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Diagênese e litificação
Diagênese• Diagênese (≈ litificação) incluí toda a abrangência de
alterações no sedimento que ocorre após a deposição, em relativa baixa temperatura e pressão (gradacionalpara o metamorfismo);
• Litificação pode ocorrer simultaneamente com a deposição (em várias rochas carbonáticas, evaporíticase vulcanoclásticas);
• Processos diagenéticos físicos e químicos constitui compactação e cimentação, respectivamente;
• Diagênese comumente leva a redução da porosidade e permeabilidade
Diagênese Diagênese
A passagem do intemperismo para a diagênese não é de reconhecimento muito fácil, embora processos diferenciados (halmirólise e aquatólise) definam esses limite, conforme os respectivos ambientes de sedimentação sejam marinhos ou de água doce.
Rocha - Matriz
Metamorfismo
Intemperismo “in situ”
Intemperismo, erosão e transporte por água doce
Erosão e transporte marinhos Intemperismo
Inte
mpe
rism
oD
iagê
nese
Estágio pré-soterramento
marinho
Estágio desoterramentoraso,marinho
Estágio pré-soterramentode água doce
Estágio desoterramento
raso, de água doce
Estágio de soterramento profundo
AquatóliseHalmirólise
A halmirólise é um processo de intemperismo submarino (Hummel, 1922), compreendendo reações de substituição e rearranjos químicos, além da remoção de íons dissolvidos na água, quando o sedimento ainda se encontra no fundo do mar sem soterramento. Dessa maneira, se formariam a glauconita e os nódulos de Mn (ou nódulos polimetálicos)
Diagênese
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A aquatólise, por outro lado, corresponde a um termo proposto por Müller (1967) para designar os processos químicos e físico-químicos, que ocorrem em ambientes de água doce durante o intemperismo, erosão, transporte e diagênese pré-soterramento dos sedimentos.
Diagênese Estágios e fases diagenéticos
Na maioria dos casos, os estágios diagenéticos precoces (estágio I) iniciam-se sob pressão litostática devido à superposição de sedimentos mais novos
Seqüência dos estágios diagenéticos(Strakhov, 1953) e as intensidades relativas
dos processos envolvidos (Greensmith, 1975) Processos diagenéticos
De acordo com Krumbein & Sloss (1963), entre os principais processos diagenéticostem-se: autigênese, cimentação, compactação, desidratação, diferenciação diagenética, dissolução diferencial, recristlização, redução e substituição metassomática.
AutigêneseA palavra autigênese é originada do grego authigenes e foi usada pela primeira vez por Kalkowsky (1880), referindo-se a novos minerais componentes dos sedimentos, formados praticamente “in situ”. Porém não deve ser confundida com o metassomatismo (ou substituição diagenética).Comparados aos grãos minerais mais ou menos arredondados das partículas detríticas, os cristais autigênicos são comumente euedrais e apresentam contornos angulosos em seções delgadas, embora nem sempre esta distinção seja muito fácil.
Parâmetros controladores da autigênese
Entre os fatores importantes tem-se o estado físico e a composição mineralógica dos sedimentos originais, bem como as características físico-químicas dos ambientes deposicionais e pós-deposicional.
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Entre os parâmetros principais tem-se o pH (potencial do íon hidrogênio), Eh (potencial de oxirredução), fenômeno de absorção iônica e os potenciais iônicos dos componentes químicos (Na+, Mg+2, Fe+2, Al+3, Fe+3, etc.). Quando o pH do fluido intersticial é fortemente controlado pelos teores de CO2, como em ambientes diagenéticos precoces, as concentrações de cátions são importantes. Outros controles fundamentais são a temperatura, a pressão e o tempo.
Parâmetros controladores da autigênese
Diagrama mostrando alguns dos principais minerais autigênicos, formados nos ambientes deposicionais e diagenáticos, de acordo com os valores de Eh e pH
(Krumbein & Garreal, 1952)
Compactação
Refere-se ao fenômeno físico que, em geral, conduz à diminuição de volume e porosidade de um sedimento em função do esforço de compressão exercido pelos sedimentos superpostos em uma bacia. A compactação inicia-se no instante da deposição e prossegue por muito tempo, em termos geológicos, enquanto progridem os processos diagenéticos.
Compactação
CompactaçãoO fator de compactação, isto é, a razão entre as espessuras original e atual varia muito com o tipo de sedimento, surgindo daí o conceito de compactação diferencial (ou compactação seletiva). O efeito deste processo é muito mais acentuado sobre lama do que sobre areia ou calcário. Por outro lado, na passagem de turfa para carvão betuminoso, por exemplo, pode haver redução de espessura de 50 para 5 metros (fator de compactação = 10)
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Compactação Compactação
A – tangencial B- planar C- Côncavo-convexo D –suturado
Notar a redução do volume do arcabouçoTangencial e planar: compactação física
Côncavo-convexo e suturado: compactação química(fonte: Bruce Railsback)
Quartzo-arenito com cimento quartzoso - Contato suturado (seta vermelha)
Margens não modificadas estendem-se além dos contatos
Seta preta: contato entre três sobre crescimentos
Notar que o contato é intergranular e não contato entre cimentos
Campo de visão=0,27mm
Formação Red Mountain (Siluriando Inferior)
Georgia (USA) - Bruce Railsback
Compactação
• A dissolução por pressão resultado do aumento da interconexão dos grãos, e a significativa contribuição para a litificação;
• Em carbonatos, a dissolução por pressão usualmente pode ocorre em um horizonte específico, que pode ou não corresponder a um plano de camada deposicional;
• Estilólitos (Stylolites) são superfície irregular de dissolução com alta proporção de material residual e representa uma das formas mais extremas deste processo.
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Dissolução por pressãoCimentação
A cimentação é um processo diagenéticoassociado à precipitação química de diversas substâncias, que preenchem os poros (espaços vazios) de sedimentos. Esse fenômeno é mais facilmente observado em rochas sedimentares macroclásticas (conglomerados e arenitos) que em rochas sedimentares microclásticas (siltitose folhelhos). Representa um dos mais importantes processos diagenéticos, que convertem um sedimento inconsolidado em rocha sedimentar.
Cimentação: tipos de cimento
Entre as substâncias minerais mais comuns, que ocorrem como agentes de cimentação tem-se;
Cimentos carbonáticos;Cimentos silicosos;Cimentos sulfáticos;Cimentos de óxidos (ou hidróxidos) e sulfeto de ferro.
Cimentos carbonáticos
De acordo com Folk (1974), as calcitas pobres ou ricas em Mg, dolomita, aragonita e siderita representam os carbonatos mais comuns que são encontrados como cimentos. Os hábitos desses minerais podem variar desde micríticos (microcristalinos) a fibrosos atécristais mais grossos.
Fatores que influenciam as solubilidade do CaCO3
A precipitação inorgânica de cimento carbonático, a partir de fluidos intersticiaisdepende da temperatura, pressão, pH, PCO2 e das concentrações iônicas. Por outro lado, a extração fotossintética do CO2 e os processos bacterianos devem promover o aumento de pH dos fluidos intersticiais e, portanto, indiretamente causam a precipitação do cimento de Carbonato de cálcio (Berner, 1971).
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A forma dos cristais de carbonatocontrolado pelo tipo de água
A água do mar mistura a água doce
Ooids Radial– Cimento marinhoOoidsOoids RadialRadial–– CimentoCimento marinhomarinho
CimentoCimento de de AragonitaAragonita
Atoll Eniwetok – PleistocenoAtoll Eniwetok – Pleistoceno
DiagêneseDolomitização• Dolomitas são frequentemente
formadas diageneticamente, envolvendo a substituição da calcita ou aragonita por dolomita (CaMg(CO3)2)
• Quatro modelos principais de dolomitização pode ser distinguido na literatura:
(obsoleto)
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SmackoverJurássico
SmackoverSmackoverJurJuráássicossico
Dolomitiza
Dolomitizaççãoão dodo
OOóólitoslitos
Dissolu
Dissolu
çção d
os
ão do
s
OOóólitos
litos
C. G. St. C. KendallC. G. St. C. Kendall
Cimentos silicososO mais comum e o único termodinamicamente estável dos cimentos silicosos, é o quartzo macrocristalino. Entretanto, são também relativamente freqüentes a opala (sílica amorfa hidratada) e a calcedônia (sílica microcristalina). Em termos de modo de ocorrência, os cimentos silicosos podem apresentar-se como macrocristais granulares, sobrecrescimentos(crescimento secundários) ou como material de substituição de substâncias químicas preexistentes.
Cimentos silicososCrescimento secundário (overgroths)
-Continuidade cristalográfica do grão;
-O crescimento se dá até o encontro com o crescimento dos grãos adjacentes;
- a rocha adquiri textura de rochas ígnea (textura granular)
- se ocorre películas de argilar ou de óxido de Fe: são preservadas
Sobrecrescimento de quartzo seguido de cimento de calcita
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Quartzo em macrocristais
Imagens de MEV do crescimento do quarto (Q), clorita (C) e da Pirita (P).
Cimentos sulfáticos
Entre os cimentos sulfáticos mais comuns têm-se a anidrita (CaSO4) e a gipsita (CaSO4. 2H2O). Esses cimentos são mais freqüentes em regiões que foram submetidas a condições climáticas secas (áridas ou semi-áridas) no passado e acham-se associados a outros depósitos evaporíticos.Embora mais raramente, tem-se a barita (BaSO4), que também pode ser encontrada como cimento.
Cimentos sulfáticosgipsita
halita
Cimentos de óxidos (ou hidróxidos) e sulfeto de ferro
Durante os processos de intemperismo químico, os minerais ferromagnesianos das rochas, como os silicatos (augita, hornblenda e biotita) ou óxidos (magnetita e ilmenita) podem ser oxidados e/ou dissolvidos como Fe+2. Este íon pode ser transportado por consideráveis distâncias, através dos fluidos intersticiais redutores e levemente ácidos. Quando a concentração de sulfetos for alta deverá precipitar na forma de pirita e na presença de abundante carbonato precipitará na forma de siderita, mas em ambientes oxidantes resultará em óxidos (ou hidróxidos de ferro)
Piritaautigênica
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Cimento de Ilita
Diagênese
Cimentação• Nódulos (irregular) e concreções
(arredondadas) são corpos grandes cimentados (exemplos, sílica, calcita, siderita, pirita)• Sílex (Chert) é o mais amplamente
conhecido tipo de nódulo de sílica, especialmente comum nos carbonatos.
Sedimentos carbonosos
As matérias orgânicas, de origem animal e/ou vegetal, contidas em sedimentos e os sedimentos essencialmente carbonosossofrem sucessivas mudanças físicas e químicas, em função dos incrementos de temperatura e pressão devido ao soterramento cada vez mais profundo.
Carvão
Os carvões são derivados originalmente da linhina (ou lignina), isto é, partes lenhosas e cuticulares das plantas terrestres e apresentam conteúdo relativamente altos de oxigênio.Os estágios iniciais da formação do carvão, a partir da turfa, envolve a compactação da materia orgânica e a perda da umidade através da pressão de soterramento.
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Carvão
Pressão dos sedimentos
Turfa(100% de espessura)
linhito(20% de espessura)
Carvão betuminoso(10% de espessura)
Carvão
Carvão
Condições a formação do carvãoVegetação desenvolvidaAcúmulo sub-aquosoSoterramento contínuo e prolongadoInstabilidade da crosta
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Hidrocarbonetos
Os hidrocarbonetos líquidos e gasosos são primariamente originados dos lipídios (resíduos gordurosos e graxos) provenientes de microrganismos marinhos (vegetais inferiores como algas e bactéria), com alguma contribuição de material terrestre e caracteriza-se pelo baixo conteúdo de oxigênio.
Evolução diagenética dos biolipídios para geolipídios, passando por estágios de diagêneses precoce e tardia, que explicaria a geração do petróleo (Tissot & Welter, 1978) e a formação de outros hidrocarbonetos em função das temperaturas e profundidades pretéritas.
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