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1. INTRODUÇÃO O desenvolvimento mundial da Sedimentologia nos dias atuais é es- pantoso, principalmente na América do Norte, onde, com a descoberta de volumes fantásticos de petróleo em sedimentos pensilvanianos do oeste do Texas e em sedimentos devonianos do Canadá, os estudos centralizados nos calcários e arenitos, que constituem as rochas-reservatórios, permitiram um progresso notável da matéria. Isso significa que, tendo como base a in- dústria petrolífera, os Estados Unidos deram um impulso extraordinário à Sedimentologia, e outros países, da Europa e da Ásia, receberam a influência e toram também encaminhados para a rota do progresso, que continua até os dias atuais. Novas técnicas têm sido desenvolvidas para a análise do comportamento dinâmico, físico-químico e bioquímico dos materiais sedimentares em trans- porte e após a deposição. Esses avanços têm sido acompanhados por um refinamento de métodos de medição e quantificação de uma grande variedade de atributos físicos e químicos dos sedimentos. E mais: o campo em desen- volvimento das pesquisas oceanográficas tem fornecido uma profusão de dados, que ajuda na explicação de padrões complexos de sedimentação. Além disso, como nos dias atuais vem sendo cada vez mais confirmada a importância da Sedimentologia na consolidação dos conceitos básicos ligados aos campos relacionados, tais como: Geografia, Estudo do Qua- ternário, Mineralogia, Geologia dos Depósitos Minerais, Paleontologia, Geologia Aplicada, Geoquímica e Geofísica, deve-se frisar ainda mais a necessidade de pesquisas entrosadas. Não raras vezes podemos reconhecer áreas de superposição nas pesquisas desses campos. Nessas áreas de super- posição devemos considerar a importância primordial da parte superposta para podermos incluir adequadamente na primeira ou na segunda disciplina. Mas essas áreas de superposição é que frequentemente costumam permanecer como um vácuo de pesquisas, de modo que nesses casos é ideal que haja uma atitude de colaboração pelas partes para a resolução dos problemas comuns. Então é muito natural que grande número de métodos usados na Sedimentologia seja apenas adaptações de técnicas desenvolvidas em outros campos. Esses métodos, no entanto, quando usados em Sedimentologia, foram frequentemente tão modificados que se tornaram genéricos (por exemplo 2 introdução à sedimentologia método da coloração diferencial - staining - em estudos mineralógicos e estudos de orientação de partículas) ou, então, específicos da Sedimentologia (métodos morfométricos, estudos de porosidade, etc). Definição de campo de ação da sedimentologia Entre os termos técnicos usados em campos correlatos da Sedimento- logia temos: Estratigrafia, Sedimentologia, Petrografia Sedimentar e Petror logia Sedimentar, e, ao procurarmos uma definição precisa para cada um deles e os seus respectivos campos de ação, encontramos certa confusão. Assim, pensemos um pouco sobre a definição desses termos. A Sedimentologia é uma disciplina que estuda em pormenores a natu- reza dos sedimentos, enquanto que o estudo do comportamento espacial desses sedimentos faz parte da Estratigrafia. Ambas as disciplinas se com- pletam: a Estratigrafia, sem um estudo minucioso e completo dos sedimentos, é sempre incompleta e as conclusões que podem ser tiradas estão sempre aquém daquelas que poderiam ser deduzidas, quando acompanhada de um estudo sedimentológico detalhado. U m trabalho essencialmente sedimentológico exige muito menos tra- balho de campo do que um estudo estratigráfico. Enquanto a Sedimentologia se preocupa com detalhes, a Estratigrafia devota sua atenção para as relações dos corpos rochosos no campo assim como estuda as estruturas e as grandes peculiaridades dos corpos rochosos. Na fase descritiva a Estratigrafia e a Sedimentologia constituem ramos separados da Geologia, mas na parte interpretativa há recobrimento de campo das duas disciplinas. Muito tem a ganhar as duas disciplinas com uma íntima conjunção: soluções satis- fatórias de muitos problemas não podem ser obtidas pelo estudo isolado dessas disciplinas. O estudo minucioso dos sedimentos pode sugerir expli- cações diferentes das que foram aventadas no campo e pode dirigir a atenção do pesquisador para feições previamente desprezadas ou não observadas, porque a sua significação não fora suficientemente compreendida. Por outro lado, os resultados de estudos sedimentológicos podem ser de maior sig- nificado, quando eles forem vistos dentro do arcabouço estratigráfico. Em sentido restrito, a Sedimentologia reíere-se aos processos respon- sáveis pela formação das rochas sedimentares, incluindo a origem, transporte e deposição dos materiais formadores das rochas, sua. diagênese e litificação. Em sentido mais amplo, comumente usado, a Sedimentologia abrange a Petrografia Sedimentar e a Petrologia Sedimentar, que juntos cobrem o es- tudo, descrição, classificação e interpretação das rochas sedimentares. De uma maneira geral, as pesquisas relacionadas ao intemperismo e desintegração, erosão, transporte, mecanismos de sedimentação física, quí- mica ou orgânica, e movimentos tectónicos e suas ligações com os ambientes de deposição, e processos diagenéticos formam os campos de ação da Sedi- mentologia. Neste compêndio deixaremos de lado os assuntos com ligação introdução 3 mais direta com a Petrografia Sedimentar, tais como: descrição e classifi- cação das rochas sedimentares, para tratarmos mais dos temas ligados à Petrologia Sedimentar, propriamente dita. FENÓMENOS DE INTEMPERISMO E DESINTEGRAÇÃO, EROSÃO E TRANSPORTE Quaisquer que sejam as naturezas das rochas matrizes, que vão formar os detritos, as rochas vulcânicas, metamórficas ou sedimentares, sofrem ini- cialmente os processos de intemperismo em ambiente subaquático ou subaéreo e, destarte, ocorre a desintegração física ou decomposição mecânica, seguida de erosão dos materiais. Os detritos assim originados sofrem transporte por ação do vento, água ou gelo, sendo em seguida sedimentados e litificados. Assim, para começar, como campo de ação da Sedimentologia, temos que pensar nos fenómenos de intemperismo e desintegração das rochas, erosão e transporte. MECANISMOS DE SEDIMENTAÇÃO FÍSICA {MECÂNICA) QUÍMICA OU ORGÂNICA Nos fenómenos de intemperismo e desintegração das rochas em am- biente subaquático, uma parte da rocha é solubilizada quimicamente e outra parte passa para suspensão em estado coloidal; os elementos em solução no meio aquoso são quimicamente precipitados em função das modificações do pH, Eh e temperatura. Alguns elementos, devido à existência de íons eletrolíticos, são precipitados eletroquimicamente. Por outro lado, corais, radiolários e bactérias, que são seres viventes, absorvem o cálcio e a sílica, do meio, formando as suas partes resistentes, que depois de mor t a s são pre- servadas passando a sedimentar nos fundos aquosos com out ros detritos. Assim, como mecanismos naturais subsequentes à formação dos detritos, é necessário considerar os fenómenos de sedimentação física, química ou orgânica dos mesmos após sofrerem um transporte mais ou m e n o s longo. TECTONISMO E AMBIENTE DE SEDIMENTAÇÃO As causas fundamentais de origem dos ambientes de sedimentação, como, por exemplo, de ambientes geossinclinais, são os mov imen tos tec- tónicos. As pesquisas relacionadas à reconstrução histórica dos tectonismos sinsedimentares é o campo mais importante e ao mesmo tempo mais difícil com que se defronta a Sedimentologia. Por exemplo: nas formações pro- dutoras de carvão-de-pedra dos campos de Tikutomi, Jobam e Ishigari (Japão) foram reconhecidos desenvolvimentos de sedimentações cíclicas do tipo denominado ciclotema; ao mesmo tempo que sedimentações cíclicas foram também verificadas em calcários de Okinawa e Sooma (Japão) . D o mesmo modo, são mundialmentefamosos os estudos realizados n o Japão 4 introdução à sedimentologia sobre grupos de terraços, principalmente no que diz respeito às suas correlações. Muitas dúvidas ainda persistem em relação à origem desses fenómenos, mas existe uma tendência muito forte para ligá-los aos movimentos tectó- nicos, que se seguiram às atividades vulcânicas, ou às variações do nível do mar em função das alternâncias de períodos glaciais e interglaciais. Por outro lado, os minerais pesados contidos nas rochas sedimentares fornecem boas indicações sobre a área-fonte das mesmas: sua geologia histórica e sobre os problemas de proveniência dos sedimentos. Mesmo nos dias atuais os problemas de classificação dos arenitos são intensamente tratados, e entre os vários assuntos ligados aos arenitos ficou esclarecido, por exemplo, que a maturidade dos arenitos recebe influência muito grande da natureza da rocha matriz dos arenitos, dos movimentos tectónicos e do clima e suas variações, estando ligada também ao nível ener- gético das correntes aquosas no ambiente de deposição. Desse modo a clas- sificação dos arenitos pode também ser estabelecida em função da maturidade textural e, além disso, pode-se interpretar a história dos movimentos tec- tónicos na área-fonte por meio dos estudos petrográficos desse tipo. Assim apresentamos alguns casos de interpretação dos tectonismos passados processados concomitantemente à sedimentação. É sempre neces- sário considerar a importância dos estudos dos movimentos tectónicos na definição dos ambientes de sedimentação, como campo de ação da Sedi- mentologia. FORMAÇÕES SEDIMENTARES E CONDIÇÕES DE DEPOSIÇÃO Através das análises das estratificações, marcas onduladas, marcas de corrente, estratificações cruzadas e outras estruturas sedimentares, que exibem fenómenos gradacionais nos arenitos, do estudo das texturas super- ficiais dos grãos arenosos e de seixos, da distribuição granulométrica das areias e valores estatísticos expressos por seleção, mediana, assimetria e curtose, da forma e arredondamento das partículas arenosas, da utilização dos elementos químicos isotópicos e estudos físico-químicos, envolvendo valores de pH, Eh, e tc , é possível interpretar a génese das formações sedi- mentares. Por outro lado, é também possível interpretar organicamente os sedimentos pelo estudo ecológico e bioquímico, usando-se foraminíferos, conchas, algas calcárias e silicosas, bactérias, etc. Dessa maneira, essas pes- quisas de interpretação das relações entre os sedimentos recentes e as rochas sedimentares constituem parte importante da Sedimentologia. PROCESSOS DIAGENÉTICOS Uma formação, uma vez sedimentada, pode ainda sofrer novos processos erosivos de retrabalhamento e depois ser sedimentada no mesmo local ou em sítio diferente. As rochas sedimentares, de um modo geral, apresentam características diferentes daquelas observáveis em sedimentos recentes, per- introdução 5 mitindo assim distinguir a ação de condições fisico-químicas reinantes após ou durante a deposição dos sedimentos. \, para que os sedimentos inconsolidados se transformem em rochas sedimentares, são exigidos fenómenos físico-químicos que ajam continua- mente sobre os sedimentos recém-depositados, e este conjunto de processos é designado de diagênese} Os sedimentos, que constituem um pacote de variadas composições químicas, são inicialmente compactados pelo próprio peso dos materiais sedimentares superpostos e assim ocorrem inter-relações mútuas entre águas intersticiais e águas subterrâneas pelas suas migrações, originando-se, desse modo, muitos minerais autígenos. Além disso, durante os trabalhos de campo, são verificadas determinadas camadas perturbadas, nelas ocorrendo anomalias, como escorregamentos, estruturas de sobrecarga e laminações convolutas, que são consideradas estruturas originadas sin- geneticamente à sedimentação; o estudo dessas anomalias singenéticas pode nos levar à interpretação das atividades tectónicas durante a sedi- mentação. Por outro lado, as origens dos tipos de silexitos (nodular, acamado, concrecionar, etc.) ainda não estão muito claras mas acredita-se que pelo menos parte é resultado de fracionamento, soldamento, dispersão ou con- centração de gel de sílica, argila, carbonato de cálcio e soluções de manganês por mecanismos essencialmente similares aos da química dos colóides. Além disso, os minerais de argila, que entram na constituição dos sedimentos, podem ser transformados em novas variedades durante os processos dia- genéticos por modificações nas pressões e condições químicas. Um problema especialmente importante surge quando soluções hidrotermais provenientes dos magmas invadem as rochas sedimentares e, então, a calcita é substi- tuída pela dolomita ou a calcita, que constitui calcários, é substituída pelo gel de sílica, transformando-se em silexitos; este fenómeno é importante na geologia dos depósitos minerais, ao lado dos esclarecimentos que traz no entendimento dos fenómenos diagenéticos. Desta maneira apresentamos alguns exemplos de fenómenos diage- néticos que começam a agir sobre os sedimentos já durante a sedimentação ou logo após a deposição, transformando os sedimentos inconsolidados em rochas sedimentares. Enquanto os fenómenos diagenéticos não forem per- feitamente entendidos não poderemos esclarecer sobre o aspecto original de muitas rochas sedimentares. Procuramos nesta parte introduzir a definição da disciplina Sedimen- tologia, que para nós terá o mesmo sentido de Petrologia Sedimentar, ao mesmo tempo que procuraremos delimitar o campo de ação desta matéria. A um leitor principiante na matéria, certos termos e definições usados aqui podem ficar incompreendidos, pelo menos por ora, portanto aconselhamos que essa introdução seja relida depois que o curso contido neste texto tenha sido terminado. 2. TRABALHOS PRELIMINARES DE CAMPO, INCLUSIVE AMOSTRAGEM Tanto nos trabalhos preliminares de campo como nos trabalhos deta- lhados posteriores de laboratório, estamos sempre interessados em deter- minar as características básicas das rochas sedimentares. Todos os depósitos sedimentares possuem certas características fundamentais ou propriedades, algumas das quais estão associadas com as partículas individuais e outras, com agregados de todas as partículas. As características aqui especificadas como as inerentes aos grãos constituintes isolados podem ser chamadas conjuntamente de características ou propriedades texturais das rochas se- dimentares. Outras propriedades, ligadas aos agregados de partículas, são chamadas de propriedades estruturais. Estas referem-se às características determinadas pelo arranjo das partículas, tais como: porosidade, permea- bilidade, estruturas sedimentares singenéticas, etc. Embora haja exceções, podemos dizer que, de uma maneira geral, as características texturais são melhor analisadas em trabalhos de laboratório, enquanto que a maior parte das propriedades estruturais são mais apropriadamente examinadas ou me- didas no campo. Em alguns casos existe superposições, mas a classificação seguinte abrange as principais características. Propriedades dos grãos componentes As propriedades fundamentais dos grãos isolados de rochas sedimentares são: a) tamanho, b) arredondamento e esfericidade (forma), c) textura super- ficial e d) composição mineralógica. A última característica determina atri- butos, tais como: densidade, dureza, cor e outras propriedades dos grãos. Cada uma dessas quatro propriedades fundamentais pode ser examinada em laboratório. As propriedades fundamentais das partículas são importantes porque elas retratam direta ou indiretamente todas as vicissitudes pelas quais pas- saram os sedimentos. Os tamanhos são ligados ao meio de transporte e sua velocidade; a forma é relacionada em parte ao meio de transporte,à distância e ao rigor do transporte; a textura superficial pode refletir mudanças sub- trabalhos preliminares de campo, inclusive amostragem 7 sequentes devidas à dissolução ou pode fornecer indicações sobre o método de transporte. Finalmente, a composição mineralógica indica possíveis rochas fontes, assim como algumas mudanças pós-deposicionais. Atributos dos grãos componentes nos agregados O interesse nos grãos componentes de um sedimento envolve, muitas vezes, a distribuição em frequência granulométrica de partículas no agregado; assim por exemplo, os tamanhos são expressos em termos de distribuição granulométrica, por meio de análises granulométricas (ou mecânicas), do que sob forma de tabelas de tamanhos dos grãos individuais. Da mesma maneira, forma, composição mineralógica e outras propriedades podem ser consideradas estatisticamente como distribuições de propriedades dos grãos. Cada uma dessas distribuições pode ser estudada em termos de suas carac- terísticas, tais como: granulação média, densidade média, grau de seleção média, etc. Um outro atr ibuto dos grãos componentes em termos de suas proprie- dades nos agregados é a orientação espacial das partículas (ou petrofábrica). A orientação das partículas, quando considerada estatisticamente, pode in- dicar entre outras coisas se a deposição foi subaquosa ou subaérea. Propriedades dos agregados . Em adição aos atributos das partículas individuais, existem várias pro- priedades inerentes aos sedimentos como agregados de partículas. Estas incluem: a) cimentação das partículas nos agregados, b) estruturas, tais como: acamamento (ou estratificação), concreções, e tc , c) cor dos sedimentos, e outras. Essas propriedades também fornecem informações sobre a história do sedimento. A cor dos sedimentos nos agregados, inclusive a natureza do cimento, pode ajudar a determinar as condições de deposição, mudanças pós-deposicionais, etc. Algumas dessas propriedades dos agregados são am- plamente controladas pelas propriedades dos grãos componentes. A orien- tação das partículas pode determinar estruturas, como acamamentos, e além disso pode ser um fator decisivo na definição dos valores de porosidade e permeabilidade. Grande parte das propriedades dos agregados, acima definidas, pode ser estudada no campo, enquanto que as propriedades dos grãos componentes e sua distribuição nos sedimentos são mais bem estudadas em laboratório. Um exame completo dos sedimentos envolve a combinação dos trabalhos de campo e de laboratório, e dentro do procedimento da moderna ciência sedimentológica nenhum é completo sem o outro. Os métodos de laboratório devem ser, tanto quanto possível, quantitativos, porque dados quantitativos são necessários para o desenvolvimento de teorias completas sobre o trans- porte e deposição dos sedimentos. Nos dias atuais verificamos uma enfa- tização cada vez maior da obtenção de dados quantitativos e aspectos expe- rimentais dos diferentes fenómenos ligados à Sedimentologia. 8 introdução à sedimentologia Trabalhos de campo Vimos enumerados nos parágrafos precedentes as propriedades fun- damentais das rochas sedimentares. Neste ponto é necessário adquirir certa familiaridade com algumas técnicas de campo, usadas comumente para le- vantamento completo de dados necessários aos estudos dos sedimentos. Não se pretende que este capítulo seja um manual de técnicas sedimento- lógicas de campo mas queremos apenas introduzir noções sobre alguns processos usados, tanto nos estudos sedimentológicos académicos como apli- cados. Para maiores detalhes, os leitores devem recorrer aos manuais espe- cializados: "Geologia de campo" ("Field Geology") de Lahee (1961), livro de técnicas de práticas de campo de Kottlowski (1965), etc. TRABALHOS EM AFLORAMENTOS a) Medidas de seções Seções estratigráficas devem ser precisa e adequadamente medidas para constituírem o ponto de partida para maior parte dos estudos de camadas sedimentares expostas em afloramentos. Dessas seções medidas e das infor- mações sobre espessuras e variações litológicas, posições das faunas e floras, e relações estratigráficas das várias unidades litológicas é que obteremos os dados usados nas correlações. Os métodos e os procedimentos usados nas medidas de seções não podem ser resumidos de um modo generalizado, porque cada área apresenta os seus próprios problemas. b) Escolha das seções a serem medidas Uma seleção adequada de seções a serem medidas é um fator importante que determina a validade e a eficiência dos resultados obtidos. Em algumas áreas a seleção é limitada pela falta de bons afloramentos, enquanto que, em áreas de muitos afloramentos, a seleção é feita com base no espaçamento entre as seções, espessura da coluna estratigráfica presente, grau de expo- sição ou cobertura, simplicidade estrutural e facilidade de acesso. Muitos estudos estratigráficos ou sedimentológicos constituem refi- namentos de trabalhos prévios. Por tanto , um geólogo que vá trabalhar em uma área previamente conhecida pode geralmente beneficiar-se dos trabalhos de precursores no estabelecimento das correlações das unidades de áreas adjacentes. c) Descrição das seções em medição É necessário que se faça uma descrição adequada das seções a fim de que se tenha maior número possível de informações estratigráficas de quaisquer sequências de camadas expostas. As descrições das seções medidas podem abranger observações sobre as espessuras das unidades, suas relações estra- tigráficas, litologia, estratificação, estruturas internas, comportamento em face do intemperismo, paleontologia, etc. trabalhos preliminares de campo,.inclusive amostragem 9 Sendo a finalidade principal do curso programado neste compêndio o* aprendizado dos diversos procedimentos de laboratório para quantificação das características fundamentais das rochas sedimentares, não entraremos em maiores detalhes sobre as técnicas de campo. Mas apresentaremos a seguir uma listagem de dados sobre rochas sedimentares, que podem ser obtidos durante os trabalhos de campo (segundo Goldman e Hewett, in Krumbein e Pettijohn, 1938). a) Forma externa da unidade litológica: — Dimensões, persistência e regularidade. b) Cor: — Na rocha sedimentar seca ou molhada (segundo tabela-padrão de cores; veja capítulo sobre cores dos sedimentos). c) Estratificação ou acamamento: — Passagem brusca ou transicional entre as camadas sedimentares. — Plana, ondulatória ou com marcas onduladas. — Espessura (constante ou variável, rítmica ou ao acaso). d) Atitude das camadas: — Horizontal, inclinada ou encurvada. — Paralela, tangencial ou interrompe outras camadas. — Relação das propriedades das partículas com a atitude e direção das camadas. e) Marcas sobre as superfícies das camadas: — Gretas de contração, marcas de chuva, pegadas, etc. f) Perturbações das camadas: — Dobramento ou amarrotamento. — Conglomerados intraformacionais. g) Concreções: — Tipo de concreção, tamanho. — Condições de distribuição (regular ou ao acaso). — Orientação em relação às camadas. — Forma, tipo e composição. — Estrutura interna. — Contato com a rocha hospedeira (brusco ou transicional). h) Constituintes orgânicos: — Espécie e tamanho. — Condições de ocorrência (inteiro ou fragmentado). — Distribuição. — Orientação em relação ao acamamento. Durante essas observações de campo, a maior parte das rochas sedi- mentares pode ser rapidamente classificada como conglomerados, arenitos, siltitos, folhelhos ou calcários, usando-se simplesmente os seguintes ins- trumentos: martelo, lupa de bolso e ácido clorídrico. Em rochas de consti- tuição mista, que é o caso mais comum, é possível muitas vezes chegar-se a uma aproximação grosseira dos seus respectivos componentes (por exemplo, 10 introdução à sedimentologiaa relação carbonato/argila ou carbonato/areia) e expressar essa propriedade em uma descrição preliminar. Entretanto, em nenhuma circunstância, uma observação litológica de campo pode substituir uma investigação mais deta- lhada de laboratório. Além de serem, muitos desses métodos de campo, apenas qualitativos, alguns são pouco exatos e usados somente para se obter um quadro geral da sedimentação. Existem alguns outros métodos que se enquadram entre os procedimentos de campo, como, por exemplo, medições de objetos que, devido ao tamanho exagerado dos seus constituintes, seriam muito difíceis de serem transportados aos laboratórios para medidas posteriores. Apresentação dos dados de campo DESCRIÇÕES Embora as representações gráficas dos dados estratigráficos sejam talvez a técnica mais usada, não é possível apresentar todas as informações neces- sárias ao entendimento global dos sedimentos apenas por meio de diagramas. Portanto é hábito apresentar também uma descrição sucinta de cada unidade da seção medida com todos os dados reunidos no campo, eventualmente completados com dados obtidos posteriormente em laboratório. Um problema que necessariamente temos que resolver antes de começar a desenhar as ilustrações é a questão da escala gráfica. Comumente, a escala vertical das seções é maior do que a horizontal, para mostrar detalhes da estratigrafia ou estrutura; no entanto, um grande exagero poderá distorcer as relações realmente existentes. Essas distorções aparecem mais comumente em seções estruturais, onde os valores dos ângulos de mergulho devem ser convertidos, tendo em vista as diferenças de elevação por unidade de dis- tância horizontal, antes de serem lançados na seção. Um exagero muito grande poderá dar falsa impressão de adelgaçamento das camadas. Muito tempo e trabalho são necessários, com pouca vantagem; se a seção for construída em escala maior do que a necessária. Quando a escala do desenho for dobrada, a área na qual iremos trabalhar será aumentada de quatro vezes. Antes de começar a desenhar, portanto, devemos considerar os seguintes itens: a) Escolher a menor escala que ainda permita transcrever os detalhes estratigráficos e estruturais, conforme o caso. b) Considerar a área final do desenho. Desenhos muito grandes não dão ideia do conjunto. c) Investigar sobre as limitações de espaço das máquinas de reprodução. d) Quando possível, fazer a escala da seção igual a dos mapas regionais, porque isso facilita as correlações. e) Deve-se considerar ainda que é muito mais económico fazer desenhos pequenos. trabalhos preliminares de campo, inclusive amostragem 11 SEÇÕES OU PERFIS GEOLÓGICOS As seções geológicas ou perfis geológicos i lust ram convenientemente, tanto as relações estratigráficas como as suas relações com as estruturas e a topografia. As seções geológicas podem ser usadas para ilustrar a posição e a ocorrência de várias unidades estratigráficas em uma região montanhosa ou em uma bacia sedimentar. Mas elas não mostram detalhes estratigráficos ou litológicos sem um grande exagero (realce) vertical de escala e, conse- quentemente, distorções de relevo e estrutura são, nesse caso, inevitáveis. (Jm exemplo de seção geológica é mostrado na Fig. 1 (Krumbein e Sloss, i 963). ' ' » F 0 RMAÇAO RI L E Y z z o S o 2 2 O m < o 3 z O - 1 F O R M A Ç Ã O W I L B E R N S - -MEMBRO - MORGAN CREEh Figura 1. Exemplo de seção geo- lógica (topo). Mesmos dados em seção colunar (base) (Segundo Krumbein e Sloss, 1963) SEÇÕES COLUNARES As seções colunares constituem o processo mais amplamente usado para expressar dados estratigráficos de seções medidas. As seções colunares 12 introdução à sedimentologia mostram a sequência, as inter-relações e as espessuras das unidades estra- tigráficas, e ilustra sua litologia por símbolos convencionais. A escolha da escala vertical depende do grau de detalhe disponível ou desejável. Cada unidade litológica é mostrada com sua própria espessura em escala e em sua posição normal na coluna. Os símbolos, que expressam os principais atributos litológicos de cada subunidade e certas feições subordinadas, são introduzidos no corpo prin- cipal da seção colunar. A posição e a distribuição de sílex ou outros detalhes significativos - o espaçamento dos planos de acamamento, laminações cru- zadas e discordâncias - podem ser indicados, mas tentativas de ilustração de muitas feições geralmente resultam em seções colunares muito confusas. Os símbolos gráficos que representam a litologia têm sido mais ou menos padronizados (Fig. 2) segundo Krumbein e Sloss, 1963. Entretanto, se houver uma litologia que deva ser colocada, para a qual não exista símbolo, o geólogo deve esquematizar e colocar a mesma figura entre os símbolos da legenda. QUARTZITO QUADRANTE l»l«l«l 2 a: o |] VERMELHO E CINZA A L T E R N A D O S 0 V E R D E [j C I N Z A — C L A R O , CASTANHA A M A R E L A D A | V E R M E L H O - P U R P U R A , CAST.—AVERM E L H A D C || C I N Z A M É D I A A E S C U R A | V A R I E G A D A S Í M B O L O S L I T O L Ó G I C O S E 3 C A L C Á R I O [~ j E3 DOLO M Í T I C O [\ S I L E X Í T I C O IgS A R G I L O S O tf-7-?\O BE5| S I L E X Í T I C O g f l F O L H E L H O ['•;•-•) A R E N O S O iBH S I L T I T O A R E N I T O O U A R T Z Í T I C O A R G I L O S O C 0 N G L 0 M E R Á T I C O E N C O B E R T O P O B R E M E N T E E X P O S T O • C A L C Á R I O MADISON Figura 2. Seção colunar de parte da seção do Canyon Sappington (Segundo Krumbein e Sloss, 1963) trabalhos preliminares de campo, inclusive amostragem 13 Se introduzirmos um símbolo novo, devemos tomar cuidado para que o escolhido não entre em conflito com outro já existente. As litologias podem ser represei uadas também por cores. As cores são normalmente empregadas em conjunto com os símbolos gráficos para dar maior ênfase às subdivisões dos estratos na seção. Cores e variações texturais das rochas podem ser representadas por colunas independentes ao longo de um dos lados ou em ambos os lados da coluna litológica principal. Onde existam dados de resíduos insolúveis de calcários ou informações sobre minerais pesados também podem ser re- presentados em colunas separadas. As variações de zonas paleontológicas podem ser representadas por setas adjacentes à coluna principal, sendo cada zona identificada por suas espécies características ou por símbolos referentes às faunas identificadas. Uma seção colunar adequadamente organizada é capaz de expressar praticamente todos os dados físicos e biológicos significativos obtidos das medições e análise de seções estratigráficas. As seções colunares devem ser construídas tão logo quanto possível no papel, após os dados terem sido coligidos no campo. Algumas companhias obrigam os geólogos a seu serviço a preparar um gráfico progressivo ou temporário durante o curso de observações de campo. Essa prática permite reter uma orientação estratigráfica constante, além de permitir uma melhor compreensão dos fatos no gabinete. SEÇÕES OU PERFIS ESTRATIGRÁFICOS As seções estratigráficas diferem das seções geológicas no fato de não ilustrarem o perfil topográfico, e as estruturas são restituídas ou expressas diagramaticamente. Além disso, a escala vertical é muito exagerada para mostrar detalhes estratigráficos. As seções estratigráficas são elaboradas arranjando-se séries de seções colunares, uma ao lado da outra, em sequências geográficas naturais. Se as relações estruturais forem importantes no estudo, as posições verticais das colunas serão determinadas por suas elevações no terreno, enfatizando a influência das estruturas. Nesse caso, poderíamos chamar a seção deestratigráfica-estrutural. Mais comumente as estruturas são resti- tuídas e as colunas arranjadas em relação a um horizonte estratigráfico escolhido como referência (datum). As correlações faunísticas e litológicas são indicadas por linhas que unem horizontes correlativos de uma coluna a outra. Fenómenos como os de pinch-out (adelgaçamento até o desapare- cimento total de determinadas camadas), interdigitação de camadas dife- rentes, e tc , que são considerados como presentes entre as posições das colunas, podem ser esclarecidos. Duas ou mais linhas de seções estratigráficas podem ser ilustradas arran- jando-se as várias colunas sobre um mapa de base isométrica e correlacio- nando-se as várias unidades presentes, formando um arranjo de "rede" ou 14 introdução à sedimentologia l" de vista oblíqua. Esses diagramas são muito úteis na expressão ' p a l l e l a ç õ e s estruturais e estratigráficas regionais, mas podem ser mostrados das re <. porque a escala vertical deve ser reduzida para que todas P° fices das várias seções, que compõem o diagrama, possam ser represen- AS , A* fnrma visível. Quan to mais complexo o problema, mais útil se torna tadas cie 1U1 este tipo de diagrama. Como o processo de construção é muito demorado, cada diagrama deve lanejado para que represente efetivamente só os dados mais represen- tativos do ponto de vista geológico. O d i a g r a m a e m painel, geralmente usado para um conjunto de poços erfurados em uma área, é o mais simples dos métodos de representação tridimensional. Para sua construção pode-se proceder da seguinte maneira: a ) Colocar as locações dos poços e seções colunares superficiais em um a-base. Desenhar uma linha vertical em cada locação, a partir dela. b) Determinar um plano de referência, tal como: elevação do terreno, elevação de um nível de referência (por exemplo, nível do mar) ou um hori- zonte estratigráfico específico. Escolher uma escala vertical para as seções, de tal modo que as feições essenciais da seção sejam mostradas sem muita interferência vertical dos painéis. c) P a r a diagramas estratigráficos, colocar o plano estratigráfico sele- • nado no mapa de locação do poço ou seção superficial, e o limite das demais formações, a partir deste ponto, de acordo com o intervalo estratigráfico. d) Para os diagramas estruturais, considerar todas as locações no terreno situadas em um mesmo plano horizontal. Colocar os pontos acima ou abaixo do plano horizontal. Posições de outros limites de rochas sedimentares serão colocadas de acordo com outros intervalos estratigráficos em ambos o r l a d o s do plano estrutural. As seções usadas nos diagramas em painel devem ser escolhidas com base em suas posições relativas e suas variações litológicas e estratigráficas. Onde for possível escolher entre várias seções, dever-se-á selecionar aquelas ue apresentarão no painel orientações mais vantajosas, além de mostrar maior variação nas relações litológicas e estratigráficas. A interferência no • i e n t re as várias seções, pode ser evitada selecionando-se escalas ver- ticais favoráveis ou, então, convertendo-se o mapa em base isométrica. USOS DAS TÉCNICAS DE ILUSTRAÇÃO Algumas das técnicas de ilustração, usadas durante a apresentação dos sultados de campo e/ou laboratório, foram aqui explicadas. Entre essas técnicas umas são mais adequadas para representação de dados de geologia de superfície (seções ou perfis geológicos), outras são mais próprias para mostrar resultados de geologia de subsuperfície (seções ou perfis estrati- ráficos inclusive diagramas em painel) e outras, ainda, são usadas indife- rentemente (seções colunares). Isso não implica em que,haja exclusividade de uso dessa ou daquela técnica em geologia de superfície ou de subsuperfície. trabalhos preliminares de campo, inclusive amostragem 15 Além disso, qualquer pessoa que trabalhe em pesquisas de rochas sedi- mentares por geologia de subsuperfície (sondagens) deve ter certa familiaridade com problemas específicos envolvidos, tais como, de métodos de perfuração e seus efeitos na amostragem, processos de perfilagens geofísicas, etc. Não entraremos em detalhes sobre esses problemas porque fogem ao escopo deste compêndio, mas os interessados podem recorrer ao livro do Simpósio sobre geologia de subsuperfície em exploração petrolífera, editado por Haun e Leroy (1958) ou ao "Manual de geologia de subsuperfície" de Moore (1964). Amostragem de sedimentos GENERALIDADES A impossibilidade de, na prática, analisar uma formação sedimentar inteira obriga-nos a trabalhar com amostras. Nessas operações, frequente- mente, tem-se que recorrer à teoria da amostragem, que é um estudo das relações existentes entre uma população e as amostras dela extraídas. É esta teoria de grande importância em estabelecimento de muitas conjeturas, por exemplo, é útil para a avaliação de grandezas desconhecidas da população, como sua média, variância, etc. Essas grandezas são frequentemente deno- minadas parâmetros populacionais ou, abreviadamente, parâmetros, avaliados a partir do conhecimento de grandezas correspondentes das amostras (como a média da amostra, sua variância, etc), muitas vezes denominadas estatísticas amostrais ou, abreviadamente, estatísticas. A teoria da amostragem é também útil para determinar se as diferenças observadas entre duas amostras são realmente devidas a uma variação casual ou se são verdadeiramente signi- ficativas. As respostas a essas questões implicam no uso dos denominados testes de significância e hipóteses, que são importantes na teoria das decisões. Uma amostra é parte de um conjunto (população = conjunto de indi- víduos) que apresenta as propriedades do conjunto. A validez das conclusões finais é função de quanto as amostras são representativas, quando se considera que os métodos de análise empregados descrevem corretamente aquela amostra. O termo rochas estratificadas, usado muitas vezes no passado e ainda atualmente^. para designar as rochas sedimentares, expressa claramente o fato que em sequências verticais de rochas sedimentares suas propriedades não são homogéneas por espaços muito grandes. Portanto uma amostragem mais representativa possível dessas variações é o pré-requisito mais importante para os estudos sedimentológicos, porque amostragem insuficiente ou errónea não pode ser corrigida mesmo pelos métodos mais exatos de laboratório. Basica- mente, a amostragem deve almejar a inclusão de uma "fase" (Apfel, 1938) em cada amostra individual. Em sedimentos elásticos esta fase corresponde a um período específico de condições constantes de transporte e, em sedi- mentos químicos e biogênicos, correspondem a períodos de condições fisico- -químicos ou biofísico-químicos constantes no ambiente deposicional. 16 introdução à sedimentologia Na prática, surgem muitas dificuldades porque nem sempre é simples e muitas vezes é mesmo impossível reconhecer as fases individuais (zona de homogeneidade), cujas dimensões podem variar de escalas microscópicas (delgadas lâminas argilosas intercaladas em arenitos ou calcários) a centenas de metros (depósitos de morena glacial, alguns "loessitos"), e, ocorrendo frequentemente, transições graduais tornam quase que impossível o reco- nhecimento das várias fases presentes. O interesse por um sedimento e portanto pela sua amostragem para estudos mais detalhados de laboratório pode ter várias origens. Pode ser o caso de exploração económica de um calcário para fabricação de cimento ou pode ser simplesmente o caso de coleta de amostras para suplementar quantitativamente os dados de campo. Por outro lado, o estudo pode envolver considerações sobre as condições de sedimentação, agentes formadores do depósito, possíveis rochas matrizes, etc. Além das observações gerais, que devem ser feitas durante asdescrições das seções litológicas, como um todo, existem outras observações especí- ficas, que devem ser feitas no campo, quando amostras de sedimentos são coletadas. Esses dados específicos incluem os seguintes itens: a) Locação da amostra - por meio de um ponto no mapa da área em estudo ou referida a algum marco geográfico. b) Natureza do ponto de amostragem - corte de estrada, afloramento natural (vales de rios, bossorocas, etc). c) Natureza do material amostrado - tipo litológico, porção amostrada da camada etc. d) Tipo de amostra - pontual, composta, obtida de vários pontos, amostra de canal etc. e) Relação entre a amostra e as rochas circundantes - logo abaixo da zona colorida por intemperismo, cortada por juntas ou diaclases, etc. f) Topografia do sítio de amostragem - fundo de rio, terraço, topo de um morro, etc. g) Profundidade da amostra - em relação à superfície do terreno no ponto de amostragem. h) Zona intemperizada - profundidade da zona no ponto amostrado. i) Avaliação de campo da amostra para a finalidade proposta - avaliação em graus: excelente, boa, regular ou ruim, é desejável, quando são coletadas muitas amostras e os trabalhos de laboratório deverão envolver algumas amostras escolhidas ao acaso para delinear o escopo do estudo. FINALIDADES DA AMOSTRAGEM As finalidades previstas para as amostras, que são colhidas durante os trabalhos de campo, permitem diferenciá-las em vários tipos: a) Amostra de referência - Em material inconsolidado, uma amostra de referência pode consistir simplesmente de um pequeno frasco do material trabalhos preliminares de campo; inclusive amostragem 17 (areia, silte ou argila). A coleta^de tais" amostras não oferece dificuldades a não ser quando se deseja preservar as estruturas, tais como, o acamamento e a orientação de seixos, etc. Quando se deseja conservar essas estruturas, elas devem ser colhidas sem perturbação, com cuidados especiais, execu- tando-se previamente uma aplicação de algum tipo de plástico, segundo técnicas que estão descritas em parágrafos posteriores deste compêndio. Se a rocha for dura, a amostra de referência poderá ser constituída de um fragmento da mesma. O tamanho deste fragmento poderia ser de um bloco com 7 x 10 cm de área e 2,5 a 3 cm de espessura. b) Amostra de análise para fins económicos — As amostras de sedimentos coletados para fins económicos apresentam alguns problemas peculiares, mas, em geral, os mesmos métodos de amostragem ou processos similares aos usados para estudo científico detalhado de laboratório podem ser usados. A análise para fins económicos pode ser feita com diversas finalidades, tais como, para determinação do conteúdo de CaO e MgO do calcário para fabricação de cimento; granulometria e constituição mineralógica de cas- calhos, como material de construção; e análise de teor de S iO, em areias, para fabricação de vidro ou para fundentes, etc. cj Amostra para estudos detalhados de laboratório — Uma escolha ade- quada de amostras, necessária em qualquer estudo detalhado de sedimentos, deve levar em consideração muitos elementos para que os resultados finais não sejam empobrecidos pela coleta feita sem visão dos propósitos do estudo. Os sedimentos podem variar em termos de tamanho de suas partículas, grau de seleção, estratificação, grau de compactação, grau de alteração, etc. Em qualquer formação, sempre se deve levar em conta as variações tanto verticais quanto horizontais, presença ou ausência de estratificação, mudanças de espessuras das camadas de sedimentos, mudanças de forma dos corpos litológicos, tamanho e arranjo das partículas devem ser observados e anotados. Infelizmente não existem teorias matemáticas que determinem a priori a técnica de amostragem adequada para cada caso. Existem regras práticas, baseadas na experiência, que são até certo ponto satisfatórias, e que podem ser conferidas pelas teorias estatísticas. AMOSTRAGEM NORMAL EM AFLORAMENTOS As formações sedimentares expostas em afloramentos são as mais con venientemente amostradas, porque permitem exame local detalhado, que poderá ajudar na escolha de um critério mais adequado de amostragem. Dado um afloramento, o problema da amostragem envolve os seguintes itens: número necessário de amostras, tamanho adequado das amostras, necessidade ou não de preservação de estruturas ou orientação das partículas. Numerosas amostras coletadas de uma particular camada em estudo podem ser comparadas com outra série de amostras tomadas da mesma camada em outro local. A distância entre as amostras individuais de uma seção depende da espessura de cada "fase" e do tipo de estudo proposto. 18 introdução à sedimentologia Para investigações regionais de certas propriedades de depósitos minerais sedimentares ou de camadas individuais, que serão pesquisadas em conjunto, amostras misturadas (compostas) são frequentemente suficientes. Estas são obtidas pela mistura de partes iguais de numerosas amostras simples dis- tribuídas ao acaso através da espessura total da camada. U m a outra maneira de se obter uma amostra integrada desse tipo seria por meio da amostragem de canal. T I P O S D E AMOSTRAS DE A F L O R A M E N T O S a) Amostras pontuais U m a amostra isolada, tomada de um ponto particular sobre o aflora- mento, pode ser chamada de amostra pontual. Tais amostras são coletadas e guardadas separadamente, distinguindo-se assim das amostras compostas. A decisão para á coleta de uma amostra pontual pode ser baseada na aparente homogeneidade do depósito, como se apresenta à primeira vista. Se o afloramento for constituído de um banco de areia ou silte, ou mesmo til glacial, uma simples amostra pode ser tomada de qualquer ponto conve- niente do afloramento. Se for verificada diferença de granulação da base para o topo, poderão ser coletadas tres amostras : uma na base, outra no meio e a última no topo do banco. Quando a exposição for horizontal, tal como a superfície de uma duna ou de uma praia, as amostras poderão ser coletadas de várias maneiras. Um método simples consiste em escavar buracos com paredes verticais e colher amostras de uma das paredes assim expostas. U m a amostra pontual é estritamente válida para o ponto que está sendo amostrado. Uma amostra desse tipo pode ser usada para generalizar o tipo do material exposto em afloramento somente quando houver bastante homo- geneidade. Se ocorrerem variações verticais ou horizontais, ou áreas extensas forem estudadas, é melhor realizar uma série bastante grande de amostras pontuais. b) Amostras seriadas Amostras pontuais, que integram um conjunto de amostras, são chamadas de seriadas. Elas são coletadas segundo um plano preestabelecido, envol- vendo intervalos de espaçamentos arbitrários, mas geralmente equidistantes. Na prática ocorrem problemas de dificuldade de acesso ou outros fatores que impedem a manutenção de espaços equidistantes. Amostras seriadas podem ser arranjadas ao longo de uma linha trans- versal a uma formação geológica ou podem representar um conjunto de amostras coletadas a certos intervalos ao longo de um rio ou de uma praia. Da mesma maneira, o conjunto em série pode se estender verticalmente ao longo da espessura de uma formação. Quando as séries são assim arranjadas, ao longo de uma linha, a série é linear e não é necessário que a linha seja reta. trabalhos preliminares de campo,-inclusive amostragem 19 Em contraste com as amostras das séries lineares, tanto verticais como horizontais, existem as amostras em rede, coletadas sobre uma superfície ou sobre a face vertical de um afloramento. A rede pode apresentar um padrão quadrangular com espaçamento de acordo com o detalhe com que o trabalho deverá ser executado. As amostras são coletadas nos pontos de interseção destas linhas. À medidaque as amostras são colhidas sobre uma área, deve ser prestada atenção a quaisquer variações que possam ocorrer de uma amostra para outra. Se forem notadas mudanças ocasionais, deverão ser coletadas amostras intermediárias no intervalo entre os dois pontos, para cobrirmos a transição; por outro lado, se mudanças pronunciadas ocorrerem entre cada amostra sucessiva, dever-se-á reduzir para metade os intervalos dos pontos em toda a área. Em muitos casos, uma simples rede retangular pode ser usada. No estudo de cones aluviais, por exemplo, pode-se escolher uma serie de arcos concên- tricos de circunferências para espaçarmos as amostras igualmente a partir do ápice do leque. Em alguns casos o espaçamento entre as redes pode ser executado em escala logarítmica. Por exemplo, se for suspeitado que alguma propriedade dos sedimentos varia exponencialmente, a partir de sua fonte para fora, então a amostragem será menos espaçada próxima à fonte e for- necerá dados mais críticos na parte mais inclinada da curva exponencial. A coleta de amostras, tanto lineares como em rede, considera que a formação aflora nos pontos de interseção. Se tal não suceder (caso mais comum) deverão ser colhidas amostras em afloramentos mais próximos ou fazer uma perfuração no ponto exato previsto para amostragem. Abaixo, indicamos algumas situações em que as amostragens lineares ou em rede (amostras seriadas) são indicadas: Praia - Se uma praia estiver sendo estudada no que diz respeito às suas características granulométricas, por exemplo, as amostras poderão ser arranjadas em séries lineares, próximas à costa. Mas, se somente uma li- mitada faixa de uma praia estiver sendo investigada, poderá ser usada amos- tragem em rede, envolvendo um conjunto de amostras ao longo da costa, outro nas águas rasas e outro na praia. Rio - Um conjunto linear de amostras deve fornecer as mudanças nas características dos sedimentos, rio abaixo; ou uma rede pode ser estabele- cida sobre um terraço ou banco para o estudo detalhado das variações. Em geral, as amostras seriadas são indicadas, quando se pretende estudar as variações de ponto para ponto, ao longo ou sobre um depósito sedimentar. c) Amostra de canal Amostra de canal é aquela tomada de uma zona estreita e longa de um afloramento. Os canais envolvem uma faixa contínua de materiais do topo à base da zona do canal. Essas amostras são importantes quando se procura definir as características médias da formação. Consequentemente,
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