Aplicação da Microssonda Eletrônica na Análise de Proveniência: Granadas Traçadores de Áreas-fonte nas Bacias de Santos e Pelotas

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1 Aplicação da Microssonda Eletrônica na Análise de Proveniência: Granadas Traçadores de Áreas-fonte nas Bacias de Santos e Pelotas Remus, M.V.D. 1 ; De Ros, L.F. 1 ; Dillenburg, S 2 ; Splendor, F. 3, Nunes, L. C. 4 1 Depto. de Mineralogia e Petrologia, Instituto de Geociências, UFRGS 2 Depto. de Geologia, Instituto de Geociências, UFRGS 3 Mestrando, Bolsista CNPq - PPGeo UFRGS 4 Iniciação Científica, PIBIC, CNPq Abstract This work presents an overview of microprobe studies applied to provenance researsch developed through cientific projects with the petroleum industry, research projects and graduate conclusion-work in geology supported by the National Petroleum Agency - ANP. The identification of compositional varieties of garnets in the marginal brazilian basins is a pioneer result of the extensive application of microprobe to the provenance studies. Patterns of composition of the garnets varieties were identified and interpreted in terms of changes in the provenance of the Santos Basin source-area during the basin evolution. Likewise, the garnet composition and signatures of the Rio Grande do Sul Shield, and of the adjacent Pelotas Basin were established. The garnets varieties from five stratigraphic sedimentary sequences of Santos Basin plot in five distinct fields in discriminant triangular diagrams AlS (Al = Almandine + S = Spessartine) x P (Pyrope) x GAU (G = Grossular + A = Andradite + U = Uvarovite) indicating the occurrence of eight source-lythologies types in source-areas. The occurrence of Grossular (Ca) in one o the sequences indicates the presence of metacarbonatic rocks in the source area. The same sequence shows the presence of spessartine Mn-rich garnet derived from aplites and pegmatite granitic rocks indicating granitic terranes in the source area. Garnets derived from amphibolites and mafic gneisses are depleted in this sequence, also indicating important changes in the provenance. The rock units of the Rio Grande do Sul Precambrian Shield show a large variety of garnets which plot in five distinct fields in the garnet discriminant triangular diagrams. The Quaternary sediments of Pelotas Basin show the similar garnet varieties of the adjacent Shield, however with a larger presence of the high-mg garnets (high P in the diagrams) derived from high-grade metamorphic terranes. This composition occurs in the Taquarembó Block and Porongos Belt of the Rio Grande do Sul Shield and also in the Uruguay Shield, to the South. Introdução Os estudos petrológicos e geoquímicos da composição detrítica de arenitos e conglomerados constituem-se em importantes ferramentas de interpretação da evolução tectônica e do prenchimento sedimentar das bacias. O entendimento da proveniência dos arenitos é um aspecto fundamental na avaliação de sistemas deposicionais clásticos, permitindo identificar padrões deposicionais e de dispersão de areias. Além disso, variações de proveniência dentro dos ambientes deposicionais servem de base para correlação de seqüências siliciclásticas Este trabalho apresenta uma síntese da aplicação da microssonda eletrônica na análise de proveniência sedimentar desenvolvida através de projetos científicos com a indústria do petróleo, projetos de pesquisa em associação com outros pesquisadores, trabalho de conclusão do curso de geologia apoiados pela Agência Naciona do Petróleo - ANP e de iniciação científica. Os temas abordados consistiram no estudo da proveniência dos sedimentos das bacias marginais brasileiras de Santos e Pelotas. O desenvolvimento mais recente consistiu na identificação das variedades composicionais das granadas das bacias marginais brasileiras pesquisa pioneira na

2 utilização de microssonda em estudos de proveniência no Brasil. Os resultados permitiram alcançar avanços científicos importantes na análise varietal de granadas da fração de minerais pesados dos sedimentos destas bacias além da caracterização deste grupo de minerais nas rochas-fonte mais representativas do Escudo Sul-riograndense. Granadas no estudo da proveniência O estudo petrológico da proveniência sedimentar é um método utilizado modernamente na exploração de petróleo e, em geral, na análise de bacias e na estratigrafia possibilitando a identificação das áreas fontes e da interpretação da evolução paleogeográfica de bacias sedimentares (Zuffa, 1987). As granadas são minerais pesados adequados para estudos de proveniência, consistindo numa importante ferramenta para traçar as áreas fontes dos sedimentos porque: 1) a sua variação composicional fornece informações detalhadas sobre os tipos litológicos da área fonte; 2) são extremamente estáveis no intemperismo e relativamente estáveis na diagênese; 3) possuem variação de densidade relativamente pequena ( ) minimizando o efeito de seleção hidráulica; 4) o estudo de um grupo isolado de minerais, como a granada, minimiza os efeitos da destruição seletiva das diferentes espécies de minerais pesados durante o intemperismo, o transporte e a diagênese (Morton, 1985;). A identificação das rochas-fonte das granadas pode ser realizada através da discriminação de sua composição através de dois diagramas triangulares distintos, representados pelos vértices: P (Piropo); AlS (Al = Almandina + S = Espessartita); GAU (G = Grossulária + A = Andradita + U = Uvarovita) e PGAU (P = Piropo + G = Grossulária + A = Andradita + U = Uvarovita). Os diagramas triangulares P-AlS-GAU e modificado á partir de Morton et al. (2002) e S-Al-PGAU construído a partir de dados composicionais de granadas extraídos de Deer et al. (1997) (Fig. 1) discriminam cinco campos composicionais [(a), (b), (c), (d) e (e)] correspondentes a oito grupos distintos de rochas portadoras de granadas conforme definido abaixo: (a) Granadas com elevado teor de Piropo (P>20) e baixo teor de Grossularia+Andradita+Uvarovita (GAU<10), derivadas de rochas metamórficas de alto grau (paragnaisses, granulitos e charnockitos). (b) Granadas com teores baixos de Piropo, elevados valores para AlS e teores variáveis de GAU são características de rochas metasedimentares de baixo a médio grau (metapelitos e outros metasedimentos siliciclásticos). (c) Granadas com elevados teores de Piropo e GAU, derivadas de metabasitos (anfibolitos e gnaisses máficos). (d) Granadas com elevados teores de GAU (GAU>90) são encontradas em rochas metacarbonáticas (rochas metamórficas regionais e de contato; escarnitos). Neste campo plotam ainda outros tipos litológicos representados por: granadas Andraditas da variedade Melanita (TiO2 > 1,0%) derivadas de rochas ígneas alcalinas Hidrogrossulárias, tipicamente encontradas em rochas metassomáticas (rodingitos e escarnitos); Uvarovitas (elevado teor de Cr) que ocorrem em serpentinitos. O campo proposto para estas granadas cálcicas (GAU>90) provavelmente pode ser aumentado para valores de até GAU>65 tendo em vista a ocorrência de variedades de composição exótica, especialmente em rochas alcalinas. (e) Granadas com baixos teores de PGAU e elevados valores de Espessartita (S>20) são encontradas em pegmatitos e aplitos graníticos e alguns granitos. Embora na maioria dos granitos portadores de granadas, as variedades ricas em espessartita possuam baixos valores de PGAU, estes componentes podem alcançar valores ligeiramente superiores a 10 em alguns casos.

3 Fig. 1 Variedades composicionais de granadas posicionados em diagramas triangulares P-AlS-GAU e Al- PGAU-S discriminando cinco campos distintos: (a), (b), (c), (d) e (e) correspondentes a oito grupos de rochas portadoras de granadas, conforme definido acima. Bacia de Santos A Bacia de Santos é uma bacia de margem passiva que teve seu desenvolvimento no Mesozóico e Cenozóico. O estudo químico das grandas da bacia visou estabelecer as relação entre áreas-fonte e o preenchimento sedimentar da porção centro-norte da Bacia de Santos e extremo sul da Bacia de Campos, onde foram analisados diversas amostras de arenitos coletados em poços distribuídos ao longo de transectas dip e seções strike. A coluna sedimentar do Cretáceo e Terciário da bacia de Santos foi segmentada em cinco seqüências estratigráficas separadas por discordâncias regionais. Fig.2 Mapa de localizacão da Bacia de Santos na margem continernatl brasileira. Os resultados das análises químicas das granadas das cinco sequencias, plotadas em diagramas triangulares P-AlS-GAU e S-Al-PGAU discriminam cinco campos composicionais (a), (b), (c), (d) e (e), indicando a ocorrência de 8 grupos de rochas portadoras de granadas na área fonte (Remus, 2003).

4 O estudo da composição química das grandas da Bacia de Santos permitiu identificar as litologias-fonte dos sedimentos (Fig. 3) e também detectar mudanças significativas na proveniência durante a evolução da bacia. Um dos aspectos importantes é o aparecimento de granadas ricas em Ca derivados do metamorfismo de rochas calcárias numa das sequências estratigráficas. Tais granadas consistem de grossulárias com baixos teores de Andradita. Outra mudança com grande significado é o aparecimento de granadas derivadas de terrenos graniticos do tipo aplitos/pegmatitos graníticos. Tais granadas estão ausentes nas sequencias posteriores. Adicionalmente, diminui significativamente a participação de granadas derivadas de anfibolitos/gnaisses máficos nesta mesma sequencia. Bacia de Pelotas Os estudos na Bacia de Pelotas concentraram-se na fração superficial relacionada aos depósitos arenosos do Quaternário (Holoceno-Pleistoceno), na porção centro-sul (paralelos 30º- 32º), da plataforma continental da bacia, com suas possíveis aréas fontes adjacentes do Escudo Sul-Riograndense. Foram realizados trabalhos de campo com reconhecimento e coleta de amostras das diferentes litologias portadoras de granada do Escudo Sul-Riograndense, e seleção de amostras em testemunhos de sondagem, extraídos da cobertura superficial de sedimentos da Bacia de Pelotas coletadas pela Operação Geomar VII em Fig. 3 Composição das granadas das amostras analisadas das Seqûências I, II, III, IV e V da Bacia de Santos. Os resultados mostram a presença de cinco grupos composicionais na bacia, conforme os campos com as litologias-fonte definidos nos diagramas respectivos na figura 1, com predomínio de granadas derivadas de rochas metasedimentares de alto, baixo e médio graus; anfibolitos e gnaisses máficos, com contribuição subordinada de metacarbonáticas e granitos, aplitos e pegmatitos. Os resultados das análises químicas das granadas dos testemunhos e das litologias do escudo são discriminadas nos diagramas triangulares AlS P GAU e Al S PGAU das Fig 4 e 5, onde são identificados os principais grupos composicionais das granadas e suas respectivas litogias-fonte (Splendor, 2004). Os dados das análise quimicas mostram a presença de quatro populações de granadas nos sedimentos Quaternários da Bacia de Pelotas: - A população mais freqüente consiste de granadas ricas no componente Piropo indicando uma área fonte relacionada a terrenos de alto grau metamórfico (campo a da Fig. 1). Tais terrenos no Escudo Sul-Riograndense são encontrados na região do Bloco Taquarembó (granulitos e gnaisses), na região de Pinheiro

5 Machado e menos expressivamente na região de Capivarita. Provável contribuição importante dos terrenos de alto grau do Escudo Uruguaio. - Granadas com teores baixos de Piropo, elevados valores para Almandina + Espessartita e teores variáveis de Grossularia+Andradita+Uvarovita (campo b da Fig. 1) derivadas de rochas metasedimentares de baixo a médio grau, provenientes das unidades do Cinturão Porongos e do Bloco São Gabriel. - Em menor proporção, granadas com elevados teores de Piropo e Grossularia+Andradita+Uvarovita (campo c da Fig. 1) derivadas de metabasitos e granulitos máficos, provenientes provavelmente do Complexo Granuítico Santa Maria Chico. - Os aplitos e pegmatitos graníticos do Bloco Dom Feliciano tiveram pequena participação como e área fonte dos sedimentos da bacia (campo e da Fig. 1). Fig. 4 Localização da Bacia de Pelotas e dos testemunhos de sondagem analisados (modificado de Martins et al., 1987).

6 Fig. 5 Composição das granadas analisadas dos testemunhos de sondagem da porção superficial da Bacia de Pelotas. Os dados mostram a presença de três grupos composicionais principais: metamórficas de alto grau, metassedimentos de baixo a médio grau e anfibolitos e gnaisses máficos, com menor contribuição de um quarto grupo composicional constituído po granadas de aplitos e pegmatitos graníticos, conforme os campos com as litologias-fonte definidos nos diagramas respectivos na figura 1. Fig. 6 Composição das granadas das litologias aflorantes no Escudo Sul-Riograndense, incluindo sedimentos de corrente. Os resultados mostram a presença de cinco grupos composicionais de granadas (ver Fig.1). Granadas derivadas de rochas metassedimentares de baixo e médio graus (Bloco São Gabriel e Cinturão Porongos); anfibolitos e gnaisses máficos (Bloco Taquarembó, Cinturão Porongos), com contribuição de metacarbonáticas (Bloco São Gabriel) e granitos, aplitos e pegmatitos (Cinturão Dom Feliciano). Referências Bibliográficas Deer, W.A.; Howie, R.A.; Zussman, J Rock-forming minerals - Orthosilicates., Vol.1A. The Geological Society (2nd Ed.), 919p. Martins, I.R.; Toldo, E.E.; Gruber, N.L.S, Descrição de Testemunhos da Plataforma Continental Brasileira, Geomar VII, Notas Técnicas, CECO, 5, 158p. Morton, A. C., 1985, A new approach to provenance studies: electron microprobe analysis of detrital garnets from Middle Jurassic sandstones of the northern North Sea: Sedimentology, v. 32, p Morton, A.C.; Knox, R.W.O B.; Hallsworth, C Correlation of reservoir sandstones using quantitative heavy mineral analysis. Petroleum Geoscience, v. 8 p Remus M.V.D Estudo da composição das granadas detríticas In: De Ros, L.F. (coord,) Proveniência dos arenitos Meso-cenozóicos da Bacia de Santos, Relatório Final do Projeto de Pesquisa PETROBRAS-FAURGS, p Splendor, F Composição química das granadas no estudo de proveniência dos sedimentos Quaternários da porção Sul da Bacia de Pelotas, RS. Monografia do Trabalho de Conclusão do Curso de Geologia, Instituto de Geociências, UFRGS, 133p. Zuffa, G. G., 1987, Unravelling hinterland and offshore palaeogeography from deep-water arenites, in J. K. Leggett, and G. G. Zuffa, eds., Marine Clastic Sedimentology - Concepts and Case Studies (a volume in memory of C. Tarquin Teale), London, Graham and Trotman Ltd, p