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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

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s

OOóólitos

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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.