Estudo petrográfico e petrológico da Formação Tombador, Mesoproterozóico da Chapada Diamantina, Bahia

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA - CT CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - CCET PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO - PPGCEP. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. ESTUDO PETROGRÁFICO E PETROLÓGICO DA FORMAÇÃO TOMBADOR, MESOPROTEROZÓICO DA CHAPADA DIAMANTINA, BAHIA. Arnóbio Silva de Souza. Orientadora: Dra. Marcela Marques Vieira. Natal / RN, Junho de 2017.

(2) ESTUDO PETROGRÁFICO E PETROLÓGICO DA FORMAÇÃO TOMBADOR, MESOPROTEROZÓICO DA CHAPADA DIAMANTINA, BAHIA. Arnóbio Silva de Souza. Natal / RN, Junho de 2017.

(3) Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede. Souza, Arnóbio Silva de. Estudo petrográfico e petrológico da Formação Tombador, Mesoproterozóico da Chapada Diamantina, Bahia / Arnóbio Silva de Souza. - 2017. 86 f.: il. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Programa de PósGraduação em Ciência e Engenharia de Petróleo. Natal, RN, 2017. Orientadora: Drª. Marcela Marques Vieira.. 1. Engenharia de Petróleo - Dissertação. 2. Diagênese Dissertação. 3. Anquimetamorfismo - Dissertação. 4. Índice de cristalinidade da ilita - Dissertação. I. Vieira, Marcela Marques. II. Título. RN/UF/BCZM. CDU 622.323.

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(5) RESUMO Os depósitos siliciclásticos da Formação Tombador, unidade basal do Grupo Chapada Diamantina, de idade mesoproterozóica, ocorrem numa faixa aproximadamente Norte-Sul ao longo da Serra do Sincorá, porção central do Cráton São Francisco (CSF), Nordeste do Brasil. Esses depósitos são constituídos por uma espessa sequência de rochas siliciclásticas. Realizou-se um estudo petrográfico e petrológico de seções delgadas de rochas aflorantes da Fm. Tombador, juntamente com o auxílio de técnicas especiais como a Fluorescência de Raios X (FRX), Difratometria de Raios X (DRX), Espectroscopia de Raios X por Dispersão de Energia (EDS) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Com base nas análises, verificou-se que essas rochas são constituídas predominantemente por metarenitos. Os seguintes eventos diagenéticos foram identificados: infiltração mecânica de argilas, compactação mecânica, compactação química, sobrecrescimento de quartzo, sobrecrescimento de turmalina, fraturamento de grãos, precipitação de óxido/hidróxidos de ferro, dissolução de grãos, caulinização e ilitização. Foram identificados através da FRX em amostra total, os seguintes elementos químicos em ordem decrescente, silício (Si), alumínio (Al), potássio (K), ferro (Fe), magnésio (Mg), titânio (Ti), zircônio (Zr), estrôncio (Sr) e ítrio (Y). A alta concentração do silício (Si), acima de 90% é decorrente da abundância do quartzo (Q95F3FR2, segundo Folk, 1974), sendo importante indicador da alta maturidade mineralógica das rochas estudadas. Através da técnica de DRX, foram identificados os seguintes grupos de argilominerais: ilita, caulinita, esmectita e interestratificados de ilita/esmectita. Embora as características das amostras reflitam as condições pretéritas de ambientes diagenéticos, as medidas do índice de cristalinidade da ilita ou “índice de Kubler” (KI), e a presença do mineral pirofilita são suficientes para demonstrar que as rochas da área de estudo foram afetadas pelo anquimetamorfismo, indicativo da transição entre a fácies prehnita-pumpelita superior e a fácies xisto verde inferior, e que as condições de soterramento atingiram a profundidade da ordem de 10-12 km e temperaturas da ordem de ±300 0C. A ocorrência de determinados argilominerais (ilita, caulinita e esmectita), o alto teor de quartzo, os baixos teores de feldspato e fragmentos de rochas estão diretamente relacionado aos sistemas deposicionais, mostrando que a composição do arcabouço é diretamente responsável pela evolução diagenética dessas rochas.. iv.

(6) ABSTRACT The siliciclastic deposits of the Tombador Formation, basal unit of the Chapada Diamantina Group, of mesoproterozoic age, occur in a north-south range along the Serra do Sincorá, central portion of the São Francisco Craton (CSF), Northeast Brazil. These deposits consist of a thick sequence of siliciclastic rocks. A petrographic and petrological study of thin sections of outcropping rocks of Fm. Tombador was carried out, along with the help of special techniques such as X-Ray Fluorescence (FRX), X-ray Diffraction (XRD), X-ray Spectroscopy by Energy Dispersion (EDS) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Based on the analyzes, it was verified that these rocks are constituted predominantly by meta-sandstones. The following diagenetic events were identified: mechanical infiltration of clays, mechanical compaction, chemical compaction, quartz overgrowth, tourmaline overgrowth, grain fracturing, iron oxide/hydroxide precipitation, grain dissolution, kaolinization, ilitization and mineral. pyrophyllite. that. reflects. the. transition. stages. between. diagenesis. and. anchemimorphism. The following chemical elements in descending order, Si, Al, K, Fe, Mg, Ti, Zr, Sr and Y were identified by X - ray fluorescence in total sample, with values above 85%, together with the high amount of Quartz (Q95F3FR2, according to Folk, 1974), indicate the high mineralogical maturity of these rocks. Through the XRD technique, the following groups of clay minerals were identified: illite, kaolinite, smectite, interstratified of illite/smectite and the mineral pyrophyllite. Although the characteristics of the samples reflect the previous conditions of diagenetic environments, measurements of the illite crystallinity index or "Kubler Index" (KI), and the presence of the mineral pyrophyllite are sufficient to demonstrate that the rocks of the study area were affected by anchemimorphism, indicative of the transition between the prehnita-pumpellyite facies and the below greenschist facies, and that burial conditions reached a depth of the order of 10-12 km and temperatures in the order of ± 300 ° C. The occurrence of certain clay minerals is directly related to the depositional system, showing that the composition of the framework are directly responsible for the diagenetic evolution of these rocks.. v.

(7) AGRADECIMENTOS. Primeiramente gostaria de agradecer ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia do Petróleo - PPGCEP pela a oportunidade da realização deste trabalho. A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa de estudos. A minha orientadora, professora Dra. Marcela Marques Viera por acreditar no meu potencial e pelas valiosas discussões ao longo deste trabalho, o meu muito obrigado. Ao Dr. Antonio Jorge Campos Magalhães (Magal) pela disponibilização do material geológico, amostras de rochas da Formação Tombador e pelas sugestões. Ao professor Dr. Narendra Kumar Srivastava pela sua contribuição na identificação dos argilominerais e pela disponibilidade sempre que batia em sua porta. Ao professor Dr. Felipe Guadagnin (Unipampa/Campus de Caçapava do Sul/RS) pela gentileza do envio das amostras. Ao departamento de Engenharia de Materiais - DeMat/UFRN, pela realização das análises de Fluorescência de Raios X (FRX), Difratometria de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura - (MEV). A geógrafa, Dra. Mycarla Miria pelo companheirismo, incentivo e colaboração com suas valiosas discussões e sugestões para a realização deste trabalho. Aos Departamentos de Geologia/UFRN, pela disponibilização dos laboratórios de Microscopia Estudantil, Moagem, Laminação e Sedimentologia. Gostaria de agradecer aos funcionários: Maria de Fátima (sedimentologia), Bombeiro (laminação) e a Pedro do Laboratório de Moagem. A professora Dra. Raquel Franco de Queiros pelas valiosas dicas e disponibilização do Laboratório de Geoquímica para preparação das pastilhas prensadas. Ao técnico do Laboratório de Geoquímica, geólogo, Robson Rafael, pelo auxílio durante a preparação das pastilhas prensadas. Ao colega Dr. Luiz Ferreira, Laboratório de Geoquímica, pela disponibilização da água tri-destilada. Ao estudante de graduação de geologia, Paulo Ricardo, pela ajuda na preparação de amostras e descrições petrográficas. Aos colegas de mestrado, a minha família e a todos que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho.. vi.

(8) “Quanto mais me elevo, menor fico aos olhos de quem não sabe voar.” Friedrich Nietzsche. vii.

(9) Índice. Pág Resumo................................................................................................................................................ iv. Abstract................................................................................................................................................ v. Agradecimentos................................................................................................................................... vi. Lista de Figuras................................................................................................................................... x. Lista de Tabelas................................................................................................................................... xii. Lista de Anexos................................................................................................................................... xii. Capítulo I - Introdução 1.1. Introdução geral....................................................................................................................... 01. 1.2. Objetivo geral.......................................................................................................................... 02. 1.3. Objetivos específicos............................................................................................................... 02. 1.4. Localização da área de estudo................................................................................................. 02. 1.5. Métodos empregados............................................................................................................... 03. Capítulo II - Geologia Regional. 05. 2.1. Geologia regional..................................................................................................................... 05. 2.2. Contexto geológico estratigráfico............................................................................................ 06. 2.3. Arcabouço estrutural................................................................................................................ 08. 2.3.1 Domínio Estrutural I - Morro do Chapéu - CD 1................................................................... 08. 2.3.2 Domínio Estrutural II - Gentio do Ouro - CD 2...................................................................... 10. 2.3.3 Domínio Estrutural III - Piatã - CD 3...................................................................................... 10. 2.3.4 Domínio Estrutural IV - Bacia de Irecê - CD 4....................................................................... 10. Capítulo III - Aspectos teóricos. 11. 3.1. Introdução................................................................................................................................. 11. 3.1.1 Análise petrográfica e petrológica............................................................................................ 11. 3.1.2 Trama........................................................................................................................................ 11. 3.1.3 Maturidade mineralógica.......................................................................................................... 12. 3.1.4 Porosidade................................................................................................................................ 13. viii.

(10) 3.2. Processos diagenéticos............................................................................................................ 14. 3.2.1 Infiltração mecânica de argilas................................................................................................ 17. 3.2.2 Compactação............................................................................................................................ 18. 3.2.3 Cimentação.............................................................................................................................. 18. 3.3. Transição entre diagênese e metamorfismo de baixo grau....................................................... 19. 3.4. Análises especiais..................................................................................................................... 21. 3.4.1 Difratometria de raio x - DRX................................................................................................. 22. 3.4.2 Fluorescência de raio x - FRX................................................................................................. 22. 3.4.3 Microscopia eletrônica de varredura - MEV........................................................................... 23. Capítulo IV - Materiais e métodos. 24. 4.1. Materiais e métodos.................................................................................................................. 24. 4.1.1 Equipamentos utilizados.......................................................................................................... 24. 4.2. Materiais e reagentes................................................................................................................ 25. 4.3. Descrição petrográfica.............................................................................................................. 25. 4.4. Método de preparação das amostras......................................................................................... 25. 4.4.1 Preparação das amostras para Difratometria de Raios X......................................................... 26. 4.4.2 Tratamento com etileno glicol................................................................................................. 28. 4.4.3 Tratamento térmico.................................................................................................................. 29. 4.4.4 Preparação das amostras para Fluorescência de Raios X........................................................ 29. 4.4.5 Preparação das amostras para Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV.......................... 31. 4.5. 32. Índice de cristalinidade e índice de esquevin........................................................................... Capítulo V - Resultados e discussões. 35. 5.1. Introdução................................................................................................................................ 35. 5.1.1 Caracterização petrográfica..................................................................................................... 35. 5.2. Evolução diagenética................................................................................................................ 36. 5.3. Eventos diagenéticos................................................................................................................ 37. 5.3.1 Infiltração mecânica de argilas................................................................................................ 37. 5.3.2 Compactação.......................................................................................................................... 37. 5.3.3 Crescimento secundário de quartzo......................................................................................... 39. 5.3.4 Outros tipos de cimentos......................................................................................................... 40. 5.3.5 Dissolução de grãos do arcabouço........................................................................................... 40. 5.3.6 Precipitação de Óxidos e Hidróxidos de Ferro........................................................................ 42. 5.4. Análises de MEV...................................................................................................................... 43. 5.5. Fluorescência de raios X.......................................................................................................... 45. ix.

(11) 5.6. Difratometria de raios X.......................................................................................................... 46. 5.7. Espectrometria de Energia por Dispersão de Raios X (EDS).................................................. 57. 5.8. Índice de cristalinidade da Ilita................................................................................................ 61. Capítulo VI - Conclusões e recomendações..................................................................................... 64. Capítulo VII - Referências Bibliográficas....................................................................................... 66. Anexos................................................................................................................................................. 74. Lista de Figuras Figura 1.1 - Mapa de localização da área de estudos elaborado a partir da imagem do satélite Landsat................................................................................................................................................ Figura 1.2 - Fluxograma detalhado da metodologia utilizada na elaboração da dissertação.............. 03. Figura 2.1 - Mapa do CSF e faixas dobradas...................................................................................... 06. Figura 2.2 - Coluna estratigráfica mais recente do Supergrupo Espinhaço........................................ 07. Figura 2.3 - Domínios estruturais da Chapada Diamantina e Espinhaço Setentrional........................ 09. Figura 3.1 - Classes de empacotamento e caracterização do tipo de contato entre os grãos............... 12. Figura 3.2 - Critérios petrográficos para o reconhecimento da porosidade secundária...................... 14. Figura 3.3 - Estágios diagenéticos....................................................................................................... 15. Figura 3.4 - Diagrama pressão x temperatura relacionando os campos de limites diagenéticos e de metamorfismo..................................................................................................................................... Figura 3.5 - Representação dos fatores controladores da diagênese................................................... 16. 04. 17. Figura 3.6 - Diagrama de curvas de equilíbrio no espaço P x T para a reação de formação da Pirofilita.............................................................................................................................................. Figura 3.7 - Comparação de fácies minerais, Índice de Kübler (KI) e grau metamórfico................. Figura 4.1 - Moinho de ágata, modelo Fritsch Pulverisette de Fabricação Alemã.............................. 21 26. Figura 4.2 - Metodologia de preparação das amostras para análise no DRX...................................... 27. Figura 4.3 - Difratômetro de Raios X, modelo XRD 7000, utilizado na análise das amostras........... 28. Figura 4.4 - Procedimento para a aplicação do etileno glicol sobre a superfície da amostra de argila................................................................................................................................................... Figura 4.5 - Procedimento para tratamento térmico............................................................................ 28 29. Figura 4.6 - Metodologia de preparação de pastilhas prensadas para análise de FRX........................ 30. Figura 4.7 - Espectrômetro de Fluorescência de Raios X................................................................... 31. Figura 4.8 - Procedimento de preparação de amostras para análise no MEV................................. 32. Figura 4.9 - Medida da largura a meia altura do pico de reflexão basal da ilita................................. 33. 19. x.

(12) Figura 4.10 - Gráfico de correlação do Índice de Cristalinidade da Ilita x Índice de Esquevin.......... 33. Figura 4.11 - Exemplo de determinação da largura do pico medido a meia altura............................. 34. Figura 5.1 - Fotomicrografias ilustrando os eventos de infiltração mecânica de argilas.................... 37. Figura 5.2 - Diagrama de cimento intergranular versus volume intergranular................................... 38. Figura 5.3 - Fotomicrografias ilustrando os eventos de compactação mecânica e química................ 39. Figura 5.4 - Fotomicrografias ilustrando o crescimento secundário de quartzo................................. 40. Figura 5.5 - Fotomicrografias ilustrando outros tipos de cimentos..................................................... 40. Figura 5.6 - Fotomicrografias ilustrando os tipos de dissolução de grãos do arcabouço.................... 42. Figura 5.7 - Fotomicrografias ilustrando a precipitação de óxidos/hidróxidos de ferro.................................. 43. Figura 5.8 - Imagens vistas com auxílio do MEV........................................................................................... 44. Figura 5.9 - Difratograma de fluorescência de raios X (FRX) das 18 amostras de metarenito da Formação Tombador............................................................................................................................................. Figura 5.10 - Composição química semiquantitativa de elementos menores em rocha total dos. 45 46. metarenitos da Formação Tombador................................................................................................................ Figura 5.11 - Difratograma ilustrando a presença da ilita 10.5Å e 5.3Å, caulinita 7.1Å e pirofilita 3.05Å................................................................................................................................................... Figura 5.12 - Difratograma da caulinita 7.1 Å, pirofilita 3.05Å...................................................................... 47. Figura 5.13 - Difratograma da ilita 10.5Å, caulinita 7,1Å e pirofilita 3,05Å.................................................. 48. Figura 5.14 - Difratograma da ilita 10.5 Å e caulinita 7,1Å............................................................................ 49. Figura 5.15 - Difratograma da ilita 10Å e caulinita 7.1Å................................................................................ 49. Figura 5.16 - Difratograma mostrando os interestratificados ilita/esmectita e pirofilita 3.05Å...................... 50. Figura 5.17 - Difratograma da ilita 9.9Å e pirofilita 3.05 Å............................................................................ 50. Figura 5.18 - Difratograma da ilita 10.5Å e pirofilita 3.05 Å.......................................................................... 51. Figura 5.19 - Difratograma da ilita 10Å e da pirofilita 3.05Å......................................................................... 51. Figura 5.20 - Difratograma ilustrando um interestratificado de ilita/esmectita e da pirofilita 3.05Å............. 52. Figura 5.21 - Difratograma da ilita 9.8Å, caulinita 7.1Å e da pirofilita 3.05Å............................................... 52. Figura 5.22 - Difratograma mostrando os interestratificados ilita/esmectita e pirofilita 3.05Å...................... 53. Figura 5.23 - Difratograma mostrando os interestratificados ilita/esmectita e pirofilita 3.05Å...................... 53. Figura 5.24 - Difratograma da ilita 10,5Å e da pirofilita 3.05Å...................................................................... 54. Figura 5.25 - Difratograma da ilita 10.5Å e da pirofilita 3.05Å...................................................................... 54. Figura 5.26 - Difratograma mostrando um interestratificado de ilita/esmectita e pirofilita 3.05Å................. 55. Figura 5.27 - Difratograma sem a presença de argilominerais, com destaque para o pico 3.3Å. 55. correspondente do quartzo................................................................................................................................ Figura 5.28 - Difratograma da ilita 10.5Å....................................................................................................... 56. Figura 5.29 - Difratograma da ilita 10.7Å....................................................................................................... 56. Figura 5.30 - Difratograma da Ilita 10.1Å....................................................................................................... 57. 48. xi.

(13) Figura 5.31 - Espectro de EDS mostrando a presença do elemento químico boro, indicativo do mineral turmalina, que foi observado em seção delgada............................................................................................... Figura 5.32 - Espectro de EDS mostrando a presença dos elementos químico ferro e boro........................... 58 59. Figura 5.33 - Espectro de EDS mostrando a presença dos elementos químicos Si, O, Al e B........................ 59. Figura 5.34 - Análise química semiquantitativa realizada com EDS, mostrando os espectros de radiação. 60. para os elementos menores............................................................................................................................... Figura 5.35 - Correlação entre o Índice de Kubler e do Índice de Esquevin mostrando a predominância das amostras no campo do anquimetamorfismo............................................................................................... Figura 5.36 - Coeficiente de correlação linear de Pearson, mostrando a correlação positiva entre o Índice de Kubler e Índice de Esquevin medido em condições naturais x glicolada..................................................... 61 62. Lista de Tabelas Tabela 3.1 - Escala de maturidade mineralógica....................................................................................... 12. Tabela 3.2 - Classificação dos tipos de porosidade.............................................................................. 13. Tabela 3.3 - Distância interplanar típica para os argilominerais........................................................... 22. Tabela 5.1 - Quadro da evolução diagenética da Formação Tombador....................................................... 37. Tabela 5.2 - Índice de cristalinidade da ilita, os principais grupos de argilominerais e elementos menores da Fm. Tombador............................................................................................................................................... 63. Lista de Anexos Anexo 1 - Tabela de descrição petrográfica....................................................................................... 74. Anexo 2 - Tabela com a classificação litológica das amostras da Formação Tombador................ 78. Anexo 3 - Tabela de identificação dos argilominerais com o software SearchMatch........................ 82. xii.

(14) . Capítulo I • Introdução .

(15) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Introdução. 1.1 Introdução Geral A Chapada Diamantina está inserida geologicamente na porção central do Cráton São Francisco (CSF, Almeida et al, 1977), nordeste do Brasil, e preserva uma espessa sequência de rochas siliciclásticas, fracamente deformadas, pertencentes ao Supergrupo Espinhaço, que foram depositadas em uma grande bacia sedimentar do tipo rifte intracratônica, em torno de 1,7 Ga, segundo Barbosa et al. (2003). Em termos estratigráficos, esse é um dos registros da sedimentação Mesoproterozoíca mais bem preservados no mundo. A Formação Tombador, objeto deste estudo, tem sido estudada por diversos pesquisadores com enfoque em termos litológicos, estratigráficos, geocronológicos, estruturais, entre outros propósitos. É constituída por diferentes sistemas deposicionais, que vão desde costeiro-estuarinos, eólicos a aluviais (Branner, 1910 apud Castro 2003; Guimarães 2005; Bettarel Bállico, 2012; Magalhães, 2015). Os primeiros estudos sobre a Formação Tombador foram realizados por Branner (1910 apud Castro, 2003) ao descrever as camadas de arenito que ocorrem sobre o embasamento na Escarpa do Tombador, a oeste da cidade de Jacobina (BA). Apesar de dispor de diversos estudos abordando os aspectos sedimentológicos, estratigráficos, petrográficos e petrológicos, poucos trabalhos são direcionados a uma melhor compreensão dos processos diagenéticos e anquimetamórficos que afetaram as rochas da Formação Tombador, sobretudo aqueles referentes à determinação da cristalinidade da ilita, razão pela qual serão discutidos neste trabalho. Para atingir este objetivo, serão apresentados os resultados de um estudo petrográfico/petrológico de amostras provenientes da Formação Tombador, a partir da análise de seções delgadas, análise de Difratometria de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios X (FRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) acoplada ao sistema de análise por Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios X (EDS). Esta pesquisa faz parte da disciplina Dissertação de Mestrado (PET-0091) da grade curricular do Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia do Petroleo - PPGCEP, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, obrigatória para a obtenção do grau de Mestrado em Ciência e Engenharia do Petróleo.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 01.

(16) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Introdução. 1.2 Objetivo Geral Este trabalho tem como objetivo principal o estudo petrográfico e petrológico de arenitos da Formação Tombador, na região do Parque Nacional da Chapada Diamantina, Nordeste do Brasil, através da descrição de seções delgadas e de análises especiais realizadas em amostras de rochas coletadas em afloramentos.. 1.3 Objetivos específicos i) Identificar os argilominerais presentes na Formação Tombador; ii) Investigar o grau metamórfico a que foram submetidas as rochas dessa formação.. 1.4 Localização da área de estudo A área de estudo está localizada na porção central do Estado da Bahia, Nordeste do Brasil, compreendendo os municípios de Lençóis, Palmeiras, Andaraí, Mucugê e Barra da Estiva, além das vilas de Caeté Açu, Guiné, Igatu, Cascavel, Mundo Novo e Sincorá. A área está situada no Parque Nacional da Chapada Diamantina, Serra do Sincorá e destaca-se por ser uma importante região de preservação ambiental. O acesso à região é realizado através da rodovia BR-242 e por rodovias estaduais pavimentadas que a ligam às cidades de Lençóis, Palmeiras, Andaraí, Mucugê e Barra da Estiva (Figura 1.1).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 02.

(17) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Introdução. Figura 1.1 - Mapa de localização da área de estudos elaborado a partir da imagem do satélite Landsat 7 ETM+, cena 217_069, utilizando a composição colorida RGB-543.. 1.5 Métodos Empregados Para alcançar os objetivos iniciais do trabalho foi realizado um levantamento do acervo bibliográfico referente aos aspectos teóricos, geologia regional e levantamento cartográfico juntamente com os dados de sensoriamento remoto, tais como de altimetria, obtida do Shuttle Radar Tophography Mission (SRTM) e imagens do satélite Landsat 7 ETM+, visando-se uma melhor caracterização da área de estudos. Posteriormente, foi realizado um estudo petrográfico detalhado através de seções delgadas da Formação Tombador, com foco nos processos diagenéticos e anquimetamórficos. A partir de amostras de mão, foram realizadas as análises especiais como a Difratometria de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios X (FRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), acoplada a Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios X (EDS). Os materiais e métodos empregados neste trabalho (Figura 1.2) serão detalhados no capítulo IV.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 03.

(18) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Introdução. Pesquisa bibliográfica. Fundamentação teórica. Geologia regional. Análise Microscópica Petrologia. Petrografia. Análises especiais. DRX. FRX. MEV e EDS. Interpretação e integração dos dados. Elaboração da Dissertação Figura 1.2 - Fluxograma detalhado da metodologia utilizada na elaboração da dissertação.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 04.

(19) . Capítulo II • Geologia Regional .

(20) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Geologia Regional. 2.1 Geologia Regional O Cráton São Francisco (CSF), definido por Almeida et al. (1977), compreende uma unidade geotectônica que abrange os estados de Minas Gerais e Bahia, cujos limites são os cinturões de dobramentos (Figura 2.1). Dentro deste, ocorre o aulacógeno de Paramirim, orientado segundo a direção N-S, no qual foram depositadas as rochas dos Supergrupos Espinhaço de idade Mesoproterozóica 1,7 Ga (Barbosa et al., 2003) e São Francisco (Neoproterozóico). A Chapada Diamantina foi dividida em dois domínios principais separados pelo lineamento Barra do Mendes-João Correia, denominados de Ocidental e Oriental (Jardim de Sá et al., 1976). O Domínio Ocidental apresenta sistemas de dobras apertadas e registros de atividades vulcânicas. A região de Domínio Oriental é caracterizada por dobras suaves, com atividade magmática restrita a intrusões básicas, com metamorfismo de muito baixo grau e estruturas sedimentares primárias bem preservadas. Os depósitos siliciclásticos da Formação Tombador, unidade basal do Grupo Chapada Diamantina, de idade mesoproterozóica ocorrem numa faixa aproximadamente Norte-Sul, ao longo da Serra do Sincorá. É constituída por uma espessa sequência de rochas siliciclásticas, fracamente deformadas e de baixo grau metamórfico pertencentes ao Supergrupo Espinhaço, que foram depositadas em uma grande bacia sedimentar do tipo sinéclise intracratônica, em torno de 1,4 Ga (Guadagnin et al., 2015). Essa formação é constituída por sedimentos depositados em diferentes sistemas deposicionais, que vão desde costeiro-estuarinos, eólicos a sistemas aluviais. Ao longo das últimas décadas, diversos autores estudaram esses litotipos, com os mais variados fins, com destaque para os trabalhos de Jardim de Sá et al., (1976), Brito Neves et al. (1980, 1999), Pedreira (1988, 1994), Battilani et al., (1996, 2000), Danderfer et al. (2009), Sussenberger et al. (2014), Magalhães et al, (2012, 2014), Magalhães (2015), entre outros.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 05.

(21) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Geologia Regional. Figura 2.1 - Mapa do CSF e faixas dobradas. Abreviaturas: SE - Espinhaço Sudeste, CE - Espinhaço Central, NE - Espinhaço Nordeste, CD - Chapada Diamantina. Modificada de Almeida (1977) e Alkmim et al (1993 apud Danderfer et al., 2009). 2.2 Contexto geológico estratigráfico A estratigrafia da área de estudos é composta pelo Supergrupo Espinhaço que compreende os grupos Rio dos Remédios, Paraguaçu e Chapada Diamantina, conforme coluna estratigráfica (Figura 2.2).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 06.

(22) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Geologia Regional. Figura 2.2- Coluna estratigráfica mais recente do Supergrupo Espinhaço, incluindo a idade de 1445±28 Ma para a Formação Tombador, com base nos trabalhos de Guadagnin et al., (2015). Modificada por Magalhães (2015).. O Grupo Chapada Diamantina é composto, da base para o topo, pelas formações Tombador, Caboclo e Morro do Chapéu, segundo Pedreira et al. (1990) e Pedreira (1994), apresentando uma espessura total estimada em 1.060 metros. A Formação Tombador é a unidade basal do Grupo Chapada Diamantina, sendo constituída por uma variedade de associações de litofácies indicativas de diversos sistemas deposicionais. O estudo mais abrangente da Formação Tombador, voltado para estratigrafia de seqüências de alta resolução, foi realizado por Magalhães (2015), com base na descrição de fácies (litologia, granulometria e estruturas sedimentares) onde foi possível reconhecer os Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 07.

(23) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Geologia Regional. limites de seqüências e suas discordâncias. Esse autor identificou depósitos estuarinos formados por canais e barras de maré, depósitos marinhos rasos, depósitos fluviais e depósitos eólicos. Os depósitos fluviais são compostos por camadas de arenitos de granulometria média a grossa, entrelaçados, com estratificações plano paralelas e cruzadas. Os depósitos eólicos são compostos por arenitos bimodais, moderadamente a bem selecionados, de granulometria fina a grossa, localmente com gradação inversa, apresentando estratificação cruzada de baixo ângulo. 2.3 Arcabouço Estrutural Danderfer Filho (1990), considerando a distribuição espacial, orientação, frequência e estilos tectônicos, dividiu a compartimentação geotectônica da Chapada Diamantina em quatro domínios estruturais, a saber: (I) Domínio estrutural do Morro do Chapéu, (II) Gentio do Ouro, (III) Região do Piatã e (IV) Bacia de Irecê (Figura 2.3). 2.3.1 Domínio Estrutural I - Morro do Chapéu (CD 1) O Domínio Morro do Chapéu é coberto por sedimentos dos grupos Chapada Diamantina, Paraguaçu e Una, constituindo uma área de baixa magnitude de deformação. A região é caracterizada por dobramentos suaves (Guimarães & Pedreira, 1990), com eixo orientado na direção N-S e de oeste para leste, formando o anticlinal do Morro do Pai Inácio, cujo eixo se prolonga para norte. O limite ocidental deste domínio apresenta-se moderadamente estruturado por falhas de empurrão com transporte tectônico para leste e sudeste. A maior parte da área de estudo encontra-se inserida nesse domínio estrutural. Quanto aos aspectos geomorfológicos, Lobão e Vale (2008) identificaram 4 unidades e 7 tipos de morfologias (relevo residual, vales, encostas, pediplano, depressão, interflúvios e morros). Essa área é de grande importância para a recarga dos aquiferos que são alimentados pelos fluxos das microbacias existentes na região.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 08.

(24) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Geologia Regional. Figura 2.3 - Domínios estruturais da Chapada Diamantina e Espinhaço Setentrional, baseados em Danderfer (1990, modificado de Silva Born, 2012).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 09.

(25) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Geologia Regional. 2.3.2 Domínio Estrutural II - Gentio do Ouro (CD 2) Assim como o domínio estrutural de Morro do Chapéu, esse domínio apresenta baixas magnitudes de deformação. As principais feições estruturais são os anticlinais de Açuruá e Uibaí que correspondem a dobramentos suaves e abertos com clivagem associada, e com eixos na direção NNW-SSE, sem vergência nítida, segundo Danderfer Filho (1990). 2.3.3 Domínio Estrutural III - Região do Piatã (CD 3) O Domínio Piatã é caracterizado por apresentar alta magnitude de deformação, com dobras apertadas, observadas principalmente no setor sudoeste, e um grande número de falhas de empurrão em geral com vergência para ENE, ora apresentando duplo caimento, segundo Pedreira (1994). 2.3.4 Domínio Estrutural IV - Bacia de Irecê (CD 4) A Bacia de Irecê corresponde a um grande sinclinal de eixo aproximadamente nortesul, cuja nucleação sucedeu durante o primeiro evento. O sistema de dobramentos superposto a essa estrutura, com empurrões de direção leste-oeste e transporte tectônico para sul, relaciona-se a uma fase de deformação progressiva decorrente do segundo evento (Lagoeiro, 1990). Essa seqüência de eventos já havia sido proposta por Brito Neves (1972), como resultado de um empurrão vindo do norte, com deslizamento dos sedimentos ao longo de rampas laterais direcionais.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 10.

(26) Capítulo III • Aspectos Teóricos.

(27) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. 3.1 Introdução Neste capítulo, serão abordados os principais temas relacionados aos aspectos composicionais e texturais das rochas siliciclásticas, com ênfase nos processos diagenéticos e anquimetamórficos. Os processos diagenéticos são os principais controladores na redução da porosidade e da permeabilidade em rocha siliciclásticas, podendo atuar de maneira positiva, preservando a porosidade, ou de maneira negativa, reduzindo ou obliterando totalmente a porosidade. Entre os processos diagenéticos mais comuns estão a cimentação, dissolução, substituição, recristalização, compactação física e química. O entendimento desses processos é de fundamental importância para a compreensão dos impactos causados no armazenamento de fluidos, como por exemplo, em reservatórios de hidrocarbonetos ou em aquíferos.. 3.1.1 Análise petrográfica e petrológica O estudo petrográfico e petrológico de rochas siliciclásticas se baseia na análise microscópica de seções delgadas com o propósito de identificar os constituintes mineralógicos primários e processos diagenéticos. Por volta de 1830, foi criado o microscópio de luz polarizada por William Nicol, todavia, o primeiro trabalho de petrologia sedimentar foi a descrição de uma seção delgada de calcário silicificado, descrito pelo geólogo Henry Sorby no ano de 1851 (Zarza, 2013). Com o advento do microscópio petrográfico, um dos temas mais estudados em petrologia sedimentar é a diagênese, principalmente relacionada à caracterização de reservatórios de hidrocarbonetos. A partir da identificação dos constituintes mineralógicos e suas modificações em escala microscópica, pode-se sugerir a evolução diagenética e contribuir para interpretações paleoambientais de uma determinada região. 3.1.2 Trama A trama diz respeito ao arranjo (empacotamento) e à orientação dos grãos. O empacotamento é definido pelo Índice de Kahn, segundo a fórmula proposta por Kahn (1956). Para a obtenção deste índice, é realizada a contagem dos tipos de contato entre os grãos, observados em uma ou mais travessias ao longo de uma lâmina delgada (Figura 3.1). Durante a deposição, os grãos de areia adquirem uma orientação preferencial de acordo com a direção de fluxo da corrente. A orientação também pode ocorrer após a deposição, devido à bioturbação, ou aos eventos de compactação. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 11.

(28) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. O índice de empacotamento é obtido através da equação eq (1). Onde: “q” é o número de contatos entre os grãos e “n” é o número total de contatos. Eq (1). Classes. Índice. empacotamento frouxo empacotamento normal empacotamento fechado. P<40 40<P<55 P>55. Figura 3.1 - Classes de empacotamento e caracterização do tipo de contato entre os grãos, modificado de (Pettijohn et al., 1987).. 3.1.3 Maturidade Mineralógica A composição mineralógica de um sedimento pode ser utilizada para inferir as condições da história de erosão, transporte e deposição do sedimento. A proporção de minerais resistentes ou estáveis presentes no sedimento, tais como quartzo e fragmentos líticos silicosos em comparação com os menos resistentes, determina a maturidade mineralógica. O índice de maturidade mineralógica (IMM) é calculado com base na classificação proposta por Nwajide e Hoque (1985). Os estágios de maturidade mineralógica estão representados na tabela 3.1. IMM =Proporção de Quartzo/Proporção de Feldspato + Fragmentos de rocha Tabela 3.1 - Escala de maturidade mineralógica, segundo Nwajide e Hoque (1985). % Limite de Q e (F + FR) Q ≥ 95% (F+FR) = 50% 95 > Q ≥ 90% (F+FR) = 5-10% 90 > Q ≥75% (F+FR) = 10-25% 75 > Q ≥ 50% (F+ FR) = 25-50% Q < 50%. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. IMM e estágios de maturidade IMM ≥ 19 Supermadura 19 > IMM ≥ 9.0 - Submadura 9.0 > IMM - 3.0 ≥ - Madura 3.0 IMM - ≥ 1.0 Imatura IMM ≤ 1.0 Extremamente imatura. 12.

(29) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. 3.1.4 Porosidade A porosidade é uma das propriedades mais importantes das rochas sedimentares. A porosidade é definida como sendo a relação entre o volume de vazios e o volume total de sólidos de uma rocha (Rosa et al., 2006), segundo a relação, φ = Vv/Vt, onde Vv é o volume de vazios e Vt é o volume total. A porosidade das rochas sedimentares pode ter origem primária ou singenética, formada durante a deposição dos sedimentos, e secundária ou epigenética, formada após a deposição dos sedimentos (Murrey, 1960 apud Suguio, 2003). A porosidade primária está relacionada diretamente aos processos de sedimentação, já a porosidade secundária origina-se dos processos diagenéticos. A Tabela 3.2 relaciona origem e tipos de porosidade. A porosidade secundaria está relacionada a diferentes processos diageneticos. São reconhecidas 5 classes de porosidade secundária: (i) Fraturamento, (ii) encolhimento, (iii) dissolução de grãos e matriz, (iv) dissolução de preenchimento de poros autigênico e (v) dissolução de minerais autigênicos (Schmidt e McDonald, 1979). Tabela 3.2 - Classificação dos tipos de porosidade. Tipo Primária ou deposicional. Secundária. a) b) a) b) c) d) e). Origem. Intergranular ou interpartícula Intrapartícula Intercristalina Fenestral Móldica Vugular De fratura. Sedimentação Cimentação Dissolução Tectônica/compactação. (Murrey, 1960 apud Suguio, 2003). Para reconhecimento da porosidade secundária, Schmidt e McDonald (1979) propuseram os critérios mostrados na Figura 3.2.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 13.

(30) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. Figura 3.2 - Critérios petrográficos para o reconhecimento da porosidade secundária, (Schmidt & McDonald, 1979).. 3.2 Processos diagenéticos As alterações físicas e químicas que alteram as características dos sedimentos após a deposição são referidas como diagênese (Milliken, 2003). A maioria dos autores exclui os processos metamórficos dos estágios da diagênese. Correns (1950) afirma que não há linha divisória arbitrária entre a diagênese e o metamorfismo em um campo pressão-temperatura. A classificação de Choquette e Pray (1970) para rochas carbonáticas e adaptada por Schmidt e McDonald (1979), divide a diagênese em três fases evolutivas: (1) eodiagênese, (2) mesodiagênese, (3) telodiagênese, que indicam respectivamente os estágios de soterramento precoce, soterramento profundo e erosão tardia (Figura 3.3).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 14.

(31) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. Figura 3.3 - Estágios diagenéticos, (modificados de Choquette & Pray, 1970 apud Scholle, 1979). A eodiagênese, segundo Worden e Burley (2003), refere-se ao primeiro estágio da diagênese, que ocorre em profundidades muito rasas (alguns metros a dezenas de metros), em grande parte sob as condições do ambiente deposicional. A mesodiagênese é caracterizada por um soterramento mais profundo, marcada pelo intervalo onde terminam os processos superficiais até o inicio do metamorfismo de baixo grau (Choquette & Pray, 1970). Em geral, é na mesodiagênese onde predominam os processos de compactação, cimentação e também onde ocorrem as maiores modificações em termos de porosidade e permeabilidade das rochas. Morad et al. (2010) cita o forte controle que a diagênese exerce sobre a qualidade e heterogeneidade da maioria dos reservatórios clásticos. A telodiagênese refere-se à fase tardia da diagênese, onde ocorrem a exposição e erosão dos sedimentos previamente enterrados e adaptação dos minerais previamente formados às novas condições de temperatura e pressão (Morad et al., 2000). Não existem limites bem definidos dos campos de transição entre a diagênese e o metamorfismo de baixo grau, contudo os processos diagenéticos ocorrem a temperaturas entre 200 a 250 0C, e pressões inferiores a 5 kbar, de acordo com o gráfico P-T (Figura. 3.4) de Worden e Burley (2003).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 15.

(32) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. Figura 3.4 - Diagrama pressão x temperatura relacionando os campos de limites diagenéticos e de metamorfismo (modificado de Worden & Burley, 2003). À medida que os sedimentos sofrem mudanças de temperatura, pressão e regimes de fluidos, ocorrem diversas alterações diagenéticas que alteram suas características litológicas. Tais processos incluem a compactação, cimentação, substituição mineral, dissolução, deformação plástica e fraturamento de grãos (Brenner et al., 1991). De acordo com De Ros (1996), diversos parâmetros exercem controle direto nos processos diagenéticos observados nas rochas sedimentares clásticas, com destaque para a composição dos constituintes detríticos, os fluidos intersticiais e os constituintes diagenéticos precoces, bem como os não-composicionais, que se referem à temperatura, pressão, fluxo dos fluidos e o tempo (Figura 3.5). O produto final da diagênese, segundo Pettjohn et al. (1987), depende de uma série de fatores extremamente variáveis, como composição original e textura, história geológica pósdeposicional da formação e período de tempo em que os processos diagenéticos atuaram.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 16.

(33) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. Figura 3.5- Representação dos fatores controladores da diagênese (modificada de De Ros, 1996).. 3.2.1 Infiltração mecânica de argilas Wilson e Pittman (1977) identificaram 4 mecanismos de ocorrências dos argilominerais autigênicos: revestindo poros (pore lining), preenchendo poros (pore filling), como substituição pseudomórfica (pseudomorphous replacement) e preenchendo fraturas. Segundo esses autores, as argilas detríticas ocorrem, geralmente, na forma de laminações, matriz dispersa, flóculos, resíduos de infiltração, clastos, cutículas ou estruturas geopetais, pelotas fecais e associadas a processos de bioturbação. Moraes e De Ros (1990) mostram que, embora os processos de infiltração mecânica de argilas sejam mais efetivos em sedimentos aluviais de composição grossa, sob condições de clima árido, eles também ocorrem em outros ambientes. Segundo Walker (1976, apud Moraes & De Ros, 1990), a ocorrência das argilas infiltradas está relacionada a três mecanismos básicos: concentrações de argilas em zonas vadosas, no nível freático e sob barreiras impermeáveis. Segundo Morad (1991), a infiltração mecânica de argilas está diretamente relacionada à sedimentação aluvial sob clima semi-árido. Moraes e De Ros (1990), estudando os argilominerais em arenitos da Formação Sergi, identificaram 5 tipos de texturas em argilas infiltradas, a saber: (1) cutículas; (2) meniscos, pontes e cristas; (3) agregados floculados; (5) trama geopetais e (4) agregados compactos. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 17.

(34) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. 3.2.2 Compactação A compactação das rochas sedimentares é dividida em dois tipos, a compactação mecânica e a compactação química. A compactação mecânica é responsável pela redução da porosidade e pelas mudanças nos aspectos físicos da rocha, tais como o rearranjo no empacotamento, fraturamento de grãos e esmagamento de grãos dúcteis. Já a compactação química engloba os processos de reações químicas e dissolução de minerais quando as rochas são submetidas a esforços por sobrecarga. Os eventos diagenéticos de compactação mecânica e cimentação por quartzo são importantes processos diagenéticos, frequentemente conhecido em rochas sedimentares como um dos fatores prejudiciais na qualidade de reservatórios de petróleo. Uma das técnicas rápidas na análise desse parâmetro é o diagrama proposto por Houseknecht (1987) que relaciona o volume intergranular (IGV) e a cimentação. 3.2.3 Cimentação O crescimento secundário de quartzo, segundo Folk (1974), aparece em continuidade ótica, ao redor de grãos de quartzo, nem sempre apresentando uma linha de demarcação visível, geralmente composta por vacúolos ou películas de argilas entre os grãos e o cimento. Existem diversos tipos de cimentos, sendo os mais comuns o carbonático, o silicoso, aluminossilicáticos, entre outros. Em quartzoarenitos, como os estudados nesse trabalho, um cimento comum é o de quartzo, sob a forma de sobrecrescimento secundário (overgrowth). A cimentação por quartzo tem sido amplamente debatida, podendo originar-se por dissolução de silicatos instáveis, processos biogênicos, dissolução por pressão e reações químicas com a liberação de sílica. Uma das potenciais fontes de liberação de sílica são as reações que envolvem a precipitação de argilominerais como a caulinita (eq.2) e ilita (eq.3), a partir de grãos detríticos de K-feldspato (Worden & Morad, 2000). 2KAlSi3O8 + 2H++ + H2O = Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2K+ K-Feldspato. 3KAlSi3O8 + 2H+ = KAl2(Al,Si3)O10(OH)2 + 6SiO2 + 2K+ K-Feldspato. eq (2). Caulinita. eq (3). Ilita. Nas lâminas descritas, outro cimento comum é o de turmalina, que ocorre sob a forma de crescimento secundário, podendo servir como monitor de reações químicas e também. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 18.

(35) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. como um geotermômetro em rochas metamórficas de baixo grau, segundo (Henry & Dutrow, 1992; Van Hinsberg et al., 2011).. 3.3. Transição entre diagênese e metamorfismo de baixo grau Os limites entre a diagênese e o metamorfismo de baixo grau, em rochas siliciclásticas,. tem sido um problema recorrente encontrado por diversos geólogos, principalmente pela falta de elementos que caracterizem bem os fácies metamórficos. O metamorfismo de baixo grau em rochas siliciclásticas pelíticas se desenvolve em diferentes ambientes da crosta terrestre. Uma dessas formas é o metamorfismo de soterramento que acontece em espessas sequências de rochas sedimentares onde a temperatura pode alcançar 300 0C, ou mais, devido ao fluxo de calor, segundo as condições de pressão e temperatura, nas quais são formados os primeiros minerais índices, indicadores de baixo grau metamórfico, segundo o diagrama P x T - Pressão x Temperatura para os campos de estabilidade do mineral pirofilita (Figura 3.6). Nesse contexto, prevalece a pressão litostática, pois a pressão dirigida não é suficiente para causar deformação ou dobramento típico de metamorfismo regional, segundo Yardley (1994).. Figura 3.6 - Diagrama de curvas de equilíbrio no espaço P x T para a reação de formação da Pirofilita (modificada de Teixeira et al., 2009). Abreviaturas: Kln - Caulinita, Prl - Pirofilita, And - Andaluzita, Ky - Cianita, Sil - Silimanita, Qtz - Quartzo, Kfs - K-feldspato, Ms - Muscovita e H2O - Água.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 19.

(36) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. Em 1987, sob a liderança do Geólogo Peter Árkai, professor aposentado do Instituto de Pesquisa Geológica e Geoquímica (Hungria), foi criado um grupo de estudos composto por 30 cientistas de 5 continentes, especialistas na área, com o objetivo de discutir a nomenclatura e sistemática de rochas e processos que ocorrem na interface entre a diagênese e o metamorfismo de baixo grau (<300 0C), ou epizona (Arkai et al., 2007). A partir das discussões e recomendações desse grupo, foram definidas três zonas para o estudo das seqüências metapelíticas, como base no índice de cristalinidade da ilita, a saber: (i) zona diagenética, (ii) anquizona, e (iii) epizona (Figura 3.7). O Índice de Cristalinidade da Ilita ou Kübler Index (KI) foi estabelecido na década de 1960, como uma ferramenta para a indústria de exploração do petróleo, visando ao reconhecimento de janela geologicamente relevante para a geração de óleo (Isabel Abad, 2007). Essa metodologia, proposta por Kübler (1967), é uma poderosa ferramenta de estimativa dos limites entre a diagênese e o baixo grau metamórfico sendo utilizada mundialmente. É baseada na medida da largura do pico de 10 Å, medido a meia altura (Full Width at Half Maximum - FWHM), no pico de reflexão basal (001) da ilita em difratogramas de Raios X em condições normais e solvatada em etileno glicol. Entre os diversos critérios para estimativas de zonas de metamorfismo de baixo grau, o Kübler Index é o de maior aceitação atualmente. A zona diagenética é caracterizada pela ocorrência de alterações químicas, mineralógicas, físicas e biológicas que ocorrem em um sedimento, sob condições físicas que não diferem significativamente daquelas sob as quais o sedimento se originou e pela ausência de alteração dos minerais detríticos. Segundo o Índice de Kubler, essa zona é definida por valores maiores do que 0,42, ∆°2θ com radiação CuKα (Kübler, 1967, 1984). As principais reações químicas nessa zona são principalmente as que envolvem a transformação dos seguintes argilominerais: esmectita em ilita, caulinita em dickita e do aumento da proporção de camadas de ilita em interestratificados (Arkai et al., 2007). A partir da zona diagenética, inicia-se efetivamente, o campo do metamorfismo de muito baixo grau. Nesse sentido, o metamorfismo de muito baixo grau não pode ser observado a partir das mudanças graduais de composição e de características litológicas que afetam as rochas, sendo observado, somente, em escala microscópica ou submicroscópica (Arkai et al., 2007). A anquizona é o intervalo delimitado pela interface entre a zona diagenética e a epizona, com seus limites definidos, segundo o índice de cristalinidade da ilita, entre 0,42 e 0,25 ∆°2θ. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 20.

(37) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. CuKα. O metamorfismo nessa zona é chamado de anquimetamorfismo, sendo definido como o metamorfismo de muito baixo grau, segundo Arkai et al., (2007). Segundo Isabel Abad (2007), não se formam minerais diagnósticos e assembléias minerais no campo de grau metamórfico muito baixo e, por essa razão, recorre-se a outras metodologias para caracterização da zona de muito baixo a baixo metamorfismo. A transição da diagênese para o metamorfismo de baixo grau é marcado pelo aparecimento do mineral pirofilita, de acordo com a eq 4. A pirofilita é bem documentada na formação tombador, porém pouca estudada quanto a sua origem. Esse mineral pode ser originado por processos metamórficos ou através de processos hidrotermais. Swindale et al, (1968), estudando a região de Coromandel, Nova Zelândia, identificaram associações hidrotermais entre a pirofilita, caulinita, diásporo, dickita e quartzo. Al2Si2O5(OH)4. +. Caulinita/Dickita. 2 SiO2 Quartzo. =. Al2Si4O10(OH)2 + Pirofilita. H2O. eq (4). Fase fluída.. A epizona é caracterizada pelo metamorfismo de baixo grau, segundo o KI, com limites inferiores a 0.25 ∆°2θ CuKα (Kubler, 1967, 1984).. Figura 3.7 - Comparação de fácies minerais, Índice de Kübler (KI) e grau metamórfico. Linhas em ziguezague representam incertezas de correlação. Esquema simplificado de Frey (1987), Kisch (1987) e Merriman e Frey (1999).. 3.4 Análises Especiais Neste item, serão apresentadas as técnicas de análises especiais para caracterização de estruturas cristalinas que não podem ser observadas com o uso do microscópio petrográfico. Essas técnicas incluem a Difratometria de Raios X, Fluorescência de Raios X e a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 21.

(38) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. 3.4.1 Difratometria de Raios X - DRX Os raios X são ondas eletromagnéticas que operam na faixa de comprimento de onda de 10-15 a 10-8 m e foram descobertos pelo cientista alemão Wilhelm Conrad Röntgen, em 1895. Quando um feixe de raios X atinge um monocristal, diversos fenômenos podem ocorrer em razão da interação da radiação com a matéria. Um desses fenômenos é a difração, quando uma pequena parte do feixe incidente emerge do cristal com o mesmo comprimento de onda, mas com uma direção diferente (Cullity & Stock, 2001). Os raios X são produzidos quando elétrons em alta velocidade, provenientes do filamento aquecido, chocam-se com o alvo (ânodo), produzindo radiação. Do feixe incidente, uma parte da radiação é transmitida na mesma direção e outra parte é difratada, formando um ângulo 2θ com o feixe transmitido. O ângulo θ é chamado de ângulo de Bragg. A difratometria de raios-X é baseada na lei de Bragg, segundo a equação 5: eq (5). nλ = 2dsenθ, onde:. n é um número inteiro ou ordem de difração, λ é o comprimento de onda incidente, d é a distância interplanar, θ é o ângulo de incidência ou ângulo de Bragg. Para a identificação dos argilominerais é utilizada a distância interplanar de acordo com a (Tabela 3.3). Tabela 3.3 - Distância interplanar típica para os argilominerais (Poppe et al., 2010; Neves, 1968). Distância interplanar (Å) Pico principal [001] 7 10 14 14 12 ou 14 14. Distância interplanar (Å) Pico secundário [002] 3,58 5,0 e 3,33 7,0; 4,7 e 3,5 7,0; 4,7 e 3,5 5,1 e 3,5 -. Argilomineral (grupo) Caulinita Ilita Clorita Clorita expansível Esmectita Vermiculita. 3.4.2 Fluorescência de Raios X - FRX A Fluorescência de Raios X é uma técnica não destrutiva que permite a realização de análises químicas elementares qualitativas e quantitativas. A técnica consiste na detecção de raios X característicos emitidos de uma amostra após sua excitação por uma fonte destes raios (Bertin, 1970).. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 22.

(39) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Aspectos Teóricos. 3.4.3 Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um dos equipamentos mais utilizados na análise e caracterização de micro e nanoestruturas de materiais sólidos com diversas aplicações nas ciências dos materiais, medicina e nas geociências. Os primeiros trabalhos desenvolvidos com o MEV foram realizados por Knoll (1935) com a descrição do seu princípio de funcionamento, mas, somente em 1965, foi então construído o primeiro MEV comercial pela Cambridge Scientific Instrument. O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de um feixe de elétrons de pequeno diâmetro para explorar a superfície de uma amostra (Dedavid et al., 2007). O dispositivo é equipado com um filamento de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma diferença de potencial. O sinal da imagem é resultado da interação do feixe de elétrons incidente com a superfície da amostra. Dessa interação, diversos sinais podem ser emitidos da amostra, sendo os mais comuns na obtenção da imagem os elétrons secundários e os elétrons retroespalhados (Dedavid et al., 2007). Neste trabalho, foi utilizado também o sistema de análise por energia dispersiva de raios X (EDS), onde foi possível realizar uma análise semiquantitativa dos elementos químicos presentes em uma seção pontual da amostra.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 23.

(40) . Capítulo IV • Materiais e Métodos .

(41) Dissertação de Mestrado PPGCEP/UFRN. Materiais e Métodos. 4.1 Materiais e Métodos Neste capítulo, serão abordados os materiais e métodos utilizados na elaboração da dissertação. A pesquisa foi desenvolvida a partir da descrição petrográfica e petrológica de 112 seções delgadas e de 29 amostras de rochas que foram previamente preparadas em laboratórios para análises específicas, tais como: Difratometria de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios X (FRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), acoplada a Microssonda por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Foram preparadas 18 amostras para FRX, 20 amostras para DRX e 29 amostras para a MEV, das quais 12 foram submetidas à EDS. 4.1.1 Equipamentos utilizados 9 Microscópio petrográfico, Marca Olympus (Modelo BX41), do Laboratório de Microscopia do Departamento de Geologia da UFRN; 9 Câmera fotográfica Sony, equipamento pessoal; 9 Notebook, modelo Sony Vaio VGN - NR310 E, equipamento pessoal; 9 Moinho de Ágata, modelo Fritsch Pulverisette de Fabricação Alemã do Laboratório de Moagem do Departamento de Geologia da UFRN; 9 Difratômetro de raios X, modelo Shimadzu XRD-7000, operado a 30 kV e 30 mA, com velocidade de varredura de 10/min e fonte de radiação Cu Kα do Departamento de Engenharia de Materiais da UFRN; 9 Espectrômetro de FRX por dispersão de energia, modelo EDX-720 do Departamento de Engenharia de Materiais da UFRN; 9 MEV, modelo XRF - 1800, Marca Shimadzu, do Departamento de Engenharia de Materiais da UFRN; 9 Balança de precisão com 4 casas decimais, do Laboratório de Geoquímica do Departamento de Geologia da UFRN; 9 Prensa hidráulica, modelo Herzog do Laboratório de Geoquímica do Departamento de Geologia da UFRN.. Arnóbio Silva de Souza, Junho/2017. 24.