Proveniência e intemperismo da área-fonte do Grupo Bauru

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Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, 205-208
IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014
ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X
Proveniência e intemperismo da área-fonte do Grupo Bauru
no Oeste do Estado de Minas Gerais (Brasil)
Provenance and source area weathering of Bauru Group of West
Minas Gerais State (Brazil)
N. H. Secol Mattos1*, A. Batezelli1
Artigo Curto
Short Article
© 2014 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP
Resumo: Estudos geoquímicos e mineralógicos de arenitos e
argilitos da Bacia Bauru (Cretáceo Superior), localizada na região
Sudeste do Brasil foram realizados visando à determinação da
proveniência, tectônica da rocha fonte e o papel de processos como
intemperismo, selecionamento e reciclagem sedimentar na assinatura
geoquímica da rocha fonte. As amostras têm sua mineralogia
principal composta por quartzo, microclínio e hematita e illita,
montmorillonita e palygorskita como argilominerais. A cimentação
carbonática é um importante aspecto a ser observado nessas rochas.
Elementos maiores, vestigiais e terras raras (REE) e as razões
elementais foram utilizadas para determinar a composição da rocha
fonte, sugerindo que esta estava localizada em ambiente tectônico de
margem continental passiva e que os sedimentos foram derivados de
rochas félsicas. Os valores do CIA e do CIW indicam intemperismo
variando de moderado a intenso na área fonte. O clima atuante
durante o intemperismo era árido. A deposição sedimentar na Bacia
Bauru reflete a interação de processos eólicos e lacustres.
Palavras-chave: Geoquímica, Proveniência, Ambiente tectônico,
Intemperismo.
Abstract: Geochemical and mineralogical studies of sandstones and
mudstones from the Late Cretaceous Bauru Basin of Southeast Brazil
were undertaken to determine the provenance, tectonic setting of
source rock and the role of weathering, sorting and recycling on the
source rock geochemical signature. Samples are mainly composed of
quartz, microcline, hematite and illite, montmorillonite and
palygorskite as the clay minerals. Carbonate cementation is an
important feature of these rocks. Major, trace and rare earth elements
and the ratios among them, were used to determine provenance,
suggesting source rock was located into a continental passive margin
tectonic setting and sediments were derived from felsic source rocks.
The CIA and CIW values indicate a moderate to intense weathering
in the source area. Predominant climate during weathering were arid.
Sedimentary deposition in Bauru Basin reflects an interaction of
aeolian and lacustrine processes.
Keywords:
Geochemistry,
Provenance,
Tectonic
setting,
Weathering.
1
Instituto de Geociências, Universidade Estadual de Campinas, Caixa Postal
6152, Campinas, São Paulo, Brazil.
*
Autor correspondente / Corresponding author: [email protected]
1. Introdução e localização
As rochas constituem um dos principais registros de
informação referentes às condições pretéritas da superfície
terrestre. A análise geoquímica tem assumido cada vez mais
papel de importância para os estudos de proveniência e
caracterização de sedimentos. O principal objetivo dos
estudos de proveniência a partir da análise geoquímica é a
reconstrução e interpretação do histórico do aporte
sedimentar, desde a erosão da rocha-fonte até o
soterramento final dos detritos, e, eventualmente, a dedução
da localização geográfica e das características da área-fonte
(Nesbitt et al., 1990; Cox et al., 1995).
Este trabalho empregou técnicas analíticas como a
Fluorescência de Raios X, o ICP-MS e a Difração de Raios
X para a realização de uma caracterização geoquímica e
mineralógica da área de estudo, e assim identificar as
condições tectônicas e climáticas da área-fonte.
O intervalo estratigráfico escolhido para este estudo está
inserido no contexto da sedimentação da Bacia Bauru,
localizado na região do Triângulo Mineiro no Estado de
Minas Gerais.
2. Contexto geológico local
A Bacia Bauru (Fig. 1) é uma bacia sedimentar
intracratônica desenvolvida no interior da Plataforma SulAmericana após a abertura do Oceano Atlântico Sul. Sua
gênese é considerada como uma resposta aos processos de
subsidência termal, associada com o resfriamento das lavas
basálticas da Formação Serra Geral (Cretáceo Inferior) e
da reestruturação tectônica ocorrida no Cretáceo Superior
(Batezelli, 2010), relacionada aos processos de reativação
do embasamento pré-cambriano.
O
registro
sedimentar
desta
bacia
ocupa
aproximadamente 330.000 km2 no território brasileiro e
apresenta espessura máxima de 300 m. A Bacia Bauru tem
idade Santoniana a Maastrichtiana e o preenchimento
sedimentar desta bacia pode ser dividido em duas unidades
litoestratigráficas, os grupos Bauru e Caiuá.
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N. Secol Mattos, A. Batezelli / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, 205-208
O Grupo Bauru sobrepõe os depósitos eólicos do
Grupo Caiuá e consistem em rochas lamito-arenosas na
base (Associação de Fácies Lacustre), arenitos na porção
intermediária (Associação de Fácies Eólica) e arenitos,
conglomerados e paleossolos no topo (Associação de
Fácies Aluvial), constituindo tratos de sistema eólicolacustre e aluvial (Batezelli, 2003).
Fig. 1. Mapa de localização da Bacia Bauru.
Fig. 1. Bauru Basin location map.
3. Amostragem e metodologia
Um total de 21 amostras foi coletado em uma seção
sedimentar composta com 78 m de espessura, representando
as diferentes litologias encontradas.
As análises mineralógicas foram realizadas por meio da
Difratometria de Raios-X na fração total da rocha e na
fração argila (<2 µm) no Laboratório de DRX do Instituto
de Geociências da Universidade Estadual de Campinas (IGUNICAMP) utilizando um difratômetro Bruker 2D Phaser,
com radiação KαCu e operado a 40 kV e 50 mA. A fração
argila foi analisada em três condições separadas: em
condições naturais, saturada com etilenoglicol e aquecida
até 500 °C.
Elementos maiores foram analisados por meio da
Fluorescência de Raios-X em discos de vidro no
Laboratório de Geoquímica Analítica do IG-UNICAMP. As
análises foram realizadas em um espectrômetro modelo
PW2404, da marca Phillips. O instrumento foi calibrado
utilizando as amostras certificadas RGM-1, OU-6 e BRP-1.
Elementos vestigiais e terras raras (REE) foram
analisados por meio do ICP-MS no laboratório de
Espectrometria de Massas do IG-UNICAMP. As amostras
foram digeridas e analisadas em um aparelho ICP-MS
quadrupolar da marca Thermo, modelo XseriesII, calibrado
com a amostra certificada BRP-1.
4. Mineralogia da rocha total e da fração argila
As amostras coletadas em campo foram classificadas em
arenitos ferruginosos, folhelhos, grauvacas, litoarenitos e
sublitoarenitos, por meio do diagrama de classificação
geoquímica de Herron (1988) e dos dados de DRX. Este
diagrama foi desenvolvido para distinguir variações súbitas
Proveniência e intemperismo do Grupo Bauru (Brasil)
nas classes composicionais de arenitos devida as grandes
variações nas razões Fe2O3/K2O e SiO2/Al2O3 entre essas
amostras.
O enriquecimento de SiO2 sobre Al2O3 indica maior
maturidade do arenito, reflexo dos processos intempéricos e
de transporte. Maiores concentrações de Al2O3 indicam
menor maturidade composicional e formação de argilas. A
abundância de K2O reflete a abundância de feldspatos nas
amostras e caracterizam a ocorrência de arenitos mais
imaturos como arcósios, subarcósios e grauvacas. A
concentração de Fe2O3 é derivada da concentração e
preservação de minerais ferromagnesianos como micas,
illita e magnetita e de seus produtos de alteração. Valores
elevados de Al2O3 e de K2O indicam a ocorrência de
folhelhos. Amostras que apresentam valores intermediários
das razões Fe2O3/K2O e SiO2/Al2O3 são classificados como
litoarenitos e sublitoarenitos.
Arenitos ferruginosos, litoarenitos e sublitoarenitos são
enriquecidos em quartzo e empobrecidas em Al2O3, K2O e
TiO2, comparadas com grauvacas e folhelhos. O microclínio
corresponde ao segundo mineral mais comum em todas as
litologias classificadas, enquanto que a albita ocorre em
amostras classificadas como grauvaca e folhelhos.
Carbonatos estão presentes em todas as amostras como
cimento. Hematita está concentrada principalmente nas
amostras classificadas como arenitos ferruginosos, sendo
encontrada também em amostras de litoarenito, grauvaca e
folhelhos.
Os principais minerais de argila identificados são illita,
montmorillonita e palygorskita. Illita e montmorillonita
estão presentes na maioria das amostras. A ocorrência de
palygorskita em amostras classificadas como de litoarenito e
sublitoarenito associados com cimentação carbonática e sua
ausência em folhelhos e grauvacas indica que a formação
deste mineral está relacionada a condições climáticas mais
secas na bacia deposicional (Paquet, 1983).
5. Proveniência sedimentar
Elementos maiores foram empregados para a discriminação
da possível área fonte com relação à tectônica (Roser &
Korsch, 1986) e por meio da Análise de Função
Discriminante (Roser & Korsch, 1988). A área fonte das
amostras do Grupo Bauru localiza-se no campo da margem
passiva. Esses arenitos e argilitos foram retrabalhados na
bacia sedimentar, resultante de um terreno graníticognáissico moderado a altamente intemperizado.
Concentrações de Zr e Hf são maiores nas amostras
classificadas como folhelhos e grauvacas, em comparação
com litologias areníticas. Para essas amostras também
ocorre um maior enriquecimento de elementos terras raras
pesados (HREE) com relação aos leves (LREE),
relacionados ao enriquecimento em plagioclásios e zircão
nessas unidades. Essas diferenças composicionais indicam
que o selecionamento sedimentar foi um processo
importante na configuração sedimentar da área de estudo.
Os elementos traço de transição (TTE), como Cr, Co, Ni,
V, Sc e Cu concentram-se mais em rochas máficas e
ultramáficas do que em rochas félsicas e seus produtos do
207
intemperismo. As razões Zr/Sc para as amostras analisadas
apresentam valores elevados, indicando uma origem félsica
para os sedimentos da Bacia Bauru na área de estudo. Os
valores de Cr encontrados para as rochas da Bacia Bauru
variam de 70,80 a 343,80 µg/g, enquanto que as
concentrações de Ni são mais baixas, com um valor médio
de 41,01±8,63 µg/g. As razões Cr/Ni apresentam valores
que variam de 1,40 a 21,91 e o coeficiente de correlação (r=
0,65) é relativamente baixo, comparados com valores
obtidos por Garver et al. (1996) para rochas máficas,
descartando a ocorrência de aporte sedimentar máfico ou
ultramáfico da área fonte.
Razões como Eu/Eu*, (La/Yb)c, La/Sc, Th/Sc, Th/Co,
Th/Cr e LREE/HREE são significativamente diferenciadas
em rochas fonte máficas e félsicas (Cullers et al., 1988;
Cullers, 1994; Cox et al., 1995). Essas razões (Tabela 1)
permitem diferenciação de rochas fontes mesmo quando a
reciclagem sedimentar é importante. Os valores obtidos para
essas razões são correlacionáveis com os valores obtidos por
Cullers (1994, 2000) e Cullers et al. (1988) para rochas
félsicas.
Tabela 1. Razões elementais para as rochas sedimentares da Bacia Bauru
na área de estudo em comparação com valores do PAAS (Post-Archean
Australian Shale, Taylor & McLennan, 1985), rochas félsicas e rochas
máficas.
Table 1. Elemental ratios for sedimentary rocks from Bauru Basin at the
study area compared to PAAS (Post-Archean Australian Shale, Taylor &
McLennan, 1985), felsic and mafic rocks values.
(a)
(b)
(c)
Taylor & McLennan (1985)
Cullers (1994, 2000), Cullers et al. (1988)
Este trabalho
Os dados de paleocorrente obtidos para estratificações
cruzadas em arenitos indicam que as direções preferenciais
do fluxo sedimentar são N e NE (Batezelli et al., 2007;
Batezelli, 2010), sugerindo que a Bacia Bauru seria
alimentada pelos fluxos sedimentares da Província
Alcalina de Goiás (PAGO) e Soerguimento do Alto
Paranaíba. Essa hipótese foi evidenciada por dados
petrográficos de arenitos da Bacia Bauru apresentados por
Batezelli (2003) e Batezelli et al. (2005).
6. Intemperismo da área fonte
A composição química das rochas sedimentares é refletida
pela sua mineralogia primária, que normalmente esteve
sujeita a intensidade de intemperismo químico pré e pós
deposicional. A influência dos processos intempéricos nas
rochas sedimentares foi avaliada em termos do Índice de
Alteração Química (Chemical Alteration Index – CIA),
proposto por Nesbitt & Young (1982), e do Índice
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N. Secol Mattos, A. Batezelli / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, 205-208
Químico de Intemperismo (Chemical Index of Weathering
– CIW), de Harnois (1988).
Os valores de CIA calculados para os argilitos e
arenitos da área de estudo variam de 64,83 a 92,3, com
uma média de 74,34, o que indica um nível moderado a
intenso de intemperismo da rocha fonte.
Perfis de alteração derivados de rochas graníticas
apresentam valores de CIW variando de 59,
correspondente à rocha fresca, a 98, indicando valores
máximos de intemperismo. Os valores de CIW calculados
para os argilitos e arenitos da Bacia Bauru variam de 84 a
98,2, com uma média de 91,6, indicando que os valores de
intemperismo na área fonte variam de moderado a intenso.
7. Conclusões
As rochas da Bacia Bauru, na área de estudo, apresentam
predominantemente fontes félsicas. Resultados da análise
de função discriminante utilizando elementos maiores e os
valores obtidos para o CIA indicam a ocorrência de
retrabalhamento sedimentar dentro da bacia de deposição.
A Bacia Bauru seria alimentada pelos fluxos
sedimentares da Província Alcalina de Goiás (PAGO) e
Soerguimento do Alto Paranaíba, ambos de idade
Neocretácea e com posição paleogeográfica dessas rochas
indicando que o clima predominante durante os processos
intempéricos era árido. A maturidade composicional de
arenitos depositados na Bacia Bauru é possivelmente
derivada de constante retrabalhamento sedimentar dentro
da bacia sedimentar por meio de fluxos efêmeros ou
perenes. Os folhelhos em áreas influenciadas por clima
árido são preferencialmente depositados durante
tempestades efêmeras em direção a uma depressão. Essa
depressão quando alimentada com os fluxos aquosos se
torna um ambiente lacustre, de modo que a deposição da
Bacia Bauru nessa área de estudo reflete a interação de
processos aluviais e lacustres. Interações eólico-lacustre
similares as observadas na área de estudo também ocorrem
em locais como Bacia Gobi-Mongólia (Grunert et al.,
2009) e o Grupo Rotliegend, de idade Permiana, localizado
na Holanda (McKie, 2011).
Agradecimentos
A CAPES pela bolsa de estudo de Mestrado concedida
para a primeira autora.
Referências
Batezelli, A., 2003. Análise da sedimentação cretácea no triângulo
mineiro e sua correlação com áreas adjacentes. Tese de
doutorado, Universidade Estadual Paulista (não publicada), 183 p.
Batezelli, A., 2010. Arcabouço tectono-estratigráfico e evolução das
Bacias Caiuá e Bauru no Sudeste Brasileiro. Revista Brasileira de
Geociências, 40, 265-285.
Batezelli, A., Gomes, N.S., Perinotto, J.A.J., 2005. Petrografia e
evolução diagenética dos arenitos da porção norte e nordeste da
Bacia Bauru (Cretáceo Superior). Revista Brasileira de
Geociências, 35, 311-322.
Batezelli, A., Saad, A.R., Basilici, G., 2007. Arquitetura deposicional
e evolução da seqüência aluvial neocretácea da porção setentrional
da Bacia Bauru, no sudeste brasileiro. Revista Brasileira de
Geociências, 37, 163–181.
Cox, R., Lowe, D., Cullers, R.L., 1995. The influence of sediment
recycling and basement composition on evolution of mudrock
chemistry in the Southwestern United States. Geochimica et
Cosmochimica Acta, 59, 2919-2940.
Cullers, R.L., 1994. The chemical signature of source rocks in size
fractions of Holocene stream sediment derived from metamorphic
rocks in the wet mountains region, Colorado, USA. Chemical
Geology, 111, 327-343.
Cullers, R.L., 2000. The geochemistry of shales, siltstones and
sandstones of Pennsylvanian-Permian age, Colorado, USA:
implications for provenance and metamorphic studies. Lithos, 51,
181-203.
Cullers, R.L., Basu, A., Suttner, L., 1988. Geochemical signature of
provenance in sand-size material in soils and stream sediments
near the Tobacco Root batholith, Montana, USA. Chemical
Geology, 70, 335-348.
Garver, J.I., Royce, P.R., Smick, T.A., 1996. Chromium and nickel in
shale of the Taconic foreland: a case study for the provenance of
fine-grained sediments with an ultramafic source. Journal of
Sedimentary Research, 100, 100–106.
Grunert, J., Stolz, C., Hempelmann, N., Lehmkuhl, F., Felauer, T.,
Hilgers, A., Huelle, D., 2009. Interaction of aeolian and lacustrine
processes in endorheic basins of the Gobi Mongolia, new results.
Program with Abstracts - International Geomorphology
Conference 7, Melbourne, Australia, 2 p.
Harnois, L., 1988: The CIW index: a new chemical index of
weathering. Sedimentary Geology, 55, 319-322.
Herron, M.M., 1988. Geochemical Classification of Terrigenous
sands and shales from core or log data. Journal of Sedimentary
Petrology, 58, 820-829.
McKie, T., 2011. A comparison of modern dry-land depositional
systems with the Rotliegend Group in the Netherlands. In: J.
Grötsch, R. Gaupp, (Eds). The Permian Rotliegend of The
Netherlands, 98, 89-103.
Nesbitt, H.W., Macrae, N.D., Kronberg, B.I., 1990. Amazon deepsea fan muds: light REE enriched products of extreme chemical
weathering. Earth and Planetary Science Letters, 100, 118-123.
Nesbitt, H.W., Young, G.M., 1982. Early Proterozoic climates and
plate motions inferred from major element chemistry of lutites.
Nature, 299, 715-717.
Paquet, H., 1983. Stability, instability and significance of attapulgite
in the calcretes of Mediterranean and tropical areas with marked
dry season. Mem. Sci, Geol., 72, 131-140.
Roser, B., Korsch, R., 1986. Determination of tectonic setting of
sandstone-mudstone suites using SiO2 content and K2O/Na2O
ratio. The Journal of Geology, 94, 635-650.
Roser, B., Korsch, R., 1988. Provenance signatures of sandstonemudstone suites determined using Discriminant function analysis
of major element data. Chemical Geology, 67, 119-139.
Taylor, S.R., McLennan, S.M., 1985. The Continental Crust: Its
Composition and Evolution. Oxford, Blackwell, 312 p.