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An integrated thermochronology, organic maturation and provenance study in the South Portuguese Zone and Algarve Basin (South Portugal)
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Organic maturation levels (vitrinite reflection) were combined with low-temperature
thermochronometers (apatite fission track analysis and (U-Th)/He in apatite) to construct
temperature-time paths for the Upper Palaeozoic rocks of the South Portuguese Zone and the
Mesozoic rocks of the Algarve Basin. Detrital zircon ages were also studied in order to
constrain the sedimentary source regions and basin fill history of the Baixo Alentejo Flysch
Group from South Portuguese Zone and the Upper Triassic sandstones from the Algarve
Basin. The maximum temperature attained in the South Portuguese Zone was 326 ºC and
occurred at 320 Ma. All the samples from the South Portuguese Zone have been totally reset
after deposition and yield apatite fission track ages ranging from the Cretaceous (111 to 59.9
Ma) to the Upper Jurassic (157.9 Ma). The fission track ages from the Upper Triassic
sandstone did not reset after de deposition, however, the intrusion of the Monchique Alkaline
Complex (MAC) and related swarm of dikes had local influence upon organic maturation.
Inverse modelling on apatite samples from the MAC indicate that it cooled very fast from
initial magmatic temperatures to around 70ºC. The rock sample studied stayed at a constant
temperature close to the top of the apatite partial annealing zone from 68.7 Ma to 5 Ma. Since
5 Ma until the present the MAC underwent an exhumation of ca. 300 m/Ma.
The U-Pb detrital zircon and apatite ages from the Mértola and Mira formations suggest
sedimentary provenance areas from a detrital intrabasinal source (South Portuguese Zone) and
from areas associated with the magmatic arc related rocks located at the southern border of
the Ossa Morena Zone. The U-Pb detrital zircon ages obtained for the Brejeira Formation
suggest a source area related to the Avalonian/Meguma terranes and also from recycled
clastic sediments associated to the South Portuguese Domain. The ages from the Algarve
Basin Upper Triassic sandstones suggest that they are derived from multiple sources terranes
with Permian zircons ages more abundant in the samples located in the eastern part of the
basin.
Com objetivo de reconstruir a história térmica da Zona Sul Portuguesa e da Bacia do Algarve foi realizado um estudo sistemático com auxílio de três metodologias complementares: medição da reflectância da vitrinite, datações de traços de fissão e de datações (U-Th)/He de apatites. A vitrinite é um grupo de maceral que deriva das paredes celulares ou dos tecidos lenhosos de plantas, e que é bastante abundante em rochas sedimentares, em particular em margas e xistos argilosos. A reflectância da vitrinite é sensível à temperatura num processo irreversível, ou seja, indica a temperatura máxima a que uma rocha sedimentar esteve sujeita durante a diagénese, sendo um excelente indicador da maturação das rochas fonte de hidrocarbonetos. Para esse efeito, foram recolhidas sessenta e cinco amostras de rochas de afloramentos do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo, da Bacia do Algarve e da Bacia de Viar. Foram ainda recolhidas dez amostras em dois furos de prospecção mineira que interceptaram a Formação de Mértola do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo. As litologias selecionadas foram xistos argilosos, margas e argilitos. Os traços de fissão são defeitos criados na estrutura cristalina dos cristais devido ao decaimento por fissão espontânea do 238U. Os traços de fissão ficam preservados no cristal quando a temperatura ambiente das rochas permanece abaixo da temperatura de annealing (“reset”), que no caso da apatite se situa entre os 60 e os 120ºC, dependendo entre outros, do conteúdo em Cl. Medindo os traços de fissão e determinando o conteúdo dos diferentes isótopos de U, é possível determinar o período em que o cristal, e consequentemente toda a rocha, terá permanecido sob temperaturas inferiores à de annealing. Já as datações pelo método (U-Th)/He consistem nas medições dos isótopos 4He, U e Th presente em cada cristal. À semelhança dos traços de fissão, estas idades vão sendo progressivamente “apagadas” com o aquecimento, ocorrendo o reset total aproximadamente aos 75ºC nos minerais de apatite. No sentido de inferir sobre a proveniência das formações do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo e do Triásico da Bacia Algarvia, foram obtidos dados U-Pb e de elementos traços (REE) de zircões e apatites através de ablasão a laser no departamento de Geologia do Trinity College Dublin, Irlanda. Para os estudos de termocronologia de baixa temperatura, geocronologia e proveniência sedimentar, foram recolhidos um total de cinquenta e cinco amostras de rochas de afloramentos da Ossa Morena, Zona Sul Portuguesa e da Bacia Algarvia. Outras doze amostras foram recolhidas de dois furos de prospecção mineira localizados na Zona Sul Portuguesa. No que se refere à história térmica, as paleotemperaturas calculadas a partir da reflectância da vitrinite para as amostras do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo, situam-se entre os 236 e os 326ºC. A paleotemperatura mais elevada (414ºC) desta unidade foi registada no contacto com Complexo Alcalino intrusivo de Monchique. As idades de traços de fissão indicaram que o teor em Cl das apatites mostrou ter uma forte influência sobre as idades obtidas. Todas as amostras do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo sofreram o “reset” após a deposição, apresentando idades Cretácicas (111-59,9 Ma) e uma única idade do Jurássico superior (amostra OL1-157,9 Ma). As idades dos traços de fissão das amostras recolhidas em litologias da Zona Ossa Morena e da Zona Sul Portuguesa indicam que exumação deve ter ocorrido como um bloco contíguo nestas duas zonas tectonoestratigráficas. Através da modelação térmica foi possível constatar que as amostras da Zona Ossa Morena (Pias1 e PL1) apresentam um arrefecimento lento a moderado até aos 240 Ma, seguindo-se um arrefecimento rápido durante o Triásico até aproximadamente à temperatura de retenção parcial da apatite aos 200 Ma. Uma última fase de arrefecimento gradual iniciou-se no granito Pias aos 65 Ma até que fosse atingida uma temperatura superficial. A taxa de exumação estimada para o granito de Pias é de 30 m/Ma desde os 65 Ma até ao presente. Na amostra do granito de El Pedroso, a última fase de arrefecimento iniciou-se às 35 Ma. Desde então até o presente foi inferida uma taxa de exumação de 65m/Ma. A modelação inversa efetuada na amostra (????) da Formação de Mértola do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo da Zona Sul Portuguesa, apresenta um episódio de aquecimento após a subsidência que se encontra relacionado com a ultima fase da tectónica Varisca. Depois de ter sido atingida a temperatura máxima de 300°C aos 320 Ma, a amostra arrefeceu até uma temperatura de 150 °C aos 260 Ma. Dos 260 Ma até aos 20 Ma, a amostra permaneceu na zona de retenção parcial da apatite. Esse longo período a uma temperatura constante pode estar relacionado a uma possível re-subsidência associada à deposição de sedimentos mesozóicos da Bacia do Algarve, pois a amostra localiza-se próximo do contacto entre estas duas unidades geológicas. Dos 20 Ma até à atualidade pode ser inferida uma taxa de exumação de 75m/Ma Na Bacia do Algarve os valores poder refletor da vitrinite medidos para as unidades do Triásico situam-se entre os 1-1,1%Rr, correspondendo a paleotemperaturas entre os 148 e 158ºC. No caso das litologias do Cretácico inferior (0,6%Rr), na parte ocidental da Bacia do Algarve, as paleotemperaturas máximas não foram suficientes para fazer o reset do sistema de traços de fissão da apatite. No entanto, as amostras recolhidas na Praia da Luz, perto do contato com a intrusão básica da Ponta das Ferrarias, indicam que o efeito térmico desta intrusão é intenso mas restrito a uma distância máxima de cerca de 2 km do contato com o corpo magmático intrusivo. A modelação térmica realizada para as margas do Cretácico Inferior em contacto e para diferente distâncias da intrusão, sugere uma temperatura máxima de 275ºC alcançada pelas amostras mais perto do contacto intrusivo e que estas arrefeceram para uma temperatura ca. 100ºC em apenas 10 000 anos. As idades de traços de fissão da apatite obtidas nas amostras de arenitos do Triásico Superior da Bacia Algarvia, são mais antigas do que a idade de deposição, o que significa que as amostras não sofreram o reset total. Assim, a anomalia térmica criado pela intrusão Complexo Alcalino de Monchique foi muito circunscrita a uma zona perto do contato não afetando significativamente os processos térmicos de maturação regional da Bacia do Algarve. No entanto, os efeitos térmicos de pequenas intrusões relacionadas com o Complexo Alcalino de Monchique na Bacia do Algarve não poderão ser totalmente negligenciados. Através da modelação térmica do Complexo Alcalino de Monchique foi possível verificar que este arrefeceu rapidamente desde temperaturas magmáticas (> 600ºC) para cerca de 70°C, temperatura das rochas encaixantes no momento da intrusão, num curto espaço de tempo (3 Ma). Se considerarmos um gradiente geotérmico normal, o Complexo Alcalino de Monchique deverá ter-se instalado a cerca de 2 km de profundidade. Desde os 69 aos 5 Ma o CAM permaneceu a uma temperatura constante próximo da temperatura de retenção parcial da apatite. Dos 5 Ma até à atualidade as amostras arrefeceram desde os 50ºC até à temperatura superficial, podendo ser inferida uma taxa de exumação de 0,3km/Ma dos 5 Ma até ao presente. A geocronologia de zircões e apatites detríticas, bem como o conteúdo em elementos Terras Raras das apatites, permitiram inferir sobre a sua origem sedimentar. Verificou-se que os espectros de idades U-Pb de zircões detríticos e também as idades 207Pb corrigidas do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo apresentaram diferenças significativas entre as formações de Mértola/Mira e da Formação Brejeira. Mais concretamente, os espectros de idades U-Pb dos zircões detritícos das formações de Mértola e Mira indicam ambas uma proveniência extrabasinal (Zona Ossa-Morena) e intrabasinal (Zona Sul Portuguesa). A abundância de zircões detríticos nos intervalos 500-750 Ma e 900-1100 Ma na Formação Brejeira, sugerem uma área fonte com origem nos terrenos da Avalónia-Meguma, com uma menor reciclagem do Domino Sul Português (Formação Tercenas). Já os arenitos do Triásico da Bacia Algarvia têm origem em múltiplas fontes, onde zircões detríticos com idades U-Pb pérmicas estão mais presentes na parte oriental da bacia, o que pode refletir uma contribuição local de bacias Pérmico-Triásicas existentes em Espanha, e.g. a Bacia de Viar. Como complemento foram ainda datados dois granitos da Zona da Ossa Morena (granito de Pias e El Pedroso) que forneceram idades corrigidas de 207Pb em apatite de 334,9±4,3 Ma para o granito de Pias-Pedrogão e de 340,5±7.6Ma para o granito de El Pedroso, caindo os dois granitos no intervalo de idades dos corpos plutónicos do Carbonífero da Ossa-Morena Zona definidos por Salman (2004). As informações sobre a história térmica resultante deste estudo podem ter um impacto sobre o potencial económico para exploração de gás convencional e não convencional na Zona Sul Portuguesa. Os valores do poder refletor da vitrinite medidos nas amostras da Zona Sul Portuguesa correspondem a uma temperatura máxima entre os 236 e 326ºC. Estas temperaturas foram atingidas após a subsidência e durante a deformação tectónica. A deformação foi seguida de uma fase de arrefecimento relacionada com uma fase de exumação até aos 200 Ma. Os hidrocarbonetos gerados após a deposição devem ter sido libertados durante esse período. Dos 200 Ma até aos 20 Ma a temperatura permaneceu constante entre os 100 e os 60°C, no entanto as rochas já se encontravam sobrematuras em relação as fases de geração de hidrocarbonetos. A exumação pronunciada que se fez sentir no sul do território Português desde o Cretácico Superior pode ter destruído qualquer sistema petrolífero existente. No entanto, a história deposicional e térmica na parte da Bacia Algarvia localizada no offshore poderá ter sido diferente, pelo que estudos mais estudos e mais detalhados serão necessários para se compreender o potencial total da Bacia Algarvia.
Com objetivo de reconstruir a história térmica da Zona Sul Portuguesa e da Bacia do Algarve foi realizado um estudo sistemático com auxílio de três metodologias complementares: medição da reflectância da vitrinite, datações de traços de fissão e de datações (U-Th)/He de apatites. A vitrinite é um grupo de maceral que deriva das paredes celulares ou dos tecidos lenhosos de plantas, e que é bastante abundante em rochas sedimentares, em particular em margas e xistos argilosos. A reflectância da vitrinite é sensível à temperatura num processo irreversível, ou seja, indica a temperatura máxima a que uma rocha sedimentar esteve sujeita durante a diagénese, sendo um excelente indicador da maturação das rochas fonte de hidrocarbonetos. Para esse efeito, foram recolhidas sessenta e cinco amostras de rochas de afloramentos do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo, da Bacia do Algarve e da Bacia de Viar. Foram ainda recolhidas dez amostras em dois furos de prospecção mineira que interceptaram a Formação de Mértola do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo. As litologias selecionadas foram xistos argilosos, margas e argilitos. Os traços de fissão são defeitos criados na estrutura cristalina dos cristais devido ao decaimento por fissão espontânea do 238U. Os traços de fissão ficam preservados no cristal quando a temperatura ambiente das rochas permanece abaixo da temperatura de annealing (“reset”), que no caso da apatite se situa entre os 60 e os 120ºC, dependendo entre outros, do conteúdo em Cl. Medindo os traços de fissão e determinando o conteúdo dos diferentes isótopos de U, é possível determinar o período em que o cristal, e consequentemente toda a rocha, terá permanecido sob temperaturas inferiores à de annealing. Já as datações pelo método (U-Th)/He consistem nas medições dos isótopos 4He, U e Th presente em cada cristal. À semelhança dos traços de fissão, estas idades vão sendo progressivamente “apagadas” com o aquecimento, ocorrendo o reset total aproximadamente aos 75ºC nos minerais de apatite. No sentido de inferir sobre a proveniência das formações do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo e do Triásico da Bacia Algarvia, foram obtidos dados U-Pb e de elementos traços (REE) de zircões e apatites através de ablasão a laser no departamento de Geologia do Trinity College Dublin, Irlanda. Para os estudos de termocronologia de baixa temperatura, geocronologia e proveniência sedimentar, foram recolhidos um total de cinquenta e cinco amostras de rochas de afloramentos da Ossa Morena, Zona Sul Portuguesa e da Bacia Algarvia. Outras doze amostras foram recolhidas de dois furos de prospecção mineira localizados na Zona Sul Portuguesa. No que se refere à história térmica, as paleotemperaturas calculadas a partir da reflectância da vitrinite para as amostras do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo, situam-se entre os 236 e os 326ºC. A paleotemperatura mais elevada (414ºC) desta unidade foi registada no contacto com Complexo Alcalino intrusivo de Monchique. As idades de traços de fissão indicaram que o teor em Cl das apatites mostrou ter uma forte influência sobre as idades obtidas. Todas as amostras do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo sofreram o “reset” após a deposição, apresentando idades Cretácicas (111-59,9 Ma) e uma única idade do Jurássico superior (amostra OL1-157,9 Ma). As idades dos traços de fissão das amostras recolhidas em litologias da Zona Ossa Morena e da Zona Sul Portuguesa indicam que exumação deve ter ocorrido como um bloco contíguo nestas duas zonas tectonoestratigráficas. Através da modelação térmica foi possível constatar que as amostras da Zona Ossa Morena (Pias1 e PL1) apresentam um arrefecimento lento a moderado até aos 240 Ma, seguindo-se um arrefecimento rápido durante o Triásico até aproximadamente à temperatura de retenção parcial da apatite aos 200 Ma. Uma última fase de arrefecimento gradual iniciou-se no granito Pias aos 65 Ma até que fosse atingida uma temperatura superficial. A taxa de exumação estimada para o granito de Pias é de 30 m/Ma desde os 65 Ma até ao presente. Na amostra do granito de El Pedroso, a última fase de arrefecimento iniciou-se às 35 Ma. Desde então até o presente foi inferida uma taxa de exumação de 65m/Ma. A modelação inversa efetuada na amostra (????) da Formação de Mértola do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo da Zona Sul Portuguesa, apresenta um episódio de aquecimento após a subsidência que se encontra relacionado com a ultima fase da tectónica Varisca. Depois de ter sido atingida a temperatura máxima de 300°C aos 320 Ma, a amostra arrefeceu até uma temperatura de 150 °C aos 260 Ma. Dos 260 Ma até aos 20 Ma, a amostra permaneceu na zona de retenção parcial da apatite. Esse longo período a uma temperatura constante pode estar relacionado a uma possível re-subsidência associada à deposição de sedimentos mesozóicos da Bacia do Algarve, pois a amostra localiza-se próximo do contacto entre estas duas unidades geológicas. Dos 20 Ma até à atualidade pode ser inferida uma taxa de exumação de 75m/Ma Na Bacia do Algarve os valores poder refletor da vitrinite medidos para as unidades do Triásico situam-se entre os 1-1,1%Rr, correspondendo a paleotemperaturas entre os 148 e 158ºC. No caso das litologias do Cretácico inferior (0,6%Rr), na parte ocidental da Bacia do Algarve, as paleotemperaturas máximas não foram suficientes para fazer o reset do sistema de traços de fissão da apatite. No entanto, as amostras recolhidas na Praia da Luz, perto do contato com a intrusão básica da Ponta das Ferrarias, indicam que o efeito térmico desta intrusão é intenso mas restrito a uma distância máxima de cerca de 2 km do contato com o corpo magmático intrusivo. A modelação térmica realizada para as margas do Cretácico Inferior em contacto e para diferente distâncias da intrusão, sugere uma temperatura máxima de 275ºC alcançada pelas amostras mais perto do contacto intrusivo e que estas arrefeceram para uma temperatura ca. 100ºC em apenas 10 000 anos. As idades de traços de fissão da apatite obtidas nas amostras de arenitos do Triásico Superior da Bacia Algarvia, são mais antigas do que a idade de deposição, o que significa que as amostras não sofreram o reset total. Assim, a anomalia térmica criado pela intrusão Complexo Alcalino de Monchique foi muito circunscrita a uma zona perto do contato não afetando significativamente os processos térmicos de maturação regional da Bacia do Algarve. No entanto, os efeitos térmicos de pequenas intrusões relacionadas com o Complexo Alcalino de Monchique na Bacia do Algarve não poderão ser totalmente negligenciados. Através da modelação térmica do Complexo Alcalino de Monchique foi possível verificar que este arrefeceu rapidamente desde temperaturas magmáticas (> 600ºC) para cerca de 70°C, temperatura das rochas encaixantes no momento da intrusão, num curto espaço de tempo (3 Ma). Se considerarmos um gradiente geotérmico normal, o Complexo Alcalino de Monchique deverá ter-se instalado a cerca de 2 km de profundidade. Desde os 69 aos 5 Ma o CAM permaneceu a uma temperatura constante próximo da temperatura de retenção parcial da apatite. Dos 5 Ma até à atualidade as amostras arrefeceram desde os 50ºC até à temperatura superficial, podendo ser inferida uma taxa de exumação de 0,3km/Ma dos 5 Ma até ao presente. A geocronologia de zircões e apatites detríticas, bem como o conteúdo em elementos Terras Raras das apatites, permitiram inferir sobre a sua origem sedimentar. Verificou-se que os espectros de idades U-Pb de zircões detríticos e também as idades 207Pb corrigidas do Grupo do Flysch do Baixo Alentejo apresentaram diferenças significativas entre as formações de Mértola/Mira e da Formação Brejeira. Mais concretamente, os espectros de idades U-Pb dos zircões detritícos das formações de Mértola e Mira indicam ambas uma proveniência extrabasinal (Zona Ossa-Morena) e intrabasinal (Zona Sul Portuguesa). A abundância de zircões detríticos nos intervalos 500-750 Ma e 900-1100 Ma na Formação Brejeira, sugerem uma área fonte com origem nos terrenos da Avalónia-Meguma, com uma menor reciclagem do Domino Sul Português (Formação Tercenas). Já os arenitos do Triásico da Bacia Algarvia têm origem em múltiplas fontes, onde zircões detríticos com idades U-Pb pérmicas estão mais presentes na parte oriental da bacia, o que pode refletir uma contribuição local de bacias Pérmico-Triásicas existentes em Espanha, e.g. a Bacia de Viar. Como complemento foram ainda datados dois granitos da Zona da Ossa Morena (granito de Pias e El Pedroso) que forneceram idades corrigidas de 207Pb em apatite de 334,9±4,3 Ma para o granito de Pias-Pedrogão e de 340,5±7.6Ma para o granito de El Pedroso, caindo os dois granitos no intervalo de idades dos corpos plutónicos do Carbonífero da Ossa-Morena Zona definidos por Salman (2004). As informações sobre a história térmica resultante deste estudo podem ter um impacto sobre o potencial económico para exploração de gás convencional e não convencional na Zona Sul Portuguesa. Os valores do poder refletor da vitrinite medidos nas amostras da Zona Sul Portuguesa correspondem a uma temperatura máxima entre os 236 e 326ºC. Estas temperaturas foram atingidas após a subsidência e durante a deformação tectónica. A deformação foi seguida de uma fase de arrefecimento relacionada com uma fase de exumação até aos 200 Ma. Os hidrocarbonetos gerados após a deposição devem ter sido libertados durante esse período. Dos 200 Ma até aos 20 Ma a temperatura permaneceu constante entre os 100 e os 60°C, no entanto as rochas já se encontravam sobrematuras em relação as fases de geração de hidrocarbonetos. A exumação pronunciada que se fez sentir no sul do território Português desde o Cretácico Superior pode ter destruído qualquer sistema petrolífero existente. No entanto, a história deposicional e térmica na parte da Bacia Algarvia localizada no offshore poderá ter sido diferente, pelo que estudos mais estudos e mais detalhados serão necessários para se compreender o potencial total da Bacia Algarvia.
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Zonas costeiras Geologia Temperatura Variações Datação Sedimentos Proveniência Portugal - Algarve