G.G. Correia 1,2,*, L.V. Duarte 2,3, A.C. Pereira 2,3

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2013) 100, Especial I, ISSN: X; e-issn: X Evidências paleogeográficas e correlação estratigráfica através da utilização da espectrometria de raios gama no Toarciano inferior de diferentes sectores da Bacia Lusitânica Palaeogeographic evidence and stratigraphic correlation by using outcrop gamma-ray techniques in different Lower Toarcian sectors of the Lusitanian Basin G.G. Correia 1,2,*, L.V. Duarte 2,3, A.C. Pereira 2,3 Recebido em 15/01/2013 / Aceite em 10/05/2013 Disponível online em Junho de 2013 / Publicado em Junho de LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Artigo original Original article Resumo: Este trabalho fornece informações detalhadas relativas às séries margo-calcárias do Toarciano inferior da Bacia Lusitânica. O conjunto de dados recolhido abrange medições de radiação gama total e de espectrometria de raios gama, efectuadas no campo e em laboratório, e caracterização mineralógica de amostras de rocha total por difração de raios-x. O trabalho de campo foi desenvolvido em três sectores distintos da Bacia Lusitânica (Alcabideque, Rabaçal e Peniche), abrangendo a parte inferior das formações de S. Gião e do Cabo Carvoeiro. Como resultados, salientam-se sobretudo as diferentes correlações obtidas entre o Th e o K e as fracções detríticas das duas unidades, sugerindo a existência de duas áreas fontes distintas para as formações de S. Gião e Cabo Carvoeiro e ambientes deposicionais independentes entre a região do Rabaçal/Alcabideque e a secção de Peniche. Este estudo destaca a importância e utilidade das técnicas de raios gama na análise de bacias sedimentares e interpretação paleoclimática. Palavras-chave: Espectrometria de raios gama, margo-calcários, Toarciano inferior, Bacia Lusitânica. Abstract: This work provides detailed information of outcrop gamma-ray logging from the Lower Toarcian marly-limestone series of the Lusitanian Basin (Portugal). The study included total and spectral gamma-ray measurements in outcrop and laboratory and whole-rock mineralogical characterization by X-ray diffraction, carried out in three different sectors of the Lusitanian Basin (Alcabideque, Rabaçal and Peniche) and involving the base of the S. Gião and Cabo Carvoeiro formations. We emphasize the different correlations between the Th and K and the detrital fractions from both units suggesting the existence of two sediment supply sources for the S. Gião and Cabo Carvoeiro formations and independent depositional environments between Rabaçal/Alcabideque and Peniche regions. This study highlights the importance of the gammaray techniques as an important correlation tool in basin scale analysis and in palaeoclimatic interpretations. Keywords: Outcrop gamma-ray spectrometry, marly-limestone, Lower Toarcian, Lusitanian Basin. 1 Departamento de Engenharia do Petróleo, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas/Centro de Estudos de Petróleo, Campinas, CEP: São Paulo, Brasil. 2 IMAR-Centro do Mar e Ambiente, Universidade de Coimbra, Largo Marquês de Pombal, Coimbra, Portugal. 3 Departamento de Ciências da Terra. Faculdade de Ciências e Tecnologia. Universidade de Coimbra, Largo Marquês de Pombal, Coimbra, Portugal. *Autor correspondente / Corresponding author: gil@dep.fem.unicamp.br 1. Introdução O Toarciano da Bacia Lusitânica (BL) é materializado fundamentalmente por uma sedimentação margo-calcária alternante (Formação de S. Gião), diferenciando-se alguns sectores com características sedimentológicas muito particulares, como são os casos de Arrábida, Tomar e Peniche (Duarte, 1997, 2007; Kullberg et al., 2001; Duarte et al., 2004), permitindo definir ainda as formações de Prado e Cabo Carvoeiro (Duarte & Soares, 2002). Entre todo o enchimento sedimentar observado nos diversos sectores da bacia, o Toarciano inferior marca uma grande variabilidade, observada tanto verticalmente como lateralmente. Com efeito, entre o final do Pliensbaquiano e o Toarciano inferior (zonas Polymorphum e Levisoni) registam-se na bacia vários episódios de natureza paleoclimática, eustática e tectónica, responsáveis por variações abruptas no registo estratigráfico (Wright & Wilson, 1984; Duarte, 1997, 2007; Kullberg et al., 2001; Duarte et al., 2004; Hesselbo et al., 2007; Suan et al., 2008). Tendo em conta esta variabilidade sedimentar foram aplicadas técnicas de espectrometria de raios gama, desenvolvidas no campo e no laboratório, em três sectores distintos da Bacia Lusitânica (Rabaçal, Alcabiquede e Peniche) (Fig. 1), abrangendo sobretudo os dois primeiros membros da Formação (Fm.) de S. Gião e do seu equivalente para a região de Peniche, a Fm. do Cabo Carvoeiro (Duarte & Soares, 2002) (Fig. 2). Tal como é documentado nas referências acima citadas, o membro (Mb.) Cabo Carvoeiro 2 é composto por uma sucessão carbonatada com forte expressão em elementos siliciclásticos (quartzo, feldspato e micas). No seguimento de todo este enquadramento sedimentar os dados de raios gama foram igualmente suportados por estudos litostratigráficos detalhados, análises geoquímicas e mineralógicas. Um dos principais objectivos deste trabalho consistiu em conseguir curvas radiométricas igualmente únicas em que conjuntamente com os dados mineralógicos

2 90 conseguissem distinguir e correlacionar os sectores analisados procurando ao mesmo tempo uma justificação para os diferentes padrões sedimentares obtidos. G.G. Correia et al. / Comunicações Geológicas (2013) 100, Especial I, Fig. 1. Simplified geological map with spatial distribution of the carbonate units of Lower Jurassic age of the Lusitanian Basin. Locations of the studied sections: 1 Peniche; 2 Alcabideque; 3 Rabaçal. 2. Métodos Fig. 1. Mapa geológico simplificado com distribuição espacial das unidades carbonatadas do Jurássico Inferior aflorantes na Bacia Lusitânica. Localização dos três perfis estudados: 1 Peniche; 2 Alcabideque; 3 Rabaçal. Os métodos utilizados dividiram-se entre trabalho de campo e laboratorial. O primeiro foi realizado nas duas unidades litostratigráficas mencionadas, em três afloramentos distintos estudados por L.V. Duarte na década de 90: Fonte Coberta no Rabaçal (Duarte, 1995), Alcabideque (Duarte & Soares, 1993) e Ponta do Trovão em Peniche (Duarte, 1995). Os estudos de espectrometria de raios gama foram realizados através de um espectrómetro de raios gama portátil (modelo GR-130G da Exploranium ). De forma a evitar erros de leitura associados sobretudo com a heterogeneidade dos afloramentos, foi seguido um rigoroso procedimento (ver Correia, 2011). O trabalho laboratorial envolveu a recolha de 50 amostras de rocha em que todos os parâmetros analisados (radiação gama, geoquímica e mineralogia) foram obtidos a partir da mesma porção de rocha evitando erros associados com a variação lateral e vertical de facies. O U, Th e K foram quantificados através de um espectrómetro de bancada Ortec existente no Laboratório de Radioactividade Natural da Universidade de Coimbra. As análises mineralógicas foram efectuadas com o equipamento de Difracção de Raios-X existente no Departamento de Ciências da Terra da Universidade de Coimbra. Fig. 2. Quadro litostratigráfico sintético respeitante às unidades estudadas do Pliensbaquiano superior-toarciano médio (adaptado de Duarte & Soares, 2002). Fig. 2. Synthetic lithostratigraphic chart for the studied Upper Pliensbachian-middle Toarcian series (adapted from Duarte & Soares, 2002) 3. Resultados e discussão De uma forma geral, as unidades analisadas são caracterizadas por intensidades moderadas de radiação gama (100 a 120 cps), típicas de sequências margosas ou margocalcárias (Tabela 1) com pouca matéria orgânica (Oliveira et al., 2006; Correia, 2011). Os picos mais elevados (150 cps) foram obtidos nas porções estratigráficas com uma forte componente argilosa, concretamente nas margas chocolate do Mb. Calcários nodulosos em plaquetas (Fig. 2; ver Duarte, 1997; Duarte & Soares, 2002) e nas fácies detríticas que materializam parte do Mb. CC2. Estes dois membros são também aqueles que registam os valores mais elevados de Th e K (Th/U > 3), o que evidencia a forte

3 Espectrometria de raios gama no Toarciano inferior 91 ligação destes dois elementos radioactivos com uma sedimentação de origem continental, enriquecida em minerais pesados, feldspatos e micas, tal como o preconizado em Wright & Wilson (1984). No entanto, a correlação forte entre a fracção detrítica, o Th e o K nem sempre se verifica, nomeadamente quando se analisa conjuntamente a totalidade dos dados obtidos nos três sectores estudados, com particular incidência na correlação com a mica (r = 0,38 e 0,61 ver Tabela 2). Ao analisar separadamente as amostras da Fm. de S. Gião recolhidas no Rabaçal e Alcabideque (BL norte), e as da Fm. do Cabo Carvoeiro (Peniche), tornam-se evidentes duas correlações diferentes, sendo ambas muito significativas (Fig. 3). Este facto sugere a existência de duas áreas mãe distintas para os sedimentos provenientes destas duas formações e ambientes deposicionais independentes entre a região do Rabaçal/Alcabideque e Peniche, tal como foi sugerido por Duarte (2007). As correlações menos significativas entre as fracções detríticas, o Th e K foram obtidas na região de Peniche, o que sugere fluxos sedimentares intermitentes, provenientes de áreas fonte distintas, entre o continente a Este e o maciço das Berlengas a Oeste, materializado por granitos biotíticos com elevados teores de Th e K comparativamente a outros tipos de granitos existentes na região continental (Neves et al., 1996; Vaquero et al., 2010). Tabela 1 Comparação dos principais parâmetros radiométricos e mineralógicos obtidos nas diferentes unidades dos três perfis estudados. Table 1 Comparison between the main radiometric and mineralogical data, obtained in the different units of the three studied sections. Teores médios Mineralogia (%) Perfil Fomação Membro GR (cps) U (ppm) Th (ppm) K (%) Calcite Dolomite Quartzo Micas Feldspatos Fm. Lemede 96 1,0 2,7 1,3 82,0 0,0 14,4 2,6 1,1 Alcabideque Mb. MCFL 99 1,9 5,1 2,0 75,0 0,0 19,7 3,5 1,8 Fm. S. Gião "Margas Chocolate" 136 1,8 9,1 3,0 44,3 4,1 43,2 5,5 2,9 Fm. Lemede 81 3,5 1,0 0,5 Rabaçal Mb. MCFL 107 1,0 5,1 1,7 73,9 0,0 21,0 3,5 1,6 Fm. S. Gião Mb. CNP 84 1,1 2,9 0,6 Fm. Lemede 65 1,1 1,5 0,8 82,6 0,0 10,9 2,7 3,8 Peniche Mb. CC ,1 6,1 1,9 54,4 1,2 24,7 12,4 7,3 Fm. C. Carv. Mb. CC ,9 7,4 2,5 32,3 3,8 44,9 11,4 7,6 Tabela 2 Relações entre o Th e o K e a totalidade das frações detrítica e a fracção mineralógica composta apenas por mica. Table 2 Th and K correlations with the total detrital fraction and the mineral fraction composed only of mica. Toarciano inferior (BL) Fm. S. Gião (BL norte) Fm. Cabo Carvoeiro (Peniche) r K Th K Th K Th Mica 0,38 0,61 0,94 0,90 0,70 0,78 Detríticas 0,81 0,81 0,93 0,94 0,92 0,85 (BL Alcabideque, Rabaçal e Peniche; BL norte Alcabideque e Rabaçal) Fig. 3. K/mica e Th/fração detrítica com relações distintas para as duas unidades estudadas. Fig. 3. Different K/mica and Th/detrital fraction relations observed in both studied units.

4 92 G.G. Correia et al. / Comunicações Geológicas (2013) 100, Especial I, Como se pode ver pela Tabela 1, existem igualmente diferenças sedimentares e radiométricas significativas entre os setores do Rabaçal (Fonte Coberta) e Alcabideque apesar da sua proximidade geográfica. Esta diferença deve-se sobretudo à presença das margas chocolate na transição para o Mb. Calcários nodulosos em plaquetas (contacto entre as zonas Polymorphum e Levisoni) no sector de Alcabideque, caracterizadas pela sua forte componente argilosa e consequente aumento nas concentrações de Th e K. Os baixos valores de U são confirmados, genericamente, pelos baixos teores de matéria orgânica que caracterizam o Toarciano inferior da BL (e.g. Oliveira et al., 2006), contrariamente ao que se observa nas unidades subjacentes do Sinemuriano e Pliensbaquiano (ver, por exemplo, Duarte et al., 2010; Correia et al., 2012). Fig. 4. Integração dos dados de minerais de argila (modificado de Duarte, 1998) provenientes de amostras do perfil de Peniche (Ponta do Trovão), com o perfil litostratigráfico, radiação gama total, teores dos elementos radioativos e as relações Th/U e Th/K. Fig. 4. Integration of the clay mineral data (modified from Duarte, 1998) from the samples collected at Peniche (Ponta do Trovão outcrop), with the lithostratigraphic log, total gamma-ray, U, Th, K and the Th/U and Th/K relations. A forte acumulação siliciclástica observada no Mb CC2 em Peniche, tal como é evidenciado em Duarte (1997), parece estar relacionada com forte actividade tectónica (soerguimento do bloco das Berlengas), evidência igualmente sugerida por Kullberg et al. (2001), com base em critérios estruturais, para sectores mais meridionais da bacia. No entanto, e de acordo com Hesselbo et al. (2007), estes mecanismos reconhecidos no Toarciano inferior da BL poderão estar igualmente associados a mudanças climáticas mais globais, influenciadas por um ambiente mais quente e húmido que, acompanhado de um aumento da pluviosidade, intensificaria a erosão das zonas continentais. Por outro lado, Ruffel & Worden (1999) concluíram que o aumento de Th, nomeadamente da relação Th/U e Th/K, pode estar muitas vezes associado a um aumento da caulinite, por sua vez associado a climas húmidos e quentes. Dessa forma, a relação que os diferentes elementos radioactivos estabelecem entre si, pode ser utilizado como um método indireto em análises paleoclimáticas. Analisando os minerais de argila (Duarte, 1998) e os dados radiométricos apresentados na fig. 4, tanto a razão Th/U como o teor de caulinite parecem mostrar uma tendência crescente desde a base até ao topo do Toarciano inferior aflorante em Peniche. Tendo em consideração o conjunto de dados

5 Espectrometria de raios gama no Toarciano inferior 93 apresentados, o aumento brusco da fracção detrítica nos sedimentos do Toarciano inferior da BL, parece corresponder a uma conjugação de factores. Por um lado, o soerguimento do bloco das Berlengas e a reactivação dos principais alinhamentos estruturais parece evidente, contrariando a subida do nível do mar (e.g. Hallam, 2001) e contribuindo para a destabilização das vertentes e cursos de água e consequente fluxo gravítico de sedimentos continentais em direcção aos depocentros da bacia. Por outro lado, o clima mais húmido e quente vigente neste período, associado a uma maior pluviosidade, poderá ter contribuído para reforçar a erosão das áreas continentais. Por estes factos, a BL contrasta com outras bacias europeias onde predominam sequências ricas em matéria orgânica associadas ao Evento Oceânico Anóxico do Toarciano (Hesselbo et al., 2007). 4. Conclusões Os dados de espectrometria revelaram uma grande utilidade na identificação e quantificação de diferentes litologias, possibilitando a caracterização radiométrica dos diferentes membros e formações do Toarciano inferior da BL. A variação lateral de fácies ao longo do Toarciano inferior da BL, ficou bem documentada nos diferentes registos radiométricos obtidos em Alcabideque, Rabaçal e Peniche. A componente detrítica de origem continental ficou não só evidenciada nos dados mineralógicos mas também no comportamento do Th e K. As correlações entre as fracções detríticas (nomeadamente a fracção composta pela mica), o Th e o U permitiram evidenciar a existência de áreas fonte distintas para as formações de S. Gião e Cabo Carvoeiro e ambientes deposicionais independentes entre a região do Rabaçal/Alcabideque e a secção de Peniche. Da mesma forma, a correlação menos significativa obtida na secção de Peniche sugere fluxos sedimentares intermitentes, provenientes de áreas fonte distintas, entre o continente a Este e o maciço das Berlengas a Oeste. As relações entre os diferentes elementos radioactivos parecem também evidenciar uma boa aproximação com a presença de caulinite/ilite nos sedimentos mais margosos. Estudos mais aprofundados poderão confirmar a utilidade das técnicas radiométricas em análises paleoclimáticas. Agradecimentos Este trabalho é uma contribuição para o projecto PTDC/CTE- GIX/098968/2008 (FCT-Portugal e COMPETE-FEDER). Referências Correia, G., Aplicações da Espectrometria de Raios Gama no Estudo de Séries Carbonatadas. O caso do Jurássico Inferior da Bacia Lusitânica. Tese de Mestrado em Geociências (especialidade em Geologia do Petróleo) não publicada, Departamento de Ciências da Terra da Universidade de Coimbra, Coimbra, 97. Correia, G. G., Duarte, L. V., Pereira, A., Silva, R. 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