Aula 10 - Formações Ferríferas Bandadas

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DEPÓSITOS DE FERRO
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DEPÓSITOS DE FERRO
Depósitos de ferro magmático
Relacionados a Intrusões Básica-ultrabásicas ou Magmaticas (Ti-Fe-V)
Depósitos de ferro associados a carbonatitos e rochas alcalina
Depósitos relacionados a atividades magmáticas e/ou vulcano-sedimentares (tipo Kiruna e Lahn-Dill)
Depósitos formados por metamorfismo de contato (tipo Skarn);
Depósitos hidrotermais do tipo IOCG (oxido de Fe-Cu-Au)
Depósitos sedimentares acamadados ou formações ferríferas bandadas (tipos Algoma, Carajás, Lago Superior e Rapitan)
Depósitos sedimentares oolíticos e pisolíticos (tipo Clinton-Minette); e
Depósitos resultantes de alteração e acúmulo em superfície.
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FORMAÇÕES FERRÍFERAS BANDADAS -BIFs
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BIFs
Conceito – Rochas formadas por sedimentos químicos, finamente estratificados ou bandados, enriquecidos em ferro, com leitos ricos em sílica ou cherts e óxidos de ferro alternando-se mutuamente, contendo > 15% de Ferro
A espessura dos leitos, referida como bandamento, varia de macrobandas (~1m), mesobandas (centimetros) e microbandas (milimetros), sendo esta finamente bandado.
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Geoquimica do FERRO NO AMBIENTE SEDIMENTAR
É o elemento metálico mais abundante nos sedimentos químicos e encontra-se em diferentes estados de oxidação, dependentes principalmente do ambiente de deposição;
Precipita-se tanto no estado férrico como óxido e/ou hidróxido (hematita ou limonita-goetita) ou como silicato (glauconita), quanto no estado ferroso como carbonato (siderita ou ankerita), magnetita, silicato (chamosita) ou ainda como sulfeto (pirita);
Estes minerais ocorrem como precipitados químicos ou mesmo diagenéticos, sendo produtos de equilíbrio do meio, representando portanto o ambiente original de deposição
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	QUIMICA DO FERRO SEDIMENTAR
A estabilidade dos minerais de Fe é governada pelas variações do pH e Eh.
Hematita é estável em Eh positivo;
Os minerais ferrosos, pirita, siderita e magnetita são estáveis em Eh negativo e sua presença depende das atividades de íons de sulfetos e carbonatos. Atividades dos anions HCO3-, HS- ou SO42- são também importantes.
pH neutro, pirita se forma se a atividade de sulfeto é alta, tipicamente como redução bacteriológica de sulfatos.
Siderita se forma quando a atividade de sulfeto é zero e o Eh baixo, como em águas doces de ambientes lacustres e deltáicos;
Magnetita em ambiente sedimentar se forma em condições redutoras onde íons de carbonatos e sulfetos não são disponíveis
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Mineralogia e variação faciológica das formações ferríferas bandadas
04 fácies distintos:
1- Fácies óxido (hematita-Fe2O3 e magnetita-Fe3O4)
2-Fácies carbonático (Siderita –FeCO3; Ankerita-Ca(Fe,Mg, Mn)(CO3)2; 
3-Fácies silicático 
(Grenalita-Fe3Si2O5(OH)4; Minnesotaita(Mg,Fe)3Si4(O10)OH)2; Stilpnomelano(K,Na,Ca)0.6(Mg,Fe2+,Fe3+)6Si8Al(O,OH)27.2-4H2O; 
clorita(Fe,Al2Mg)3(Si,Al)2O5(OH)4;
	Riebeckita (Na2Fe3 2+Fe3+2Si8O22(OH)2
e 
4-Fácies sulfeto – Pirita (FeS2)
Chert e folhelho carbônico
Contato dos fácies
transição de óxido para carbonato para sulfeto reflete ambiente cada vez mais redutor.
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Ambiente Geológico
Formações Ferríferas estão associadas a terrenos metamórficos do fácies xisto verde a anfibolito, com as do grau mais alto associadas com grãos de magnetita mais grosso e mais discretos;
Em subfácies xisto verde, os Bifs podem ser subeconômicos, visto que a Magnetita é muito fina ou pode conter finas inclusões de minerais da ganga que requer um beneficiamento mais especial para liberar o Fe.
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Metamorfismo
Em Baixo Grau Metamórfico, na zona da biotita e inferior tem-se normalmente , greenalite, minnesotaite, stilpnomelane, chamosite, ripidolite (Fe chlorite), riebeckite, and ferri-annite.
Em Alto Grau Metamórfico ocorrem cummingtonite, grunerite, pyroxene, garnet, and fayalite .
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Composição mineralógica - Metamorfismo
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Principais variações faciológicas das BIFS (James 1954, 1966) 
Fácies óxido- divide-se em 2 sub-fácies:
Sub-fácies hematítico- apresenta hematita finamente granulada, textura oolítica sugerindo origem de águas rasas.
Sub-fácies magnetítico – camadas de magnetita alternam-se com silicato de Fe ou carbonato e camadas de chertes;
Fácies carbonato – chert intercalado com siderita em igual proporção. Pode gradar através de magnetita-siderita-quartzo para o fácies óxido ou por adição de pirita para o fácies sulfetado;
A siderita não tem textura oolítica ou granular, indicando ter-se acumulado em lâmina fina abaixo do nível de ação de ondas.
Fácies silicático – silicatos de ferro (stilpsomelano, minnesotaita/grenalita-silicato aluminoso de Fe e Mn e clorita- geralmente associados com magnetita, siderita e chert que forma camadas também alternadas entre eles.
Fácies sulfeto- argilito carbonoso, piritoso, representado por rochas finamente bandadas com matéria orgânica em torno de 7 a 8%. Pirita é o principal sulfeto e pode ser finamente granulada.
Pode gradar lateralmente para o fácies carbonato com o aumento da quantidade de oxigënio
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Fácies òxido
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Sub-fácies hematítico
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Classificação petrográfica (divide-se em três classes)
Formações ferríferas primárias com 30 a 45% de Fe;
Minério martita-goetita formado por processo de enriquecimento supergênico recente através da substituição da ganga por goetita (hidróxidos de Fe), contendo 56 a 63% de Fe, com predominância > 50% de goetita sobre martita e com bandamento do BIF ainda preservado
2Fe3O4 +1/2 O2 = 3Fe2O3 
Minério hematítico de alto teor de origem metamórfica ou hipógena modificado por processos supergênicos com 60 a 68% de Fe. 
Subdivide-se em: 
A- minério hematítico (Itabirito) formado por lixiviação supergênica dos minerais da ganga e acumulação residual de hematita;
B-Hematita microplacosa ou microlamelar (substituição de bandas de silicatos e/ou cherts e carbonatos)
Reservas do minério hematítico de alto teor – 
 alguns milhões a mais de 2bilhões de T, com a maioria entre 200 e 500Mt
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Enriquecimento Supergênico em formações ferríferas
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Outras classificações
Classificação quanto à Dureza física do minério de Fe
	-Duro a médio (tem baixa porosidade, com textura de intercrescimento forte de martita, hematita ou hematita microplacosa-martítica;
	-Friável – minério que pode ser facilmente partido com a mão em prisma de escala centimétrica. É mais poroso que o minerio duro a médio.
	-Soft – É constituído por partículas de 0.05 a 1mm e é muito poroso, embora não seja cinza (dusty)
	-Pó ou cinza- Contém partículas <0.01mm de diâmetro.
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Textura
Texturalmente , as formações ferríferas tem sido divididas em dois grupos 
Banded iron formation (BIF) originada de sedimentos químicos, finamente bandados e acumulados em bacias oceânicas no Arqueano e Paleoproterozóico
Granular iron formation (GIF) são rochas sedimentares clásticas ricas em detritos de tamanho areia, cimentados por sílica, exibindo estratificação cruzada formadas no Paleoproterozóico. 
Os grãos são compostos de cherts, óxido de ferro, carbonatos de ferro silicatos de ferro, com alguns bem arredondados ou angulosos sendo derivados de retrabalhamento sedimentar de siltitos ricos em ferro, indicando erosão e redeposição intrabacinal de sedimentos similares aqueles que formaram os BIFs. Depositam-se em ambiente de alta energia e raso, plataformal raso perturbado por tempestades, sendo restrito, pelo menos sua preservação, a bacias paleoproterozóicas. 
Nessa sequência dois litofácies são comuns: 
slaty and cherty.
The slaty lithofacies é folhelho rico em ferro, constituído de camadas milimétricas de óxidos de ferro ou silicatos ferríferos e cherts alternadas e.
The cherty lithofacies is a grainstone with a cherty cement with lenses of trough cross-stratified grainstone. 
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X-BEDS IN GIFs
MEGARIPPLE-SCALE X-BEDS IN BIWABIK Fe-Fm NEAR EVELETH,
MN
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JASPER GIF, SOKOMAN Fe-Fm
GREENALITE GIF, GUNFLINT Fe-Fm
GIF WITH WELL-SORTED FRAMEWORK OF SAND-SIZE CLASTS
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Discharge chemistry
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Aguas Claras deposit, Brazil
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Urucum, Mato Grosso do Sul, Brazil
Hematite BIF with jasper bands
High-grade Ore: Silica leached
Resource: 500Mt
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IDADE
 A maior parte das BIFs se formou antes da oxigenação da atmosfera (Arqueano/Paleoproterozóico), onde tiveram seu apogeu, ocorrendo muito subordinadamente no Fanerozóico
4 períodos de formação
1- Meso-arqueano (3500-3000Ma)
2- Neo-Arqueano (2900-2600Ma)
3-Paleoproterozóico (2500-1900Ma)
4-Neoproterozóico-Fanerozóico (750-450Ma)
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Idade
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CLASSIFICAÇÃO DAS FORMAÇÕES FERRÍFERAS BANDADAS
Em função das fácies, da idade e associação litológica, as BIFs são denominadas de:
Tipo Algoma (inclui os 4 fácies). 
- Associa-se às sequências vulcânicas do tipo GBs, bem como grauvacas e folhelhos carbonosos, em ambiente tectonicamente instável;
- Apresenta-se em conformação maciça e forma lenticular em meio a associação de rochas vulcânicas e grauvacas;
- É de idade arqueana e apresenta pequena espessura, na ordem de 200m, sobretudo quando comparada a do tipo Lago Superior.
- A fácies sulfeto tem sido bem desenvolvida neste tipo de formação ferrífera
Tipo Lago Superior –-Forma camadas espessas, contínuas, atingindo 3000m de espessura;
- Predominam os facies óxido, carbonático e silicático, com o fácies sulfeto raro;
- Apresenta idade entre 2500 e 1800Ma e deposita-se em plataforma continental em águas realtivamente rasas. 
Podem estar associadas com dolomitos, quartzitos , folhelhos negros e menor proporção tufos e/ou outras rochas vulcâncias
Tipo Rapitam
- Ocorre em grabens ou bacias formadas sobre blocos falhados (escarpas de falhas) ao longo das margens continentais rifteadas. 
-Data do Neoproterozóico e está associadas a depósitos glaciais ;
Ex. Urucum, no Brasil; Raptam no Canadá
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Manganese
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Figura 06
Abundância de depósitos de formação ferrífera através do tempo geológico (segundo James, 1983).
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Localização dos principais depósitos de Bifs
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 Ocorrências de Ferro no Ceará
1
2
3
4
1 – Complexo Granja: Formações ferríferas bandadas
2 – Complexo Tamboril – Santa Quitéria: Ferro do tipo Skarn, IOCG e Kiruna
3 – Complexo Cruzeta: Formações ferríferas bandadas e ferro hidrotermal
4 – Complexo Granjeiro: Formações ferríferas bandadas e ferro hidrotermal
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Formações ferríferas do Ceará (1km x 150m)
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Geoquímica
O estudo dos Elementos Terras Raras (REEs) é uma das principais ferramentas geoquímicas no entendimento da origem e deposição das formações ferríferas e outras rochas sedimentares ricas em óxido de ferro. 
Existem dois aspectos importantes no estudo de REE em formações ferríferas: 
 1- como traçador das fontes de Fe e
2--como identificador do mecanismo de oxidação responsável pela deposição do Fe.
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Como traçador da fonte hidrotermal , usa-se as anomalias de Eu 
E como mecanismo de identificação do estado REDOX , usa-se as anomalias de Ce
Anomalias positivas de Europium em relação aos seus elementos vizinhos em sedimentos que foram precipitados em a´gua do mar indicam uma forte influencia de fluidos hidrotermais ou proximidade com o centro de emissão
Em relação ao Ce, normalmente em ambientes marinhos oxigenados existe uma forte anomalia negativa de Ce, quando as amostras de REE são normalizadas ao padrão dos Folhelhos Compostos (Ce(SN)), enquanto em águas subóxidas e anóxidas falta as grandes anomalias negativas de Ce(SN) 
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Geoquímica das BIFs de Boa Viagem e Quixeramobim, CE
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REYchert < REYmgt,
HREE enrichment,
positive Eu anomaly,
positive Y anomaly,
positive Gd anomaly:
typical of Neoarchean marine chemical sediments
intra-band (a:b) variation smaller than inter-band (2:3) variation
(data from Bau & Alexander, Precambrian Res., 2009)
Rare Earths & Yttrium (REY)...
Temagami seabasin
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Neoarchean Hamersley Group, Australia:
stromatolithic Carawine dolomite: shallow-water 
laminated Wittenoom dolomite: deeper water
primary REY distribution - no Ce anomaly!
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In the modern marine environment only high-temperature hydrothermal solutions (e.g. black smoker fluids) display positive Eu anomalies!
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Modelo Genético
1. Por quê as formações ferríferas bandadas, na sua maioria, são confinadas ao Pré-Cambriano?
2. De onde são derivadas as grandes concentrações de ferro?
3. Qual é a explicação para o bandamento característico e peculiar de chert com camadas de óxido de ferro?
4.Qual foi o meio de transporte e deposição do ferro e da sílica e da separação dos outros elementos?
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COMENTÁRIOS
98% das formações ferríferas do mundo todo datam do Pré-Cambriano.
90% são do Paleoproterozóico ou Proterozóico inferior.
A formação do ferro nesses ambientes esteve associado a três fatores:
a reducing atmosphere or one with a low oxidizing potential (Holland, 1984;Bekker et al., 2004),
 low marine sulfate and sulfide concentrations
a high hydrothermal iron flux 
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BIF: Origem do Fe e Si
Fe: do oceano através de introdução direta via exalações hidrotermais (black smokers) ou dissolução da crosta oceânica.
O Fe2+ proveniente de profundidade redutoras ascende por correntes marinhas e introduzido em ambiente superficial oxidante devido a atividade biológica ou foto-oxidação (raios ultra-violeta) precipitando hidróxido de ferro (Fe(OH)3)
Se a atividade do CO3 for forte e, em a’guas profundas, ocorre a precipitação de siderita (Fe CO3)
Padrão ETR sugere black smokers , mas sua influência diminui com o tempo e o tipo Rapitan reflete água do mar.
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Mecanismo de precipitação: Três possibilidades
 
A- Oxidation of Fe(II) por O2 de cyanobacterial - 2Fe2+ + 0.5O2 + 5H2O ←→ 2Fe(OH)3 + 4H+; 
B- Metabolic iron oxidation por microbacteria ferrifera (Leptothrix and Gallionella)- 6Fe2+ + 0.5O2 + CO2 + 16H2O → [CH2O] + 6Fe(OH)3 + 12H+.
 No sunlight required. Reaction 60x faster than inorganic reaction 
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2H2O + UV → H2 + O2
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BIF: Origem do Si
Si: solubilidade de sílica amorfa (Si(OH)4) é alta (~120mgl-1) na água dos oceanos.
Oceanos arquenos e paleoproterozóicos seriam saturados em Si. Esse padrão muda com o aparecimento da vida que passa a usar o Si para construir um exoesqueleto.
Oceanos modernos são insaturados em Si (<10mgl -1).
A interferência biológica explicaria a mudança de BIF para ironstone ao longo do tempo geológico !!!.
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Origem do Si
A alta concentração de chert junto às formações ferríferas reflete maior concentração de Sílica nos mares pré-cambrianos devido ausência de organismos fixadores de sílica. 
Os mecanismos propostos para precipitação da sílica incluem: 
1- fixação direta ou indireta por microorganismos na coluna d`água; 
2- ligeira concentração por evaporação, precipitada como um gel e transformada em chert durante processos diagenéticos.; 
3-co-precipitação com o Fe, em que parte da sílica teria precipitado como cimento preenchendo vazios, logo após o Fe.
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BIF: Origem do bandamento
Bandas médias: ciclos sazonais – verão promove a atividade biológica que acelera a precipitação do Ferro.
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BIF: Origem do bandamento
Presença de estruturas esferoidais (microfósseis) em BIF sugere atuação de biomineralização.
Bactérias planctônicas marinhas produziriam o oxigênio que provoca a precipitação do Ferro na forma de hidróxido.
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BIF: Origem do bandamento
Nesse caso o bandamento teria sido formado ou pelo empobrecimento em Fe ou diminuição sazonal da produção de oxigênio pelas bactérias planctônicas.
Lâminas finas: Ciclos diários onde não ocorreria fotossíntese e foto-oxidação a noite.
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BIF: Razão da formação em períodos específicos
Relacionado à
evolução biológica e atmosférica e padrão de ciclos tectônicos globais.
No Paleoproterozóico formaram BIF tipo Superior: transgressão marinha, alto nível do mar ligados a um ciclo de dispersão continental e cordilheira meso-oceânica elevada, pouco O2 e pouca atividade biológica: forma BIF.
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BIF: Snowball earth
No Neoproterozóico, a extensa cobertura dos oceanos por uma camada de gelo re-introduziria as condições redutoras anterior à oxigenação da atmosfera formando BIF.
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BIF: Snowball earth
Entre 750 e 580 Ma a Terra esteve submetida à uma intensa glaciação como sugere a formação de depósitos de sedimentos glaciais (diamictitos) em todos os continentes mesmo próximo ao equador.
Essas rochas são recobertas por rochas carbonáticas características de climas quentes.
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Idade bilhões de anos antes do presente
Se O2 estiver ausente Fe é solúvel como íon ferroso Fe2+
Se O2 estiver presente Fe é insolúvel como íon férrico Fe3+
Snowball earth: oceano anóxico
Fim da glaciação ventila oceano
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Limite de rochas glaciais com rochas carbonáticas
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Rochas ricas em ferro (BIF) com ..... geleira
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SINTESE DA EVOLUÇÃO DAS FORMAÇÕES FERRÍFERAS NO DECORRER DO TEMPO
A transição de pequenos depósitos de BIFs tipo Algoma para os grandes depósitos tipo Lago Superior (~2.6Ga) parece refletir o aparecimento de extensivo ambiente plataformal continental, em que os depósitos de Fe aumentaram significativamente em tamanho no Neoarqueano. Isso foi também acompanhado de grandes atividades magmáticas
A terminação abrupta de deposição dos BIFs no Paleoproterozóico reflete mudanças quimicas na Atmosfera e na Hidrosfera 
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Antes de 1.9Ga o Fe acumulou-se nas partes mais profundas do oceano; 
A mobilidade do Fe dissolvido em águas profundas foi radicalmente reduzida em torno de 1.9Ga;
O reaparecimento das formações ferríferas aconteceu no Neoproterozóico, cuja fonte do Fe tem sido atribuida ao Hidrotermalismo, exibindo importante associação com depósitos glaciais . São depósitos formados essencialmente por óxidos de ferro e sílica, contendo em alguns locais ocorrências econômicas de Mn(ex. Urucum, Mt)
A glaciaçao do Neoproterozóico foi provavelmente a mais importante das glaciações da história terrestre.
Os oceanos globais cobertos de gelo tornam-se estratificados. Com a deglaciação, tornam-se ventilados ou oxigenados reduzindo a mobilidade do Fe dissolvido, favorecendo sua precipitação.
Pode-se concluir que as ocorrências de BIF, GIF, Phanerozoic ironstones, exibem uma complexa interelação envolvendo contribuições mantélicas, tectônicas condições REDOX superficiais através da história da Terra.
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Épocas Glaciais
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Outras Classificações de formações ferríferas
No Fanerozóico as formações ferríferas são conhecidas como 	Ironstone, sendo constituídas de óxidos e silicatos ferríferos, sem enriquecimento de cherts característicos dos depósitos pré-cambrianos e com apreciável quantidade de Fósforo (P2O5)
	São agrupadas em dois tipos:
- Clinton e Minette
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Principais Características dos Ironstones
Formados em ambientes marinho raso e deltáico.
Consistem em goethita e hematita que foi rolada formando oólitos e pelotas, sugerindo ação de abrasão mecânica.
Contém pouco ou nenhum chert, porém associados com silicatos ricos em Fe como glauconita e chamosita.
Ambiente de deposição sugere que o Fe é proveniente de fonte continental via sistema fluvial.
Transporte como Fe2+ dissolvido ou como colóide.
Muitas vezes associado com folhelhos negros ricos em MO.
Em períodos de transgressão marinha
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Figura 3 – Fotomicrografias de ironstones oolíticos da Formação Pimenteiras. (A) macro-oólito não estruturado de oxi-hidróxido de ferro (parte central) com forma de baguete e finos grãos de quartzo em seu interior, envoltos por oólitos menores estruturados; (B) oólitos elípticos a ovais, um dos quais apresenta núcleo esférico também de oxi-hidróxido de ferro; (C) pisólito (∼ 9 mm) com oólitos preexistentes inclusos, além de invaginação preenchida por oólitos esféricos e grãos de quartzo; (D) oólitos quebrados e inteiros, sem núcleos definidos, em matriz de material ferruginoso; (E) oólito com grão de quartzo deslocado do núcleo central; (F) oólito estruturado assimetricamente ao redor de fragmento de oólito preexistente também estruturado; (G) agregado de oólitos de oxi-hidróxido de ferro densamente empilhados, alguns com núcleos ocupados por grãos de quartzo; (H) oólitos contendo grãos de zircão, monazita e quartzo em seus núcleos; e (I) oólitos arredondados e alongados, alguns com zircão (Zr) e quartzo (Qtz) no núcleo central. Luz transmitida. Nicois //.
Revista Brasileira de Geociências, volume 42(2) 2012 
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Principais Ironstones
Tipo Clinton
- forma camadas maciças a base de siderita-chamosita-hematita oolítica;
- Teor de Fe (40-50%)
- + Ricas em Al e P que os BIFs
do Siluriano 
Ex. Kentucky e Alabama (USA).
 
Tipo Minette
- Domina siderita e chamosita ou clorita ferrífera;
-Chamosita oolítica;
-Teor de Fe ~40%;
-Teor de Ca (5 a 20%)
-Teor de Si (>20%) 
Encontrados em sedimentos jurássicos da Inglaterra e na Alsace-Lorraine (França).
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Ironstone: gênese
Fe3+ teria sido concentrado por intemperismo no continente durante a formação de lateritas, em clima úmido e quente, o que forma pisólitos.
Essa laterita é transportada para um ambiente marinho raso durante uma transgressão ou regressão marinha.
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Ironstone: gênese
Ocorre retrabalhamento e concentração em ambientes de litoral ou flúvio-deltáico.
Pisólitos (químicos ou bioquímicos) da laterita são diferentes dos oólitos formados pela ação mecânica das ondas.
Diagênese dessas acumulações produz transformações na textura e mineralogia do minério.
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Ironstone: gênese
Para formar depósitos substanciais é portanto necessária uma combinação de fatores específicos como:
Oxidação-redução, diagênese, sedimentação mecânica e atividade microbial. 
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Ironstone: gênese
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Referências