A MICROTERMOMETRIA DE INCLUSÕES FLUIDAS

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1 A MICROTERMOMETRIA DE INCLUSÕES FLUIDAS Matos, Catarina A. R. Geóloga, Ramo Científico; Projecto PRAXIS XXI 2 / 2.1 / /CTA / 81 / 94, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade de Coimbra. RESUMO As inclusões fluidas são vacúolos cheios de líquido, vapor ou sólidos selados no interior dos minerais. A técnica utilizada para o seu estudo é a microtermometria. Este método consiste em medir, ao microscópio, as temperaturas em que se observam mudanças no número ou no estado das fases fluídas quando se fazem variar as condições de temperatura. Pretende abordar-se este tema de forma a expor a sua metodologia e as suas possíveis aplicações. 1. INTRODUÇÃO Os cristais perfeitos são muito raros na natureza, sabendo-se ser virtualmente impossível fazer crescer cristais ideais sem defeitos mesmo sob as mais rigorosas condições laboratoriais. Quando os cristais crescem ou recristalizam num meio fluido, irregularidades ou imperfeições de crescimento originam o aprisionamento de pequenas porções de fluído no cristal sólido originando-se assim as inclusões fluidas. As informações proporcionadas pelo estudo das inclusões fluidas são várias. O estudo das inclusões fluidas e a sua aplicação na reconstituição das condições físico-químicas de formação dos minerais e das rochas é condicionado por duas premissas fundamentais: uma diz que o fluido é representativo da solução original, ou seja, o aprisionamento é homogéneo, e a outra diz que a densidade e a composição do fluido permaneceram constantes após o aprisionamento, isto é, a IF comportou-se como um sistema fechado e de volume constante. 2. DEFINIÇÃO As inclusões fluidas são cavidades microscópicas intracristalinas que encerram uma ou mais fases fluidas e, por vezes fases sólidas, à temperatura ambiente. Estes fluidos foram aprisionados em diferentes períodos da formação geológica do mineral e da rocha onde se encontram. 3. CLASSIFICAÇÃO Uma das classificações das IF divide-se em paragenética e composicional. A classificação paragenética separa as inclusões fluidas em: Primárias, que são formadas durante o crescimento do cristal hospedeiro, sempre que um defeito de crescimento conduz ao aprisionamento do fluido a partir do qual o mineral está a crescer, são uma amostra da solução presente no momento da formação do mineral (sin-cristalinas); Secundárias, que são aprisionadas após o crescimento do cristal hospedeiro, sempre que ocorre uma fractura que permite a penetração do fluido circundante, seguindo-se a cicatrização dessa fractura (pós-

2 cristalinas); e Pseudo-Secundárias que têm aparência de secundárias mas o seu significado geológico é semelhante ao das primárias, pois testemunham um fluido contemporâneo de um dado período de crescimento de um cristal (sin-cristalinas por microfracturação). Existem alguns critérios que permitem identificar visualmente as IF mediante a sua origem, como se pode observar na figura 1. Por exemplo, as IF primárias dispõem-se paralelamente às zonas de crescimento ou faces do cristal, são relativamente grandes em relação a todas as outras aparecendo muitas vezes isoladas, separadas por uma distância maior que 5x o diâmetro da inclusão. As secundárias ocorrem em grupos planares, sublinhando fracturas cicatrizadas tendo formas estreitas, planas ou irregulares. As IF pseudo-secundárias são semelhantes às secundárias, mas ocorrendo alinhadas segundo fracturas que terminam numa zona de crescimento do cristal (não tocando os seus bordos). Figura 1. Distribuição idealizada de IF (Shepherd, 1985). A classificação composicional das IF divide-as em (ver exemplos nas fotografias 1, 2 e 3): Tipo L, são inclusões aquosas (L+G ou L); Tipo C, as quais podem, por sua vez, ser carbónicas (CO 2l ou CO 2g) ou aquo-carbónicas (CO 2l+CO 2g+L ou CO 2g+L); Tipo S contendo fases sólidas (L+G+S); e, Tipo G com vidro recristalizado. Foto 1. Inclusão aquosa tipo L Foto 2. Inclusão Aquo-carbónica tipo C.

3 Foto 3. Inclusão tipo S. A classificação mais recente das IF faz a sua divisão baseando-se nas fases observadas à temperatura ambiente como se pode ver na tabela 1. Tabela 1. Classificação de IF com base nas fases observadas à temperatura ambiente. Tipo de Inclusão Fases essenciais Exemplos típicos Abreviaturas Monofásicas L = 100% CO2 líquido Aquosas V = 100% CO2 Vapor (CO2;CH4;H2O;N2) Tipo C: Lc, Vc (carbónicas) Tipo L: Lw (aquosas) Tipo L ou Tipo C Lw+V Lw+Vc Bifásicas (L 50%) Lc+Lw ou Lw+Vm (L = 50 a 80%) Vc+Lw Tipo C Trifásicas Fase aquosa Lw+Lc+Vc CO2 Líquido (aquo-carbónicas) CO2 vapor Tipo S Polifásicas (Contém fases S+L+V sólidas, "daughter minerals") São restritivas de Vidro Tipo G rochas extrusivas GL+V+S ou GL 50% ou intrusivas de "Melt" baixa densidade

4 4. SELECÇÃO DAS AMOSTRAS E EXAME PETROGRÁFICO Antes de se iniciar o trabalho de microtermometria propriamente dito, deve fazer-se uma selecção das amostras a observar; essas amostras terão características ideais caso tenham cristais de grandes dimensões, transparentes e, se possível, euédricos e zonados. Os estudos das IF começam pela observação petrográfica de lâminas delgadas previamente preparadas em cujas secções se permite fazer uma selecção do material adequado para esses estudos. Seguidamente passar-se-á à elaboração de lâminas espessas de rocha ou mineral, polidas em ambas as faces. A sua espessura final (entre 0,1 e 0,5 mm) depende do tamanho e abundância das inclusões e da transparência do mineral. É então feito um exame petrográfico em microscópio de luz transmitida, o qual se deve iniciar com oculares e objectivas de menor ampliação (oc. 10 x e ob. 10x), passando-se a um exame detalhado com oculares de 12,5x ou 15x e objectivas de longa distância de trabalho de 50x e 80x. Através do exame microscópico faz-se o reconhecimento e localização das IF selecionando-as pelo tamanho, origem e composição; e localizando-as com a utilização de esquemas e/ou fotografias da secção observada em diferentes ampliações. Deve fazer-se sempre que possível a identificação dos daughter minerals (fases sólidas que cristalizaram a partir do fluido, após o aprisionamento, à medida que este atingia o ponto de saturação para uma fase particular); e o reconhecimento de necking down (modificações na forma, tamanho e distribuição das inclusões sem perda ou adição de material, isto é, reequilíbrio isoquímico com volume constante traduzido por simples estrangulamento ou por fragmentação das inclusões), leakage (fuga de fluido na inclusão que pode ser induzido por tensões mecânicas ou termais) e decrepitação natural e refiling (substituição total ou parcial do fluido original da inclusão por fluido circundante, ocorrendo por exemplo quando uma inclusão é intersectada por uma fractura). Ainda através desse exame deve proceder-se à classificação das IF mediante os critérios já referidos no ponto 3 deste artigo; e, por fim fazer-se uma estimativa das proporções de fases ( degree of fill = Flw), cujas medidas são facilmente determinadas com uma ocular graduada e calibrada em que o diâmetro da bolha fixa o volume da fase de vapor e, no caso de inclusões bifásicas através da utilização de cartas padrão concebidas especialmente para esse efeito. 5. A MICTROTERMOMETRIA A microtermometria é um método não destrutivo utilizado para estudo de inclusões fluidas que consiste em medir, ao microscópio, as temperaturas a que se observam mudanças no número ou no estado das fases fluidas quando se fazem variar as condições de temperatura (Noronha, 1998). O material utilizado para este estudo, como se pode ver na fotografia 4, é um microscópio óptico de transmissão equipado com uma platina própria para a microtermometria, ou seja, essa sobreplatina pode trabalhar numa gama de temperaturas desde os 180º C até aos 600º C. O valor de T é medido graças a um termopar de platina ligado a um voltímetro. A microtermometria compreende duas fases: a criometria ou arrefecimento (desde os 20º aos - 180º C) e o aquecimento (desde os 20º até aos 600º C). O arrefecimento é obtido com o auxílio de uma alimentação de azoto líquido e o aquecimento é possível graças a uma resistência eléctrica que é compensada por um sistema de refrigeração do tipo bomba de aquário.

5 Foto 4. Equipamento Linkam utilizado para a microtermometria de inclusões fluidas. Este estudo deve ser sempre iniciado pela criometria de modo a poderem ser evitadas eventuais destruições de inclusões fluidas por decrepitação ou leakage, fenómenos que podem acontecer em algumas inclusões durante o aquecimento. O procedimento padrão da criometria consiste em congelar a inclusão e efectuar as observações durante a subida gradual de temperatura. No aquecimento as medições são efectuadas durante o ciclo de subida da temperatura, sendo o principal objectivo medir a temperatura final de homogeneização, embora se façam outras medições como, por exemplo, a temperatura de homogeneização parcial da fase de CO 2, a temperatura de dissolução ou fusão do sal e a temperatura de decrepitação. Durante as variações de temperatura a que são sugeitas as amostras (lâminas espessas) ocorrem mudanças de fase mais significativas, sendo exactamente as temperaturas a que acontecem essas mudanças que se vão registar. Deste modo, são importantes as seguintes temperaturas: A Fusão do CO 2 (Tm CO 2), que fornece indicações sobre o grau de pureza do CO 2, por exemplo uma temperatura inferior ao ponto triplo do CO 2 (-56,6º C) indica a presença de outro gás na fase vapor. A Fusão do gelo (Tm I), que ocorre por volta de 0º C e permite estimar a salinidade do fluido em termos de percentagem de equivalente em peso de NaCl no caso de fluidos sem espécies gasosas (como por exemplo fluidos do tipo H 2O NaCl). A Tm I dá uma indicação importante da composição do fluido. A Fusão dos Quelatos (Tm C), que são hidratos de CO 2 (fundem entre os 0º C e os 10º a 12º C), e permitem estimar a salinidade do fluido e a pureza do CO 2 na fase volátil. A Temperatura de Homogeneização final (Th), que corresponde à temperatura mínima de aprisionamento do fluido; no caso de haver evidências do fluido ter sido aprisionado em ebulição, a Th correspondente é a temperatura a que realmente se deu o aprisionamento. Com estes dados de temperaturas assim como com os dados colhidos segundo a análise petrográfica que antecede o estudo microtermométrico propriamente dito procede-se à construção de um quadro com vista a facilitar o trabalho de interpretação das informações obtidas. Nesse quadro esquemático deve incluir-se o número da amostra, o litótipo, o mineral

6 em questão, a paragénese mineral, o número da inclusão, o seu tipo (ou classificação), a ocorrência, o tamanho (em ), a sua forma, o grau de preenchimento (Flw), e as temperaturas medidas (Tm CO 2, Tm I, Tm C, Th) assim como o modo de homogeneização. Esta tabela de dados apresenta os resultados termométricos de forma a que proporcionem uma apreciação imediata de grupos, tendências e outras relações gráficas; através dela constroem-se histogramas, os quais são uma forma de representação que permite uma visualização clara da variabilidade de um parâmetro particular e o reconhecimento de populações para a mesma amostra ou amostras relacionadas. 6. ESTIMAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE APRISIONAMENTO O conhecimento da pressão de aprisionamento é importante porque permite corrigir as temperaturas de homogeneização para obter temperaturas de aprisionamento. Correcção de temperatura: TA = Th + t Existem diferentes métodos para cálculo da pressão dos fluidos a partir dos dados das IF entre os quais: a pressão de vapor do fluido em Th (pressão mínima); através de isócoras (linhas de densidade constante) + geotermómetros independentes (partições de elementos traço, associações em equilíbrio e composição do mineral); a intersecção de isócoras (aprisionamento de dois fluidos imiscíveis); e a dissolução dos daughter minerals especialmente no caso de Ts Th. 7. CONCLUSÃO A partir das temperaturas obtidas pelo método da microtermometria podem determinar-se a composição e a densidade dos fluidos contidos nas inclusões fluidas, assim como obter-se informação acerca da temperatura e pressão de aprisionamento desses fluidos. Como estes são contemporâneos de um dado período de vida do mineral hospedeiro, os dados podem ser utilizados na interpretação da história do mineral ou rocha que os contém. As inclusões fluidas representam a evidência mais directa dos fluidos que acompanham os diversos fenómenos geológicos, daí que as suas aplicações sejam variadas dentro de diferentes áreas da Geologia desde: a petrologia ígnea e metamórfica (composição dos fluidos, geotermometria e geobarometria); a petrologia sedimentar; a pesquisa de jazigos minerais modelos genéticos e exploração (para determinar a natureza dos fluidos responsáveis pela mineralização, relações temporais entre as IF aprisionadas e a sequência paragenética dos minerais), a geoquímica experimental; a exploração de petróleo e gás natural; a gemologia e também a planetologia. Deste modo pode afirmar-se que o significado geológico das inclusões fluidas é grande e que se torna necessário o desenvolvimento e aplicação do seu estudo. AGRADECIMENTOS Este trabalho foi possível graças ao projecto PRAXIS XXI do qual faço parte e, no qual tive sempre o apoio incontestável do Prof. Dr. António Ferreira Pinto, do Dr. Luís Conde, da Dra. Elsa Gomes e da minha colega bolseira Palmira Rachinhas. A todos o meu sincero muito obrigado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Goldstein, R. H. & Reynolds, T. J. (1994). Systematics of fluid inclusions in diagenetic minerals. Society for Sedimentary Geology Short course 31, SEPM Tulsa, OK, 199 pp.

7 Moura, A. J. N. G. (1994). Estudo de inclusões fluidas dos minérios rubané e fissural do jazigo do Corvo, Mina de Neves-Corvo, Portugal. Tese de Mestrado, Universidade de Aveiro, 193 pp. Noronha, F. (1998). O estudo das inclusões fluidas. Curso sobre o estudo das inclusões fluidas, GIMEF, Centro de Geologia da Universidade do Porto, pp Shepherd, T. J., Rankin, A.H. & Alderton, D. H. (1985). A Practical guide to fluid inclusion studies. Glasgow, Blakie and Son, 239 pp.