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Universidade Federal do Rio Grande do Sul Departamento de Engenharia de Minas Geologia de Engenharia I Rochas ígneas Aula 7 Prof. Rodrigo Peroni Maio 2003 Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni 1. ROCHAS ÍGNEAS As rochas ígneas formam-se a partir do magma incandescente e viscoso do interior da Terra. Quando os constituintes magmáticos se consolidam no interior da crosta terrestre, formam-se as rochas plutônicas, de granulação grosseira. Quando o magma, em decorrência da atividade vulcânica, chega à superfície da Terra ele se consolida como rocha vulcânica, de granulação fina. As rochas intermediárias, ou de transição entre os dois grupos, denominam-se rochas hipoabissais. 1.1. ROCHAS PLUTÔNICAS Quando o magma invade regiões mais profundas da crosta e se solidifica nessa posição, em uma rocha uniforme de granulação grosseira com cristais essencialmente visíveis a vista desarmada, a essas rocha denominamos rochas plutônicas ou intrusivas. Se essas rochas se encontrarem atualmente na superfície da Terra (ou mesmo no topo de montanhas), significa que essas formações foram soerguidas por forças tectônicas ou porque as rochas que as cobriam foram removidas por intemperismo e erosão. As rochas plutônicas caracterizam-se pela presença de núcleos cristalinos bem desenvolvidos devido ao lento resfriamento do magma no interior da crosta. Os cristais distribuem-se desordenadamente, sem qualquer orientação preferencial e as rochas resultantes são em geral bastante compactas, sem espaços vazios. A cristalização, durante o resfriamento, se dá numa seqüência definida (séries de reação de Bowen). Os primeiros minerais a cristalizar são os ditos acessórios (minerais que não caracterizam a rocha, ex. titanita, zircão). Esses são seguidos pelos minerais escuros (biotita, piroxênios e anfibólios), pelos feldspatos e finalmente pelo quartzo. Os que cristalizam em primeiro lugar têm um amplo espaço para crescer e podem formar cristais prefeitos e completos, enquanto os últimos somente ocupam os espaços remanescentes, por essa razão, raramente o quartzo se apresenta bem formado nas rochas ígneas. As principais rochas plutônicas incluem: Tabela 1 – Características das principais rochas plutônicas. Rochas plutônicas Densidade relativa Quartzo Feldspato Sódico Feldspato potássico Biotita Piroxênios e anfibólios Olivina Granito 2,7 X X X + 0 - Sienito 2,8 0 X + + 0 - Diorito 2,8 0 0 X + X - Gabro 2,9 - - X - X + Peridotito 3,3 - - - - + X X presente em grande proporção, + presente em proporção menor, 0 escasso, - ausente Como pode-se observar Tabela 1 a densidade relativa aumenta na medida que diminui o teor de sílica (SiO2). E de acordo com o teor de sílica será dada a classificação das rochas em relação à sua acidez. O granito por isso é uma rocha ácida, o diorito é uma rocha intermediária, o gabro inclui- se entre as básicas e o peridotito é ultrabásico. Na série de rochas plutônicas a percentagem de minerais escuros (máficos) varia, essa variação de claro para escura é um critério bastante útil para distinguir as rochas ígneas. O granito, por exemplo, uma rocha clara de tons variados, encontra-se em uma das extremidades da série enquanto o peridotito uma rocha verde enegrecida, situa-se na outra extremidade. Obviamente, existem transições dentro da série de rochas plutônicas apresentada na Tabela 1, porém a partir de uma análise macroscópica dos minerais, suas relações e características como constituintes da rocha nos permite de uma maneira expedita classificar a rocha em um desses grande grupos. Uma identificação precisa somente pode ser realizada após análise mineralógica e química detalhada. 1.2. ROCHAS HIPOABISSAIS A formação das rochas hipoabissais (sills e diques), esquematizadas na Figura 1, deve-se a materiais profundos da zona inferior da crosta terrestre, situados entre as rochas plutônicas (profundas) e as rochas vulcânicas (superficiais), cristalizados em níveis crustais rasos (menos de Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni 2Km). A textura das rochas hipoabissais é, em termos gerais semelhante à das rochas vulcânicas e plutônicas. Ocasionalmente as rochas hipoabissais são formadas como ramificações a partir de massas consideráveis de rochas plutônicas elas podem diferir consideravelmente do magma do qual derivou, seja quanto à textura, seja quanto aos constituintes minerais. Quando essas rochas se apresentam claras e com uma textura granular fina, denominam-se aplitos, e as que possuem uma textura granular grosseira ou muito grossa são denominadas pegmatitos. A Tabela 2 apresenta as rochas correspondentes em composição mineralógica e química, porém distintas quanto à forma de ocorrência. Tabela 2 – Correspondência composicional das rochas de acordo com a forma de ocorrência. Plutônica Hipoabissal Vulcânica Granito Quartzo pórfiro Riolito Sienito Micrissienito Traquito Diorito Microdiorito Andesito Gabro Dolerito Basalto Peridotito Picrito Picrito 1.3. ROCHAS VULCÂNICAS As rochas vulcânicas formam-se quando o magma quente e fluido, com o auxílio de forças vulcânicas, ascende do interior da Terra até a superfície. Quando a mistura magmática flui através de uma chaminé vulcânica, ou através de uma fissura e se espalha sobre a superfície da Terra, é denominada lava. Porem quando o magma, misturado com os restos do material que preenchia a chaminé e com rochas vizinhas, é expelido ao ar antes de se depositar é denominado tufo. A composição química e mineralógica, das rochas vulcânicas é parecida com a das rochas plutônicas, pois magmas com composição semelhante podem originar os dois tipos de rochas. As rochas vulcânicas, do mesmo modo que as rochas plutônicas vão se tornando mais escuras e densas à medida que a proporção em volume de sílica diminui. 1.4. MODOS DE OCORRÊNCIA Os corpos de rochas ígneas intrusivas também podem ser classificados segundo suas formas, que podem ser alongados, circulares tabulares ou mesmo totalmente irregulares. De um modo geral os corpos intrusivos são denominados “plutons” e podem ser distinguidos de acordo com o seu tamanho e relação com as rochas encaixantes da crosta. Figura 1 – Formas de ocorrência das rochas ígneas. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni 1.4.1. CORPOS INTRUSIVOS MENORES Os corpos intrusivos menores são representados pelos diques e sills (ou soleiras), que tem formas tabulares, pelos lacólitos, em forma de cogumelo e pelos necks vulcânicos. Diques e sills possuem a mesma geometria e a diferença entre eles se dá na maneira em que estão posicionados em relação às rochas encaixantes. i. diques são formados quando o magma invade as rochas encaixantes através de fraturas ou falhas, e apresentam uma atitude vertical ou cortam as estruturas dessas rochas, sendo portanto denominados corpos discordantes; ii. sills são corpos intrusivos tabulares, que se alojam com atitude horizontal a sub-horizontal, paralelamente à estratificação quando as rochas encaixantes forem sedimentares, pelo qual são chamados de corpos concordantes; iii. lacólitos são corpos ígneos intrusivos, com a forma de um cogumelo, são formas concordantes, assim como os sills. Porém o lacólito arqueia as camadas de rocha sobrejacentes para obter espaço para seu alojamento; iv. Necks vulcânicos são corpos intrusivos discordantes formados pela consolidação do magma dentro de chaminés vulcânicas. Após a erosão do cone vulcânico, principalmente daquele constituído por material piroclástico, mais suscetível à erosão, sobressai na topografia a antiga chaminé, que serviu de alimentador de magma para o vulcão. 1.4.2. CORPOS INTRUSIVOS MAIORESOs batólitos são os corpos ígneos plutônicos de maior dimensão e possuem uma forma irregular. Convencionalmente costuma-se chamar de batólitos os corpos que apresentam em superfície uma área superior a 100 km2, quando a área for menor, os corpos são chamados de stocks. Ambos, stocks e batólitos são corpos intrusivos discordantes, que cortam as estruturas das rochas encaixantes. Tabela 3 – Tipos de ocorrências das rochas ígneas. Plutônica Vulcânica Concordantes Discordantes Sill (corpos hipabissais) Chaminé vulcânica depósitos piroclásticos Lacólito Batólito e Stock tephra Derrames fissural cone vulcânico (erupção central) 1.5. CRITÉRIOS PARA DISTINGUIR ROCHAS PLUTÔNICAS E VULCÂNICAS Algumas características são definitivas para a determinação do modo de ocorrência das rochas ígneas, a Tabela 4 apresenta alguns dos critérios utilizados na identificação macroscópica de textura e estrutura, segundo o modo de ocorrência das rochas ígneas. Tabela 4 – Características das rochas de acordo com a maneira de ocorrência. Vulcânica Plutônica Topo vesicular ou amigdalóide Topo sem vesículas e amígdalas Texturas afaníticas e/ou vítreas Texturas faneríticas Brechas vulcânicas, piroclásticas e cinzas vulcânicas freqüentes. Ausência de brechas Características fluidais de derrame Sedimentares sobrepostas mostra apófises, diques e sills Base de sedimentares sobrepostas não mostra vestígios de ação térmica Sedimentares sobrepostas mostram evidências de ação térmica Estruturas acamadadas de derrame Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni 1.6. DEPÓSITOS PIROCLÁSTICOS E TEPHRA Depósitos piroclásticos (consolidados) e tephra (pouco consolidado) ocorrem quando o vulcanismo é riolítico ou andesítico, ácido e viscoso. Magmas com essa composição têm muitos gases que explodem com a diminuição da pressão de confinamento ao chegar à superfície. Essas explosões lançam fragmentos de magma consolidado a várias distâncias gerando esses tipos de depósitos. Os materiais piroclásticos são constituídos por materiais soltos ou misturas de cinzas vulcânicas, bombas, blocos e gases produzidos durante erupções violentas de gases. Os depósitos de fluxo piroclástico são misturas de fragmentos, partículas de rochas e gases quentes, que independentemente da granulação movem-se pelo próprio peso, condicionadas à declividade do terreno. Os fluxos piroclásticos caracterizam-se por maior densidade e baixa turbulência. Confinam-se aos vales. Já os platôs ignimbríticos são os produtos que recobrem as áreas ao redor do vulcão. O nome ignimbrito representa uma rocha ígnea formada por “soldagem” de cinzas e brecha vulcânica, processo que ocorre em temperaturas menores devido à distância em relação ao vulcão. Esses materiais se depositam ainda quentes tornando-se fortemente soldados e assemelham-se a um cimento muito resistente. Em vários eventos desse tipo observou-se que quanto maior o volume de água do magma maior é a violência da explosão. As brechas vulcânicas representam os produtos vulcânicos piroclásticos de granulação mais grosseira, sendo constituídos por fragmentos de material pré-existente ou do próprio derrame, cimentados também em uma matriz também grosseira. Os depósitos de queda piroclástica recebem o nome de tufos vulcânicos. Tephra – Corresponde a um depósito de rocha ígnea que pode ou não estar consolidado, formado pela litificação de cinza vulcânica e brechas vulcânicas. Ignimbritos são produzidos durante erupções explosivas (fluxos piroclásticos e queda de tefras). Com uma forma foliar, muitos ignimbritos cobrem milhares de quilômetros quadrados. Possuem uma composição química que atravessa toda a classe de rochas ígneas (basáltico a riolítico). Tabela 5 – Nomes de tefra e rochas piroclásticas. Diâmetro médio de partícula (mm) Tefra (material não consolidado) Rocha piroclástica (material consolidado) >64 Bombas Aglomerado 2-64 Lapilli Tufo de Lapilli <2 Cinza Tufo de cinza Peridotito Picrito Picrito 1.7. ESTILOS ERUPTIVOS As atividades vulcânicas podem ser classificadas como fissurais e centrais, em função da sua localização em relação às placas litosféricas e ao tipo de seus produtos. As características desses produtos, por sua vez, vinculam-se às propriedades da lava e condições de ambiente de deposição. 1.7.3. DERRAME, VULCANISMO FISSURAL Nesse tipo de vulcanismo, não há formação de um cone vulcânico, onde a ascensão do magma se dá através de fissuras profundas na crosta terrestre. Ocorre quando o magma chega à superfície e escoa sobre esta, sem ou com pouca atividade explosiva e de modo calmo. Cada fluxo de lava é denominado de derrame de lava e forma corpos rochosos tabulares. Ex. Basaltos da Bacia do Paraná (extensão: 1.2 milhões km2, espessura 10m a 1500m). A mobilidade da lava depende, principalmente, de sua composição e temperatura; lavas básicas são mais quentes e fluidas e percorrem distâncias maiores que as lavas ácidas, mais viscosas. A perda de gases também influi favorecendo a solidificação da lava. As erupções fissurais representam o principal tipo de atividade ígnea em termos de volume, considerando que 80% do vulcanismo atual se concentra no oceano. Sendo que o maior derrame desse tipo de ocorrência é a formação Serra Geral da Bacia do Paraná, com uma área superior a 1.200.000 km2, com idades em torno de 130 milhões de anos, abrangendo regiões sul e centro-oeste do Brasil, além de Paraguai, Uruguai, Argentina e também uma parte da África, hoje apartada pelo oceano Atlântico. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni Tabela 6 – Características dos produtos vulcânicos. Processos Produtos Observações Componentes Rochas Erupção efusiva Derrame de lava Rocha vulcânica Material fundido contendo cristais e bolhas de gases Erupção explosiva Queda piroclástica Poeira/cinza fina Tufo fino Partículas menores que 0,062 mm Cinza grossa Tufo grosso Partículas entre 2 e 0,062 mm Lapilli Lapilito Partículas entre 64 e 2 mm Bombas Aglomerado Fragmentos plásticos > 64 mm Blocos Brecha piroclástica Fragmentos rígidos >64 mm Fluxo piroclástico Púmice Ignimbrito Emulsões gasosas superaquecidas com fragmentos de púmice ou escória, cristais de cinza e fragmentos do conduto e/ou de rochas pré- existentes, em matriz vítrea. Escórias Brecha de escórias Fragmentos vesiculares restritos às proximidades dos condutos vulcânicos Blocos e cinzas Brecha de blocos e cinzas Depósitos de grandes blocos de lavas sustentados por cinzas, próximos dos condutos de vulcões. 1.7.3.1. ESTRUTURA DE UM DERRAME TÍPICO Com freqüência, os derrames por vulcanismo fissural apresentam variações de textura e estrutura da base para o topo. Essas variações permitem caracterizar diversas zonas dentro de um mesmo derrame, assim para um derrame de cerca de 50m de espessura, pode se observar as seguintes variações da base para o topo: i. Zona vítrea: basalto preto, com brilho resinoso, muito alterado, juntas de contração mal definidas, encurvadas. Podem ocorrer algumas amígdalas e fenocristais de plagioclásio e piroxênio. Essa base vítrea é resultante do resfriamento rápido da lava em contato com o terreno. Espessura: 5 –10m. ii. Zona Tabular Inferior: a textura da base p/ o topo da zona passa a hipocristalina. Juntas horizontais com pequeno espaçamento dando o aspecto tabular estratificado. Espessura: 2 – 10m. iii. Zona colunar: textura holocristalina, fanerítica, juntas verticais, resultando em disjunção colunar. Melhor zona para localização de pedreiras (brita), pois a rocha é menos alterada nessa zona. Espessura: 20 – 50m. iv. Zona Tabular Superior: textura hipocristalina a porfirítica, juntas horizontais dando aspecto tabular estratificado.Dessas zonas tabulares provém as “lajes” de basalto p/ aplicação na construção civil (pisos, revestimentos). Espessura: 2-10m. v. Zona Amigdalóide-Vesicular: textura hipocristalina, vidro, juntas mal definidas, grande presença de vesículas (vacúolo não preenchido) e amígdalas (geodos, ágatas, ametistas, opalas, calcedônias). Espessura: 2-10m. Nota: a decomposição dos basaltos não gera solos arenosos (areia), mas sim argilas. Por isso, os tálus e colúvios em cortes de estrada nessas regiões causam problemas de escorregamento. O uso desses solos argilosos também causa problemas de compacidade em leitos de estradas. Além disso, ocorre falta de areia p/ construção civil. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni Figura 2 – Seção típica de um derrame basáltico. Figura 3 – Seção de um sucessão de derrames, formando a “escada” morfológica do derrame. 1.7.4. VULCANISMO DE ERUPÇÃO CENTRAL É caracterizado por uma erupção localizada, onde o magma ascende à superfície por um conduto central denominado chaminé vulcânica e sua acumulação produz um cone vulcânico, montanha gerada pelo acúmulo de material expelido. 1.8. ELEMENTOS DE UM VULCÃO Vulcão é um conduto ou fissura na crosta terrestre com comunicação com o manto. A partir do qual são expelidos fluxos de lava, cinza, fragmentos, jatos incandescentes, podendo ocorrer explosões de gases. Câmara magmática é a fonte do magma, situada em profundidade, comunica-se com a superfície pela chaminé. Cratera é a depressão externa afunilada dos vulcões, representa o local de extravasamento do magma e demais produtos associados, está ligada à câmara magmática pela chaminé (conduto magmático) Caldeira é a depressão formada pelo colapso da cratera, devido à perda de apoio interno pelo escape de gases ou pela ejeção de grandes volumes de lava. Tipos de vulcões: i. Vulcão de escudo (magma basáltico) ii. Tephra cone (magma riolítico e andesítico) Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Rodrigo Peroni iii. Estratovulcão (magma andesítico) iv. Domo vulcânico (magma félsico muito viscoso) A Figura 4 apresenta o modelo teórico da morfologia de um vulcão. O reservatório magmático pode estar situado na astenosfera ou na litosfera. O magma é periodicamente expelido pela chaminé que liga o reservatório com a cratera. A lava difere do magma por não conter alguns dos constituintes gasosos e/ou elementos químicos originais. A subida do magma pode ocorrer em cones satélites ou pelo fraturamento do edifício vulcânico em erupções de flanco. Dá-se o nome de neck ao realce topográfico de uma chaminé. A feição decorre da erosão diferencial dos flancos de um vulcão. Estão também representados na Figura 4 os produtos vulcânicos. Figura 4 – Modelo teórico de um vulcão.
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