Estratigrafia, petrologia e padrões de porosidade dos depósitos do vulcão do paredão, Ilha da Trindade, Brasil

Abstract

Um arcabouço estratigráfico pode ser construído a partir da descrição e interpretação de litofácies. A aplicação deste método em sistemas vulcânicos facilita a investigação dos padrões de permoporosidade destes litotipos, importantes na indústria para a prospecção de água, óleo e gás. Este trabalho apresenta e discute os dados de estratigrafia, padrões de porosidade e petrologia do Vulcão do Paredão, localizado na porção sudeste da Ilha da Trindade. Esta unidade representa o último episódio vulcânico (Pleistoceno) registrado no Brasil e a organização estratigráfica indica uma base composta por derrames nefeliníticos intercalados com lapilitos e lápili-tufos, sucedidos por um cone piroclástico com até 200 m de altura. Através da descrição e associação de litofácies foram construídas 4 seções colunares (TRV-01, TRV-02, TRV-03, TRV-04) em escala 1:50. Adicionalmente, obteve-se uma estimativa visual da porosidade absoluta em macroescala das diferentes litofácies. A caracterização petrográfica de 9 lâminas delgadas impregnadas foi feita através da contagem modal de 300 pontos com o software Hardledge, para o reconhecimento dos principais aspectos texturais, composicionais e da microporosidade. O uso de MEV (microscopia eletrônica de varredura) com EDS (espectroscopia por dispersão de energia de raios X) possibilitou o detalhamento da porosidade em micro e nanoscala e análises semiquantitativas de química mineral. As análises químicas de rocha total foram feitas por fluorescência de raios X e tratadas com o software Petrograph Como resultado da análise estratigráfica foram identificadas 2 litofácies coerentes de nefelinito porfirítico vesiculado (Npv) e nefelinito porfirítico maciço (Npm) e 5 vulcanoclásticas de brecha nefelinítica (Nb), lapilito maciço (Lm), lapili-tufo com estratificação plano-paralela (LTp), lapili-brecha maciça (LBm) e lapilito com gradação inversa (Lgi). As associações de litofácies caracterizam derrames do tipo ‘A’a, rubbly pahoehoe, pahoehoe, depósitos de queda e o cone de escórias. Petrograficamente, as fácies piroclásticas são compostas por shards e fragmentos de escória subangulosos de tamanhos que variam de cinza à lápili. As fácies coerentes foram decritas como olivina nefelinitos porfiríticos, holocristalinos e vesiculados, compostos por fenocristais de olivina em uma matriz de clinopiroxênio, nefelina, zeolita e titanomagnetita, podendo conter flogopita. Todas as amostras são ultrabásicas (<45% de SiO2) e subsaturadas em SiO2, classificadas como foiditos (>60% de feldspatóide APF) da série alcalina sódica, com nefelina (Nen) e olivina (Oln) normativas. A análise do arcabouço estratigráfico aliada à petrografia sugere uma porosidade de 30-40% nas fácies com contribuição piroclástica (Lm, LTp, LBm e Lgi) e autoclástica (Nb), dos tipos de fratura, inter e intrapartícula. A porosidade nas fácies coerentes (Npv e Npm) é heterogênea e varia de 10-30%, dos tipos vesicular, intercristalina, intracristalina, móldica e de fratura. A interpretação da sucessão vertical de fácies permite concluir que o vulcanismo foi heterogêneo, com uma fase inicial Havaiana (domínio de lavas) e uma fase final Estromboliana (domínio de piroclásticas com fragmentos primários). Os padrões de porosidade são predominantemente primários e controlados pela variação faciológica, na qual as fácies vulcanoclásticas são mais porosas que as coerentes.

A stratigraphic framework can be constructed through lithofacies description and interpretation. The application of this method in volcanic systems enables the investigation of permoporosity patterns in volcanic rocks, important in industry for the prospection of water, oil and gas. This work presents and discusses the stratigraphy, porosity patterns and petrology of Vulcão do Paredão (Paredão Volcano), located in the southeast of Trindade Island. This unit represents the last volcanic episode (Pleistocene) recorded in Brazil and its stratigraphic organization indicates nephelinitic flows alternate with lapillistones and lapilli-tuffs at the base, succeeded by a pyroclastic cone with nearly 200 m high. Through lithofacies description and association 4 stratigraphic columns (TRV-01, TRV-02, TRV-03, TRV-04) were constructed in scale 1:50. In addition, the total porosity was visually estimated in macroscale for the different lithofacies. The petrographic characterization of 9 impregnated thin sections was done for the recognition of the main textural and compositional aspects and of microporosity through the counting of 300 points using the software Hardledge. The use of SEM (Scanning Electron Microprobe) with EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) promoted the detailing of micro and nanoporosity and mineral chemistry semi-quantitative analysis. Whole rock chemistry analysis were obtained by X-ray fluorescence (XRF) and processed using the software Petrograph. The stratigraphic analysis resulted in the identification of 2 coherent lithofacies of vesicular (Npv) and massive porphyritic nephelinite (Npm) and 5 volcaniclastic lithofacies of nephelinitic breccia (Nb), massive lapillistone (Lm), planar stratified lapilli-tuff (LTp), massive lapilli-breccia (LBm) and inverse grading lapillistone (Lgi) The lithofacies associations characterize ‘A’a, rubbly pahoehoe and pahoehoe flow types, fallout deposits and the scoria cone. Petrographically, the pyroclastic facies are composed of sub-angular fragments of shards and scoria varying in size from ash to lapilli. The coherent facies were described as porphyritic olivine nephelinites, holocrystalline and vesicular, composed by olivine phenocrysts in a matrix of clinopyroxene, nepheline, zeolite, titanomagnetite, sometimes with phlogopite. All the analyzed samples are ultrabasic (<45% of SiO2) and SiO2 undersaturated, chemically classified as foidites (>60% of feldpathoids APF) of the sodic alkaline series, with normative nepheline (Nen) and olivine (Oln). The stratigraphic framework and petrographic analyses suggest around 30-40% of porosity of interparticle, intraparticle and fracture types in the lithofacies with pyroclastic (Lm, LTp, LBm and Lgi) and autoclastic (Nb) contribution. The porosity is heterogeneous in the coherent facies (Npv and Npm), varying from 10 to 30%, of vesicular, intercrystalline, intracrystalline, moldic and fracture types. The interpretation of the vertical facies succession leads to the conclusion that the volcanism was heterogeneous, with an initial Hawaiian stage (lava flows domain) and a final Strombolian stage (pyroclastics with primary fragments domain). The porosity patterns are dominantly primary, controlled by faciological variation, in which the volcaniclastic facies are more porous than the coherent.