Insights geoquímicos sobre as influências paleoambientais na deposição de folhelhos ricos em matéria orgânica no mar Irati-Whitehill, sul da Bacia do Paraná

Abstract

O Mar Irati-Whitehill era um vasto mar epicontinental no paleocontinente Gondwana durante o Permiano Inferior. A Formação Irati representa este antigo mar na Bacia do Paraná, Brasil. Na parte sul da bacia, são identificados dois intervalos de folhelhos ricos em matéria orgânica, sendo o inferior com os maiores níveis de carbono orgânico total (COT). Para elucidar as condições que desencadearam o acúmulo de matéria orgânica (MO) no folhelho inferior, este estudo integra descrições de fácies e petrográficas com dados geoquímicos e isotópicos de dois poços na parte sul da Bacia do Paraná. Os intervalos foram subdivididos pela evolução paleoambiental da anóxia em um ambiente lacustre ou marinho restrito que permitiu a deposição de folhelhos ricos em matéria orgânica. O intervalo estudado inicia com uma deposição em um ambiente salino e com baixa concentração de matéria orgânica (intervalo préorgânico), que gradativamente apresenta redução na salinidade, aumento na produtividade primária e crescimento da anóxia, culminando em um aumento no conteúdo orgânico (intervalo de incremento orgânico). A máxima concentração de matéria orgânica (15% TOC) ocorre associada a baixa salinidade e alta produtividade primária, e é bem marcada por condições anóxicas a euxínicas (intervalo de estabilidade orgânica). Isso sugere um ambiente que experimentou um influxo de água doce que desencadeou um crescimento microbiano que levou ao esgotamento de oxigênio e preservação de MO. Após essa alta acumulação de MO, o ambiente torna-se oxigenado, com aporte detrítico regular e sem alta produtividade primária no intervalo de baixa matéria orgânica. Condições semelhantes foram observadas em outras bacias ao redor do mundo, como a Bacia de Cariaco, que é uma bacia restrita com ressurgências episódicas, considerada como uma variação redox de baixa frequência. A Bacia Irati-Whitehill espelha a dinâmica observada na Bacia de Cariaco, sendo uma bacia restrita com aporte episódico de água doce.

The Irati-Whitehill Sea was a vast epicontinental sea on the paleocontinent Gondwana during the Lower Permian. In Brazil's Paraná Basin, the Irati Formation represents this ancient sea. In the southern part of the basin, two intervals of organic-rich shales are identified, with the lowermost one displaying the highest levels of total organic carbon (TOC). To elucidate the conditions that triggered organic matter (OM) accumulation in the lower shale, this study integrates facies and petrographic descriptions with geochemical and isotopic data from two wells in the southern Paraná Basin. The intervals were subdivided based on the paleoenvironmental evolution of anoxia in a lacustrine or restricted marine environment, which allowed the deposition of organicrich shales. The studied interval begins with deposition in a saline environment with low organic matter concentration (pre-organic interval), where salinity gradually decreases, primary productivity increases, and anoxia intensifies, culminating in an increase in organic content (organic increment interval). The highest concentration of organic matter (15% TOC) occurs alongside low salinity and high primary productivity, and is well-marked by anoxic to euxinic conditions (organic stability interval). This suggests an environment where freshwater influx triggered a microbial bloom, leading to oxygen depletion and OM preservation. After this peak in OM accumulation, the environment became oxygenated, with regular detrital input and low primary productivity in the low-organic interval. Similar conditions have been observed in other basins worldwide, such as the Cariaco Basin, a restricted basin with episodic upwellings considered as a low-frequency temporal redox system. Therefore, the Irati- Whitehill Basin parallels the dynamics observed in the Cariaco Basin, functioning as a restricted basin with episodic freshwater input.