Sedimentologia das concentrações de conchas de moluscos (coquinas) em ambiente de águas rasas dominado por ondas : um estudo experimental do bioclasto à fácie

Abstract

Concentrações relativamente densas de conchas de moluscos, também conhecidas como coquinas, são geradas principalmente por dinâmicas sedimentológicas de concentração. Este processo sedimentar é típico em ambientes de águas rasas dominado por ondas (praias), possuindo amplo registro deposicional em sistemas costeiros atuais e antigos. No entanto, o comportamento das diferentes dinâmicas de concentração ao longo de um perfil praial, em função dos processos de transformação da onda em águas rasas, ainda não foi detalhadamente estudado. Por este viés, o presente estudo propôs investigar a ação dos processos de empolamento, quebra e espraiamento da onda sobre as dinâmicas sedimentológicas de concentração, sob conclições de tempo-bom e de tempestades. Além disto, foi explorada a influência da forma do bioclasto no início do movimento sob fluxo oscilatório. A partir da utilização de modelagem física, simulações de um perfil praial em escala reduzida foram conduzidas em canal de ondas de fundo móvel, composto por sedimento arenoso e bioclástico. Também, experimentos hidráulicos no mesmo canal foram realizados para a medição dos parâmetros críticos no movimento das conchas. Os resultados experimentais indicaram que as dinâmicas de concentração de bioclastos são diretamente controladas pelo processo ondulatório atuante, independente da condição de energia da onda. O retrabalhamento, caracterizado pela tração, rolamento e saltação das conchas e suspensão de areia, teve ocorrência predominante na zona de quebra e espraiamento. As dinâmicas de winnowing, representada pela suspensão de areia e incipiente movimentação das conchas, e bypass dinâmico, caracterizada pela migração de ripples arenosas sobre conchas estáticas, ocorreram de forma dominante na zona de empolamento, sendo a primeira na parte mais proximal e a segunda na parte distal. A condição de energia da onda atuou no sentido de ampliar a extensão longitudinal de ocorrência das dinâmicas. Durante a simulação de tempestades (maior anura e período de onda), a zona de quebra expandia-se no perfil. tanto na direção da praia (onshore) quanto ao mar (offshore), consequentemente aumentando a área de ação do retrabalhamento no fundo. Da mesma maneira, a zona de empolamento deslocava-se, promovendo a ação do winnowing e do bypass dinâmico em um setor mais distal e profundo do perfil. As dinâmicas sedimentológicas produziram distintas concentrações de conchas, e com aspectos tafonômicos e texturais específicos. Entre os tipos de concentrações bioclásticas geradas, destaca-se aquela produzida pela dinâmica de winnowing, onde a pouca presença de matriz arenosa (grão-suportada), o denso empacotamento e as orientações predominantemente concordantes das conchas (paralelasà supertície de acomodação), caracterizou uma coquina com bom potencial de reservatório. Por sua vez, o estudo focado no início de movimento determinou que conchas mais arredondadas, como os gastrópodes, tendem a iniciar seu rolamento com velocidades e tensões de cisalhamento menores do que as necessárias para os bivalves, mais planares. Verificou-se, também, que os dados de início de movimento (Parâmetro de Shields) dos grãos bioclásticos, sob fluxo oscilatório, possuem boa correlação com os dados da literatura para fluxos unidirecionais (correntes). Finalizando, a abordagem conceitual desta tese se foca na sedimentologia das concentrações de conchas sob ação de fluxo oscilatório, desde a escala do bioclasto (partícula) até a de fácies, onde a forçante da onda, e processos associados, se configura como competente agente controlador das dinâmicas sedimentológicas de concentração de bioclastos em ambientes de águas rasas.

Relatively dense concentrations of mollusc shells, also known as coquinas, are generated mainly by sedimentological dynamics of concentration. These concentrations are typical in wave-dominated shallow water environments (beaches), having a large depositional record in modern and ancient coastal systems. However, the behavior of the concentration dynamics along the beach profile, as a function of the wave transformation processes, has not been studied in detail yet. In this way, the present study proposed to investigate the action of the shoaling, breaking and swash processes of the wave on the sedimentological dynamics of concentration, under conditions of fair-weather and storms. In addition, it was explored the influence of the shell shape on its threshold of motion under oscillatory flow. From the use of physical modeling, simulations in small scale of a beach profile were conducted in a bed load wave flume composed of sandy and bioclastic sediment. Also, hydraulic experiments in the same flume were performed for the measurement of the critical parameters of shell movement initiation. The experimental results indicated that shell concentration dynamics are directly controlled by the acting wave process, independent of its energy condition. The reworking dynamic, characterized by the traction, rolling and saltation of the shells and sand suspension, had a predominant occurrence at the zone of breaking and swash. The winnowing dynamic, characterized by sand suspension and incipient shell movements, and the dynamic bypass, characterized by the migration of sandy ripples over static bioclasts, were dominant at the zone of shoaling, the first one at the more proximal area and the later at the distal area. The wave energy condition acted in order to extend the longitudinal occurrence of the dynamics along the simulated profile. During storm simulations (higher wave height and period), the breaking zone expanded along the profile, both in the onshore and offshore direction, consequently increasing the area of the reworking action on the bottom. In the same way, the shoaling zone moved, promoting winnowing and dynamic bypass at a more distal and deep sector of the profile. The sedimentological dynamics produced different shell concentrations, with specific taphonomic and textural aspects. Among these types of bioclastic concentrations, it can be highlighted that one produced by the winnowing dynamic, whose the poor presence of sandy matrix (grain-supported), the dense packing and predominantly concordant orientations of the shells (parallel to the accommodation surface), characterized a coquina facies with good reservoir potential. In its turn, the study focused on the threshold of motion determined that more rounded shells, such as gastropods, tend to start their rolling with lower velocitiy and shear stress than planar bivalves required. It was also verified that threshold data (Shields Parameter) of the bioclastic grains under oscillatory flow have a good correlation with the literature data for unidirectional flow (current). Finally, the conceptual approach of this thesis focuses on the sedimentology of shell concentrations under the action of oscillatory flow. From the scale of the bioclast (particle) to the facies, the wave-driven forcing and its associated processes establishes as competent control agents over the sedimentological dynamics of bioclastic concentration in shallow water environments.