 Zircão 1 1 1 1 1

34 Titanita 1 2 2 1

35 Clinopiroxênio 2 1 3

36 Rutilo 1 1

37 Clorita 2 2 1 1 1 1 1 1

38 Bioclastos 1 1 2 1 2

19

Figura 3.1 –Composição do arcabouço das 17 amostras da Formação Tosagua na Bacia Progreso, reprentadas no diagrama de Folk (1974).

A microclina e o ortoclásio ocorrem de forma subordinada em cristais angulares inalterados com dimensões inferiores às dos outros feldspatos. Comumente observa-se a pertita.

Os fragmentos de rocha representam 26,65 % da composição do arcabouço e mostram uma grande diversidade caracterizada pela ocorrência de litotipos magmáticos, metamórficos e sedimentares.

Entre os fragmentos de rochas magmáticas ocorrem granitóides, riolitos, traquitos, basaltos, andesitos, e subordinadamente ignibritos.

Os fragmentos de granitóide se caracterizam por apresentar composição quartzo-feldspática e as texturas pertítica e intercrescimento de quartzo gráfico (Figura 3.2E).

Os basaltos apresentam texturas intergranular ou intersetal, porfirítica e vitrofírica. É comum a palagonitização nos tipos hipocristalinos enquanto nos holocristalinos observa-se a substituição do plagioclásio por calcita.

Os andesitos distinguem-se dos de basalto por apresentarem a textura hialopilítica (Figura 3.2F).

Os fragmentos de traquitos foram identificados pela textura traquítica característica (Figura 3.2G), enquanto os riolitos mostram a textura porfirítica sem qualquer orientação da matriz. (Figura 3.2H).

QUARTZO

FELDSPATOS FRAGMENTOS

DE ROCHAS

C

D

A

B

E

F

G

H

Figura 3.2 – A: Grão de quartzo de veio, observam-se nuvens de poeira. B: Grão de microclina inalterado. C: Grão tabular de sanidina. D: Grão angular e inalterado de plagioclásio. E: Textura gráfica em grão de granitóide.

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Além disso, ocorrem em algumas amostras fragmentos angulares de vidro vulcânico, portando vesículas, identificados como glass shards, segundo classificação de Fisher & Schminke (1984). É comum a presença de vesículas preenchidas por calcita (Figura 3.3A) e a substituição do vidro por zeólitas (Figura 3.3B).

Fragmentos de ignibrito foram observados em uma única amostra e se caracterizam por apresentar aspecto brechóide, com fragmentos rotacionados e cimentados por uma matriz vítrea (Figura 3.3C). A rocha corresponderia aos welded tuffs definidos por Marshall (1935) na Nova Zelândia.

Entre os litotipos metamórficos registram-se xistos, quartzitos, milonitos (Figura 3.3D) e filitos.

Os fragmentos de xistos foram identificados como quartzo-clorita-xistos e se encontram bastante deformados obliterando o espaço poroso da rocha com a geração de pseudomatriz (Figura 3.3E). Os fragmentos de folhelho (Figura 3.3F) possuem aspecto análogo ao dos xistos.

Os bioclastos são representados por foraminínferos bentônicos e planctônicos (figura 3.3G), pelecípodas (Figura 3.3H)e gastrópodos. Entre os litotipos sedimentares ocorrem calcários, chert (Figura 3.4A), arenitos, e folhelhos.

A assembléia de minerais pesados é representada por epidoto (Figura 3.4B), biotita (Figura 3.4C), moscovita (Figura 3.4D), glauconita, clorita, rutilo (Figura 3.4E), titanita, zircão, turmalina (Figura 3.4F), granada, anfibólio(Figura 3.4G), clinopiroxênio (Figura 3.4H) e minerais opacos.

Como fases autigênicas registram-se a pirita framboidal, sílex, zeólitas, calcita, pirita tardia, hematita e leucoxênio.

A

B

C

D

E

F

G

H

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A

B

C

D

E

F

G

H

3.1.3- Evolução Diagenética

O termo diagênese é utilizado para designar processos biológicos, físicos e químicos que ocorrem nas bacias sedimentares e são responsáveis pela transformação de um sedimento recém depositado numa rocha sedimentar. Schmidt & McDonald (1979) propõem uma subdivisão do campo diagenético, nos estágio eo-, meso- e telodiagenético (Tabela 3.2). O estágio eodiagenético engloba as transformações que ocorrem entre a deposição e o soterramento dos sedimentos, sob a influência da atmosfera e hidrosfera. Segundo Morad et al. (2000) os processos eo-diagenéticos ocorrem entre profundidades de até 2 Km e temperaturas máximas de 70º C.

Tabela 3.2 – Subdivisão dos estágios diagenéticos (Schmidt & Mcdonald 1979). Estágios Diageneticos

Fases Diagenéticas

EODIAGÊNESE MESODIAGÊNESE TELODIAGÊNESE

Compactação Mecânica Palagonita

Pirita Framboidal Zeolitas

Sílex

Compactação Química Calcita

Pirita Euédrica Leucoxênio Hematita

Nos arenitos da Formação Tosagua os processos eodiagenéticos de compactação mecânica e cimentação foram responsáveis pela redução drástica da porosidade inicial da rocha.

Os processos mesodiagenéticos ocorrem em sub-subperfície após o soterramento dos sedimentos e são responsáveis pela cimentação intensa, compactação química que reduzem a porosidade remanescente além de processos de dissolução, geradores de porosidade secundária.

Os processos de compactação química, cimentação e substituição de grãos e matriz por calcita que ocorreu neste estágio, aliados a ausência de dissolução obliterou quase totalmente a porosidade dos arenitos da Formação Tosagua.

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são soerguidos interagem com condições de oxidação e influxo de água meteórica. Sob tais condições são comuns as reações de oxidação de minerais como as que ocorreram nos arenitos da formação Tosagua.

Compactação Mecânica

A compactação mecânica dos sedimentos tem sido alvo de investigação de diversos pesquisadores, devido a sua importância na preservação da porosidade e na geração de hidrocarbonetos. Füchtbauer (1967) conclui que este processo, cuja intensidade máxima ocorre nos primeiros 1000 metros de soterramento é o principal responsável pela perda da porosidade primária dos arenitos. Roll (1974) observa uma relação entre a quantidade de filossilicatos detríticos do arcabouço e a perda de porosidade em arenitos devido à compactação. Rittenhouse (1971) e Benson (1981) realizando experimentos teóricos com diferentes proporções de fragmentos dúcteis em areias observam que uma percentagem de 50 % grãos dúcteis pode obliterar totalmente a porosidade da rocha. Eseme et al. (2006) desenvolvem um excelente trabalho experimental em sedimentos pelíticos de idade miocênica da Formação Posidônia do norte da Alemanha e observam uma correlação positiva entre a taxa de compactação mecânica e a geração de hidrocarbonetos

A evolução diagenética dos arenitos da Formação Tosagua foi fortemente influenciada pela compactação mecânica, devido ao alto teor de fragmentos dúcteis do arcabouço, cuja deformação gerou pseudomatriz e reduziu drasticamente a porosidade primária da rocha (Figura 3.5A).

Palagonitização

O termo palagonita foi utilizado pela primeira vez por Von Waltershausen (1845) para designar uma substância cerosa encontrada associada a rochas basálticas nas montanhas de Iblean na Palagônia ao sul da Itália. Peacock (1926) num trabalho clássico sobre as palagonita da Islândia, conclui que a palagonita representa o produto da hidratação e desvitrificação do vidro vulcânico. Esse processo, segundo Staudiegel & Hart (1983) é vinculado a uma intensa migração de elementos químicos. Gomes & Fernandes (1995) ao estudarem a evolução diagenética dos hialoclasitos da Formação Macau na Bacia Potiguar observam que a palagonitização do vidro vulcânico foi responsável pelo empobrecimento dos elementos Ca, Si e Al e um enriquecimento do elemento Fé no vidro vulcânico.

A

B

B

Figura 3.5 – A Fragmento dúctil do arcabouço deformado por compactação mecânica. B: Palagonitização

Pirita Framboidal

O termo pirita framboidal deriva-se do francês framboise e foi introduzido na literatura geológica por Rust (1935) devido à semelhança morfológica do mineral, que ocorria associado ao minério de cobre coloidal no Missouri, com a framboesa. A pirita framboidal constitui uma das primeiras fases do regime eodiagnético. Lindsley-Griffin et al. (1995) ao estudarem os sedimentos recentes na costa do Chile observam que a precipitação da pirita framboidal no interior de células de foraminínferos começa ocorrer logo após a deposição dos sedimentos, durante os primeiros metros de soterramento. Observação idêntica foi feita por Gomes & Fernandes (1995) nos hialoclastitos da Formação Macau, na Bacia Potiguar. Segundo esses autores a decomposição da matéria orgânica nos bioclastos teria originado microambientes favoráveis para a autigênese da pirita. Pierret et al. (2000) observam teores dsae pirita framboidal de até 20 % em sedimentos recentes do Mar Vermelho e concluem com base no padrão de distribuição dos elementos terras raras, que o mineral se originou por processos diagenéticos, sem qualquer influência de soluções hidrotermais.

Nos arenitos da formação Tosagua observa-se que a pirita framboidal ocorre preenchendo câmaras de foraminínferos bentônicos. (Figura 3.6).