Propriedades Magnéticas de sedimentos ricos em matéria orgânica: exemplos do Jurássico Inferior da Bacia Lusitânica

Abstract

No presente trabalho são apresentados os resultados do estudo de Suscetibilidade Magnética (SM), integrando um conjunto de dados de espetrometria de raios gama das unidades do Jurássico Inferior da Bacia Lusitânica, e do estudo de alta resolução do membro Margo-calcários com Níveis Betuminosos (MCNB) da Formação de Vale das Fontes, de modo a correlacionar a SM com as interpretações sequenciais e as curvas de Magnetização Remanescente Isotérmica (MRI) com a evolução da variabilidade orgânica na referida unidade. A aplicação da SM e da espetrometria gama são controladas pelo aporte detrítico no ambiente marinho e permitem uma interpretação da mineralogia nas rochas sedimentares, bem como uma possível correlação entre elas. Ao todo foram analisadas 208 amostras das formações de Pereiros, Dagorda, Coimbra, Água de Madeiros, Vale das Fontes, Lemede, São Gião, Póvoa da Lomba e Cabo Carvoeiro. Os calcários mostram valores de SM mais baixos (-0,09 x 10-8 m3/kg), enquanto que as fácies lutíticas e as mais margosas mostram os valores mais elevados (15,82 x 10-8 m3/kg). O coeficiente de determinação (R2) entre a SM, o K e o Th é de 0,6198 e de 0,5687, respetivamente. Estas relações são intermédias, contudo mostram que há uma correspondência com a componente detrítica. A relação entre SM e U é muito baixa (R2= 0,1629), talvez porque o urânio não está contido na fração detrítica, mas na matéria orgânica que é diamagnética. Para o estudo de alta resolução do membro MCNB da Formação de Vale das Fontes foram recolhidas 185 amostras, no perfil de referência de Peniche. A análise da SM desta porção da sucessão pliensbaquiana (datada da Zona Margaritatus) mostra uma variabilidade entre 1,05 x 10-8 e 7,84 x 10-8 m3/kg, que segue o mesmo padrão das restantes unidades do Jurássico Inferior: valores mais baixos nos calcários, contrastando com valores mais elevados nas litologias mais argilosas, sendo que nos níveis mais ricos em matéria orgânica os valores de SM observados são igualmente baixos. A variabilidade vertical da SM evidencia uma certa hierarquia de ciclicidade, desde a 5ª à possível 3ª ordem, com padrões algo difíceis de correlacionar com a análise sequencial de 3ª ordem previamente definida para esta sucessão. No entanto, a variabilidade da SM observada na transição para a unidade suprajacente, a Formação de Lemede, onde se atingem os valores mais baixos, mostra uma boa correspondência com a evolução regressiva de 2ª ordem interpretada para a sequência pleinsbaquiana. Neste mesmo estudo foram obtidas as curvas de MRI de 52 amostras que incluem dois níveis de black shale (BS 1 e BS 2), para estudar a natureza e abundância relativa dos diferentes óxidos de ferro magnético contidos nas rochas. Nos níveis de black shale a SM é menor (BS 1 – 2 a 4 x 10-8 m3/kg; BS 2 – 7 a 12 x 10-8 m3/kg), algo que é corroborado pela baixa concentração de magnetite, e no caso do BS 2 pela adicional baixa concentração de hematite, e que pode ser justificado pela dissolução dos óxidos de ferro em ambiente anóxico. Os valores de S-ratio, um parâmetro magnético que mede a contribuição relativa de minerais de baixa (ex. magnetite) versus alta (ex. hematite) coercividade, são sistematicamente mais baixos nos níveis de black shale, o que indica uma maior proporção de hematite em relação à magnetite. Esta maior proporção deve-se ao facto de que a hematite é um mineral que permanece mais estável em condições redutoras. Estes parâmetros (baixos valores de SM, baixos valores de MRIS e baixos valores de S-ratio), representam um indicador valioso para identificar rochas ricas em matéria orgânica em perfis sedimentares de origem marinha.

In this work, the results of the Magnetic Susceptibility (MS) study are presented, integrating a set of gamma ray spectrometry data from the Lower Jurassic units of the Lusitanian Basin, and the study of high resolution of the member Marls and Limestones with Organic-rich Facies (MLOF) of Vale das Fontes Formation, in order to correlate the MS with sequential interpretations and the Isothermal Remanent Magnetization (IRM) curves with the evolution of organic variability in the refered unit. The application of MS and gamma spectrometry are controlled by the detrital contribution in the marine environment and allows a mineralogic interpretation in sedimentary rocks, as well as a possible correlation between them. Altogether were analyzed 208 samples of Pereiros, Dagorda, Coimbra, Água de Madeiros, Vale das Fontes, Lemede, São Gião, Póvoa da Lomba and Cabo Carvoeiro formations. The limestones shows the lowest values of MS (-0,09 x 10-8 m3/kg), whereas lutitic and marly facies shows the highest values (15,82 x 10-8 m3/kg). The determination coefficient (R2) between MS and K and Th is 0,6198 and 0,5687, respectively. These relations are intermediate, however, they show that there is a correspondence with the detrital fraction. The relation between MS and U is very low (R2= 0,1629), maybe because the uranium is not in detrital fraction but in organic matter which is diamagnetic.For the high-resolution study of the member MLOF of Vale das Fontes Formation were collected 185 samples, in a referenced log of Peniche. The MS analysis in this Pliensbaquian section (dated from Margaritatus Zone) shows variability between 1,05 x 10-8 and 7,84 x 10-8 m3/kg, which follows the same pattern as the rest of the Lower Jurassic units: lowest values in limestones, contrasting with higher values in the more argillous lithologies, and in the richest levels of organic matter the MS values observed are equally low. The vertical variability of MS shows a certain hierarchy cyclicality, from the 5th to the possible 3rd order, with patterns that are difficult to correlate with the 3rd order sequential analyses previously defined for this succession. However, the MS variability observed in the transition to the uperlying unit, Lemede Formation, where the lowest values are reached, it shows a good correspondence with the 2nd order regressive evolution interpreted for Pliensbaquian sequence.In this same study were obtained IRM curves of 52 samples that include two levels of black shale (BS 1 and BS 2), to study the nature and relative abundance of the different magnetic iron oxides contained in the rocks. In the black shale levels the MS is lower (BS 1 – 2 a 4 x 10-8 m3/kg; BS 2 – 7 a 12 x 10-8 m3/kg), something that is supported by the low expression of magnetite, and in the case of BS 2 due to the additional low concentration of hematite, which can be justified by its dissolution of iron oxides in an anoxic environment. The S-ratio values, a magnetic parameter that measures the minerals relative contribution of low (eg magnetite) versus high (eg hematite) coercivity, are systematically lower in black shale levels, which indicates a higher proportion of hematite then magnetite. This higher proportion is because hematite is more stable in reducing conditions. These parameters (low values of MS, low values of SIRM, and low values of S-ratio), represented a valuable proxy to identify rich organic matter rocks on sedimentary logs of marine origin.