Caracterização geoquímica, faciológica e permo-porosa de carbonatos continentais do Japão

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho foi uma detalhada investigação sedimentológica e geoquímica em rochas carbonáticas continentais modernas, entre elas microbialitos, no Japão. O termo "microbialito" é usado para descrever depósitos organosedimentares com ação direta e / ou indireta de bactérias, tais como estromatólitos, tufa e travertino. Apesar da idêntica composição química e mineralógica, tufas e travertinos diferem em algumas características ambientais, deposicionais e isotópicas. Este grupo específico de rochas carbonáticas tornou-se alvo de estudos, devido as recentes descobertas de petróleo em microbialitos. A ilha do Japão é um dos ambientes modernos, onde ocorre a formação de rochas carbonáticas, do tipo tufa e travertino. A área de estudo está localizada nas ilhas de Kyushu, Honshu e Hokkaido. Dez fontes hidrotermais foram amostras nas três ilhas, a fim de comparar diferentes condições ambientais e geológicas regionais, com base na química da água, e padrões físico-químicos e geoquímicos. Com base em dados macro e microscópicos, quatro fácies foram descritas: estromatólito, shrub, bubble e root. Os dados mostram que a química da água (temperatura, Potencial Hidrogeniônico, Oxigênio Dissolvido.) interferem diretamente na precipitação e, consequentemente, em diferentes fácies. Além disso, o relevo do substrato e a distância do vent, também contribuem para a formação de diferentes fácies. Os resultados mineralógicos mostram que a ilha de Kyushu, fontes hidrotermais (NAG, SHIO e MYO), são compostas principalmente por aragonita e as ilhas de Honshu, fontes hidrotermais (YAMA, NIIMI e KIBE) e Hokkaido, fontes hidrotermais (FURU, OKU, OHF e FUTA) são compostas majoritariamente por calcita. Os resultados químicos mostraram elevados teores de CaO e subordinadamente a ocorrência de Fe2O3 e SiO2. Teores de arsênio também foram observados e sua origem ainda está em debate. Os sinais isotópicos mostram que as amostras majoritariamente seguem o trend isotópico nacional de água meteórica com valores depletados de d18O. Os valores de d13C foram agrupados em 3 grupos principais: (a) valores próximos a 0‰ que representam pouca ou nenhuma influencia biológica na precipitação, (b) depletados, possivelmente biologicamente induzidos e (c) enriquecidos, possivelmente biologicamente influenciados. Portanto, estes carbonatos continentais foram interpretados como precipitados a partir de água meteórica em superfície devido a desgaseificação de CO2, por vezes com contaminação de vulcanismo ativo, com pouca ou baixa precipitação biológica. As imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) permitiram observações em micro escala e mostraram fósseis relacionados com Substância Poliméricas Extracelulares (EPS) que caracterizam possível influência biológica durante a precipitação na fácies estromatólito. As observações de microtomografia computadorizada (micro-CT) permitiram uma análise detalhada dos poros de todas as fácies, mostrando que a fácies bubble é a mais porosa, seguida das fácies shrub, root e estromatólito. Esta rara sequência de carbonatos continentais encontrada no Japão permite inferir um entendimento preciso de sinais geoquímicos de rochas carbonáticas continentais e microbialitos associados às condições ambientais, assim como caracterizar o sistema permo poroso dessas rochas. Palavras-chave: Microbialitos, Geoquímica, Fácies, Porosidade, Japão.

Abstract: This research focused on a sedimentological and geochemical comprehensive research in modern continental carbonate rocks, including microbialites, in Japan. The term "microbialite" is used to describe organosedimentares deposits formed with direct and / or indirect action bacteria, such as stromatolites, tufa and travertine. Despite the identical chemical and mineralogical composition, tufa and travertine differ in some environmental, depositional and isotopic characteristics. The recent discoveries of oil reservoir rocks comprising continental carbonate rocks including microbialites, has issued the interest of studies in this particular group of deposits. The archipelago of Japan is one of modern environments, with precipitation of continental carbonate rocks and microbialites; tufa, travertine and stromatolite type. The study area is located in Kyushu, Honshu and Hokkaido Islands. Ten hot springs were sampled in the three islands in order to compare different regional environmental and geological conditions such as water chemistry, physico-chemical and geochemical patterns. Based on macro and microscopic data, four lithofacies have been described: stromatolite, shrub, bubble and root. The data show that the water chemistry (temperature, potential of Hydrogen, dissolved oxygen) directly interfere in the precipitation and consequently in different facies. Furthermore, the morphology of the substrate which carbonates grow, as well as the distance of the vent, also contribute to the formation of different facies. Mineralogical results show that the hot springs from the Kyushu island (NAG, SHIO and MYO) are composed of aragonite and the hot springs of Honshu (YAMA, NIIMI and KIBE) and Hokkaido islands, (FURU, OKU, OHF and FUTA) are composed mainly of calcite. The chemical results show high contents of CaO and subordinately contents of Fe2O3 and SiO2 in all samples. Arsenic contents ranging from 1 to 17% are also observed and its origin is still under debate. The isotopic signals reveal that the majority of the samples follow the water national d18O trend, with depleted values in all samples. The d13C values were grouped in three main categories: (a) values near 0 ‰, indicate few or absence of biological influence on precipitation, (b) depleted values, indicating possible biologically induced carbonates and, (c) enriched values, indicating possible biologically influenced carbonates. Therefore, these carbonates are interpreted as precipitated from meteoric surface water, sometimes contaminated by volcanism, due to the CO2 degassing, with little or insignificant biological precipitation. The scanning electron microscopy (SEM) observations allowed micro scale and reveal fossils related to Extracellular Polymeric Substance (EPS) characterizing possible biological influence during precipitation in stromatolite facies. The computed microtomography (micro-CT) observations allowed a detailed analysis of the pores in all facies, showing the highest volume of pores in bubble facies, followed by facies shrub, root, stromatolite facies. This particular sequence of modern continental carbonates in Japan allows the possibility of inferring a precise understanding of geochemical signs of continental carbonate rocks and microbialites associated with environmental conditions, and to evaluate the perm-pore system of these rocks. Keywords: Microbialites, Geochemistry, Facies, Porosity, Japan.