Variabilidade geoquímica da matéria orgânica em folhelhos e siltitos afetados por intrusões ígneas, Bacia do Paraná, Brasil

Abstract

Este estudo explora as variações geoquímicas na composição dos hidrocarbonetos em folhelhos e siltitos dentro do registro sedimentar do Permiano influenciado por intrusões ígneas da Bacia do Paraná, Brasil. Amostras de rocha coletadas em diferentes distâncias da intrusão foram submetidas a uma série abrangente de técnicas analíticas, incluindo reflectância de vitrinita (VRr), pirólise e análise de biomarcadores. Com base em diferentes litologias, composições orgânicas e distâncias do contato ígneo, as amostras foram divididas em quatro grupos distintos (A, B, C e D). Os resultados revelam um gradiente térmico distinto, equivalente à espessura da intrusão (aproximadamente 18 m), com os grupos A e B mais próximos da intrusão (primeiros 17 m), exibindo alteração térmica significativa da matéria orgânica com VRr entre 3,1 e 1,02%, e Tmax de 470 a 437 °C. O teor de TOC é inferior a 1 wt.%, com valores de S1 e S2 inferiores a 0,5 mg HC/g de rocha. A alteração térmica também é evidente por meio de razões de biomarcadores alteradas, ausência de biomarcadores específicos (pristano, fitano) e mudanças na composição de HPAs (predominância de fluoranteno e pireno). Além disso, padrões de distribuição distintos em fenantreno (Ph) e isômeros de metilfenantreno (MP) refletem o impacto dos processos térmicos, fornecendo informações insights sobre a composição da matéria orgânica e os níveis de maturação térmica nos diferentes grupos. Por outro lado, amostras com uma distância de 17,65 m a 33,35 m da intrusão (grupos C e D) têm impacto térmico mínimo, apresentando VRr entre 0,7 a 0,8%, compatível com o início da janela de geração de hidrocarbonetos, e mostrando razões de biomarcadores estáveis e distribuições de HPAs. A amostra do Grupo D apresentou resultados que sugerem um ambiente deposicional marinho, indicado pelas razões dos esteranos C27-29 e salinidade moderada indicada pelo gamacerano. Já as amostras do Grupo C, mostram alguma variabilidade nos esteranos C27-29, mas ainda compatíveis com um ambiente deposicional marinho, porém, algumas amostras forneceram altos valores de gamacerano indicando condições de águas mais rasas onde houve a deposição dos carbonatos intercalados com folhelhos ricos em matéria orgânica. Essas interpretações são coerentes com os dados de biomarcadores observados em sequência correlatas em outras localidades da Bacia do Paraná onde as amostras não foram afetadas pelo fluxo térmico de intrusões ígneas. Desta forma, é importante destacar que mesmo as amostras mais e menos afetadas pelas intrusões ainda preservaram informações relevantes quanto ao ambiente deposicional da rocha fonte e a composição da matéria orgânica que lhe deu origem. Os resultados não apenas destacam a complexidade das interações entre intrusões ígneas e características da matéria orgânica, mas também representam informações valiosas para entender processos geológicos, aprimorar estratégias de exploração e reconstruir condições paleoambientais.

This study explores the geochemical variations in the hydrocarbons composition from shales and siltstones within the Permian sedimentary record influenced by igneous intrusions from the Paraná Basin, Brazil, Rock samples collected at varying distances from the intrusion underwent a comprehensive suite of analytical techniques, including vitrinite reflectance (VRr), pyrolysis, and biomarker analysis. Based on different lithologies, organic compositions, and distances from the igneous contact, the samples were divided into four distinct groups (A, B, C, and D). The results reveal a distinct thermal gradient, equivalent to the thickness of the intrusion (ca. 18 m), with groups A and B closer to the intrusion (first 17 m), displaying significant thermal alteration of organic matter with VR between 3.1 to 1.02 %, and Tmax from 470 to 437 °C. TOC content is less than 1 wt.%, with S1 and S2 values lower than 0.5 mg HC/g rock. The thermal alteration is also evident through altered biomarker ratios, the absence of specific biomarkers (e.g., pristane, phytane), and changes in PAH composition (e.g., dominance of fluoranthene and pyrene). Additionally, distinctive distribution patterns in phenanthrene (P), and methylphenanthrene (MP) isomers reflect the impact of thermal processes, providing insights into the organic matter composition and thermal maturity levels across the different groups. Conversely, samples with distance of 17.65 m to 33.35 m from the intrusion (groups C and D), have minimal thermal impact, showing stable biomarker ratios and PAH distributions. The findings, not only highlight the complexity of interactions between igneous intrusions and organic matter characteristics, but also represent valuable information for understanding geological processes, enhancing exploration strategies, and reconstructing paleoenvironmental conditions. Further research, including detailed geological analysis and thermal degradation modeling, is recommended for a comprehensive understanding of these intricate processes.