Dados e Métodos

Neste estudo foram utilizadas imagens de radar interferométrico obtidas na missão espacial SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) realizada pela NASA (National Aeronautics and Space Administration), com resolução espacial de 3 arc sec (~90 m) para o Brasil, bem como imagens captadas pelo sensor Operacional Land Imager (OLI), instalado a bordo do satélite Landsat-8, com resolução espacial de 30 m para as bandas do visível (1-7) e 15 m para a pancromática (8). Ambas são disponibilizadas gratuitamente no sítio do USGS (https://earthexplorer.usgs.gov/); contudo, os dados pré-processados do projeto SRTM no território brasileiro também podem ser obtidos diretamente no sítio da Embrapa (http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/).

Os mosaicos de imagens SRTM foram confeccionados no software Global Mapper 16.1 e tratados no Sistema de Informações Geográficas (SIG) ArcGIS. Através da aplicação de filtros direcionais, imagens de relevo sombreado foram criadas com pseudo-iluminações distintas (direções azimutais 315º, 0°, 45° e 90° com ângulo de iluminação de 45º), de forma a destacar elementos do relevo em alto ângulo com as direções aplicadas. As feições morfoestruturais mais representativas na escala 1:200.000 foram identificadas e vetorizadas individualmente nas imagens.

De modo a refinar os traçados obtidos, imagens de alta resolução do software Google Earth Pro foram utilizadas na avaliação das feições vetorizadas. Esta análise também auxiliou

sombreado. Por fim, as informações de comprimento, azimute e coordenadas espaciais do início e fim de cada estrutura foram inseridas no programa RockWorks 16 para a construção de diagramas de roseta.

Nos programas ER Mapper 2013 e IMAGINE 2013, ambos pertencentes à plataforma ERDAS, as imagens digitais de satélite foram tratadas mediante a aplicação de técnicas distintas de processamento digital de imagens. Dessa forma, variadas composições em falsa-cor foram criadas pelo método de combinações RGB para o detalhamento do mapeamento litoestrutural realizado a partir dos mosaicos de radar, mais especificamente no tocante às feições extraídas através do Google Earth Pro que não ficaram realçadas nas imagens de relevo sombreado.

3.2.2 Imagens de Radar

Os mosaicos de imagens de radar analisados cobrem a porção da borda sudeste e centro- leste da BPAR, objeto de estudo deste trabalho, além de exposições do embasamento cristalino pré-cambriano contíguo, pertencente à Província Borborema (PB). O estudo destes produtos possibilitou a definição da trama estrutural regional, discriminando as estruturas de regime dúctil/plástico, presentes no embasamento, daquelas de caráter frágil, que ocorrem tanto no substrato cristalino como na bacia.

Critérios adotados na extração e interpretação de lineamentos

O trabalho de reconhecimento e extração de lineamentos levou em consideração variáveis básicas de análise e interpretação de imagens orbitais: tonalidade, textura, tamanho, forma, sombra e padrão. Nas imagens de relevo sombreado, buscou-se reconhecer elementos topográficos lineares e/ou alinhados com destaque no relevo, na forma de cristas ou vales, drenagens orientadas, contatos retilíneos e escarpas que representassem possíveis falhas, fraturas ou zonas de cisalhamento.

O’Leary et al. (1976) definem lineamentos como feições lineares mapeáveis, simples ou compostas, cujos segmentos estão alinhados de forma retilínea ou ligeiramente curva, que provavelmente refletem estruturas em subsuperfície rasa. Nessa concepção, Amaro & Strieder (1994) consideram que os lineamentos podem ser individualizados em estruturas penetrativas (tipo 1) ou estruturas rúpteis (tipo 2), apresentando atributos morfológicos distintos entre si. Jardim de Sá et al. (1993) utilizam os termos “fotolineamento” para traços de estruturas frágeis ou dúcteis-frágeis, e “fotolineação” para traços de estruturas dúcteis penetrativas (foliações e/ou lineações de baixo caimento).

Levando em consideração essas concepções, realizou-se a cartografia e interpretação dos lineamentos impressos no relevo, buscando distinguir aqueles relacionados a uma deformação frágil (fotolineamentos), daqueles relacionados a eventos de deformação dúctil, estes no embasamento (fotolineações), que podem ter controlado a estruturação ou reativação dos fotolineamentos.

3.2.3 Imagens de Satélite

Uma série de tratamentos composicionais (bandas espectrais, razões de bandas e principais componentes – PC) foram aplicados na cena 219/064 do sensor multiespectral Landsat 8 OLI que recobre a área de estudo centro-leste, no software ERDAS Er Mapper 5.0. A imagem escolhida para análise foi capturada pelo sensor no dia 27 de agosto de 2017, cujos critérios de seleção foram baixa densidade de nuvens e imageamento mais recente. As combinações em falsa-cor que apresentaram os melhores realces dos diques básicos e de cristas de rochas sedimentares silicificadas foram as composições de principais componentes R[PC5]G[PC3]B[PC7] e R[PC5]G[PC3]B[PC4]. Posteriormente, as imagens sofreram manipulação manual no brilho e contraste utilizando o programa Corel Draw 20.0, a fim de adquirir uma maior nitidez. Na área sudeste, os resultados adquiridos com essas técnicas foram insatisfatórios.

3.3 ANÁLISE DE MESOESTRUTURAS

O estudo de campo dos elementos estruturais de uma determinada região possibilita a concepção de um modelo tectônico-cinemático, no qual os dados de campo sejam compatíveis em uma área ampla, incluindo a macroescala. Conjuntos de falhas observados em área mais limitadas podem ser analisados para a fim de reconstruir o campo local de strain e estabelecer suas relações com o contexto geológico regional (Fossen, 2012).

A análise estrutural envolve as análises geométrica, cinemática e dinâmica dos dados amostrados. A primeira é uma abordagem descritiva que se detém nas formas, orientações, dimensões e relações geométricas entre estruturas principais e as de menor ordem associadas. Feições de estilo também são incorporadas na caracterização dos conjuntos de dados (preenchimentos, tipos de slickenlines), bem como os litotipos e unidades afetados. A análise cinemática, fundamentada na descrição geométrica, diz respeito ao modo como as partículas das rochas se movem durante a deformação. No caso da deformação rúptil as informações coletadas incluíram a orientação e atributos de juntas, falhas e slickenlines associados, incluindo

reconstituir a orientação (atitude) e magnitude do campo de esforços que atuou na geração de um determinado conjunto de estruturas (Fossen, 2012); neste trabalho, esses campos são interpretados à luz do modelo cinemático.

Assim, o trabalho desenvolvido neste estudo baseou-se nos aspectos geométricos e cinemáticos das estruturas frágeis encontradas (falhas e juntas, além de bandas de deformação), bem como estruturas dúcteis-frágeis (zonas de cisalhamento de baixa temperatura) impressas no substrato cristalino da bacia. Os resultados obtidos foram correlacionados e integrados à população de dados macroscópicos (fotolineamentos) obtidos na investigação de imagens de sensores remotos. Após a sua análise, incluindo a distribuição espacial e no tempo (via marcadores cronoestratigráficos), as estruturas (fraturas, falhas e diques) caracterizadas foram agrupadas em conjuntos cinematicamente coerentes (assim interpretados como geneticamente relacionados com base no estilo do fraturamento. Estes sistemas foram então associados a fases deformacionais distintas, tentativamente relacionadas a eventos tectônicos de expressão regional.

3.4 CARTOGRAFIA GEOLÓGICA

Enxames de diques básicos e silicosos, pouco estudados e/ou desconhecidos na literatura vigente, foram cartografados nas áreas Sudeste e Centro-Leste da BPAR. No decorrer do mapeamento dos corpos magmáticos, foram observadas algumas incongruências com relação as áreas de ocorrência das formações presentes no mapa da Área Centro-Leste, produzido a partir da Carta SB-23 (1:1.000.000) da CPRM. Dessa forma, com base nos dados de afloramento em conjunto aos produtos de sensores remotos, incluindo mapas altimétricos, ajustes na cartografia geológica, sobretudo nos contatos entre unidades litoestratigráficas aflorantes, foram realizados. Modelos digitais de elevação produzidos através de dados SRTM serviram como base para estipulação do intervalo altimétrico de cada formação. Vale ressaltar que dados estruturais também foram considerados nessa análise.

3.5 ANÁLISES GEOCRONOLÓGICAS

O método geocronológico 40_Ar/39_{Ar é uma ferramenta empregada em ampla gama de} processos geológicos. Em termos gerais, é uma variante específica do método K-Ar em que a concentração de 40K é medida por uma forma de ativação neutrônica. Na técnica 40Ar/39Ar uma parte da amostra é analisada usando um método analítico (espectrometria de massa) (Reiners et al., 2018)

No estudo em foco, tal sistemática isotópica foi aplicada com o propósito de definir a idade de resfriamento de 7 corpos magmáticos amostrados na porção leste da Bacia do Parnaíba.

3.5.1 Amostragem

A preparação das amostras foi inicialmente executada no Laboratório de Geologia e Geofísica do Petróleo (LGGP I) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e posteriormente no laboratório de geocronologia da Universidade de Queensland (UQ-AGES - Austrália), sob a supervisão do Prof. Dr. Paulo Marcos P. Vasconcelos. Antes de serem submetidas à irradiação, as rochas foram moídas até possuírem fragmentos com granulometria menor que 2 mm; lavadas em banhos ultra-sónicos; expostas ao ar para secagem, para então os grãos serem selecionados manualmente para análise através de microscópio binocular.

3.5.2 Irradiação

As amostras foram irradiadas na instalação Cadmium-lined B-1 CLICIT, reator nuclear do tipo TRIGA, na Oregon State University, EUA. Os grãos selecionados foram carregados em um disco de alumínio de 21 cavidades juntos a monitor de fluxo de nêutrons de sanidina Fish Canyon (idade 28,201 ± 0,046 Ma; Kuiper et al. 2008), seguindo a geometria ilustrada em Vasconcelos et al. (2002). Os discos de irradiação foram fechados com tampas de alumínio, envoltos em papel alumínio e selados a vácuo em frascos de quartzo. Todas as amostras foram irradiadas por um período de 14 horas e as idades foram calculadas usando a constante de decaimento de Steiger & Jäger (1977).

3.5.3 Espectrometria de massa

Os procedimentos analíticos para 40Ar/39Ar foram executados no laboratório UQ-AGES da Universidade de Queensland na Austrália, também sob a supervisão do Prof. Dr. Paulo Marcos P. Vasconcelos.

Após um período de decaimento pós-irradiação, as amostras foram analisadas por um sistema de aquecimento a laser seguindo os procedimentos detalhados em Vasconcelos et al. (2002). Antes da análise, as amostras sofreram aquecimento a vácuo a ~ 200° C durante aproximadamente 12 horas, sendo cada uma aquecida de forma incremental por um laser de onda contínua com um feixe desfocado de 2 mm de largura. A fração de gás liberada foi filtrada e limpa através de um sistema de congelamento criogeado (T=- 125° C) e dois getters C-50 SAES Zr-VFe, e então analisada para isótopos de Ar em um espectrômetro de massa MAP215-

analíticos seguidos são descritos em Deino & Potts (1990) e Vasconcelos et al. (2002). Os dados foram corrigidos para discriminação de massa, interferências nucleogênicas e contaminação atmosférica seguindo os procedimentos de Vasconcelos et al. (2002), usando o software “MassSpec Version 8.133” desenvolvido por Alan Deino do Berkeley Geochronology Center, EUA. Um valor de 40_Ar/36_{Ar de 298,56 ± 0,31 para o argônio atmosférico foi utilizado para o} cálculo da discriminação do espectrômetro de massas (Renne et al., 2009).

3.5.4 Cálculo de Idades

Espectros de aquecimento incremental e platôs

As idades platôs de aquecimento incremental estão de acordo com a definição de Fleck (1977): “uma sequência de dois ou mais degraus consecutivos correspondendo a pelo menos 50% do total do 39_{Ar liberado; os valores de idade estão dentro de 2σ do valor médio calculado} pela ponderação com variância inversa”. Erros em idades platôs são reportados com nível de confiança de 95% (2σ) e incluem os erros nos fatores de correção de irradiação e o erro em J, mas não incluem a incerteza nas constantes de decaimento de potássio. Se uma amostra exibe um platô bem definido, isso implica que ela hospeda suas frações de gases radiogênicos e nucleogênicos em um reservatório cristalográfico rígido, que o reservatório foi fechado durante a história da amostra e é improvável que as fases contaminantes estejam presentes.

Idade Integrada

Corresponde à idade aparente obtida a partir da combinação dos resultados de todas as etapas durante a análise por aquecimento incremental. Se a amostra não apresentou perda de 40_{Ar devido ao intemperismo, excesso de} 40_{Ar incorporado na erupção ou perda de} 39_{Ar por} recoil, presença de contaminantes, a idade integrada no método 40Ar/39Ar pode corresponder a uma idade patamar para essa amostra.

Ideograma

Corresponde a um diagrama de probabilidade de idade (gráfico de densidade de probabilidade). Baseia-se no pressuposto de que os erros para uma determinação de idade têm uma distribuição gaussiana. Para construir um gráfico de probabilidade de idade, os valores para as curvas gaussianas individuais de cada incremento de idade são plotados para a faixa de interesse.

Uma das principais vantagens do uso de ideogramas para ilustrar a probabilidade de distribuições de idade é o fato de que eles não levam em consideração a quantidade de gás liberada durante cada etapa. Como resultado, uma etapa de idade ou uma sequência de etapas de idades que produzem quantidades insignificantemente pequenas de gás, mas cujas idades são determinadas com muita precisão no espectrômetro de massa, podem ser plotadas como estimativa de idade de alta probabilidade para a amostra. Um critério útil para diferenciar picos de alta probabilidade e artefatos do método de ideogramas é comparar os picos de ideogramas com as idades de platôs. Se os picos mais prováveis correspondem a idades platôs bem definidas, o gráfico de densidade de probabilidade identifica com segurança a idade mais provável para a amostra. Se os picos mais prováveis não tiverem equivalentes com idades platôs, provavelmente correspondem a artefatos analíticos e deverão ser desconsiderados.

Isócronas

Quando uma amostra hospeda argônio em diferentes locais cristalográficos, com proporções variáveis de componentes nucleogênicos e radiogênicos, os resultados podem ser plotados como um diagrama de correlação de isótopos 39Ar/40Ar versus 36Ar/40Ar. As isócronas são úteis para testar a confiabilidade da idade obtida para uma amostra, já que as etapas que sofreram uma perda parcial de 40Ar devido ao intemperismo, ou recoil de 39Ar durante a irradiação, aparecem como anomalias nos diagramas de correlação de isótopos. As isócronas são especialmente úteis para determinar se uma amostra contém argônio “em excesso” - ou seja, uma amostra com 40Ar/36Ar inicial acima do valor atmosférico atual de 298,56 ± 0,31 (Renne et al. 2009). O excesso de 40Ar é incorporado em rochas por outros processos além do decaimento radioativo in situ de 40K (McDougall & Harrison, 1999), como a desgaseificação incompleta de lavas vulcânicas rapidamente resfriadas.

Erros de idade isócrona são relatados no nível de confiança de 95% (2σ) e incluem os erros nos fatores de correção de irradiação e o erro em J, mas não incluem a incerteza nas constantes de decaimento de potássio. As elipses de cor magenta representam as anomalias que foram eliminadas do cálculo da idade isócrona.

C a p í t u l o 4

4 ARTIGO CIENTÍFICO

STRUCTURAL CONTROLS AND 40_Ar/39_{Ar GEOGRONOLOGICAL DATA OF}

BASIC DIKE SWARMS IN THE EASTERN DOMAIN OF THE PARNAÍBA BASIN, NORTHEAST BRAZIL

Luanny Bárbara de Medeiros FERNANDES1,Emanuel Ferraz JARDIM DE SÁ1,2,Paulo Marcos de Paula VASCONCELOS3, Valéria Centurion CÓRDOBA1,2

1 _{Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica (PPGG), Universidade Federal do Rio Grande do}

Norte (UFRN), Natal/RN

2 _{Departamento de Geologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Natal/RN} 3 _{University of Queensland, Australia}

(luannybmf@hotmail.com), (emanuel@ccet.ufrn.br), (p.vasconcelos@uq.edu.au), (valeria.geo@ufrnet.br) Abstract:

Two important magmatic events related to the breakup of the Pangea supercontinent and the opening of the Atlantic Ocean are represented, in the Parnaíba Basin (Northeast Brazil), by volcanic intrusive (mainly dikes and sills) and subordinate extrusive rocks belonging to the Mosquito (Early Jurassic, which includes the extrusive component) and Sardinha (Early Cretaceous, essentially intrusives) magmatic suites. In the southeastern and central-eastern regions of the basin, the basic dike swarms display either a consistent or different orientations at the same place. These rocks were elected for geochronological dating in order to verify whether they have different ages or different more complex emplacement models, integrating geochronological and tectonic-structural approaches. Remote sensor products and structural field data were analyzed in the basin areas to define the geometry and structural controls of these basic bodies. The image analysis allowed to characterize (i) a family of consistent NE- trending lineaments in the southeastern border of the basin and (ii) three other sets with ENE- WSW, NE-SW and NW-SE directions, in the central-eastern region. In outcrops, these swarms correspond to diabase dikes and sills associated with fracture and fault systems also recorded in the sedimentary rocks of the basin. In the southeastern region, the NE-trending dike system, correlated to the Sardinha Suite (dated ca. 131-133 Ma) was controlled by extensional fractures and faults in the same direction, arranged adjacent to and along the basin border. These structures indicate a NW extension, well documented further east in the continental rift basins of Northeast Brazil. Even not dated at this region (but further north), the tectonic signature of the NE-trending dikes is consistent with their Early Cretaceous age, being thus related to the onset of the South Atlantic opening process. In the central-eastern region of the basin, the emplacement of a WNW-trending dike, dated at 135 Ma, is interpreted as controlled by a strike- slip sinistral fault related to the NW extension. A second group of dikes in this region presents older ages (Early Jurassic, in the 188-208 Ma range), being correlated to the Mosquito Suite, controlled by NNW extension in the central-western region of the basin. These older dikes, previously poorly known in this eastern domain, display variable orientations, being noticed their occurrence close to a swarm of fractures along the NE-trending Transbrasiliano Lineament. In the western basin border, the Early Jurassic brittle deformation reactivated older structures of the Tocantins River Graben System and along the southern segment of the Transbrasiliano Lineament under a sinistral strike-slip kinematics, both of Late Paleozoic to Early Triassic age. Dilatational and oblique strike-slip kinematics are common features of these

reactivation events. Taken into account this tectonic setting, it is proposed that the Mosquito Suite dikes in the eastern domain of the basin were emplaced along structures formed or reactivated by the NNW-SSE extension, reactivating the older structures above mentioned. The NNW extensional event that controlled the emplacement of the Mosquito dikes and sills is related to the opening of the Central Atlantic Ocean, at the transition between the Triassic and the Jurassic.

Keywords: Parnaíba Basin; Basic Dike Swarms; Structural Analysis; Geochronology

INTRODUCTION

Dike swarms are important tools in the study of regional geological processes and are widely used in the reconstruction of emplacement kinematics and associated regional and/or local stress fields. Although their abundance in the crust is less expressive as compared to continental basalt flows, the dikes usually represent excellent markers of chronological relations and kinematics of deformation events. The integration with geophysical, geochemical and geochronological data enables a better understanding of the processes and geodynamic evolution of continents and sedimentary basins, lithospheric deformation and magma sources, among others. Geometry, time and spatial distribution, structural controls and emplacement mechanisms, are important themes in these studies (Halls, 1982; Ernst et al., 1995; Li, 2000; Marinoni, 2001; Bleeker and Ernst, 2006; Hou et al., 2006, 2010; Goldberg, 2010; Ernst, 2014). In the Parnaíba Basin, two major Mesozoic magmatic episodes are recognized, characterized as the Early Jurassic Mosquito and the Early Cretaceous Sardinha magmatic suites. In the last decade, several papers addressed this magmatism focused mainly on geochemical and geochronological aspects (Fodor et al., 1990; Mizusaki et al., 2002; Merle et al., 2011). At the eastern and southeastern borders of the basin, as well as in its midwestern region, the outstanding occurrence of dike swarms with different orientations, in addition to sills and other types of basic bodies (Lima and Jardim de Sá, 2017; Fernandes, 2017; Moura da Silva, 2019), still demand detailing aspects such as their emplacement mechanisms in relation to regional and local stress fields and passive structural controls at the time of intrusion. This paper deals with the macro and mesoscopic structural characterization of two regions in the eastern domain of the basin (Figure 1), where dike swarms with different orientations and ages provide an opportunity to approach emplacement mechanisms and structural controls, as well as their age relations as regards their country rocks and the tectonic evolution of the basin, using surface structural data and 40Ar/39Ar ages, already published and also acquired in this study. The context of these swarms in the basin's magmatic history and their correlation with geodynamic events and scenarios will also be explored.