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Geologia de Engenharia I – ÁREA1        Magmatismo → Rochas Ígneas ou Magmáticas (primeiras rochas a se formarem na crosta...
Geologia de Engenharia I – ÁREA1  ii.     Magma andesítico (intermediário);  iii.    Magma riolítico (ácido, rico em sílic...
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Geologia de Engenharia I – ÁREA1   i.     Intrusivas ou plutônicas (formadas em grande profundidade): são halocristalinas,...
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  1. 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul Departamento de Engenharia de Minas Geologia de Engenharia IRochas ígneasAula 6 Prof. Rodrigo Peroni Abril 2003
  2. 2. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 1. ROCHAS ÍGNEAS Rochas ígneas são as rochas que tiveram origem a altas temperaturas, a partir de matériamineral fundida em grandes profundidades. O material fundido no interior da Terra é chamado demagma. As rochas são classificadas tradicionalmente em três categorias por sua gênese: 1) ígneas; 2)sedimentares; e 3) metamórficas. As rochas ígneas são formadas por meio do resfriamento demagmas, sendo consideradas como rochas primárias, ou seja, de origem líquida. A energiaformadora das rochas ígneas de magmas é o calor interno da Terra. O resfriamento dos magmaspode ocorrer tanto na superfície quanto no interior da Terra. Figura 1 – Ciclo das rochas e formação das rochas ígneas. Figura 2 – Escala de estudo dos minerais, rochas e corpos rochosos. 2. PETROLOGIA ÍGNEA Ramo da geologia que estuda a origem e as características das rochas ígneas. Inclui o estudoda procedência e consolidação dos magmas formadores das rochas ígneas, os diversos ambientesque esse magma pode consolidar, as características mineralógicas e texturais/estruturais que adiversidade de composição dos magmas, combinada com o ambiente de deposição imprimem àsrochas ígneas. São conhecidos três tipos principais de processos formadores de rocha:Rodrigo Peroni
  3. 3. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Magmatismo → Rochas Ígneas ou Magmáticas (primeiras rochas a se formarem na crosta) Intemperismo e (Soterramento) → Rochas Sedimentares Metamorfismo e (Tectonismo) → Rochas Metamórficas 3. O MAGMA O termo geológico "magma" corresponde ao material subterrâneo de composição silicática emfusão devido à alta temperatura. Mesmo sendo um líquido subterrâneo, a água de fontes térmicasnão é o magma, porque não é silicato. Mesmo sendo líquido silicático, o vidro em fusão na caldeira defábricas não é o magma, porque a energia térmica não é subterrânea. Na literatura geológica, estetermo é utilizado comumente para líquidos silicáticos, eventualmente para os carbonáticos, cominclusão de voláteis (gases) e cristais (sólidos). Quando o magma se resfria e se consolida, sãoformadas as rochas ígneas. Os magmas apresentam altas temperaturas, da ordem de 700º a 1400º C e são constituídospor: 1. uma parte líquida, representada pelo material rochoso fundido; 2. uma parte sólida, que corresponde a minerais já cristalizados e a eventuais fragmentos de rocha (xenólitos) transportados em meio à porção líquida; 3. uma parte gasosa, constituída por voláteis dissolvidos na parte líquida, predominantemente H20 e CO2. Magma, portanto, é uma massa de rocha fundida, composto por soluções complexas esubstâncias minerais (que ao cristalizarem formam minerais) e gases dissolvidos. É composto poruma grande variação de composições, no qual a sílica predomina, é caracterizado por altastemperaturas e tem propriedades de um líquido (mistura de cristais e líquido). Quando atinge asuperfície tem o nome de lava, uma vez que durante o processo vulcânico sofre algumasmodificações físico-químicas, que a diferenciam do magma retido e cristalizado em profundidade. As características físicas dos magmas, como a temperatura e a viscosidade, estãointrinsecamente relacionadas com a composição dos mesmos. Magmas basálticos são mais quentes,com temperaturas de 1000º a 1400º C e têm viscosidade menor. Já os magmas graníticos sãosignificativamente mais viscosos e apresentam temperaturas da ordem de 700 a 800º C. Aviscosidade de um magma silicático é a propriedade de uma substância oferecer resistência ao fluxo,a qual está diretamente relacionada com a sua composição e temperatura. Temperatura alta: magma menos viscoso Temperatura baixa: magma mais viscoso Teor sílica alto: magma mais viscoso (maior rede de tetraedros de sílica) Teor sílica baixo: magma menos viscoso (menor polimerização de tetraedros de sílica) A consistência física de um magma se reflete na sua mobilidade e é função dos parâmetros,mencionados: 1. composição química (teor de sílica); 2. grau de cristalinidade (proporção que o magma já contém de material cristalizado) 3. teor de voláteis; 4. temperatura. Essa consistência física (viscosidade) implica em menor ou maior facilidade de fluir. Magmaspouco viscosos (basálticos) se esparramam com facilidade, formando derrames que podem seestender por dezenas ou centenas de quilômetros. Ao contrário, magmas mais viscosos (ex. riolíticos)tem dificuldade até mesmo de extravasar, formando freqüentemente tampões no condutosvulcânicos, o que provoca aumento de pressão por conta do magma e gases, quando a pressãosupera o peso do material sobrejacente ocorrem os fenômenos de vulcanismo explosivo. Composição: é controlada pelos elementos químicos ocorrentes em determinado magma: Três tipos principais: i. Magma basáltico (básico, pobre em sílica);Rodrigo Peroni
  4. 4. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 ii. Magma andesítico (intermediário); iii. Magma riolítico (ácido, rico em sílica). É importante frisar que não existe um “oceano de magma” contínuo por baixo da litosfera: ocomportamento reológico anômalo (plástico) da astenosfera deve-se à perda de rigidez das rochasque a constituem em função das altas temperaturas, mas no estado fundamentalmente sólido.Conforme a figura abaixo, os sítios de formação de magmas concentram-se em locais específicos naastenosfera ou na litosfera em função dos mecanismos tectônicos responsáveis pelas variações nosparâmetros físicos que controlam o processo de fusão das rochas. Nas dorsais meso-oceânicas, omanto quente é conduzido para as regiões mais rasas através de células de convecção sofrendodescompressão e produzindo, por fusão parcial, o grande volume de magma basáltico que alimenta ovulcanismo das dorsais meso-oceânicas e dá origem ao assoalho oceânico. Já nos arcos de ilha enas cadeias de montanhas das margens continentais convergentes, os magmas andesiticos sãoproduzidos pela fusão da crosta oceânica conduzida em direção ao manto, por mecanismos desubducção. Adicionalmente, sítios anomalamente aquecidos, denominados plumas mantélicas, quetrazem calor das partes mais profundas do manto produzindo fusão parcial localizada (ex. ilhasvulcânicas do Havaí). Figura 3 – Zonas de atividade vulcânica e tipos de magma formados. O magma, uma vez gerado, tende a se deslocar em direção à superfície, por apresentardensidade menor do que as rochas sobrejacentes. Sempre que possível os magmas ascendematravés de grandes falhas e fraturas, quando não existem essas descontinuidades, formam-sebolsões de magma. 3.1. CONSTITUIÇÃO DOS MAGMAS A variação composicional dos magmas, assim como das rochas ígneas, é descritaprincipalmente pelo seu teor de sílica, que indica o percentual em peso de SiO2. A composição do magma depende de basicamente três fatores: i. da constituição da rocha geradora; ii. das condições em que ocorreu a fusão dessa rocha e da taxa de fusão correspondente; iii. da história evolutiva desse magma, desde seu local de origem até seu sítio de consolidação. Magmas diversos são produzidos em função da área fonte, contudo a profundidade em queocorre a fusão da rocha também é importante. Magmas basálticos pela fusão dos peridotitosmantélicos, rochas formadas principalmente por olivina e piroxênios (minerais ferro-magnesianos),principalmente nas regiões abaixo das dorsais meso-oceânicas. Já os magmas graníticos estãoassociados à fusão de partes profundas da crosta continental, enriquecida em sílica em relação àcrosta oceânica. Magmas andesíticos são característicos dos arcos de ilha ou de cadeias demontanhas de margens continentais convergentes. Por razões termodinâmicas, magmas gerados apartir de uma determinada rocha-fonte são mais ricos em sílica em relação à mesma. Portanto, aRodrigo Peroni
  5. 5. Geologia de Engenharia I – ÁREA1fusão de peridotitos forma magmas basálticos, a fusão de basaltos gera andesitos e granitos podemse formar a partir da fusão parcial de rochas andesíticas. Magmas hidratados (ácidos) atingemtemperaturas. menores que magmas anidros (básicos). SiO2 entre SiO2 entre 45 e 52% SiO2 > 65% 52 e 65% Figura 4 – Classificação das rochas segundo composição química (SiO2). A Figura 5 apresenta um gráfico de pressão x temperatura, em relação à proporção de mineraiscristalizados e fundidos dentro do magma. Ou seja, quanto maior a pressão (profundidade) que umarocha estiver submetida, maior deverá ser a temperatura para fundir seus minerais constituintes. Figura 5 – Gráfico pressão x temperatura e proporção de minerais fundidos e cristalizados Comportamento x composição dos magmas A origem do magma: 1) Onde e como os magmas se formam? 2) Linha de vulcões andesíticos? 3) Seqüência BAR? 4) Relação entre magmatismo/vulcanismo e tectônica de placas? 1) O magma se forma por fusão parcial (diferenciação por fusão parcial) ou completa derocha pré-existente. 2) A atividade vulcânica/magmática moderna é concentrada, principalmente, ao longo dasmargens de placa. Linha de vulcões andesíticos ocorre ao longo das margens com subducção geradopor fusão de crosta oceânica (observar Figura 3).Rodrigo Peroni
  6. 6. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 3) Seqüência Basaltos-Andesitos-Riolitos: Vulcanismo basáltico: ocorre principalmente relacionado a zonas de acreção de placas,espalhamento oceânico, gerado por fusão mantélica associada à hot spots; Vulcanismo andesítico: é produzido pela fusão da crosta oceânica conduzida em direção aomanto. Vulcanismo riolítico: ocorre em margens colisionais, em rift valleys continentais e onde a subidado magma basáltico causa fusão crustal. 4) Regiões de margem de placa ativa tem forte concentração de atividade vulcânica emagmática resultante de esforços tectônicos, alta temperatura e subducção de placa. A Tabela 1 apresenta o resumo das propriedades dos magmas. Tabela 1 – Resumo das propriedades dos magmas. Ácidos Básicos Temperatura 650 - 700ºC 1350 - 1400ºC Polimerização Alta Baixa Viscosidade Alta Baixa Teor de Mg e Fe Baixo Alto Teor de H2O 10 - 15% 1 - 2% Ocorrência Solidificação em profundidade 10 - 15% Ascensão e derrame na superfície 3.1.1. A SOLIDIFICAÇÃO DO MAGMA Os processos de solidificação e cristalização dos magmas formam as rochas magmáticas. Osprocessos (ex. esforços que geram uma intrusão) que separam a fusão remanescente dos cristaisformados durante o resfriamento do magma geram a diversidade de rochas ígneas existentes. Oprocesso básico é denominado diferenciação magmática por cristalização fracionada. O magmaidealmente líquido encontra-se a temperaturas elevadas, quando então todos os seus componentesestão dissolvidos no material fundido. Quando o magma se instala em porções superiores mais friasda crosta, perde calor para as rochas encaixantes por condução e sua temperatura diminuipaulatinamente. Quando a temperatura atinge um determinado valor crítico, inicia-se a cristalizaçãomagmática. A formação das rochas ígneas se dá pelo resfriamento do magma. As características dasrochas vão depender fundamentalmente das condições de resfriamento. A cristalização fracionada éo mais importante desses mecanismos que permitem a obtenção de magmas de composiçãomodificada, porém existem outros processos, também formadores de rochas. i. Cristalização fracionada: A diferenciação magmática por cristalização fracionada pode ser reconhecida por meio das Séries de Bowen, ii. Imiscibilidade de magmas: durante a evolução de um volume de magma, originalmente homogêneo, podem separar-se em frações imiscíveis (como água e óleo), e cristalizar em separado; iii. Assimilação de rochas: ocorre em condutos magmáticos durante o trajeto de ascensão do magma ou mesmo das rochas encaixantes após o alojamento no sítio de consolidação final. 3.1.2. SÉRIES DE BOWEN A seqüência ideal de cristalização dos minerais foi originalmente estabelecida por Bowen(1928), onde teoricamente é possível obter a partir de um magma “primário” basáltico, toda a série derochas ígneas, desde as ultrabásicas (peridotíticas) até as ácidas (graníticas), por processos defracionamento do magma basáltico original durante sua cristalização. É importante salientar que asSéries de Reação de Bowen representam um modelo genérico e simplificado ilustrativo de umprocesso natural muito mais complexo.Rodrigo Peroni
  7. 7. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Quando há condições de cristalização de fases minerais a partir do magma, esta se dá deforma seqüenciada, seguindo a ordem dos pontos de fusão dos minerais. A seqüência decristalização é concedida como a série de Bowen. Nos estágios iniciais de cristalização, as diferentesfases minerais não cristalizam concomitantemente: algumas se formam primeiro, e só depois que acomposição do magma remanescente tiver sido modificada pela cristalização das primeiras fases, esua temperatura tiver diminuído ainda mais, é que as demais fases de cristalização irão se juntar àsque já se encontram em processo de cristalização, ou mesmo irão substituí-las nesse processo. Figura 6 – Séries de Bowen. A figura a seguir mostra a formação de um depósito mineral por assentamento cristalino, grãosde três minerais se depositam com diferentes taxa se produzem três tipos de rochas de diferentescomposições. Observa-se nesse exemplo, camadas de cromita (preta) e plagioclásio (branco)formado durante a cristalização. Figura 7 – Cristalização fracionada. 4. VARIEDADE E CARACTERÍSTICAS DAS ROCHAS ÍGNEAS A variedade de composição das rochas ígneas é conseqüência natural da variedadecomposicional dos magmas a partir dos quais se consolidaram. Há tipos de rochas ígneas maiscomuns como constituintes fundamentais da crosta: granitos e basaltos são os mais representativos. 4.1. CLASSIFICAÇÃO 4.1.1. QUANTO AO MODO DE OCORRÊNCIA Quanto ao modo de ocorrência ou posicionamento de ocorrência, as rochas magmáticaspodem ser classificadas em:Rodrigo Peroni
  8. 8. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 i. Intrusivas ou plutônicas (formadas em grande profundidade): são halocristalinas, de textura fanerítica grossa, devido ao resfriamento lento; são aquelas originadas pela solidificação de uma lava vulcânica no interior da crosta.Ex: gabro, granito. ii. Hipabissais (formadas em profundidades intermediárias): podem ser halocristalinas ou conter componentes vítreos e em geral são porfiríticas ou faneríticas finas; iii. Extrusivas ou vulcânicas: são resultantes da solidificação de uma lava na superfície, tendem a ser vítreas ou afaníticas, devido ao resfriamento rápido. Podem ser porfíriticas. Ex: basalto, riolito: Nas rochas extrusivas, em geral os cristais dos minerais não têm tempo de crescer, por istosão de tamanho microscópico (invisíveis a olho nu). Já nas rochas intrusivas ocorre o contrário e oscristais são grandes, visíveis a olho nu. Ex: granito. 4.1.2. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS ROCHAS i. Ácidas SiO2 > 65%; ii. Intermediárias 52% < SiO2 < 65%; iii. Básicas 45% < SiO2 < 52%; iv. Ultrabásicas SiO2 < 45%. 4.1.3. QUANTO À CRISTALINIDADE A textura de uma rocha é determinada pelo: grau de cristalização, granulação, forma e arranjodos cristais. Expressa as condições de consolidação de um magma. É dependente da taxa deresfriamento x velocidade de difusão das substâncias x composição do magma. Grau de cristalização: refere-se à proporção entre a parte cristalizada e a parte vítrea ouamorfa da rocha. De acordo com essa proporção é classificado pelas seguintes texturas: i. Holocristalina (Cristalina): a maior parte dos minerais é formada inteiramente por cristais, forma-se em condições de resfriamento lento. Ex: granito; ii. Hipocristalina (Vítreo-cristalina): quando parte dos minerais é formada por cristais imersos em matriz vítrea, forma-se em condições de resfriamento rápido, mas não repentino. Ex: basalto, andesito, riolito; iii. Holohialina (Vítrea): constituída inteiramente por vidro, formada em regime de resfriamento brusco. Ex: obsidiana. 4.1.4. QUANTO À FORMA DOS MINERAIS É considerada sob dois aspectos e está relacionada a ordem de cristalização: a) Quanto à presença ou não de faces planas nos minerais: i. Idiomórficos, automórfos, euédricos: apresentam todas as faces planas; ii. Hipidiomórficos, hipautomórficos, subédricos: minerais c/ algumas faces planas; iii. Xenomórfos, alotriomórfos, anédricos: minerais c/ faces irregulares. b) Quanto as três dimensões no espaço: Equidimensionais, tabulares ou lamelares, prismáticos, irregulares,… 4.1.5. QUANTO AO TAMANHO DOS MINERAIS É o modo pelo qual os minerais se articulam entre si, seus tamanhos relativos, Chama-se de textura ao conjunto de propriedades geométricas das rochas que decorrem damorfologia e do arranjo de seus constituintes fundamentais.Rodrigo Peroni
  9. 9. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 i. Afanítica (vítrea ou mocrocristalina): quando a maior % dos minerais é invisível a olho nu. Ex: basalto, riolito, andesito. ii. Sub-Afanítica: quando maior parte dos minerais é visível a olho nu. Ex: diabásio. iii. Fanerítica: quando a totalidade dos minerais é visível a olho nu. Ex: granito, gabro, sienito. iv. Textura vítrea: quando os minerais não são identificáveis, formando uma massa amorfa. Ex. obsidiana v. Textura fragmentária. vi. Textura porfirítica: quando se observam cristais maiores (fenocristais) imersos em uma massa fundamental cristalina ou vítrea. 4.1.6. QUANTO À GRANULAÇÃO Indica o tamanho dos grãos minerais. Pode ser de: i. Granulação grossa: minerais > 5mm diâmetro; ii. Granulação média: minerais entre 5 e 1mm diâmetro; iii. Granulação fina: minerais < 1mm diâmetro. 4.1.7. QUANTO AO TIPO DE FELDSPATO PRESENTE i. Sódica (Na): quando o mineral for de cor esbranquiçada. Ex: granito. ii. Potássica (K): quando o mineral for de cor rósea. Ex: alguns granitos. 4.1.8. QUANTO AO TIPO DE ESTRUTURA A estrutura de uma rocha diz respeito aos aspectos de conjunto, observáveis, via de regra, emafloramentos. Está relacionada às condições de formação das rochas e devem-se, muitas vezes, àação de esforços aplicados às mesmas durante ou após os estágios de cristalização. São asdescontinuidades apresentadas pelas rochas e todas as modalidades de variações texturais emescala geológica de corpos rochosos, nem sempre observáveis em amostras de mão. i. Maciça: quando a rocha não apresenta vazios na amostra. Ex: granito - alguns basaltos. ii. Vesicular: quando a rocha apresenta vazios na amostra. Ex: basalto. iii. Amigdaloidal: quando a rocha apresenta vazios preenchidos parcialmente por minerais secundários; iv. Disjunção colunar (diaclasada); v. Estrutura lamelar ou linear (fluidal). 4.1.9. QUANTO AO ÍNDICE DE COR Um parâmetro muito útil na caracterização composicional expedita de rochas ígneas é o índicede cor (M), que diz respeito à proporção entre minerais máficos e félsicos, e é definido pelo númeropuro correspondente ao percentual de minerais máficos na constituição volumétrica de uma rochaígnea qualquer. Segundo esse parâmetro as rochas ígneas podem ser subdivididas em i. Félsicas minerais escuros (M) < 30%; ii. Mesocráticas 30% < minerais escuros (M) < 60%; iii. Máficas 60% < minerais escuros (M) < 90%; iv. Ultramáficas minerais escuros (M) > 90%.Rodrigo Peroni
  10. 10. Geologia de Engenharia I – ÁREA1 Figura 8 - Gráfico do índice de cor.Rodrigo Peroni

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