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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA SEDIMENTOLOGIA E PETROLOGIA SEDIMENTAR Código da disciplina – GEL 019 Prof. Alexandre Uhlein Guilherme Labaki Suckau Júlio Carlos Destro Sanglard 2 SUMÁRIO 01 – Origem e natureza das rochas sedimentares...........................................................................03 02 – Importância das rochas sedimentares......................................................................................05 03 – Intemperismo e o ciclo sedimentar............................................................................................06 04 – O ciclo sedimentar: erosão, transporte e deposição.................................................................07 05 – Tipos de transporte sedimentar.................................................................................................09 06 – Textura de rochas sedimentares...............................................................................................10 07 – Classificação das rochas sedimentares....................................................................................16 7.1 Rochas terrígenas / siliciclásticas.........................................................................................17 7.2 Rochas carbonáticas............................................................................................................23 7.3 Rochas evaporíticas.............................................................................................................29 7.4 Rochas ricas em ferro: formação ferrífera (bif).....................................................................32 7.5 Sedimentos silicosos............................................................................................................34 08 – Tipos de bacias sedimentares...................................................................................................35 8.1 Introdução: tectônica de placas............................................................................................36 8.2 Classificação das bacias sedimentares: Margens divergentes, convergentes e intraplacas..............................................................37 09 – Transporte e estruturas sedimentares......................................................................................39 10 – Estruturas sedimentares............................................................................................................44 10.1 Estruturas erosionais..........................................................................................................44 10.2 Estruturas sindeposicionais................................................................................................44 10.3 Estruturas pós-deposicionais.............................................................................................50 11 – Geometria e mudança lateral de fácies em depósitos sedimentares. Noção de fácies............52 12 – Ambientes de sedimentação e fácies sedimentares.................................................................54 12.1 Leque aluvial......................................................................................................................58 12.2 Ambiente fluvial..................................................................................................................59 12.3 Ambiente desértico.............................................................................................................64 12.4 Ambiente lacustre...............................................................................................................67 12.5 Ambiente glacial.................................................................................................................71 12.6 Ambiente deltáico...............................................................................................................77 12.7 Ambientes costeiros (litorâneos)........................................................................................85 12.8 Ambiente marinho raso (plataformal).................................................................................93 12.9 Ambiente marinho profundo (leque submarino).................................................................98 12.10 Ambientes de sedimentação de carbonatos..................................................................102 13 – Mineralogia de rochas sedimentares......................................................................................104 14 – Diagênese...............................................................................................................................105 15 – Petrologia Sedimentar: uma introdução..................................................................................108 3 01. ORIGEM E NATUREZA DAS ROCHAS SEDIMETARES 1 - Rochas detríticas, clásticas, siliciclásticas. 2 – Rochas químicas / bioquímicas 4 Faça uma comparação entre os dois modelos para formação de rochas sedimentares. Compare, em especial, os seguintes aspectos: 1. Relevo da área fonte; 2. Mecanismo de transporte; 3. Mecanismos de sedimentação; 4. Produto gerado na bacia sedimentar. 5 02. IMPORTÂNCIA DAS ROCHAS SEDIMENTARES 1- Recursos minerais energéticos: petróleo, carvão, gás. 2- Argilominerais (caolinita, ilita, bentonita, montmorilonita): tijolos, telhas, cerâmica, lama de perfuração. 3- Rocha de revestimento e construção civil, como rocha ornamental: arenitos, calcários. 4- Produção de cimentos (concreto): calcário + gipsita + argilomineral. 5- Areia: construção civil, indústria do vidro. 6- Ouro, diamante, gemas (pedras semi-preciosas): cascalhos de rios e conglomerados. 7- Minerais químicos e fertilizantes: Evaporitos (NaCl, sulfatos, KCl, S) paraprodução de remédios e produtos químicos. Fosforito (apatita sedimentar) � Fósforo (P) para fertilizantes 8- Extração de ferro (jaspilito/itabirito) e manganês sedimentares; 9- Extração (lavra) de sulfetos (Pb-Zn) em arenitos/calcários. 6 03. INTEMPERISMO E O CICLO SEDIMENTAR 1 - Conceito: intemperismo é um conjunto de modificações de ordem física (desagregação) e química (decomposição) que as rochas sofrem ao aflorarem na superfície da Terra. Produtos do Ciclo Sedimentar: Intemperismo: -rocha alterada -solo � Erosão Transporte Sedimentação � Aplainamento do relevo 2 - Fatores que influem no intemperismo: • Clima – variação de temperatura e distribuição das chuvas; • Relevo – regime de infiltração das águas; • Cobertura vegetal – matéria orgânica para reações químicas; • Tipo de rocha; • Tempo geológico; 3 – Tipos de Intemperismo: • Físico – desagregação da rocha em partículas. Variações de temperatura, congelamento de água em fissuras, cristalização de sais, formação de juntas de alívio, raiz. • Químico – ação de água da chuva (pH ácido) que infiltra nas rochas. Provoca reações de hidratação, dissolução, hidrólise e oxidação dos minerais das rochas. H2O + CO2 � H2CO3 (reduz o pH das águas subterrâneas – SOLVENTE) Componentes solúveis são retirados em solução, Na, K, Ca, Mg, Si – Soluto. Formam-se argilominerais. Componentes insolúveis (óxidos Fé/Al) ficam retidos no solo 4 – Intemperismo e o ciclo sedimentar Estabilidade tectônica + cobertura vegetal � Intemperismo químico (lixiviação) � Sedimentos químicos em bacias marinhas LEIA MAIS: 1. Decifrando a Terra, cap. 8,pg. 139 a 165. 2. Geologia Sedimentar, cap. 2, pg. 11 a 22. Mudança climática e/ou tectônica (sem cobertura vegetal) � Intemperismo físico (erosão física) � Sedimentos clásticos, conglomerados e arenitos em bacias sedimetars 7 04. O CICLO SEDIMENTAR: EROSÃO, TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO 1 – Agentes geológicos que operam na superfície da Terra Rios, ventos, geleiras, águas superficial e subterrânea; Ondas, marés e correntes oceânicas 2 – Ciclo sedimentar: erosão, transporte e sedimentação. 8 3 – Erosão Desgaste da superfície da Terra por processos físicos, químicos e biológicos. Remoção de detritos. Tipos de erosão: pluvial, fluvial, marinha, eólica, glacial. 4 – Transporte Carreamento ou remoção dos produtos do intemperismo e da erosão. Movimentos de massa (fluxos gravitacionais), ação da água (chuva e rios), ação do vento, geleiras, ondas, marés, correntes marítimas. Fluxo fluido (baixa viscosidade) Mecânico (grãos) Tipos Químico (soluto) Íons em solução Fluxo denso (alta viscosidade) 5 – Deposição / sedimentação Noção de bacia sedimentar e do nível de base (nível do mar) Acumulação de partículas minerais em meio subaquoso ou subaéreo. Tipos (1) diminuição da velocidade da corrente e ação da gravidade sobre sólidos granulares (areia, silte, etc.) (2) variação de parâmetros químicos (pH, Eh, solubilidade) e atividade orgânica sobre íons, em meio aquoso. LEIA MAIS: 1. Decifrando a Terra, cap. 9, pg. 167 a 190. 2. Geologia Sedimentar, cap. 3, pg. 23 a 42. 3. Para entender a Terra, cap. 8. pg. 195-224. 9 05. TIPOS DE TRANSPORTE SEDIMENTAR 1 - Fluxo de baixa viscosidade Mecanismo de transporte em função da granulometria, densidade e morfometria. Ex: Rios, ondas, marés, vento. 2 - Fluxo denso / alta viscosidade Grande concentração de sedimentos, com maior coesão e atrito. � Declives (encostas e taludes); � Deposição com diminuição do gradiente; � Caráter episódico. Tipos de fluxos densos: • Escorregamento e deslizamento; • Fluxo de lama e detritos; Fluxo laminar devido à alta viscosidade. Matriz pelítica sustenta os clastos grosseiros. • Corrente de turbidez; Água e sedimentos com alta turbulência. Arraste Saltação Rolamento Suspensão(argila) Resistência Força peso 10 06. TEXTURAS DE ROCHAS SEDIMENTARES Textura é um elemento descritivo das rochas sedimentares, importante na classificação da rocha, interpretação do mecanismo deposicional e ambiente. Permite inferir relação entre porosidade e permeabilidade. 1 – Granulometria Fundamental para rochas detríticas (Φ da partícula sedimentar). Utiliza-se a escala granulométrica de Wentworth (1922) para sedimentos terrígenos. No caso de calcários, dolomitos e evaporitos, mede-se o tamanho dos cristais. A granulometria reflete a energia hidráulica do ambiente. Denominação da partícula Diâmetro em mm Matacão (boulder) > 256 Calhau (cobble) 64 - 256 Seixo (pebble) 4 - 64 Cascalho Grânulo (granule) 2 - 4 Areia (sand) 1/16 (0,062) – 2 Silte (silt) 1/265 (0,004)–1/16 (0,062) Argila (clay) < 1/256 (0,004) 11 2 – Seleção Significa a redução do tamanho dos grãos ao longo do transporte e uma conseqüente homogeneização granulométrica, formando um sedimento com puçás classes granulométricas. Estimativa visual da SELEÇÃO A – Histograma de composição granulométrica de um sedimento mal selecionado, com 11 classes texturais. B – Histograma de um sedimento bem selecionado. 3 – Morfologia do grão Forma – razões entre os eixos longos, intermediário e curto. Esfericidade – relação entre a forma do grão e uma esfera. Arredondamento – Curvatura das arestas do grão. Reflete o tempo/distância do transporte. 12 Esfericidade e arredondamento: Em geral, quanto maior o transporte sedimentar melhor o índice de esfericidade e arredondamento. 13 4 – Maturidade textural O grau de seleção, arredondamento e conteúdo de matriz indicam a maturidade textural. Exemplos: * Arenito imaturo – pobremente selecionado, grãos angulares, alguma matriz. * Arenito maturo – bem selecionado, grãos arredondados, poucas classes granulométricas, não possui matriz. A maturidade de um sedimento detrítico é uma medida do quanto o sedimento foi intemperizado, transportado e retrabalhado, até atingir o produto final. Para um arenito, o produto final ideal é a areia quartzosa pura. Maturidade ESTÁGIO DE MATURIDADE (arenitos, ruditos) IMATURO SUB MATURO MATURO Maturidade mineralógica Vários minerais, especialmente feldspato, mica, fragmentos de rocha Quartzo abundante, mas outros minerais (argila, feldsp., mica, etc) também presentes Quartzo puro, outros minerais raros ou ausentes Pouco selecionado; muitas classes granulométricas Areia + muito silte e argila ou conglomerado de quartzo Excelente seleção; somente classe areia Maturidade textural Fragmentos angulosos Grãos iniciando o arredondamento Arredondamento excelente Brecha Conglomerado Arcósio Conglomerado de qzo Arenito lítico Arenito impuro Quartzo arenito Exemplos Grauvaca Exemplos: Relevo íngrime e próximo com erosão rápida � sedimento imaturo Relevo moderado e plano � sedimento maturo - Relação entre textura, estrutura da bacia e geometria do litossoma (sedimento): 1. Subsidência rápida e deposição rápida, forte levantamento na área fonte, forte subsidência, com espessa acumulação. Ex: fanglomerados de borda de bacia continental; “flysch” de geossinclíneos; molassa proximal. 2. Subsidência lenta e deposição lenta. Ex: arenitos em forma de lençol, maturos (depósitos eólicos de bacia intracratônica). Mineralógica Textural 14 Conglomerado com a frabric suportada pela matriz. 5 – Cor - Informa sobre litologia, ambiente de sedimentação e diagênese. Depende de fatores mineralógicos/geoquímicos como estado de oxidação do ferro e conteúdo de matéria orgânica. Cores Cores primárias: branca, cinza, preta, verde. Cores secundárias: vermelho, amarelo, castanho. Cor branca: sedimento puro, sem Fé e Mn; Cor cinza/preta: matéria orgânica; Cor vermelha/amarelada: hidróxidos de ferro (intemperismo); Cor verde: minerais com Fe++ = clorita, glauconita. 6 – Fabric sedimentar - Refere-se ao arranjo dos grãos no sedimento, como orientação de clastos (imbricação) e empacotamento (predomínio de matriz ou arcabouço). Compactação mecânica Grãos rígidos, mais ou menos esféricos, produzem empacotamento aberto com arranjo cúbico. Devido à compactação por soterramento forma-se um empacotamento fechado, com arranjo romboédrico entre os grãos detríticos. Tipos de contatos entre os grãos: Evolução diagenética do sedimento Primárias (soterramento) Secundárias (intemperismo) Foto de ortoconglomerado. Arcabouço auto-suportado15 7 – Porosidade e Permeabilidade Porosidade é a porcentagem de espaços vazios da rocha, quando comparada com seu volume total. Importante na prospecção de petróleo, gás e água subterrânea. Primária Intergranular Tipos Secundária Fraturamento (tectônico Cárstica (dissolução) Fatores que influem na porosidade primária: • Porosidade aumenta com a diminuição da granulometria; • Porosidade aumenta com o grau de seleção; • Porosidade diminui quando aumenta o grau de arredondamento e esfericidade; • Porosidade diminui quanto maior a compactação e cimentação; Areia 35-50% � Arenito 10-20% Permeabilidade é a propriedade que permite a passagem de fluidos através de uma rocha. Fatores que favorecem a permeabilidade: • Permeabilidade aumenta com o aumento da granulometria e grau de seleção; • Esfericidade e empacotamento dos grãos. Tabela com Φ da partícula / volume de poros e permeabilidade: LEIA MAIS 1. Decifrando a Terra, cap. 9, pg. 168-179 e cap. 14, pg. 292-301. 2. Geologia Sedimentar, cap. 5, pg. 57-83. 3. Sgarbi, G.N.C, 2007. Rochas Sedimentares. In: Petrografia macroscópica das rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. Sgarbi, G.N.C (Organizador). Editora da UFMG,pg. 273-446. MATERIAL Φ PART. mm POROSIDADE % PERMEABILIDADE Cascalho 7 a 20 35 Muito alta Areia grossa 1 a 2 37 Alta Areia fina 0,3 42 Média Silte/argila 0,04 a 0,006 50 a 80 Baixa/muito baixa 16 07. CLASSIFICAÇÃO DE ROCHAS SEDIMENTARES Origem sedimentar • presença de estratificação • presença de estruturas sedimentares • presença de fósseis • presença de grãos/clastos (transporte) • minerais sedimentares (glauconita, chamosita) 4 grupos principais: Rochas terrígenas (siliciclásticas) Rochas bioquímicas Biogênicas/orgânicas Precipitados químicos Vulcanoclásticas Ruditos conglom., brechas Arenitos Lutitos (Pelitos) Calcários/dolomitos Cherts Fosforitos Jaspilitos Evaporitos Lahars Arenitos tufáceos 1 – Rochas terrígenas (clásticas/siliciclásticas) ou detríticas. São constituídas por grãos detríticos (quartzo, feldspatos, argilo-minerais e fragmentos de rocha) que incluem ruditos (psefitos), arenitos (psamitos) e lutitos (pelitos). Ruditos Clastos grandes conglomerado (s.,b.,m.) brecha com ou sem matriz Psamitos (arenitos) grãos entre 2,0–0,062mm c/ estratificação e estruturas sedimentares Lutitos (pelitos) grão fino < 0,062mm e constituído por argilo-minerais e quartzo (tamanho silte) 2 – Bioquímicas / biogênicas e orgânicas Calcários → >50% CaCO3 e reagem com HCl → fósseis. Dolomitos → >50% CaMgCO3 e não reagem com HCl frio. Cherts → rocha silicosa, microcristalina. Fosforitos → fragmentos e/ou nódulos fosfáticos de granulometria variável. Sedimentos orgânicos: turfa → linhito → carvão (teor de C) 3 – Precipitados químicos Sedimento formado por precipitação de íons dissolvidos na água, por alteração no pH, Eh, solubilidade. Evaporitos → gipsita, anidrita, halita, silvinita, carnalita. São formados por precipitação química a partir da evaporação da água salgada. Jaspilitos → sedimentos químicos com chert + hidróxidos de ferro. 4 – Sedimentos vulcanoclásticos São compostos por material vulcânico (fragmentos de lavas, vidro vulcânico, cristais) e material epiclástico (quartzo, argilo-minerais). Lahars → avalanche de material piroclástico no flanco de vulcões. LEIA MAIS 1. Geologia Sedimentar, cap. 7, pg. 161-204. 2. Decifrando a Terra, cap. 14, pg. 286-304. 3. FOLK,1980. Petrology of Sedimentari Rocks. 4. TUCKER, 1981. Sedimentary Petrology: an introduction. 5. Sgarbi, G.N.C, 2007. Rochas Sedimentares. In: Petrografia macroscópica das rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. Sgarbi, G.N.C (Organizador). Editora da UFMG,pg. 273-446. 17 7.1 – Rochas terrígenas / siliciclásticas Mineralogia: Quartzo (35 a 50%) Calcita Feldspatos (5 a 15%) Opala, calcedônia Fragmentos de rochas (5 a 15%) Minerais autigênicos Argilo-minerais (25 a 35%) Sulfatos (gipsita, barita) Mineraispesados (0,5%) Granulometria: Componentes das rochas terrígenas 1 – Arcabouço – fração clástica principal, que dá nome à rocha. 2 – Matriz – material clástico mais fino (intersticial). 3 – Cimento – material precipitado (ortoquímico) formado em estado diagenético (pós-deposicional). Classificação das rochas terrígenas 1 – Textural (granulometria) RUDITO (Psefito) ARENITO (Psamito) LUTITO (Pelito) Proporção de matriz, arredondamento. 2 – Mineralógico (proporção QFL – quartzo, feldspato, fragmentos rochas) Qzo-arenito Arenito feldspático (arcósio) Arenito lítico Diversidade composicional 3 – Geométrico (estrutura sedimentar) Fissilidade → folhelho Ritmicidade → ritmito Existem, também, termos intermediários em relação a granulometria. Ex: � 70% areia + 30% silte/argila → arenito lutáceo � 70% silte/argila + 30% areia → pelito arenoso Existem, também, termos intermediários entre rochas detríticas e químicas (FOLK, 1968). Ex: � componentes terrígenos (T) quartzo, feldspato, argilo-minerais � comp. aloquímicos (Alo) oólitos, fósseis, intraclastos � comp. ortoquímicos (O) calcita microcristalina, espática Diagrama triangular para classificação geral das rochas sedimentares CASCALHOS Grânulos Seixos Calhaus Matacão >256mm 256 – 64mm 64 – 4mm 4 – 2mm AREIAS 2 – 16 1 mm (0,062) SILTE 16 1 - 256 1 mm (0,004) ARGILA < 0,004mm 18 7.1.1– Ruditos >2mm Granulometria maior que areia → Arcabouço grânulo, seixo, calhau, matacão. Forma, tipo depende rocha fonte petrologia mecanismo de transporte ambiente de sedimentação Quantidade de matriz: conglomerado suportado pelo clasto → ORTO conglomerado suportado pela matriz → PARA Arredondamento dos clastos do arcabouço Conglomerado Brecha Petrofábrica: clastos imbricados (orientação do eixo maior do seixo). Estratificação em conglomerados pode ser observada em função de: Geometria de corpos conglomeráticos • Leque – forma de cunha, próximo de escarpas. • Lenticular – preenche paleocanal (descontínuos). • Forma em lençol – pouco espessos e contínuos 1) Mudança no tamanho e/ou composição dos clastos; 2) Mudança na seleção granulométrica. Arredondamento dos seixos é um bom índice do grau de maturidade do conglomerado. Seixos de abrasão eólica → ventifactos Faces estriadas → glacial Alguns padrões de petrofábrica de seixos em cascalhos e conglomerados: (A) eixo maior longitudinal à corrente em planta e imbricado em perfil. (B) eixo maior transversal à corrente e imbricado em perfil. (C) sem qualquer orientação preferencial. O mecanismo de transporte define se os clastos serão orientados ou não. Estrutura organizada Estrutura desorganizada Camadas c/ e s/ estratif. gradacionais em depósitos de conglomerados. 19 Tipos de conglomerados Classificação baseada na textura, composição mineralógica ou ambiente (ex: conglomerado glacial, fluvial, etc.) Ortoconglomerado: predomina clasto oligomítico areia grossa polimítico cimento. Paraconglomerado (Lamito conglomerático) Diamictitopredomina matriz (silto/argilosa) com seixos e calhaus dispersos, polimítico. Brechas intraformacionais: Retrabalhamento fragmentos de argilito/folhelho de material recém em matriz arenosa depositado. intraclastos carbonáticos Aglomerados (conglomerados piroclásticos) e brechas vulcânicas Matriz rica em vidro vulcânico. 7.1.2– Arenitos Areias litificadas (2 – 0,062mm) Rocha- fonte Resíduos de processos intempéricos superficiais transporte Deposição de areias Litificação Transformações diagenéticas (compactação, cimentação) ARENITO Eliminação de minerais instáveis; Concentração de minerais estáveis; Reconstrução de proveniência, tectônica, clima, tipo de transporte, tempo e duração do transporte, ambiente deposicional, condições físico-químicas da diagênese. Petrologia de arenitos: • Mineralogia: minerais detríticos e químicos (cimento). • Textura: arredondamento, granulometria, seleção. • Estruturas sedimentares: indicam processos deposicionais � Estruturas de correntes estratificação cruzada (hidrodinâmicas) marca ondulada marca de sola estratificação gradacional � Estruturas deformacionais Sobrecarga, escape de fluidos, etc. � Estruturas biogênicas Pistas, pegadas e tubos → atividade orgânica, icnofósseis � Estruturas químicas Concreções Arenitos → rochas estratificadas Lâmina – menor estrato visível (<1cm) Fissilidade (folhelhos) – menor que laminação 20 Classificação petrográfica dos arenitos Maturidade de arenitos Maturidade física (textural) → remoção da matriz grãos / matriz química (mineralógica) → razão qzo / feldspato Maturidade → transporte � Redução e homogeneidade granulométrica � Arredondamento � Redução e eliminação de minerais instáveis FOLK (1968) Quantidades de • Qzo (%) • Feldspatos – F • Fragmentos líticos – R Razão F/R Fonte: Suguio, 2003. Geologia Sedimentar. 21 Descrição de arenitos mais freqüentes A) Arenito ortoquartzítico (Qzo-arenitos) >95% grãos de quartzo Alto grau de arredondamento, excelente seleção granulométrica Maturidade textural e mineralógica Geralmente marinhos – origem multicíclica B) Arenitos feldspáticos (arcoseanos) >25% grãos de feldspatos e placas micas detríticas Seleção pobre; arredondamento variável Coloração rósea Deposição rápida próximo da fonte granítica. C) Arenito lítico >25% grãos de fragmentos de rochas (sedimentares/metamórficas/vulcânicas) Pouca ou nenhuma matriz D) Wackes (grauvacas) Arenitos de cor cinza, ricos em matriz argilosa (>10%) Mal selecionada Arcabouço: quartzo, feldspatos, fragmentos líticos. Grãos angulosos com pouca seleção. Vários estádios de maturidade textural, segundo Folk (1951). Relação entre maturidade e ambiente deposicional Fonte: Suguio, 2003. Geologia Sedimentar. 22 7.1.3– Lutitos (Pelitos) Folhelho é o mais abundante microscópio Granulometria muito fina SILTE (0,062-0,004) Raio-X ARGILA (<0,004) Análise termo diferencial TIPOS Argilito – rocha maciça, argila litificada Folhelho – rocha argilosa com fissilidade Lamito – silte, argila e areia fina Siltito – silte litificado Ritmito – rocha laminada, com alternância silte/argila Mineralogia: quartzo (silte), argilo-minerais (caolinita, montmorilonita, ilita, clorita), carbonatos, matéria orgânica, óxidos de ferro, pirita, etc. Tipos de pelitos mais comuns: A) Folhelho: quartzoso, micáceo, clorítico, caoliníco B) Folhelho carbonoso (folhelho negro): 3 a 15% mat. carbonosa Formado em condições anaeróbicas (pirita) C) Folhelho silicoso D) Folhelho calcítico / carbonático Diagrama triangular para classificação de lutitos * Ver “DECIFRANDO A TERRA”, pg. 297 e 298 23 7.2 – Rochas Carbonáticas Ocorrência: 25 a 35% das seções estratigráficas em bacias sedimentares Carbonatos Calcita Dolomita � rocha química bioconstruídos � rocha bioquímica, edifícios bioinduzidos � rocha clástica (calcirrudito, calcarenito) � cimento de rochas detríticas 7.2.1 – Sedimentos carbonáticos modernos Ambiente marinho de água rasa Ex: Bahamas – Flórida, Atóis – Oceano Pacífico, Costa oeste da Austrália Principais ambientes para sedimentação de carbonatos de água rasa Platô submerso de 700 x 300 km com 10m de lâmina d’água Constituição: � areias calcárias, esqueletos e oólitos � lama calcária, recifes (biohermas) Carbonatos marinhos de águas profundas � Turbiditos � Depósitos pelágicos São VASAS Gastrópodes (3.600m de prof.) e globigerina (foraminíferos ± 2000m) Em água profunda o CaCO3 fica dissolvido. 24 Carbonatos de bacias evaporíticas (forte salinidade) Associação com sulfatos (gipsita, anidrita) e cloretos. Caliche – solos endurecidos por precipitação de CaCO3 nos interstícios → clima árido / semi-árido Carbonatos de água doce (lacustres) Marga (calcário argiloso) → ambiente lacustre Travertino – calcário comum em cavernas 7.2.2 – Mineralogia � Calcita / Aragonita (CaCO3) → precipitação direta Aragonita → Calcita Transformações diagenéticas Mudança sist. cristalino – neomorfismo � Dolomita – CaMg(CO3)2 Gerada por substituição diagenética: entrada de fluidos Mg+2 � Siderita (FeCO3) e anquerita Ca(Mg,Fe)(CO3)2 → carbonatos em Sedimentos ferríferos. � Magnesita (MgCO3) calcedônia (quartzo microcristalino) � Sílica quartzo, feldspatos autigênicos argilo-minerais: ilita, glauconita � Sulfatos → gipsita e anidrita (CaSO4) � Fosfatos → colofano: fragmentos fosfáticos � Sulfetos → pirita, blenda (Zn), galena (Pb) � Óxidos → hematita 7.2.3 – Classificação químico-mineralógica 7.2.4 – Textura Granulação dos cristais Recristalização diagenética, com obliteração da textura primária. 25 7.2.5 – Componentes principais das rochas carbonáticas Aloquímicos Oólitos (<2mm) e pisólitos (>2mm), c/ estrutura interna Bioclastos (fósseis) – materiais esqueletais, algas, Foraminíferos, corais, braquiópodes, etc. Intraclastos – fragmentos de sedimentos carbonáticos Pellets – partículas pequenas (até 0,1mm), ovóides, sem estrutura interna Ortoquímicos Micrito – calcita microcristalina Típica de calcários afaníticos (calcilutitos) Águas tranqüilas – vasa / lama calcária Matriz deposicional ou singenética Calcita espática – calcita cristalina grosseira(0,02 a 0,1 mm), com limites entre cristais. Ocorre como cimento, que preenche espaços porosos e interstícios entre oólitos, fósseis, intraclastos e pellets. Classificação de calcários e comparação com rochas terrígenas. As proporções de lama e cimento espático indicam o grau de seleção ou energia da corrente do ambiente deposicional. Fonte: Suguio, 2003. Geologia Sedimentar. 26 7.2.6 – Estrutura dos carbonatos • Calcários clásticos Estratificações e laminações cruzadas, marcas onduladas • Estruturas de crescimento Biohermas → edifícios preservados com estruturas de crescimento. Ex: estromatólitos � Edifícios bioconstruídos → organismos (corais e algas vermelhas) formadores que deixaram carapaças. Recife � Edifícios bioinduzidos → construções calcárias (fosfáticas) formadas pelo metabolismo fotossintetizante de cianobactérias • Estruturas químicas (pós-deposicionais) Nódulos, estilólitos, cone em cone. 7.2.7 – Classificação das rochas carbonáticas � Calcários aloquímicos espáticos → componentes aloquímicos com cimento de calcita espática: (intraclastos, oólitos, fósseis, pellets) + calcita espática Rocha bem selecionada � Calcários aloquímicos microcristalinos → componentes aloquímicos com matriz de lama calcária (micrito). � Calcários microcristalinos → consistem apenas de vasa microcristalina (micrito). Fonte: Suguio, 2003. Geologia Sedimentar. 27 7.2.8 – Texturas e nomenclatura de calcários Componentes aloquímicos � Oólitos (< 2mm) e pisólitos (>2mm): fragmentos esferoidais, com estrutura concêntrica e núcleo. � Bioclastos (fósseis): restos orgânicos fragmentados (algas, foraminíferos, esponjas, corais, etc.). � Intraclastos: fragmentos líticos calcários. Pellets: partículas pequenas (até 0,1mm), ovóides, calcíticas, sem estrutura interna. Componentes ortoquímicos calcita microcristalina < 0,050mm Calcita espática (0,02 a 0,1mm) 28 29 7.3 – Evaporitos (Rochas Evaporíticas) Conceito: são rochas formadas pela evaporação de uma massa de água ou da água contida nos sedimentos. Sais contidos na água do mar (média) Cl- 19.400 ppm Ca++ 410 ppm Na+ 10.500 ppm K+ 390 ppm SO4-- 2.600 ppm SiO2 2 ppm Mg+1 1.300 ppm Princípios fundamentais 1 – As fácies obedecem uma ordem de precipitação: os menos solúveis primeiro CARBONATOS SULFATOS CLORETOS Anidrita Halita, Silvita, Gipsita Carnalita, Taquidrita 2 – Uma bacia evaporítica sempre sofre refluxo, controlado pelo abaixamento e levantamento do nível do mar. 3 – Fatores complicadores da seqüência ideal: � grande número de elementos traços no resíduo de água do mar → mineralogia complexa. � reações pós-deposicionais entre os sais precipitados e águas conatas trapeadas. � influxo e refluxo (retorno de salmouras para o mar aberto e não precipitandp a seqüência de topo). OBS – Evaporitos constituem importante fonte mineral para a indústria química. São desconhecidos no Pré-Cambriano, provavelmente devido a fragilidade e dificuldade de preservação. Evaporitos constituem fonte de: sal (Na,Cl) gipsita, anidrita; enxofre nativo; K, Mg, Br, I, Rb, Sr. Gipsita deposita diretamente da água do mar (CaSO4.2H2O), mas a anidrita é o mais comum mineral em sedimentos evaporíticos. Assim, acredita-se que gipsita é primário e anidrita (secundário → desidratação pós- deposicional). Anidrita CaSO4; Halita NaCl; Carnalita KMgCl3.6H2O; Silvita KCl; Taquidrita Ca0,5MgCl3.6H2O . 30 31 Exemplos de grandes bacias evaporíticas: Saskatchewan, Zechstein, Paradox, Amazonas. A Lagoa de Kara Bogas é o único exemplar atual de deposição evaporítica em grande escala e talvez o único depósito de carnalita. BACIAS MÚLTIPLAS – São bacias interconectadas, com várias barreiras. Ex.: Proto – Atlântico Sul 32 7.4 – Rochas sedimentares ricas em ferro: jaspilitos e formação ferrífera bandada (bif) Minerais (Fe) – principais minerais com ferro e ocorrência Magnetita (Fe3O4) – rochas ígneas, metamórficas Hematita (Fe2O3) – rochas sedimentares (itabiritos) Goethita (FeO.OH) – produto do intemperismo (lateritas) Siderita (FeCO3) – formações ferríferas Pirita (FeS2) – ocorrência variada Chamosita (Mg,Fe)3 Fe3 (AlSi3) O10 (OH)6 – formação ferrífera, ironstone Grande demanda crescente de aço no mundo. Em 1950 a produção foi de 270m ton. e em 1980, em torno de 750m ton. Maiores produtores: URSS, Brasil, Austrália, China. 7.4.1 – Classificação dos depósitos de ferro 1 – Magmáticos (Kiruna – Suécia) 2 – Pirometassomáticos (Iron Springs – E.U.A.) 3 – Depósitos sedimentares (2 tipos principais): � Formações ferríferas (BIF) com itabiritos + hematita Ex: Lago Superior (EUA) Hamersley (Austrália) Labrador (Canadá) Transvaal (África do Sul) Krivoi Rog (URSS) Q. Ferrífero, Serra dos Carajás (Brasil). � Ironstone: oólitos de limonita, hematita ou chamosita em matriz ferruginosa. Idade: Fanerozóico 7.4.2 – Ciclo sedimentar do ferro: Fonte, transporte e deposição. Fonte: erosão continental Atividade vulcânica (exalações submarinas) Transporte: � como atividade hidrotermal: Cl-, SO4--, CO3-- � em solução: lixiviação do FeII nos minerais e transporte em solução por águas subterrâneas neutras a ácidas (pH<7) � em suspensão: transporte mecânico como finas partículas adsorvido em argilo- minerais. Deposição: depende do Eh, pH, do ambiente de sedimentação e de possíveis alterações diagenéticas. 33 Depósitos sedimentares de ferro são compostos de óxidos, carbonatos, silicatos e sulfetos 7.4.3 – Principais tipos de depósitos de ferro sedimentar Formação ferrífera (BIF) → sedimento químico, bandado ou laminado, contendo no mínimo 15% de ferro de origem sedimentar, com camadas de chert. Tipos ALGOMA → associado a rochas vulcânicas, em “greenstone belts” SUPERIOR → associado a rochas sedimentares (Prot. Inf.) Itabirito é a fácies óxido de uma formação ferrífera bandada metamorfizada. Jaspilito é o sedimento original, não metamorfico. Gênese controvertida: erosão do continente A) Fonte do ferro vulcanismo submarino “Up-welling” de águas do mar erosão do continente = clima diferente B) Fonte da sílica vulcanismo ácido Atividade biológica c/ sílica de origem vulcânica C) Estrutura bandada � Precipitação conjunta de hidróxido de ferro e sílica da água do mar (bandamento é diagenético). � Precipitação alternada de sílica e ferro a partir de emanações vulcânicas. � Variação sazonal de sílica e ferro. � Substituição diagenética de calcários. Ironstones → minério de ferro oolítico. Camadas intercaladas em folhelhos, arenitos e calcários, com hematita – chamosita – siderita e textura oolítica. TIPOS Clinton (Siluriano – EUA) Minete (Mesozóico –Europa, principalmente na Inglaterra) 34 7.5 – Sedimentos Silicosos Existem três principais: � diatomitos � porcelanitos � silexitos / chert Diatomitos → Acumulação de carapaças de diatomáceas (algas).Organismos planctônicos de mares de águas frias / lagos de água doce. Idade: Mesozóico → Recente. Porcelanitos → Mistura de argila com sílica (opala) cor cinza/ preto, com matéria orgânica Rocha porosa, leve, com textura de porcelana vitrificada. Formada por acumulação de vasas de radiolários /diatomáceas e intercalada com folhelhos e margas. Silexito (chert) → quartzo micro a criptocristalino com rara impureza de argilo- minerais, calcita, hematita, que não ultrapassam 10% Ocorrência: concreções em calcários / arenitos; interestratificada com folhelhos e margas. Origem do sílex / chert: 1) Precipitação química → origem singenética / química sílica coloidal precipita em pH ácido; 2) Bioquímica → origem singenética bioquímica, com acumulação de carapaças silicosas de diatomáceas e radiolários; 3) Silicificação diagenética (pós – deposicional) → migração de fluidos silicosos diagenéticos. Ex: dissolução do quartzo detrítico em pH alcalino; sílica dissolvida no fluido diagenético; precipitação na forma de sílica coloidal em pH ácido. 35 08. TIPOS DE BACIAS SEDIMENTARES Bacias em Margens Divergentes Rifte Falhas normais. Sedimentos continentais na base e marinhos no topo. Vulcanismo localizado. Margem passiva (rifte oceânico) Rifte evoluído com crosta oceânica, sedimentação deltáica e marinha rasa / profunda. Domos de sal e plataforma carbonática. Bacias em Margens Convergentes 2 – Bacia atrás do arco 1 – Bacia na frente do arco (forearc) Sedimento água profunda na base passando para água rasa no topo. Vulcanismo freqüente. Arenito lítico / wacke. Alto gradiente geotermal. COLISÃO CONTINENTAL 1 – Bacia foreland (tardi a pós- orogênica) Sedimentos de ambiente marinho raso a continental derivados da erosão da cadeia de montanhas (área orogênica). Bacias Intraplaca (Cratônicas) Ovais ou circulares, sobre crosta continental. Espessura de 3 a 5 km, com sedimentação relacionada a variações do nível do mar (transgressões e regressões). LEIA MAIS: 1. Para entender a Terra, cap. 2. pg. 47-73. 2. Origem e Evolução das Bacias Sedimentares (1990), cap. 1, 3 e 4. pg. 49-74 e pgs. 75-97 e pg. 15-30. G.P.R. Gabaglia & E.J. Milani (Coordenadores). 36 8.1 – Introdução: noções de Tectônica de placas Integrou as teorias sobre “deriva continental” e “espalhamento de fundo oceânico”, sismicidade, geomagnetismo. � Tectônica global Diversas placas litosféricas, com espessura de 70 km nos oceanos e 150 km nos continentes. Dimensões variáveis: 104 a 108 km2. 7 maiores placas → Americana, Africana, Antártica, Índica, Euroasiática, Pacífica. � 3 tipos de margens A) Margem construtiva DORSAL OCEÂNICA (divergente) (acresção) RIFT CONTINENTAL → margem continental passiva. B) Margem destrutiva ZONA DE SUBDUCÇÃO Tipo Andino (convergente) Tipo Arco de Ilhas (consumo litosfera) COLISÃO CONTINENTAL C) Margem conservativa Falhas transformantes (nem geração nem consumo de litosfera) Premissas → espalhamento do fundo oceânico nas dorsais; Terra possui superfície constante; taxas de geração são as mesmas de consumo litosférico � Mecanismo motor → correntes de convecção. Limbo ascendente Fusão parcial, < d Limbo descendente Temperatura baixa, rigidez aumenta, > d A lava sob pressão nas dorsais meso-oceânicas EMPURRA a placa, assim como o afundamento da litosfera fria e densa PUXA a outra extremidade da placa tectônica. Modelo empurra → puxa. Litosfera → baixa temperatura, alta viscosidade, não participa da convecção. Astenosfera → baixa viscosidade: comporta-se como fluido quando submetido a longos esforços. Camada que vai gerar magma por fusão parcial. LEIA MAIS: 1. Sgarbi, G.N.C.,2007. A dinâmica terrestre e as rochas. In: Petrografia Macroscópica das Rochas Igneas, Sedimentares e Metamórficas. Sgarbi, G.N.C (Organizador). Editora da UFMG, pg. 11-54. 37 8.2 – Classificação de bacias sedimentares: bacias divergentes, convergentes e bacias cratOnicas (intraplaca). 8.2.1 – Bacias Divergentes Bacias tipo rift: esforços extensionais intraplaca ao longo de zonas de fraqueza crustal. Afinamento litosférico. Falhas de gravidade lístricas, com geração de grabens. Forte subsidência mecânica e elevada espessura dos sedimentos (3 a 10 km). Leques aluviais, sistema fluvial (sedimentos continentais na base). Transgressão no topo, com sedimentos de ambiente marinho raso. Vulcanismo alcalino. Depósitos minerais → paleoplacer (Au, D), fosfato, calcário, evaporitos, Fe-Mn. Sulfetos de Cu – Pb – Zn em folhelhos com matéria orgânica (exalações de salmouras metalíferas tipo Mar Vermelho). Pb – Zn – F – Ba (Tipo Mississipi Valley) em calcários. Bacia de margem continental tipo Atlântico ou margem passiva Representa a evolução de um rift, com geração de crosta oceânica. A subsidência é dominada por mecanismos termais, com exponencial diminuição. A sedimentação é deltáica, marinho raso e profundo (turbiditos). Podem ocorrer falhas de crescimento em deltas, deslizamentos junto ao talude, tectônica de domos de sal (Golfo do México) e plataforma carbonática (tipo Bahamas). Depósitos minerais - evaporitos, argilas negras metalíferas, fosfato (U), Pb – Zn em carbonatos, carvão, petróleo. 38 8.2.2 – Bacias Convergentes São relacionadas a arcos magmáticos e zonas de subducção. Tipos: Andino (Cordilheirano) Arcos de Ilhas e Bacia Marginal (Mar do Japão) � Fossa → calha com 8 a 11 km de profundidade, preenchida com sedimentos derivados do arco (turbiditos) e sedimentos pelágicos da crosta oceânica. São deformados (complexos de subducção) com mélanges, ofiolitos e cinturões metamórficos pares. � Bacia na frente do arco (fore arc basin) → apresenta, na base, sedimentos de ambiente marinho profundo (leque submarino) e, no topo, sedimentos de ambiente marinho raso ou não marinho (delta). Espessura: 6 a 15 km → possui alto gradiente geotermal. Sulfeto maciço vulcanogênico (tipo Bessi e Kuroho); sulfetos sedimentar exalativo; Mn vulcanogênico. � Arco magmático → vulcanismo andesítico – riolítico cálcio-alcalino devido a fusão parcial da placa em subducção. � Bacia atrás do arco (back arc basin) ou bacia marginal → ocorre sobre crosta continental ou oceânica, sendo extensional. Sedimentos de ambiente marinho profundo, exceto nas margens (leque submarino com detritos vulcânicos) e argilas pelágicas. Falhas normais com sedimentação diferencial lateral. Sulfetos sedimentar – exalativo e vulcanogênicos (tipo Chipre); Fe - Mn vulcanogênico. � Bacia de retroarco (foreland) → o peso das escamas tectônicas flexiona a litosfera, sendo melhor desenvolvida em colisão entre dois continentes (subducção A). É preenchida com sedimentos derivados das montanhas (molassa): clásticos continentais passando a marinho raso ou deltáico com tectonismo sindeposicional e discordâncias internas. Situa-se entre a faixa móvel e o cráton, com embasamento continental. Urânio em arenitos Cu – Pb – Zn em arenitos e folhelhos. 8.2.3 – Bacias Cratônicas (intraplaca) → ovais ou circulares, com espessura de 3 a 4 km, geralmente sem fase de rifteamento. A subsidência está relacionada a um desequilíbrio térmico do manto, com densificação da litosfera e subsidência. O padrão sedimentar está relacionado a variações do nível do mar (transgressões e regressões). Predominam sistemas siliciclásticos e carbonáticos, com estruturas dominadaspor ondas e marés. Altos estruturais formam sub-bacias. Fosfatos, evaporitos, carvão, urânio, ironstone, calcário, petróleo, gás. 39 09. TRANSPORTE E ESTRUTURAS SEDIMENTARES 1 – Forças que atuam sobre os grãos sedimentares: E E = empuxo C - coesão entre partículas(atração eletrostática) A - força ascendente (fluxo turbulento) T - força tangencial (movimento do fluido) P P = peso/gravidade - volume, densidade C T A 2 – Comportamento de sólidos granulares em fluidos Mecânica/hidráulica Equação de Reynolds Baixo Re Fluxo laminar Alto Re Fluxo turbolento Fluxo laminar – as partículas de fluido movem-se em trajetórias retilíneas e paralelas, deslizando uma sobre as outras. Fluxo turbulento – quando a velocidade aumenta ou a camada torna-se rugosa, as trajetórias de fluxo curvam-se formando redemoinhos. Fluxo laminar Fluxo turbulento Gera leito plano Escava o leito gera marca ondulada e mega ondulação Nº de Froude � dinâmica dos fluidos Noção de regime de fluxo superior Fr > 1 inferior Quando as forças atuam individualmente sobre os grãos livres ocorre a separação de grãos durante o transporte Fluxo fluido (baixa viscosidade) densidade granulometria forma Quando a força peso age sobre a massa dos grãos (grãos muito próximos com alta coesão e fricção) Fluxo denso/gravitacional (alta viscosidade) Alta concentração de argila/areia no fluido Re = V.d.p v Re = nº de Reynolds V = velocidade da partícula d = diâmetro p = densidade v = viscosidade do fluido 2000 Fr = V_iii (g.L) Fr = nº de roude V = velocidade da partícula g = aceleração da gravidade L = força de inércia D = prof. do canal Forma de leito 40 3 – Força de arraste de um fluido Depende das relações entre velocidade e viscosidade do fluxo e a granulometria e inércia do sólido. Velocidade crítica para que uma partícula inicie o movimento. - Quando o substrato (fundo) é constituído de material arenoso (sem coesão) a velocidade crítica aumenta com a granulometria. - Quando o fundo é argiloso (coesivo) necessita-se de maior velocidade crítica � efeito Hjulström. Argila/silte possuem maior coesão, devido a forças intergranulares. Assim, é necessário maior velocidade inicial para arrancar a partícula argilosa. Depois de colocado em movimento necessita-se de menor velocidade para manter a partícula em transporte, até ocorrer a deposição. 4 – Regime de fluxo e formas de leito Os princípios básicos de sedimentação por correntes de tração estão ligados a experiências em canais artificiais confinados. A água corre sobre um leito granular, representando uma carga de fundo transportada pelo rio. Modificando a velocidade do fluxo surgem configurações diferentes no leito granular � gerando diferentes formas de leito. Regime de fluxo superior Fr > 1 Aumento velociade do fluxo � Leito plano com lineação longitudinal de corrente (partição) � Antidunas (ondulações sinusoidais) ---------------------------- fase de transição � desgaste Regime de fluxo inferior Fr < 1 Aumento velociade da corrente � Microondulações areia < 0,6mm cristas paralelas até descontínua � Macroondulações areia > 0,6mm sand waves dunas subaquáticas Variáveis granulometria profundidade – aumento na prof. exige aumento na velocidade velocidade / viscosidade (fluido) 41 Relação entre forma de leito e estrutura sedimentar Regime de fluxo inferior � Rugosidade nas formas de leito � Marcas onduladas e estratificações cruzadas Regime de fluxo superior � Leito plano com intenso movimento dos grãos � Estratificação plana Lineação de partição Antidunas Regimes de fluxo e formas de leito Estruturas sedimentares 42 5 – Tipos de transporte sedimentar mecânico 5.1 – Fluxo Fluido (baixa viscosidade) - Água – correntes fluviais, marés, ondas - Ar (vento). Transporte de grãos livres � ocorre separação granulométrica Arraste Saltação Rolamento Suspensão Leito arraste / rolamento � carga de tração Energia de transporte � granulometria Granulometria fixa � tração – transporte de baixa energia. saltação/suspenção – transporte de alta energia de fluxo. Suspenção leito plano Estratificação plana Tração Saltação (comp. Tangencial leito ondulado gera marca da queda de grãos) ondulada assimétrica . Regime de fluxo inferior � marca ondulada estratificação cruzada Regime de fluxo superior � estratificação plana unidirecional bidirecional Separação de grãos Densidade Granulometria Forma Fina � suspenção Intermed. � saltação Grossa � tração 43 5.2 – Fluxo Gravitacional (alta viscosidade) A força peso age sobre o conjunto de grãos (alta coesão), mistura argila / areia no fluido. Viscosidade elevada / associados a declives íngremes. Tipos: 1 – Escorregamentos / deslizamento: material denso que se desloca pelo declive como em bloco + ou – homogêneo. 2 – Fluxo de detritos / lama, fluxo laminar, empuxo da matriz argilosa depositada por congelamento coesivo: paraconglomerado (diamictito) e ortoconglomerado. 3 – Corrente de turbidez, fluxo turbulento (cascalho, areia, silte, argila) geram turbiditos com seqüência ideal de Bouma (1962): argilito siltito com laminação arenito com ripples arenito com estratificação plana arenito com estrat. gradacional e marcas de sola. Evolução de um fluxo gravitacional de sedimentos e atuação do fluxo intersticial. Modificado de Wright & Anderson, 1982. LEIA MAIS: 1. Geologia Sedimentar, cap. 3, pg. 30 a 37 e cap. 8, pg. 221 a 226. seixo, bloco, areia, argila areia, silte, argila 44 10. ESTRUTURAS SEDIMENTARES Camadas / estratos Pode variar a espessura, continuidades lateral e geometria. Plano / superfície do acamamento (S0): indicado por granulometria, litologia, cor. e = espessura 10.1 – Estruturas erosionais 1A - Canais: estrutura de grande porte, com base côncava, erosional, com sedimentos horizontais adjacentes. 1B – Corte e preenchimento 1C – Marcas de sola (sole marks) - Escavações assimétricas e alongadas produzidas pelo fluxo de corrente (turboglifos - flute marks), por arraste de objetos (marcas de sulcos – groove marks) e impactos de objetos (marcas de objeto – tool marks). 10.2 – Sin-deposicionais (aerodinámicas/ hidrodinâmicas) 2A – Estratificação e laminação plana (plano-paralela) – ocorre em regime de fluxo superior, associada a lineação de partição. 2B – Estratificação e laminação cruzada – ocorre como planos e lâminas inclinadas em relação ao acamamento, tanto em conglomerados, arenitos e calcários. Tipos principais � estratificação cruzada tabular � estratificação cruzada acanalada Tipos especias � estratificação cruzadaespinha de peixe (herringbone) � estratificação cruzada por ondas (hummocky) e S0 45 2C – Ondulações (ripples) - Ondulações de pequeno porte devido a ação de água (corrente, onda) e vento, sobre sedimento não coesivo. 2D – Estratificação gradacional - Ocorre um decréscimo/diminuição do tamanho de grão da base para o topo da camada. Formada por corrente de turbidez (fluxo gravitacional). 2E – Estrutura maciça – camada que não apresenta estrutura interna. 2F – Estratificação flaser, lenticular, wavy – ondulações areno-siltosas com deposição de argila e laminações cruzadas. 2G – Gretas de contração e pingos de chuva – exposição subaérea de camada argilosa causando fendas de ressecamento. Pequenas impressões causadas por pingos de chuva. MARCAS DE SOLA λ = comp. de onda a = amplitude a Turboglifos Resultado finalMarcas de objetosSulcos Contra molde Molde 46 ESTRATIFICAÇÃO E LAMINAÇÃO CRUZADA Formação de mega ripple Duna – ondulações de crista curva geram estrat. cruzada acanalada. Sand wave – ondulação de crista reta gera estrat. cruzada tabular 47 48 49 N.M. N.M. Formação de brecha intraformacional Folhelho (argila) erosão brecha Formação da estrutura Areia Argila Greta de Contração 50 10.3 – Estruturas pós-deposicionais 3A – Escorregamentos e deslizamentos (slumps, slides). Falhamentos sinsedimentares provocam escorregamentos e deslizamentos de sedimentos recém-depositados, com formação de brechas e camadas contorcidas. 3B – Camadas convolutas – são estruturas de deformação plástica, com dobras atectônicas devido à compactação. Estrutura de carga e psedonódulos ocorrem na interface areia/lama, com projeções da areia mole, devido a compactação. Estruturas de escape de fluidos são dish (prato) e pilar. 3C – Diques de arenito (diques clásticos) – são projeções verticais de areia penetrando em camadas superiores/inferiores. São formados por preenchimento ou injeção. 3D – Brecha intraformacional – durante a compactação, algumas camadas são afinadas e rompidas com os fragmentos originando brechas sedimentares. Erosão e sedimentação rápida também gera brecha intraformacional (ver desenho). 3E – Estruturas biogênicas (bioturbações) – feições produzidas pela atividade em vidas dos animais nos sedimentos moles ou na superfície das camadas (pistas, tubos, perfurações). Icnologia ou traços fósseis. 3F – Estruturas sedimentares químicas – são resultado da diagênese: concreções, nódulos, estilolitos, cone em cone e septárias. 51 LEIA MAIS: 1. Geologia Sedimentar, cap. 6, pg. 126-160. 2. Collinson & Thompson (1984) Sedimentary structures, 194 p. 3. Tucker, M. (1985) The field description of sedimentary rocks. 112 p. 4. Sgarbi, G.N.C, 2007. Rochas Sedimentares. In: Petrografia macroscópica das rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. Sgarbi, G.N.C (Organizador). Editora da UFMG,pg. 273-446. ESTILÓLITO Estrutura de dissolução (calcários) 52 11. GEOMETRIA E MUDANÇA LATERAL DE FÁCIES EM DEPÓSITOS SEDIMENTARES. NOÇÃO DE FÁCIES. 1 – Fácies: Conjunto de estratos/camadas com características semelhantes (litologia, textura, estruturas sedimentares, granulometria, espessura, paleocorrentes, conteúdo fossilífero). Fácies sedimentar � produto da atuação de processos físicos, químicos biológicos no ambiente sedimentar. As Fácies mudam lateralmente e verticalmente numa sucessão sedimentar, a partir da mudança de um, de vários ou de todos os parâmetros definidores da fácies. Exemplos: 1) 2) 2 – Variação lateral de Fácies Ocorre em dezenas / centenas de metros até quilômetros e refletem mudança no ambiente de sedimentação. 3 – Geometria de depósitos sedimentares • Tabular ou lençol – camadas extensas, contínuas; • Lenticular / em cunha – camadas descontínuas; • Pod / em cone ou leque – corpo confinado; • Cordão alongado – comprimento bem maior que a largura. Camadas iguais em espessura Lateralmente uniformes 2 fácies arenito folhelho Camadas desiguais em espessura Lateralmente variáveis, descontínuas 5 fácies Arenito Folhelho Arenito conglomerático Calcário Conglomerado Arenito Conglomerado Calcário Marga Folhelho 53 4 – Mobilidade de fácies no registro sedimentar: a Lei de Walther (1894) “Todas as fácies que ocorrem lateralmente, associam-se na vertical”. “Fácies que ocorrem em uma seqüência vertical concordante, sem quebras na sedimentação, foram formadas em ambientes lateralmente, geograficamente, adjacentes”. SEDIMENTAÇÃO FLUVIAL Seqüência “finnig-up” produzida por migração lateral da corrente fluvial meandrante. Na base temos fácies de canal (conglomerado), na parte média temos fácies de barra em pontal (arenitos) e no topo, argilitos/siltitos da planície de inundação. SEDIMENTAÇÃO DELTAICA Seqüência “coarsening-up” produzida por progradação deltaica. Sedimento marinho (base) e arenito de frente deltaica no topo. SEDIMENTAÇÃO MARINHA Seqüência “coarseningi-up” resultante da progradação da linha de praia. Sedimentação regressiva. Sedimento marinho (base), arenito de praia e arenito eólico (topo). 54 12 . AMBIENTES DE SEDIMENTAÇÃO E FÁCIES SEDIMENTARES Ambientes de sedimentação constitui uma entidade geográfica natural onde ocorre acumulação de sedimento. Consistem em porções da crosta / superfície da Terra com propriedades físicas, química e biológicas bem definidas e diferentes das propriedades apresentadas em áreas adjacentes. Metodologia para análise e estudo de rochas sedimentares Faz-se uma cuidadosa descrição das diversas fácies sedimentares (geometria, litologia, estruturas sedimentares, padrão de paleocorrentes, fósseis) relacionando-as à processos, antes de definir um eventual ambiente de sedimentação. Construção de perfil gráfico-sedimentar com identificação de fácies sedimentares. Classificação dos ambientes sedimentares 1- Continentais Leque aluvial; Fluvial (entrelaçado e meandrante); Desértico (eólico); Lacustre; Glacial; 2- Transicionais Amb. Deltáico (deltas); Amb. lagunar / litorâneo (praia ou planicie de maré); 3- Marinho Raso (plataformal); Profundo (leque submarino); 4- Amb. deposicionais de carbonatos: Litorâneo a marinho raso/plataformal. LEIA MAIS: 1. Decifrando a Terra, capítulos 10, 11, 12 e 13. 2. Para Entender a Terra, capítulos 8, 14, 15, 16 e 17. 3. Geologia Sedimetar, cap. 8, pg. 205-288. 4.Fácies Models. 454 p. 5. Reinech & Singh, 1980. Depositional Sedimentary environments. 6. Readind (1984) Sedimentary environments ans fácies. • Parâmetros físicos: velocidade, direção, profundidade da água; velocidade, direção do vento; • Parâmetros químicos: salinidade, pH, Eh, temperatura; • Parâmetros biológicos: Fauna, flora. PROCESSOS AMBIENTES PRODUTO: FÁCIES SEDIMENTARES Físicos (ação de ondas, marés, vento), químicos (Eh, pH, solubilidade) e biológicos (bactérias). Área geográfica “locus” da sedimentação. São os diversos sedimentos que se depositam silmultaneamente em vários ambientes. 55 56 12.1 – Leque Aluvial Feição deposicional em vale/canyons em áreas montanhosas. Cone de sedimentos conglomeráticos. Características: Acentuado gradiente topográfico; Transporte curto, pobre seleção; Clima árido (úmido); Fácies proximal (mais grossa – conglomerados, brechas, diamictitos) e distal (mais fina - arenitos). Processos de transporte: Fluxo de detritos (debris flow); Correntes trativas de canal (stream flow); Inundação em lençol (sheet flow). Depósitos resultantes � Diamictito, conglomerados e arenitos. Deposição com desconfinamento e suavização topográfica 57 Descrição das fácies: Fácies Gms – diamictito originado por fluxo de detritos. Paraconglomerado com matriz argilosa, maciço; Gm – conglomerado suportado pelo clasto, clastos imbricados, desorganizado/ estratificação incipiente. Pode apresentar localmente estratificação cruzada; Sh – arenito grosso com estratificação plana. St – arenito grosso / médio com estratificação cruzada acanalada. Fm – pelito maciço; Fl – pelito laminado; C – nódulos carbonáticos (caliche). Leque proximal Barras longitudinais com ortoconglomerados lenticulares associados a diamictitos espessos. Leque distal Camadas tabulares de arenitos com cruzadas acanaladas. Lentes de cascalho fino. Canyon 58 Tipos de leques aluviais Clima seco Controle tectônico Predomínio de fluxos gravitacionais Conglomerados Clima úmido Multilobado Vegetação importante Arenitos grossos predominam Paleocanais e lagos (pântanos) pelitos LEIA MAIS: 1. Geologia Sedimetar, cap. 8, pg. 228-233. 2. Fácies Models, cap. 7, pg. 119-142. 59 12.2 – Ambiente Fluvial Rios constituem importantes agentes no transporte de sedimentos para os oceanos, mas são também importantes agentes deposicionais nos continentes. 1 – Subdivisão do ambiente fluvial: Morfologia dos canais fluviais variam conforme o clima, a declividade (gradiente topográfico), descarga de sedimentos, velocidade de fluxo, largura e profundidade do canal. Quatro padrões de canal fluvial: reto, entrelaçado, meandrante, anastomosado. 2 – Mecanismos da deposição fluvial a) Sedimentos acumulados a partir da carga de tração, constituindo barras em pontal, em canal e ilhas fluviais. b) Sedimentos resultantes da acresção vertical, a partir da carga de suspensão, que constrói depósitos de transbordamento, diques marginais e planície de inundação. Acresção lateral: migração da barra em rios meandrantes. Acresção vertical: pelitos na planície de inundação durante enchente fluvial. Dois tipos de canais fluviais são fundamentais: 1 – Entrelaçado: alta energia, com vários canais e barras arenosas; 2 – Meandrante: baixa energia, sinuosidade importante, com canal fluvial simples, lagos- meandros abandonados e planície de inundação. Cheia Dique 60 3 – Principais características e fácies dos ambientes fluviais entrelaçados e meandrantes. Sistema fluvial entrelaçado - predomínio de carga de fundo de granulação grossa; - razão largura profundidade de canal > 40 ou >300; - declividade média-alta (> 5º); - variabilidade de descarga e erosão nas margens; - formação de barras que obstruem a corrente e ramificam-na (longitudinais e tranversais); - formação de ortoconglomerados maciços ou estratificados (com clastos imbricados) e arenitos com estratificações cruzadas em ciclos granodecrescentes. Fácies D – Arenitos com cruzadas acanaladas Pelitos (5%) BT – Arenitos com cruzadas tabulares/acanaladas BL – Conglomerados: seixo � grânulo 1 1 2 23 1- Barra longitudinal 2- Barra transversal 3- Dunas subaquáticas 61 Sistema fluvial meandrante - canais com alta sinuosidade; - razão largura/profundidade do canal < 40; - predomina transporte de carga em suspensão; - migração lateral dos canais ocorre através da erosão progressiva das margens côncavas e sedimentação nas convexas; - formam-se barras em pontal com superfície de acresção lateral, planícies de inundação, depósitos de canal (lag), dique marginal, depósito de rompimento do dique, meandros abandonados. - principais fácies: o ortoconglomerados do canal fluvial; o arenitos grossos/médios com estratificação cruzada acanalada e tabular, marcas onduladas assimétricas (variação regime de fluxo) nas barras; o pelitos laminados com raízes (turfa / carvão) com bioturbação e gretas de contração de meandro/planície de inundação; o brecha intraformacional, areia e silte com laminações cruzadas e argila devido a depósitos de rompimento de diques marginais (crevasse splay); Canal simples Perfil equilibrado Perfil assimétrico 1 - Canal simples 2 - Barra em pontal (areia) 3 - Crevasse splay (rompimento do dique marginal) Planície de inundação com pelitos (folhelhos / siltito). 4 – Dique marginal 5 - Depósito de canal fluvial (cascalho) A A C C B B D D 4 1 2 3 5 Erosão Deposição Barra em pontal Fácies Arenitos com cruzadas Pelitos (30 a 50%) com gretas de contração e restos vegetais Arenitos com cruzadas Conglomerado 62 63 Fluvial entrelaçado Fluvial meandrante LEIA MAIS: 1. Para Entender a Terra, cap. 14, pg. 341-363. 2. Suguio (2003) Geologia Sedimentar, cap. 8, pg. 220-238. 3. Fácies Models, cap. 7, pg. 119-142. 4. Riccomini & Coimbra, 1993. Sedimentação em rios entrelaçados e anastomosados. Bol. IG- USP, Série Didática. 5. Assine (2004) Geologia do Continente Sul-Americano, cap. 4, pg. 61-76. 64 Turbulência 12.3 – Ambiente Desértico (eólico) Atividade eólica – erosão transporte, deposição pelo vento. Vento – diferenças de temperatura (densidade) de massas de ar, devido a maior ou menor incidência de energia solar sobre a Terra. As massas de ar fluem de zonas de alta pressão (tendência descendente) para as de baixa pressão. Velocidade (Km/h) Φ partícula movimentada Vento suave 11 – 17 0,25 mm (areia fina) Vento forte 30 – 40 1,00 mm (areia grossa) Furacão 60 – 150 30 mm (seixo) Tipos de desertos Quente (clima árido) Saara, Gobi, Arábia, EUA, Austrália Frio (árido glacial)Antártida, Groelândia, Atacama (Chile) Desertos – caracterizam-se por pequena taxa de precipitação pluviométrica, grande variação de temperatura, predomínio de evaporação, intemperismo físico, escassa vegetação e ação do vento. . Hamada – leque aluvial em forma de cone, nas montanhas. Conglomerados e arenitos imaturos. . Wadi – rios efêmeros, produzidos por enxurradas. Arenitos conglomeráticos com cruzadas. . Playa – lagos efêmeros com arenitos, siltitos, folhelhos, evaporitos (gipsita, anidrita, cloretos). . Depósitos de areia (sand sea) – várias morfologias, predominando as dunas e os lençóis de areia. Mecanismos de transporte e sedimentação eólica - Transporte de poeira (< 0,125mm – areia fina, silte, argila). Fluxo turbulento mantém a poeira em suspensão. - Transporte de areia grossa a fina (2 a 0,125mm) � saltação Ação do vento - erosão eólica: formação de ventifactos (seixos com duas ou mais faces planas e polidas pela abrasão eólica). Formação de dunas: acumulação assimétrica, com centenas de metros de altura e quilômetros de comprimento, de grãos de areia seca. Fluxo de grãos – avalanche de areia seca Barlavento Sotavento (20 a 35º) (~10º) Duna estacionária ou migratória Hamada Leque aluvial WadiRios efêmeros Playa Dunas - sand sea Erg Loes(silte) Sabka 65 Tipos de duna (“Sand sea”) 1- Transversais – perpendicular ao fluxo. 2- Barcana – forma de meia-lua, com as extremidades no sentido do vento. 3- Parabólica – forma de U, com as extremidades contrárias ao vento. 4- Estrela – combinação entre transversal e longitudinal. 5- Longitudinal (seif) - ± paralela ao fluxo, com vento biderecional. Características dos sedimentos eólicos . Sedimentos monominerálicos, geralmente quartzo-arenitos bem selecionados; . Estratificação cruzada de grande porte; . Sedimentos geralmente vermelhos-rosados, com película de óxido de ferro sobre os grãos de quartzo; . Poucas classes granulométricas, sedimento maturo; . Tamanho de grão varia de areia fina a grossa (bimodal). Mica usualmente ausente; . Grãos com polimento fosco, morfologia arredondada e alta esfericidade (alto impacto entre os grãos). Principais fácies do ambiente eólico Duna Seco – areia com estratificação plana Interduna Úmido (oasis) – pelitos c/ gretas, evaporitos, sabka Duna Wadis (fluvial) Estrat. cruz. tabular Estrat. cruz. Acanalada Principais tipos de dunas eólicas 66 LEIA MAIS: 1. Para Entender a Terra, cap. 15, pg. 367-385. 2. Suguio (2003) Geologia Sedimentar, cap. 8, pg.207-211. 3. Fácies Models, cap. 8, pg. 143-156. 4. Assine et al. 2004. Geologia do Continente Sul-Americano, cap. 5, pg. 77-94. Tipos de dunas eólicas Modelo para ambiente desértico 67 12.4 – Ambiente Lacustre Lagos são corpos de água doce/salgada, situados no continente, sem conexão com o oceano, onde operam processos físicos (descarga fluvial, ondas, marés), químicos (salinidade, Eh, pH) e biológicos (atividade algal). Os lagos são influenciados pelos seguintes fatores: 1- Clima: regula a precipitação/evaporação e tipo de intemperismo. Ex: lago glacial, lago em ambiente desértico (playa) 2- Natureza da área fonte: influi na composição química da água. Nos lagos ocorre sedimentação clástica e química. A sedimentação clástica é uma auréola de arenitos com folhelhos na parte central. Lagos rasos são dominados por sedimentação deltaica. Lagos profundos mostram sedimentação turbidítica. A sedimentação química é mais comum em lagos de clima árido, com carbonatos (calcita, aragonita, dolomita), sulfatos (anidrita, gipsita), cloretos (halita, silvita) e folhelhos. Modelos para sedimentação lacustre 1. Distribuição esquemática ideal de sedimentos em um lago de região montanhosa, abastecido por vários rios. Estratificação da água pela temperatura Fácies Lacustres: Arenitos, ritmitos Folhelhos Calcários, dolomitos e evaporitos As fácies lacustres são semelhantes as fácies sedimentares depositadas em amb. marinho. Entretanto, podem ser diferenciadas pelo conteúdo paleontológico, extensão areal e associação com outras fácies continentais (fluviais, eólicas, etc.). c/O2 sem O2 Quente (-densa) fria Anóxida Rio Lago Diagnóstico: Associação com fácies fluviais e eólicas 68 2. Tipos de influxo fluvial (superficiais – overflow, no meio – interflow e rente ao fundo – underflow) com diferentes densidades. Alta descarga fluvial em lagos rasos gera sedimentação deltaica expressiva, com fluxo homopicnal (areias de frente deltaica) e hipopicnal (argilas de pró-delta, que ficam em suspensão). Descarga fluvial de material mais denso que o meio receptor, gera fluxo gravitacional no fundo do lago e correntes de turbidez � sedimentação turbidítica. Fluxo homo e hipopicnal � delta tipo Gilbert Fluxo hiperpicnal gera turbidito lacustre. 69 Tipos de influxo em lagos Contraste de densidades entre corrente fluvial e meio receptor. 1 – Fluxo hipopicnal – densidade de descarga fluvial < água do lago. Deposição de argila em suspensão e carga grosseira constitui uma barra. 2 – Fluxo homopicnal – densidade da corrente = densidade da água do lago. Formação de lobos sigmoidais na frente deltaica. 3 – Fluxo hiperpicnal – entrada de material mais denso no ambiente lacustre forma corrente de turbidez. NL Ta Tb Tc Tde Turbidito Fluxo desacelerante Climbing ripples Rio Rio Lago 1 2 3 70 Exemplos de sedimentação lacustre LEIA MAIS: 1. Geologia Sedimentar, cap. 8, pg. 238-246. Fm. Salvador Bacia do Recôncavo Cretáceo Bacia de Taubaté – SP Cenozóico 71 12.5 – Sedimentologia Glacial – Ação geológica do gelo Conjunto de feições erosivas, deposicionais e de ambientes (glacio-continentais e glacio-marinhos) ligados à ação do gelo. Ação das geleiras: acumulação de neve e compactação por pressão. Tipos: geleiras de vale, alpina, montanha, altitude geleiras continentais, mantos, latitude Características: regime termal - base seca base úmida mudança de fase (avanço e recuo glacial) localização geográfica - polar temperada Tilito (till) – sedimento mal selecionado, transportado e depositado a partir de geleiras, com pouca ou nenhuma seleção por água. Tilito é o equivalente litificado do till. Diamictito - paraconglomerado mal selecionado, com grânulos e matacões, dispersos numa matriz fina dominante. Tilito é um diamictito depositado diretamente pela geleira. Entretanto diamictitos não- glaciais, depositados como fluxos de detritos, são importantes constituintes de leques aluviais/submarinos. Um dos principais PROBLEMAS da sedimentologia glacial é a distinção entre TILITOS X DIAMICTITOS (depositados como fluxos gravitacionais). TIPOS DE TILLS 1. Till de alojamento (lodgement till) – depositado por baixo de uma geleira ativa, pela fricção contra o substrato. 2. Till de ablação (melt out till) – lento derretimento