Estudo da fração orgânica e inorgânica de rochas com matéria orgânica: correlação com parâmetros radiológicos.

Abstract

No território português ocorrem vários materiais geológicos que se diferenciam por conterem concentrações elevadas de K, U e Th, sendo por isso acumuladores e emissores de radiação. A importância de granitóides neste contexto é muito conhecida. Embora reconhecida, a relação entre rochas com matéria orgânica (MO) e a radioatividade natural necessita de investigação mais detalhada. Este trabalho teve como principal objetivo estudar a relação entre MO em diferentes tipos de rochas (carvões e xistos) e a concentração em elementos radioativos. Foram estudadas rochas com MO de diferentes idades ocorrentes na região centro de Portugal, nomeadamente: do Silúrico (Fm. de Sazes - Espinheira), do Devónico (Unidades de Albergaria-a-Velha e da Portela do Ceira) e do Carbónico (Bacia do Buçaco). As amostras foram analisadas através de técnicas de petrografia (microscopia ótica de reflexão), geoquímica orgânica e inorgânica para determinação da composição química (analisador elementar, fluorescência de raios-X e espectrometria de massas acoplada a plasma indutivo) e radiológicas (espectrometria de radiação gama). As observações petrográficas permitiram identificar MO em todas as amostras, bem como associações distintas entre os constituintes orgânicos e a matéria mineral. Os teores em C variam de 0,29 % a 2,43 %, exceto em duas amostras de carvão, que apresentam valores de 14,58 % e 46,15 %, respetivamente, que são significativamente mais elevados que nas restantes amostras. Os dados de refletância da MO, que permitem avaliar o grau de maturação/incarbonização, evidenciam uma consistência nos valores nas litologias de cada setor. Nas amostras do Devónico (Unidades de Albergaria-a-Velha e Portela do Ceira) a refletância é muito semelhante, embora as amostras da Unidade da Portela do Ceira (mais recente) apresentem valores ligeiramente mais elevados, sugerindo uma maior maturação que pode ser devida ao contexto geodinâmico associado à zona de cisalhamento Porto-Tomar e/ou ao decaimento radioativo associado à maior concentração de U. Com base nos resultados da análise imediata e elementar, verifica-que o teor em cinzas das amostras é superior a 90 %, exceto nas amostras de carvão da Bacia do Buçaco. Destacam-se ainda os teores em S mais elevados no carvão, assim como nas amostras do Silúrico, onde a identificação de pirite foi possível em afloramento e ao microscópio. A composição química inorgânica das amostras evidencia padrões semelhantes nas concentrações e distribuição de elementos maiores e menores, sendo os elementos Si, Al, Fe e K os mais abundantes. Considerando os elementos traço, verifica-se uma maior variabilidade composicional nas amostras, quando comparadas dentro e entre setores. Os resultados obtidos evidenciam a afinidade do K com a matéria mineral detrítica, e uma associação mista entre a matéria mineral e a MO do U e Th, menos significativa para o Th. A associação preferencial do K, U e Th com a matéria mineral explica as correlações muito incipientes entre a MO e os parâmetros radiológicos.

In the Portuguese territory there are several geological materials that differ from other due to by their high concentrations of K, U e Th, being therefore radiation accumulators and emitters. The importance of granitoids in this context is very well known. Although recognized, the relation between rocks with organic matter (OM) and natural radioactivity lacks further and detailed research. The main purpose of this work is to study the relation between OM in different types of rocks (coals and shales) and the concentration of radioactive elements. Rocks with OM of different ages occurring on the central region of Portugal were studied, namely: from Silurian (Formation of Sazes - Espinheira), from Devonian (Albergaria-a-Velha and Portela do Ceira Units) and from Carboniferous (Buçaco Basin). The samples were analyzed through petrographic techniques (optical reflection microscopy), organic and inorganic geochemistry to determine the chemical composition (elemental analyzer, X-ray fluorescence and mass spectrometry coupled to inductive plasma) and radiological techniques (gamma radiation spectrometry). Through petrographic observations, it was possible to identify OM in all samples, as well as distinct associations between the organic constituents and the mineral matter. The C content varies between 0.29 % and 2.43 %, except in the two samples of coal, which present values of 14.58 % and 46.15 %. The OM reflectance data, that allow the evaluation of the maturation/incarbonization, show a consistency of the values in the lithologies of each sector. In the samples from Devonian (Albergaria-a-Velha and Portela do Ceira Units), the reflectance is very similar, although the samples of the Portela do Ceira Unit (more recent) show slightly higher values, suggesting a greater maturation, that may be the result of the geodynamic context associated with the Porto-Tomar shear zone and/or of the radioactive decay associated with the higher concentration of U. Based on the results of the proximate and ultimate analysis, it is verified that the ash yield of the samples is higher than 90 %, except on the samples of coal from the Buçaco Basin. Also noteworthy are the levels of S, higher in the coal, as well as in the Silurian samples, where the identification of pyrite was possible in outcrop and under microscope. The inorganic composition of the samples shows similar patterns in the concentration and distribution of major and minor elements, in which the Si, Al, Fe and K elements are the most abundant. Considering the trace elements there is a greater compositional variability in the samples when compared within and between sectors. The obtained results show the affinity of K with the detrital mineral matter, and a mixed association between the mineral matter and the OM of U and Th, less significant for the Th. The preferential association of K, U and Th with the mineral matter explains the very incipient correlations between the OM and the radiological parameters.