CHEMICAL CHARACTERIZATION OF AUTHIGENIC SAPONITES IN LACUSTRINE SEDIMENTARY BASINS: INSIGHTS FROM THE SANTOS, CAMPOS, SALTA, AND MADRID BASINS

Introdução

A saponita é um argilomineral do tipo 2:1, caracterizado pela presença de cátions hidratados ocupando seu espaço intercamada. Sua estrutura é composta principalmente por silício e magnésio, com substituição parcial por alumínio. As saponitas podem se formar em variados ambientes geológicos, desde a alteração de rochas ferromagnesianas e meteoritos e até em associações hidrotermais (Meunier, 2005; Pozo & Calvo, 2018). Em ambientes sedimentares, a saponita integra o grupo de Mg-argilominerais autigênicos, que inclui kerolita, estevensita, hectorita, sepiolita, palygorskita e interestratificados. Esses minerais são interpretados como produtos de processos geoquímicos especialmente em sistemas lacustres ricos em Mg, Si, salinos e com variado aporte detrítico (Pozo & Calvo, 2018). Este estudo tem como objetivo caracterizar a composição química de saponitas formadas em ambientes lacustres de diferentes bacias ricas nesses minerais.

Metodologia

As amostras estudadas são provenientes do Centro de Pesquisas em Argilas e Argilominerais Milton Formoso (CPAA) da UFRGS, em parceria com a Petrobras. A seleção das amostras foi guiada por observações prévias da presença de saponita, confirmadas por difratometria de raios X (DRX) e análises em microssonda eletrônica. Para as bacias de Campos e Santos, foram selecionadas sete amostras de diferentes fácies das Formações Barra Velha e Macabu, coletadas a profundidades superiores a 3 km e 5 km, respectivamente. A classificação de fácies do pré-sal seguiu De Ros & Oliveira (2023). Na Bacia de Salta, foram escolhidas quatro amostras de fácies de mudstone e carbonatos da Formação Yacoraite. Na Bacia de Madrid, foram coletadas quatro amostras de bentonita com interestratificações de kerolita/stevensita e sepiolita em três localidades. A caracterização mineralógica foi realizada por DRX em difratômetros Siemens, analisando frações de rocha total e frações de argila (<2 µm) em diferentes condições de aquecimento e saturação conforme protocolos estabelecidos (Da Silva et al., 2021; Christidis & Koutsopoulou, 2013). O teste de (re)expansão após aquecimento e a identificação de matriz híbridas (rica em detríticos), juntamente com altos teores de alumínio, foram critérios fundamentais para a identificação de saponita. As análises químicas quantitativas foram realizadas em microssonda eletrônica (Cameca SXFive), com condições operacionais de 15 kV de voltagem de aceleração, 15 nA de corrente e 5 µm de diâmetro de feixe, com correções de matriz pelo método PAP.

Resultados e Discussão

As amostras das Bacias de Santos e Campos foram coletadas em intervalos fora das zonas de reservatório, onde a baixa porosidade está associada a argilominerais bem preservados. Saponita foi identificada em quatro fácies (fig. 1): mudstone e esferulito (Bacia de Santos), e “shrubstone” e arenito híbrido (Bacia de Campos). Na Bacia de Madrid, saponitas foram encontradas predominantemente em camadas de bentonita sob unidades ricas em kerolita/stevensita, em fácies de mudstone laminado. As amostras da Bacia de Salta consistiam em mudstones arenosos com componentes siliciclásticos e subordinados de carbonato, onde os argilominerais apresentaram substituição parcial por carbonatos. As análises químicas revelaram composições distintas entre as bacias e fácies (fig. 2), refletindo variações deposicionais e diagenéticas. As fórmulas estruturais foram normalizadas para 22 átomos de oxigênio. As saponitas da fácies de mudstone de Santos apresentaram em média 52% de SiO₂, 18% de MgO, 6% de Al₂O₃ e 0,7% de F⁻, com carga líquida de –1,15 e intercamadas de Na e K. A fácies de esferulito apresentou maior Mg (23%) e menor Al (3%), com carga de –0,5. As saponitas da arenito híbrido de Campos (fig. 3) apresentaram 47% de SiO₂, 20% de MgO e 6% de Al₂O₃, com carga de –0,9, evidenciando alteração de feldspato potássico e calcita intersticial. A fácies “shrubstone” apresentou elevados teores de Mg (26%) e baixos de Al (3%), com dois domínios composicionais distintos, relacionados a arbustos de calcita e zonas ricas em silicatos/dolomita. Na fácies de mudstone arenoso de Salta, as saponitas estavam parcialmente substituídas por carbonatos, mas ainda apresentavam composição típica (49% de SiO₂, 18% de MgO, 7,4% de Al₂O₃) com Ca e K significativos nas intercamadas. As saponitas de mudstones da Bacia de Madrid apresentaram maior Al (9%) e carga de –0,55, apesar de menor fechamento analítico devido ao teor de água. No geral, essas variações composicionais destacam a influência dos ambientes deposicionais e dos processos diagenéticos, em que a substituição por carbonatos e a alteração de minerais detríticos afetam criticamente a composição e distribuição das saponitas.

Figura 1: Padrões representativos de difração de raios X das frações de argila (<2 µm) para cada fácies estudada. A.D. (natural), EG (etilenoglicol), H (aquecido-550°C) e EG após H (re-saturado após aquecimento).

Figura 2: Diagrama ternário mostrando 2R3(Al total/2), 3R2[(Mg + Fe)/3] e MR3 (carga interlamelar = 2Ca+Na+K). Diagrama de Velde (1995).

Figura 3: Mapas WDS de EPMA e imagem BSE da fácies de arenito híbrido. Área analisada mostrando saponita intersticial cimentando grãos detríticos. Ker: kerolita; Dol: dolomita; Cal: calcita; KF: K-feldspato.

Conclusões

As análises por DRX revelaram características típicas de esmectitas do grupo das saponitas, com reflexões basais em torno de 15 Å que se expandem para ~17 Å após glicolação e mantêm a capacidade de reexpansão após aquecimento. Esse comportamento, juntamente com a presença recorrente de minerais detríticos herdados e altos teores de alumínio, confirma a identificação mineralógica, conforme descrito por Da Silva et al. (2021) e em concordância com os modelos geoquímicos propostos por Pozo & Calvo (2018) e Pozo & Galán (2015). As saponitas analisadas apresentaram variabilidade química significativa entre as seis fácies estudadas, permitindo sua classificação em dois grupos com base na carga estrutural interlamelar:

• Baixa carga (~0,5): Encontrada nas fácies “shrubstone” (Campos) e esferulito (Santos), onde o Ca²⁺ é o cátion interlamelar dominante, bem como na fácies de mudstone da Bacia de Madrid, dominada por K⁺. Essas amostras exibem os menores teores de Al (~0,5) e os maiores valores de Mg (>5,0) entre todas as ocorrências.
• Alta carga (~1,0): Identificada nas fácies de mudstone (Santos), arenito híbrido (Campos) e mudstone arenoso (Salta), com espaços interlamelares dominados por Na⁺, K⁺ e Ca²⁺. O maior teor de Mg foi observado na arenito híbrido (~4,7), enquanto o Al permanece relativamente constante (~1,0), distribuído entre sítios tetraédricos e octaédricos.

Os dados indicam que a saponita está consistentemente associada a minerais detríticos herdados, independentemente da fácies, natureza carbonática ou composição da matriz (carbonática, siliciclástica ou vulcanogênica). Essa associação sistemática reforça o caráter híbrido dessas rochas, especialmente no contexto dos reservatórios do pré-sal. Embora a saponita se forme predominantemente por transformação de minerais precursores, os dados geoquímicos e texturais também sugerem episódios de precipitação direta a partir de fluidos ricos em Mg, mecanismo especialmente plausível nas fácies “shrubstone” e esferulito do pré-sal, onde a disponibilidade de material detrítico é limitada.

Agradecimentos

Agradecemos ao IGEO-UFRGS, Petrobras e CNPq pelo financiamento e suporte analítico essencial.

Referências

CHRISTIDIS, G.E.; KOUTSOPOULOU, E. A simple approach to the identification of trioctahedral smectites by X-ray diffraction. Clay Minerals, v. 48, n. 5, p. 687–696, 2013.

DA SILVA, M.D. et al. Mineralogical study of levels with magnesian clay minerals in the Santos Basin, Aptian pre-salt Brazil. Minerals, v. 11, n. 9, p. 970, 2021.

DE ROS, L.F.; OLIVEIRA, D.M. An operational classification system for the South Atlantic pre-salt rocks. Journal of Sedimentary Research, v. 93, n. 10, p. 693–704, 2023.

MEUNIER, A. Clays. Berlin; New York: Springer, 2005.

POZO, M.; CALVO, J. An overview of authigenic magnesian clays. Minerals, v. 8, n. 11, p. 520, 2018.