Implicações paleoambientais da siderita eodiagenética nos depósitos do complexo deltaico do Rio Paraíba do Sul, Rio de Janeiro

Abstract

A composição das águas aprisionadas nos poros dos sedimentos passa por sistemáticas mudanças durante o soterramento inicial, profundamente relacionadas à diagênese da matéria orgânica e à ação de específicos grupos de bactérias. Isso leva a uma sucessão de processos da decomposição da matéria orgânica por meio da oxidação, redução do nitrato, Mn, Fe e sulfato, e fermentação metanogênica em diferentes ambientes geoquímicos. Os principais produtos dessas reações são carbonatos, sulfetos e fosfatos diagenéticos. As composições elementares e isotópicas da siderita eodiagenética (FeCO3) podem ser usadas para identificar a composição original das águas contidas nos poros, como também para discriminar ambientes marinhos e não marinhos. O objetivo desse estudo foi identificar a composição precoce das águas contidas nos poros e suas implicações para os ambientes deposicionais do Complexo Deltaico do Rio Paraíba do Sul (RJ) com base nas composições elementares e isotópicas, hábitos e relações paragenéticas das sideritas dos testemunhos do poço UFRJ-2-MU-1-RJ. As rochas estudadas foram separadas composicionalmente em siliciclásticas, híbridas e carbonáticas, com base na proporção relativa do total de constituintes carbonáticos intrabaciais contemporâneos (TCIc), total de constituintes não-carbonáticos extrabaciais não-contemporâneos (TNCEnc) e o total de constituintes não-carbonáticos intrabaciais contemporâneos (TNCIc). As rochas siliciclásticas sofreram processos pedogenéticos que atuaram logo após a deposição, incluindo: iluviação de argilas, bioturbação por plantas, dissolução de feldspatos e precipitação de óxidos/hidróxidos de ferro. Os principais produtos diagenéticos são sideritas e piritas em diversos hábitos. Outros produtos diagenéticos incluem caulinita, esmectita, pseudomatriz carbonática e argilosa, crescimentos de quartzo, mineral de titânio diagenético, jarosita e óxidos/hidróxidos de ferro. Quatro grupos de sideritas foram reconhecidos. As sideritas esferulíticas a macrocristalinas do grupo 1 são quase puras (94.69%FeCO3; 1.19%MgCO3; 2.27%CaCO3; 1.85%MnCO3). Foram precipitadas por águas meteóricas em condições subóxicas, em rochas siliciclásticas continentais (δ18O de -10.28 a -5.57 ‰ e δ13C de -12.68 a -4.33‰.). As sideritas romboédricas do grupo 2, ocorrentes em packstones e wackestones, são zonadas e apresentam grande substituição por Ca e Mg (média de 78.51%FeCO3; 4.22%MgCO3; 15.72%CaCO3; 1.56%MnCO3 no centro e 74.06%FeCO3; 9.19%MgCO3; 15.63%CaCO3; 1.12%MnCO3 nas bordas), além de valores relativamente positivos de δ13Cvpdb (+0.17‰) e δ18Ovpdb (-1.96‰). Esses dados sugerem que as sideritas formaram-se em condições subóxicas e a partir de águas marinhas. O grupo 3 consiste em sideritas esferulíticas com moderada substituição por Ca e Mg (composição média 80.16%FeCO3; 7.91%MgCO3; 11.34%CaCO3; 0.59%MnCO3) e valores de δ18Ovpdb variando de -5.96 a -7.61‰ e δ13Cvpdb variando de -5.15 a -10.41‰. O grupo 4 é representado por sideritas microcristalinas, ricas em magnésio (pistomesitas média 57.31%FeCO3; 31.40%MgCO3; 9.58%CaCO3; 1.71%MnCO3, δ13Cvpdb +1.43‰ e δ18Ovpdb -14.09‰). As sideritas do grupo 3 e 4 formaram-se de águas salobras e em condições subóxicas, em rochas híbridas e em siliciclásticas. As variações nas composições elementares e isotópicas das sideritas estão relacionadas a dinâmica do Rio Paraíba do Sul, variações no nível do mar, mudanças climáticas e tectônicas.

The composition of porewaters in the sediments undergo to systematic changes during the initial burial, deeply related to organic matter diagenesis and to action of specific bacteria groups. This leads to a succession of decomposition processes of organic matter by oxidation, reduction of nitrate, Mn, Fe and sulphate and methanogenic fermentation in different geochemical environments. The main diagenetics products of these reactions are carbonates, sulphides and phosphates. The elemental and isotopic compositions of eodiagenetic siderite (FeCO3) can be used to identify the original porewaters composition, as well as to discriminate marine and non-marine environments. The aim of this study was to identify the early porewaters composition and their implications to depositional environments of Deltaic Complex of Paraíba do Sul (RJ), based in elementary and isotopic compositions, habits and siderites paragenetic relationships of cores from UFRJ-2-MU-1-RJ. The rocks studied were compositionally separated in siliciclastics, hybrids and carbonatics, based on the relative proportion of total carbonate intrabasinal coeval constituents (TCIc), total non-carbonate extrabasinal non-coeval constituents (TNCEnc) and total non-carbonate intrabasinal coeval constituents (TNCIc). The siliciclastic rocks underwent pedogenetic processes that acted after the deposition, including clay illuviation, plant bioturbation, and feldspar dissolution and iron oxides/hydroxides precipitation. The main diagenetic products are siderites and pyrites in several habits. Other diagenetic products include kaolinite, smectite, carbonate and argillaceous pseudomatrix, quartz overgrowths, diagenetic titatium mineral, jarosite and iron oxides/hydroxides. Four siderites groups were recognized. The spherulitic to macrocrystalline siderites from group 1 are almost pures (94.69%FeCO3; 1.19%MgCO3; 2.27%CaCO3; 1.85%MnCO3). They were precipitated from meteoric porewaters under suboxic conditions, in continental siliciclastic rocks (δ18O of -10.28 to -5.57 ‰ and δ13C of -12.68 to -4.33‰.). The rhombohedral siderites from group 2, occurring in packstones and wackestones, are zoned and presented wide substitution by Ca and Mg (average composition 78.51%FeCO3; 4.22%MgCO3; 15.72%CaCO3; 1.56%MnCO3 in the cores and 74.06%FeCO3; 9.19%MgCO3; 15.63%CaCO3; 1.12%MnCO3 in the edges), and relatively positive values of δ13Cvpdb (+0.17‰) and δ18Ovpdb (-1.96‰). These data suggest siderites were formed in suboxic conditions from marine waters. The group 3 consist in spherulitic siderites with moderate substitution by Ca and Mg (average composition 80.16%FeCO3; 7.91%MgCO3; 11.34%CaCO3; 0.59%MnCO3) and δ18Ovpdb values of -5.96 to -7.61‰ and δ13Cvpdb of -5.15 to -10.41‰. The group 4 is represented by microcrystalline siderites, rich in magnesium (pistomesites, average composition 57.31%FeCO3; 31.40%MgCO3; 9.58%CaCO3; 1.71%MnCO3, δ13Cvpdb +1.43‰ and δ18Ovpdb -14.09‰). Siderites from group 3 and 4 formed from brackish porewaters and under suboxic conditions, in hybrid and siliciclastic rocks. The variation of elemental and isotopic siderites compositions are related to Paraíba do Sul dynamic, sea level chances, and climatic and tectonic changes.