Diagênese e litificação

Diagênese •

Diagênese (≈ litificação) incluí toda a abrangência de alterações no sedimento que ocorre após a deposição, em relativa baixa temperatura e pressão (gradacional para o metamorfismo);

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Litificação pode ocorrer simultaneamente com a deposição (em várias rochas carbonáticas, evaporíticas e vulcanoclásticas);

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Processos diagenéticos físicos e químicos constitui compactação e cimentação, respectivamente;

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Diagênese comumente leva a redução da porosidade e permeabilidade

Diagênese e litificação

Diagênese

Diagênese z

A passagem do intemperismo para a diagênese não é de reconhecimento muito fácil, embora processos diferenciados (halmirólise e aquatólise) definam esses limite, conforme os respectivos ambientes de sedimentação sejam marinhos ou de água doce.

Intemperismo

Rocha - Matriz

Diagênese

Intemperismo “in situ”

Intemperismo, erosão

e

Erosão e transporte marinhos Intemperismo Halmirólise

Diagênese

z

transporte por água doce

Aquatólise

Estágio présoterramento marinho

Estágio présoterramento de água doce

Estágio de soterramento raso,marinho

Estágio de soterramento raso, de água doce

A halmirólise é um processo de intemperismo submarino (Hummel, 1922), compreendendo reações de substituição e rearranjos químicos, além da remoção de íons dissolvidos na água, quando o sedimento ainda se encontra no fundo do mar sem soterramento. Dessa maneira, se formariam a glauconita e os nódulos de Mn (ou nódulos polimetálicos)

Estágio de soterramento profundo Metamorfismo

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Diagênese z

A aquatólise, por outro lado, corresponde a um termo proposto por Müller (1967) para designar os processos químicos e físico-químicos, que ocorrem em ambientes de água doce durante o intemperismo, erosão, transporte e diagênese pré-soterramento dos sedimentos.

Seqüência dos estágios diagenéticos (Strakhov, 1953) e as intensidades relativas dos processos envolvidos (Greensmith, 1975)

Estágios e fases diagenéticos z

Processos diagenéticos z

z

A palavra autigênese é originada do grego authigenes e foi usada pela primeira vez por Kalkowsky (1880), referindo-se a novos minerais componentes dos sedimentos, formados praticamente “in situ”. Porém não deve ser confundida com o metassomatismo (ou substituição diagenética). Comparados aos grãos minerais mais ou menos arredondados das partículas detríticas, os cristais autigênicos são comumente euedrais e apresentam contornos angulosos em seções delgadas, embora nem sempre esta distinção seja muito fácil.

De acordo com Krumbein & Sloss (1963), entre os principais processos diagenéticos tem-se: autigênese, cimentação, compactação, desidratação, diferenciação diagenética, dissolução diferencial, recristlização, redução e substituição metassomática.

Parâmetros controladores da autigênese

Autigênese z

Na maioria dos casos, os estágios diagenéticos precoces (estágio I) iniciam-se sob pressão litostática devido à superposição de sedimentos mais novos

z

Entre os fatores importantes tem-se o estado físico e a composição mineralógica dos sedimentos originais, bem como as características físico-químicas dos ambientes deposicionais e pós-deposicional.

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Parâmetros controladores da autigênese z

Diagrama mostrando alguns dos principais minerais autigênicos, formados nos ambientes deposicionais e diagenáticos, de acordo com os valores de Eh e pH (Krumbein & Garreal, 1952)

Entre os parâmetros principais tem-se o pH (potencial do íon hidrogênio), Eh (potencial de oxirredução), fenômeno de absorção iônica e os potenciais iônicos dos componentes químicos (Na+, Mg+2, Fe+2, Al+3, Fe+3, etc.). Quando o pH do fluido intersticial é fortemente controlado pelos teores de CO2, como em ambientes diagenéticos precoces, as concentrações de cátions são importantes. Outros controles fundamentais são a temperatura, a pressão e o tempo.

Compactação z

Compactação

Refere-se ao fenômeno físico que, em geral, conduz à diminuição de volume e porosidade de um sedimento em função do esforço de compressão exercido pelos sedimentos superpostos em uma bacia. A compactação inicia-se no instante da deposição e prossegue por muito tempo, em termos geológicos, enquanto progridem os processos diagenéticos.

Compactação z

O fator de compactação, isto é, a razão entre as espessuras original e atual varia muito com o tipo de sedimento, surgindo daí o conceito de compactação diferencial (ou compactação seletiva). O efeito deste processo é muito mais acentuado sobre lama do que sobre areia ou calcário. Por outro lado, na passagem de turfa para carvão betuminoso, por exemplo, pode haver redução de espessura de 50 para 5 metros (fator de compactação = 10)

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Compactação

Compactação

A – tangencial suturado

B- planar

C- Côncavo-convexo D –

Notar a redução do volume do arcabouço Tangencial e planar: compactação física Côncavo-convexo e suturado: compactação química z(fonte:

Bruce Railsback)

Quartzo-arenito com cimento quartzoso - Contato suturado (seta vermelha) Margens não modificadas estendem-se além dos contatos Seta preta: contato entre três sobre crescimentos Notar que o contato é intergranular e não contato entre cimentos Campo de visão=0,27mm Formação Red Mountain (Siluriando Inferior) Georgia (USA) - Bruce Railsback

Compactação •

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A dissolução por pressão resultado do aumento da interconexão dos grãos, e a significativa contribuição para a litificação; Em carbonatos, a dissolução por pressão usualmente pode ocorre em um horizonte específico, que pode ou não corresponder a um plano de camada deposicional; Estilólitos (Stylolites) são superfície irregular de dissolução com alta proporção de material residual e representa uma das formas mais extremas deste processo.

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Dissolução por pressão Cimentação z

Cimentação: tipos de cimento z

Entre as substâncias minerais mais comuns, que ocorrem como agentes de cimentação tem-se; z z z z

Cimentos carbonáticos; Cimentos silicosos; Cimentos sulfáticos; Cimentos de óxidos (ou hidróxidos) e sulfeto de ferro.

A cimentação é um processo diagenético associado à precipitação química de diversas substâncias, que preenchem os poros (espaços vazios) de sedimentos. Esse fenômeno é mais facilmente observado em rochas sedimentares macroclásticas (conglomerados e arenitos) que em rochas sedimentares microclásticas (siltitos e folhelhos). Representa um dos mais importantes processos diagenéticos, que convertem um sedimento inconsolidado em rocha sedimentar.

Cimentos carbonáticos z

De acordo com Folk (1974), as calcitas pobres ou ricas em Mg, dolomita, aragonita e siderita representam os carbonatos mais comuns que são encontrados como cimentos. Os hábitos desses minerais podem variar desde micríticos (microcristalinos) a fibrosos até cristais mais grossos.

Fatores que influenciam as solubilidade do CaCO3 z

A precipitação inorgânica de cimento carbonático, a partir de fluidos intersticiais depende da temperatura, pressão, pH, PCO2 e das concentrações iônicas. Por outro lado, a extração fotossintética do CO2 e os processos bacterianos devem promover o aumento de pH dos fluidos intersticiais e, portanto, indiretamente causam a precipitação do cimento de Carbonato de cálcio (Berner, 1971).

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A forma dos cristais de carbonato controlado pelo tipo de água

A água do mar mistura a água doce

Ooids Radial– Radial– Cimento marinho

Atoll Eniwetok – Pleistoceno

Cimento de Aragonita

Diagênese Dolomitização •

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Dolomitas são frequentemente formadas diageneticamente, envolvendo a substituição da calcita ou aragonita por dolomita (CaMg(CO3)2) Quatro modelos principais de dolomitização pode ser distinguido na literatura:

(obsoleto)

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D is so O lu ç ól ão ito d s os

Smackover Jur ássico Jurássico o od çã t i z a os i lom lit D o Oó

C. G. St. C. Kendall

Cimentos silicosos z

O mais comum e o único termodinamicamente estável dos cimentos silicosos, é o quartzo macrocristalino. Entretanto, são também relativamente freqüentes a opala (sílica amorfa hidratada) e a calcedônia (sílica microcristalina). Em termos de modo de ocorrência, os cimentos silicosos podem apresentar-se como macrocristais granulares, sobrecrescimentos (crescimento secundários) ou como material de substituição de substâncias químicas preexistentes.

Cimentos silicosos Crescimento (overgroths)

secundário

-Continuidade cristalográfica do grão; -O crescimento se dá até o encontro com o crescimento dos grãos adjacentes; - a rocha adquiri textura de rochas ígnea (textura granular) - se ocorre películas de argilar ou de óxido de Fe: são preservadas

Sobrecrescimento de quartzo seguido de cimento de calcita

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Quartzo em macrocristais

Imagens de MEV do crescimento do quarto (Q), clorita (C) e da Pirita (P).

Cimentos sulfáticos z

z

Cimentos sulfáticos gipsita

Entre os cimentos sulfáticos mais comuns têm-se a anidrita (CaSO4) e a gipsita (CaSO4 . 2H2O). Esses cimentos são mais freqüentes em regiões que foram submetidas a condições climáticas secas (áridas ou semiáridas) no passado e acham-se associados a outros depósitos evaporíticos. Embora mais raramente, tem-se a barita (BaSO4), que também pode ser encontrada como cimento.

halita

Cimentos de óxidos (ou hidróxidos) e sulfeto de ferro z

Durante os processos de intemperismo químico, os minerais ferromagnesianos das rochas, como os silicatos (augita, hornblenda e biotita) ou óxidos (magnetita e ilmenita) podem ser oxidados e/ou dissolvidos como Fe+2. Este íon pode ser transportado por consideráveis distâncias, através dos fluidos intersticiais redutores e levemente ácidos. Quando a concentração de sulfetos for alta deverá precipitar na forma de pirita e na presença de abundante carbonato precipitará na forma de siderita, mas em ambientes oxidantes resultará em óxidos (ou hidróxidos de ferro)

Pirita autigênica

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Cimento de Ilita

Diagênese Cimentação • Nódulos (irregular) e concreções (arredondadas) são corpos grandes cimentados (exemplos, sílica, calcita, siderita, pirita) • Sílex (Chert) é o mais amplamente conhecido tipo de nódulo de sílica, especialmente comum nos carbonatos.

Sedimentos carbonosos

Carvão

As matérias orgânicas, de origem animal e/ou vegetal, contidas em sedimentos e os sedimentos essencialmente carbonosos sofrem sucessivas mudanças físicas e químicas, em função dos incrementos de temperatura e pressão devido ao soterramento cada vez mais profundo.

z

z

Os carvões são derivados originalmente da linhina (ou lignina), isto é, partes lenhosas e cuticulares das plantas terrestres e apresentam conteúdo relativamente altos de oxigênio. Os estágios iniciais da formação do carvão, a partir da turfa, envolve a compactação da materia orgânica e a perda da umidade através da pressão de soterramento.

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Carvão

Carvão

Pressão dos sedimentos

Turfa (100% de espessura)

linhito (20% de espessura)

Carvão betuminoso (10% de espessura)

Carvão z Condições z z z z

a formação do carvão

Vegetação desenvolvida Acúmulo sub-aquoso Soterramento contínuo e prolongado Instabilidade da crosta

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Hidrocarbonetos z

Evolução diagenética dos biolipídios para geolipídios, passando por estágios de diagêneses precoce e tardia, que explicaria a geração do petróleo (Tissot & Welter, 1978) e a formação de outros hidrocarbonetos em função das temperaturas e profundidades pretéritas.

Os hidrocarbonetos líquidos e gasosos são primariamente originados dos lipídios (resíduos gordurosos e graxos) provenientes de microrganismos marinhos (vegetais inferiores como algas e bactéria), com alguma contribuição de material terrestre e caracteriza-se pelo baixo conteúdo de oxigênio.

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