Cicloestratigrafia no Cenomaniano superior e Turoniano do Oceano Atlântico Sul

Abstract

Os depósitos rítmicos do Cenomaniano e Turoniano, das bacias marginais brasileiras e oceânicas do Atlântico Sul, têm sido pouco estudados sobre o enfoque cicloestratigráfico. Neste trabalho verifica-se a existência de periodicidade climática-orbital nos estratos desta idade e determina-se os principais processos climáticos relacionados à formação das seqüências rítmicas. Neste sentido, a integração do estudo bioestratigráfico e paleoecológico com ênfase nos nanofósseis calcários e de dados geoquímicos, aliados a uma análise cicloestratigráfica, permitiram quantificar a amplitude temporal de diversas seções marinhas do Cenomaniano superior e Turoniano do Oceano Atlântico Sul, além de propor um modelo genético para a origem dos depósitos rítmicos. Foram estudados, segundo este propósito, duas bacias na margem continental do Brasil (bacias de Sergipe e Santos) e quatro poços do DSDP posicionados na Bacia de Angola (DSDP-364 e DSDP-530A) e nos platôs de São Paulo (DSDP-356) e das Malvinas (DSDP- 511 ). Com exceção da seção registrada no poço DSDP-511 , as demais são caracterizadas por ritmitos constituídos por calciturbiditos finos, turbiditos síltico-argilosos e depósitos hemipelágicos-pelágicos ricos em matéria orgânica, argila ou carbonato. Os atributos paleobiológicos, sedimentológicos e geoquímicos destas rochas variam segundo uma periodicidade correlacionável com os principais ciclos de Milankovitch (excentricidade, obliqüidade e precessão) e expressam ciclos de dissolução, diluição, oxi-redução e produtividade primária. A interpretação bioestratigráfica e cicloestratigráfica tornou possível reconhecer quatro importantes eventos erosivos: neocenomaniano, eoturoniano, meso-neoturoniano e pós-turoniano, responsáveis pela pouca espessura dos andares Cenomaniano e Turoniano no Atlântico Sul. Adicionalmente, foram reconhecidos dois importantes eventos transgressivos, o mais antigo no neocenomaniano-eoturoniano, de caráter global; e o mais novo de idade mesoturoniana, registrado exclusivamente na parte setentrional do Oceano Atlântico Sul. Tais eventos resultam de modificações nos padrões de circulação oceânica induzidas pela separação da porção equatorial da América do Sul do continente africano, e de alterações nas taxas de soerguimento da cadeia meso-oceânica e de espalhamento do fundo oceânico. A integração do estudo ao microscópio eletrônico e da análise quantitativa dos nanofósseis, dados de isótopos de carbono e oxigênio da fração carbonática, COT e teor de CaCO3 realizados em diferentes fácies e contextos deposicionais, permitiu identificar os padrões de comportamento destes parâmetros frente aos ciclos de produtividade, oxi-redução e dissolução. Os poços DSDP-364 e DSDP-356 apresentam um padrão de sedimentação cíclica com alternância de carbonatos de cor clara e folhelbos escuros. As assembléias oligotáxicas de nanofósseis reconhecidas nos carbonatos do poço DSDP-356 resultam da dissolução de espécies menos resistente. A dissolução da fração fina do carbonato foi induzida pela degradação da grande quantidade de matéria orgânica. acumulada nos estratos adjacentes. As camadas carbonáticas do poço DSDP 364 possuem uma alta proporção de nanofósseis bem preservados e com alta diversidade, e����quanto que as camadas escuras são caracterizadas por teores de carbono orgânico baixo-moderado e carbonato reduzido, o 13C mais positivo e ausência de nanofósseis ou assembléias ,monoespecíficas destes constituintes. O 13C mais pesado reflete o enriquecimento de 13C durante eventos de alta produtividade. As alterações na taxa de produtividade de carbonato na plataforma, relacionadas a mudanças no influxo continental de sedimentos argilosos e nutrientes, constituem-se no principal mecanismo de controle na formação dos pares de margalcarbonato (Bacia de Sergipe) e folhelhos/margas (Bacia de Santos). A sucessão de folhelhos negros e argilitos depositados no fundo da Bacia de Angola reflete mudanças na produtividade primária e nas condições de oxi-redução controladas pelo influxo continental. Os depósitos rítmicos do Oceano Atlântico Sul localizam-se ao norte da barreira oceanográfica formada pelas elevações de Rio Grande e Walvis, sendo geneticamente associados à existência de condições oceanográficas e climáticas propícias à geração e preservação de carbonatos e folhelhos negros. A configuração paleogeográfica dos continentes africano e sul-americano moldou um padrão de circulação oceânica que permitiu o estabelecimento de condições de temperatura, nível trófico e balanço de oxigênio (consumo versus suprimento) adequadas à formação de carbonatos e folhelhos negros. Entretanto, o caráter periódico destes depósitos demonstra controle climático, no qual determinadas faixas latitudinais são caracterizadas pela alternância rítmica de fases úmidas e secas moduladas pelos ciclos orbitais. Nos períodos úmidos, a elevação do influxo continental e da produtividade primária propiciaram a formação dos folhelhos negros (Bacias de Angola e Platô de São Paulo) ou rnargas nas seções dominantemente carbonáticas (Bacia de Sergipe). Durante a fase seca desenvolveram-se as camadas ricas em carbonato biogênico, seja ele de origem pelágica (bacias de Santos e Angola) ou plataforma (Bacia de Sergipe). As curvas do o180 representam variações na intensidade e no volume das correntes oceânicas de águas frias e quentes na região austral do Oceano Atlântico Sul (Platô da Malvinas; DSDP-51) e na parte setentrional deste oceano (bacias de Sergipe e Angola; poços SE-1 e DSDP-364). No Platô das Malvinas durante o rnesoturoniano observa-se urna maior influência de águas quentes, provavelmente corno reflexo da diminuição da cornpartirnentação do Oceano Atlântico e maior influência das águas oceânicas de origem tetiana. Em contrapartida, existe urna tendência de resfriamento das águas na parte setentrional.

This study verifies the existence of orbital-climatically driven cycles in the Upper Cenomanian - Turonian deposits of the Brazilian margin and oceanic basins of the South Atlantic Ocean. The integration o f the biostratigraphic and paleoecological study of calcareous nannofossil and geochemical data, associated with detailed cyclostratigraphic analyses, have, made possible to quantify the time span of different marine sections of the South Atlantic Ocean, and to propose a genetic model for the origin of the rhythrpic deposits. Two basins on the continental margin of Brazil (Sergipe and Santos basins) and four DSDP sites (Angola Basin, DSDP-364 and DSDP-530A; São Paulo Plateau, DSDP-356; Malvinas Plateau, DSDP-511) have been investigated. Except for the section registered in well DDDP-511, the others are characterized by rhythmites constituted by fine calciturbidites, silic-argillarceous turbidites, black shales and hemipelagic-pelagic deposits. The paleobiological,, sedimentological, and geochemical attributes of these rocks were sensitive to the orbit cycles (eccentricity, obliquity and precession). These orbital variations lead to sedimtary cycles by oscillating the organic primary productivity (productivity cycles), the supply of terrig����nous influx (dillution cycles), carbonate dissolution (dissolution cycles) and changes in redox çonditions (redox cycles). The small thickness of the Upper Cenomanian - Turonian in the South Atlantic Ocean is related to four erosive events. These occurred respectively in the late Cenomanian - early Turonian (Biozones UC-5/UC-6), mid-Turonian (Biozones UC-6b and UC-7) and pós-Turoniam. In addition, two important transgressive events have been recognized; the global event late, cenomanian - early Turonian (Biozones UC-5c/UC-6a), and a midTuronian event (Biozones UC-8), exclusively registered in the northern part of the South Atlantic Ocean. Such events resulted from modifications in oceanic circulation pattems induced by the break-up of the equatorial portion of South America from Africa, and from changes in the uplift rates of the mid-oceanic ridge and spreading rate of the oceanic bottom. The integration of the SEM study and quantitative analyses of nannofossils with data on carbon and oxygen isotopes, TOC and CaCO3 content, performed on different depositional settings and facies, has made it possible to identify the behavior pattern of these parameters in response to productivity, redox and dissolution cycles. The DSDP-364 and DSDP-356 wells show cyclic sedimentation pattems involving light nannofossil chalks and dark mudstones. The oligotaxic assemblages of nannofossils recognized in the chalks of the DSDP-356 can be explained as dissolution of non-resistant nannofossil species. The fine carbonate is dissolved due to organic matter degradation from adjacent organic-rich layers. The limestones of DSDP-364 have a higher proportion of well-preserved and high-diversity nannofossil assemblages, whereas the dark layers are characterized by moderate TOC, lower carbonate content, heavier S13C values and nannofossil absence or nannofossil oligotaxic assemblages. The isotopic carbon shifts toward positive values demonstrate that carbonate was enriched in 13C during productivity increase. Oscillation in platform carbonate productivity, related to changes in continental run-off and fluctuations of primary productivity, was the main controlling mechanism on the formation of limestone/marlstone couplets in Sergipe Basin (carbonate dominated system), and black shales/marlstones in Santos Basin (siliciclastic dominated system). The black shales/mudstones sequence deposited in the deeper part of the Angola Basin (DSDP����530A) reflect changes in primary productivity and redox conditions in response to run-off variations. These rythimic deposits are primarily located in the South Atlantic Ocean, north of the oceapographic barrier fofllled by the Rio Grande and Walvis Ridges. The paleogeographic configuration of the African and South-American continents has molded a pattern of oceanic circulation that allowed the establishment of temperature gradients trophic levels, anel oxygen balance (consumption vs. supply) suitable to the formation and preservation of black shales and carbonates. The periodic character of these deposits demonstrates climatic control, where certain latitudinal belts are characterized by the alternance of wet and dry phases modulated by orbital cycles. During wet periods, the rise of the continental inflow and primary productivity favored the formation of black shales (Angola Basin and São Paulo Plateau) or marlstones in predominantly carbonaceous sections (Sergipe Basin). During the dry phase, layers rich in biogenic carbonate developed, either from a pelagic origin (Santos and Angola basins) or from a carbonate platform (Sergipe Basin). The 18O curves in the Malvinas Plateau (DSDP-511) and Sergipe and Angola basins (SE-1, DSDP-364) record variations in the intensity and volume of oceanic currents of cold and warm water masses in the South Atlantic Ocean. In the southem (Austral region) a negative 18O trend suggests a greater influence of warm waters during the mid-Turonian due to the increase of oceanic circulation with mixing of Tethyan water masses. In northem of South Atlantic, the 18O curve indicates a cooling trend.