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ANÁLISE ESTRATIGRÁFICA E GEOCRONOLÓGICA DA
FORMAÇÃO TRÊS MARIAS NA SERRA DO GORUTUBA,
NORTE DE MINAS GERAIS: REGISTRO DE
SUPERPOSIÇÃO DE BACIA DE ANTEPAÍS NA PORÇÃO
ORIENTAL DO CRÁTON SÃO FRANCISCO
iii
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitor
Cláudia Aparecida Marliére de Lima
Vice-Reitor
Hermínio Arias Nalini Júnior
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação
Sérgio Francisco de Aquino
ESCOLA DE MINAS
Diretor
Issamu Endo
Vice-Diretor
Hernani Mota de Lima
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
v
CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ANÁLISE ESTRATIGRÁFICA E GEOCRONOLÓGICA DA
FORMAÇÃO TRÊS MARIAS NA SERRA DO GORUTUBA, NORTE DE
MINAS GERAIS: REGISTRO DE SUPERPOSIÇÃO DE BACIA DE
ANTEPAÍS NA PORÇÃO ORIENTAL DO CRÁTON SÃO FRANCISCO
Ariadne Verônica Andrade Rossi
Orientador
André Danderfer Filho
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial à obtenção do Título de Mestre em Ciências Naturais, Área de Concentração:
Tectônica, Petrogênese e Recursos Minerais
OURO PRETO
Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/nº - Bauxita
35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais
Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: pgrad@degeo.ufop.br
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ISSN 85-230-0108-6
Depósito Legal na Biblioteca Nacional Edição 1ª
Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto
R831a Rossi, Ariadne Verônica Andrade.
Análise estratigráfica e geocronológica da Formação Três Marias na serra do Gorutuba, norte de Minas Gerais [manuscrito]: registro de superposição de bacia de antepaís na porção oriental do Cráton São Francisco / Ariadne Verônica Andrade Rossi. - 2019.
xxii, 100f.: il.: color; grafs; tabs; mapas. Orientador: Prof. Dr. André Danderfer Filho.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.
Área de Concentração: Tectônica, Petrogênese e Recursos Minerais - TPRM. 1. Geologia estratigráfica. 2. Cráton São Francisco. 3. Geocronologia. 4. Gondwana (Geologia). I. Danderfer Filho, André. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Titulo.
CDU: 551.754
Agradeço a Deus por me conceder força, sabedoria e paciência no decorrer deste trabalho. À minha família pelo apoio incondicional em todas as escolhas que fiz, além do carinho e refúgio presentes em todos os momentos.
Ao pequeno Aragorn por ser minha maior motivação e ao Dione por me apoiar durante todo o trabalho e ser meu companheiro de vida.
Ao professor André Danderfer pela confiança, orientação e apoio em todas as fases deste trabalho. Agradeço pelas discussões, sugestões e aprendizado.
Aos professores e técnicos do departamento de geologia, em especial ao Prof. Fernando Alkmim pelas valiosas sugestões durante a última etapa de campo.
Aos estimados colegas de pós-graduação, em especial Alice, Helen, Lorena, Camila, Taynara, Ana, Maria Eugênia, Hannah, Leo, Ramon, Francesco e Marcha pelas discussões geológicas, boas risadas e pelo apoio nos momentos mais turbulentos. Agradeço de forma especial aos colegas Samuel, Túlio e Luiza por serem os melhores companheiros de campo.
Às minhas amigas Marina, Paloma e Jéssica por dividirem comigo não somente o apartamento, mas os anseios, os medos e as alegrias. Agradeço imensamente pelos momentos inesquecíveis.
Ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais, Departamento de Geologia – UFOP, pela estrutura e apoio, à Coordenação de Aperfeiçoamento Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela concessão de bolsa de estudo e à Rede de Estudos Geotectônicos da Petrobras pelo suporte financeiro.
AGRADECIMENTOS ... ix
SUMÁRIO ... xi
LISTA DE FIGURAS ... xiii
LISTA DE TABELAS ... xvii
RESUMO ... xix ABSTRACT ... xxi CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ... 1 1.1- APRESENTAÇÃO ... 1 1.2- LOCALIZAÇÃO DA ÁREA ... 3 1.3- NATUREZA DO PROBLEMA ... 4 1.4- OBJETIVOS ... 5 1.5- MATERIAIS E MÉTODOS ... 6 1.5.1 - Levantamento bibliográfico ... 6
1.5.2 - Compilação de mapas e confecção da base cartográfica ... 7
1.5.3 - Trabalho de campo ... 7
1.5.4 - Análise estratigráfica e estrutural ... 8
1.5.5 - Geocronologia ... 8
1.5.6 - Interpretação e discussão dos resultados ... 9
CAPÍTULO 2. CONTEXTO GEOLÓGICO ... 11
2.1- SITUAÇÃO GEOTECTÔNICA ... 11
2.2- TRABALHOS ANTERIORES ... 13
2.3- ARCABOUÇO ESTRATIGRÁFICO ... 14
2.4- ARCABOUÇO ESTRUTURAL ... 17
2.5- EVOLUÇÃO GEOLÓGICA ... 18
CAPÍTULO 3. STRATIGRAPHIC, ISOTOPIC, AND GEOCHRONOLOGICAL RECORD OF A SUPERPOSED PROARC-FORELAND BASIN DURING WEST GONDWANA AMALGAMATION ON EASTERN SÃO FRANCISCO CRATON ... 21
ABSTRACT ... 21
3.1- INTRODUCTION ... 22
3.2- GEOLOGICAL SETTING ... 24
3.3- STRATIGRAPHIC ANALYSIS ... 26
3.3.1- Facies association A: distal shallow marine ... 33
3.3.2- Facies association B: shallow-water coarse-grained deposits ... 35
3.3.3- Facies association C: shallow-water, wave- and tide-dominated deposits 39 3.3.4- Facies association D: storm-dominated shallow-marine deposits ... 42
xiii
3.4- GEOCHRONOLOGY ... 47
3.4.1- Sample preparation ... 47
3.4.2- Zircon U–Pb geochronology ... 48
3.4.3- Zircon Hf isotopic analyses ... 48
3.4.4- Analytical results ... 49
3.5- DISCUSSIONS ... 53
3.5.1- Sedimentation and paleogeography ... 53
3.5.2- Provenance assessment and age ... 56
3.5.3- Regional stratigraphic variations within the Três Marias Formation ... 58
3.5.4- Tectonic setting evolution ... 59
3.6- CONCLUSIONS ... 61
CAPÍTULO 4. CONCLUSÕES ... 63
REFERÊNCIAS ... 65
Figura 1.1- Contexto geológico no entorno da serra do Gorutuba, em escala 1:100.000, no limite oriental entre o cráton São Francisco e a faixa Araçuaí no norte de Minas Gerais (compilação das folhas Manga (Fantinel et al. 2015), Rio Verde Pequeno (Knauer et al. 2015b), Mata do Jaíba (Caxito et al. 2015), Barreiro do Jaíba (Kuchenbecker et al. 2014), Janaúba (Mourão et al. 1997) e Gameleiras (Knauer et al. 2015a). ... 3 Figura 1.2- Localização da área que engloba a serra do Gorutuba (porção superior do quadrante), onde estão apontadas as folhas mapeadas em escala 1:100.000, Manga, Rio Verde Pequeno, Mata do Jaíba, Barreiro do Jaíba, Janaúba e Gameleiras, sobre imagem SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). 4 Figura 2.1- Cráton São Franciso e suas respectivas unidades de preenchimento, com destaque para o mapa tectônico da porção sul da Bacia do São Francsico (à direita), onde os cinturões de dobramentos Brasília e Araçuaí se encontram a oeste e leste, respectivamente (modificado de Alkmim & Martins-Neto 2011 e Reis & Alkmim 2015). ... 12 Figura 2.2- Localização da área de estudo (Serra do Gorutuba) no contexto do cráton São Francisco (modificado de Alkmim & Martins-Neto 2011) no mapa geológico simplificado no leste do Cráton São Francisco (compilado de Mourão et al. 1997, Knauer et al. 2015a and b, Kuchenbecker et al. 2014, Fantinel et al. 2015 e Caxito et al. 2015). ... 15 Figura 2.3- (A) Estratigrafia do Grupo Bambuí no leste do Cráton São Francisco (modificado de Reis & Alkmim 2015 e Iglesias & Uhlein 2009); (B) Esboço da sucessão estratigráfica da serra do Gorutuba (modificado de Chiavegatto et al. 1997, Kuchenbecker et al. 2016 ecom base nos dados deste trabalho). As estrelas indicam as amostras coletadas para a investigação geocronológica. ... 16 Figure 3.1- (A) Location of the Gorutuba ridge (study area) at eastern São Francisco Craton and (B) on the simplified geological map (compiled from Mourão et al. 1997, Knauer et al. 2015a and b, Kuchenbecker et al. 2014, Fantinel et al. 2015, and Caxito et al. 2015). ... 23 Figure 3.2- (A) Lithostratigraphy of the Bambuí Group at eastern São Francisco Craton (modified from Reis & Alkmim 2015 and Iglesias & Uhlein 2009); (B) Stratigraphic succession sketch of the Gorutuba ridge (modified from Chiavegatto et al. 1997, Kuchenbecker et al. 2016, and on data from this work). The stars indicate samples collected for geochronological investigation. ... 25 Figure 3.3- Schematic stratigraphic columns showing the facies associations distribution within the Gorutuba ridge (location in the inset). ... 27 Figure 3.4- (A) View of the Gorutuba ridge to the north; (B) Stereogram of bedding poles (contour) and S1 (black squares) with the axis (176/01) from S0 dispersion and the mean S1 (dashed great circle
in red); (C) Erosional contact between Serra da Saudade (SS) and Três Marias (TM) formations; (D) Slaty cleavage (S1) cross-cutting the bedding (S0) in mudstdone of the SS; (E) Soft-sediment
deformation along the contact between SS and TM; (F) Mudstone layer interbedded with TM breccias, slightly affected by loading (related to a lateral interdigitation with SS?). ... 29 Figure 3.5- Macroscopic aspects of facies association A (SS Formation). (A) Outcrop at the base of the profile 2; (B) Lithofacies Fl showing a characteristic laminate structure; (C) Swaley cross-stratification; (D) Scour surface cutting down through horizontal laminae in the lithofacies Fl; the angle of the laminae decrease upwards; (E) Load structure at the interface between the lithofacies Fml and Fl; (F) Small-scale asymmetric soft-sediment fold and related thrust fault making low angle with the bedding plane. ... 34 Figure 3.6- Microscopic aspects of facies association A. (A) Faint rhythmic laminae of mudstone and very thin sandstone (PPL); (B) Poor selected, sandy laminae: the red arrow indicates overgrow around the quartz grain, and below it is mechanical compaction of detrital muscovite (XPL). (PPL-plane polarized light; XPL-crossed polar light; Qtz - quartz; Pg- plagioclase; Ms- muscovite)... 34 Figure 3.7- Macroscopic aspects of facies association B. (A) Outcrop showing differential alternation
xv
Lithofacies Gcm with up to 16 cm clasts, and a lenticular bed of Spl lithofacies; (C) Beds of the lithofacies Gt; (D) Crudely stratified lithofacies Gh with metric thickness; (E) Lithofacies Gg showing normal gradation: massive conglomerate massive sandstone laminated sandstone; (F) Fluidized sandy beds within lithofacies Gh; (G) Fluidization structure in lithofacies Sm protruding into lithofacies Gcm; (H) Fluidization within lithofacies Gh with formation of abundant vertical to sub-vertical clasts ... 36 Figure 3.8- (A) Photomosaic showing the vertical and lateral relationships of the facies association B. (B) Detail of the macroscopic aspects, showing the complex relationships among lithofacies. ... 37 Figure 3.9- Microscopic aspects of facies association B. (A) Carbonate grains asymmetrically bounded by micrite and sparite (XPL); (B) Grains of calcarenite and calcilutite supported by poorly sorted matrix (PPL); (C) Pisolite grain with siliciclastic nucleus (XPL); (D) Sandstone cemented by calcite composed mainly by quartz, plagioclase and opaque grains (XPL); (E) Chalcedony fringe surrounding a calcarenite grain (XPL); (F) Rich mica laminae recrystallized from clay probably infiltrated into space between siliciclastic grains (PPL). (Clcar- calcarenite; Clclt- mud-limestone; Micr- micrite; Spr- sparite; Pisol- Pisolite; Chal- chalcedony; Cmt- calcite; Mca- mica; Qtz- quartz; Pg- plagioclase; Op- opaque). ... 38 Figure 3.10- Macroscopic aspects of facies association C. (A) Lithofacies Spl and Sp. (B) Large trough crossbedding of lithofacies Sht, covered by lithofacies Spl. (C) Lithofacies Shb with typical herringbone cross-stratification; (D) Composite tabular beds of lithofacies Swsb showing parallel lamination or normal gradation, and top truncated by erosional surfaces or, locally, reworking by waves; (E) Composite beds of lithofacies Sb, with massive to laminated/cross-laminated sandstone, and thinly mudstone; (F) Detail of the wavy lamination of lithofacies Sr, showing in-phase current-ripple. ... 40 Figure 3.11- Microscopic aspects of sandy lithofacies of the TM Formation. (A) and (B) Lithic/arkose composition of the poorly sorted sandstones; (C) Alternation between sand and mud laminaset; (D) Detail of sandy laminae. (Pg- plagioclase, Qtz- quartz, Ms- muscovite, Cmt- calcite, Lq- quartzite fragment, Mc- microcline, Bt- biotite. Op- opaque, Zrn- zircon). ... 42 Figure 3.12- Macroscopic aspects of facies association D. (A) Hummocky and swaley structures of Shw lithofacies; (B) Climbing ripples of the lithofacies Sr, occurring on top of the lithofacies Shw (at photo A); (D) Low angle cross-bedded lithofacies Sht; note the sandy layer with mud clasts and water escape structures below; (F) Lithofacies Spt and Fhl occurring laterally to the lithofacies Shw (highlighted in A); (E) Plane-view (bed surface) of neptunian dykes in the lithofacies Fhl. ... 43 Figure 3.13- Macroscopic aspects of facies association E. (A) Coarsening-up cycles marked by muddy and sandy beds; (B) Rippled structure of the lithofacies Sr; (C) Internal structure of a thick sandy body composed by the lithofacies Sp, Sml and Sht (with convoluted cross-laminations). ... 45 Figure 3.14- Macroscopic aspects of facies association F. (A) Outrocop showing the bedsets that make up the association, displaying a thickening and sandier upward pattern; The red line marks the contact between facies association E (FA-E) and F (FA-E). (B) Several lithofacies within a sandy outcrop related to the association, some of them with sigmoidal cross-bedding (lithofacies Ssg); (C) Outcrop-scale clinoform of the sandy lithofacies; (D) Detail of the slightly asymmetric ripples from lithofacies Sr; (E) Sets of the lithofacies Ssg and Sr, followed by beds with parallel lamination from lithofacies Spl. ... 47 Figure 3.15- LA-ICP-MS zircon U–Pb Concordia age diagrams and relative probability plots of siliciclastic samples from Gorutuba ridge (data-point error ellipses are 2σ). (A) Sample from SS Formation; (B-F) from TM Formation: (B) and (C) lithofacies Gg; (D) lithofacies Sl (within lithofacies Gt); (E) and (F) lithofacies Sht.. ... 50 Figure 3.16- Cathodoluminescence (CL) images from zircon grains highlighting their internal morphological aspects. ... 51 Figure 3.17- Hf(t) versus U-Pb age diagram showing results for detrital zircon from the Gorutuba ridge.
... 53 Figure 3.18- (A) Block-diagram illustrating the regional sedimentary tectonic setting of the studied area, showing the several environments related to sedimentary transport and deposition of the stratigraphic
cross-stratification in the sandy lithofacies from facies association D; (iv) cross-stratification in sandstones from facies association E; (v) ripple marks in lithofacies Sr from facies association C. .... 54 Figure 3.19- Schematic regional cross-sections showing the tectonic evolution of the Bambuí foreland basin. (A) First stage foreland basin formation and filling related to orogenic load of the Brasilia belt; (B) Second stage (peripheral) pro-foreland basin formation and filling related to orogenic load of the Araçuaí belt, simultaneous with the final stage of the Brasilia belt collision (Adapted from Martins-Neto et al. 2001 and Heilbron et al. 2017). ... 61
A Formação Três Marias corresponde à unidade de topo do Grupo Bambuí, o qual recobre a porção interna do cráton São Francisco. Estudos consolidados na região cratônica ocidental apontam que esta formação é representativa de uma bacia de antepaís (foreland basin) associada à evolução da Faixa Brasília. A Formação Três Marias também registra o preenchimento de um foreland basin de idade brasiliana na porção oriental do cráton. Este trabalho apresenta os resultados de dados de campo, análise estratigráfica e análises isotópicas U-Pb e ƐHf realizados nesta unidade ao longo da serra do Gorutuba, norte de Minas Gerais. A região se encontra no leste do cráton São Francisco, próximo ao limite com a Faixa Araçuaí. Na área de estudo, a Formação Três Marias constitui depósitos de molassa, compostos essencialmente por conglomerados carbonáticos e arenitos arcoseanos que ocorrem em discordância erosiva com a Formação Serra da Saudade. Os perfis estratigráficos levantados exibem cinco associações de fácies e a sucessão sedimentar aponta que os sedimentos arenosos entraram via um sistema flúvio-deltáico a nordeste da bacia, onde foram retrabalhados em uma plataforma siliciclástica sob influência de ondas, correntes de maré e tempestade. As paleocorrentes apontam uma linha de costa NW-SE, localmente com fluxos de correntes para nordeste e noroeste. Dados geocronológicos obtidos por meio de análises U-Pb (via LA-ICPMS) em grãos de zircões detríticos indicam que a idade máxima de deposição desta unidade é de 556±5 Ma, e que a base da sequência registra a exumação de rochas-fontes mais jovens que aquelas do topo. Os zircões da base possuem assinatura ƐHf negativa, assinalando uma área fonte gerada sob condições crustais, enquanto o topo apresenta maior contribuição de grãos com ƐHf positivo, refletindo a erosão e deposição de rochas com características mais mantélicas. Os resultados sugerem que a principal área fonte dos sedimentos corresponde às rochas produzidas nos estágios pré-orogênico, pré- e sin-colisionais da Faixa Araçuaí (ca. 630 – 560 Ma). Os zircões analisados na serra do Gorutuba mostram um espectro de distribuição de idades U-Pb característico de foreland basin e revelam idades mais jovens que aquelas encontrados na borda oeste da bacia. Deste modo, o foreland basin gerado em resposta ao desenvolvimento da Faixa Araçuaí seria mais jovem que aquele registrado na porção ocidental do cráton, relativo à Faixa Brasília. O preenchimento final da bacia Bambuí seria controlado, portanto, pelo desenvolvimento destes dois cinturões de dobramentos ao longo das margens do paleocontinente São Francisco durante a aglutinação de Gondwana Ocidental.
The Três Marias Formation corresponds to the top unit of the Bambuí Group, which covers the inner portion of the São Francisco craton. Consolidated studies in the western region show that this formation is representative of a foreland basin associated with the evolution of the Brasília orogen. The Três Marias Formation also records the filling of a brasiliano basin foreland in the eastern portion of the craton. This work presents the results of field data, stratigraphic analysis and U-Pb and ƐHf isotopic analysis performed at this unit along the Gorutuba ridge, northern Minas Gerais. This region is located in the eastern part of the craton São Francisco, close to the boundary with the Araçuaí orogen. In the study area, the Três Marias Formation constitutes molasses deposits, composed essentially of carbonatic conglomerates and sandy arkosean that occur in erosive discordance with the Serra da Saudade Formation. The stratigraphic profiles exhibit five associations of facies and the sedimentary succession indicates that the sandy sediments entered in the basin through a fluvio-deltaic system to the northeast and were reworked in a siliciclastic shelf under influence of waves, tides and storms currents. The paleocurrents indicate a NW-SE coastline, with current flows locally to northeast and northwest. Geochronological data obtained by U-Pb analysis on detrital zircon grains indicate that the maximum deposition age of this unit is 556 ± 5 Ma and that the sequence base registers the exhumation of rock-sources younger than those at the top. The zircons of the base show a negative ƐHf signature indicating a source area generated under crustal conditions, while the top has a higher contribution of grains with positive ƐHf reflecting the erosion and deposition of rocks with more mantle characteristics. The results suggest that the main source area of the sediments corresponds to the rocks produced in the pre-orogenic, pre- and sin-collisional stages of the Araçuaí orogen (ca. 630 – 560 Ma). The zircons analyzed in the Gorutuba ridge show a distribution spectrum of U-Pb ages characteristic of foreland basin and reveal younger ages than those found on the western border of the basin. Thus, the foreland basin generated in response to the Araçuaí orogen would be younger than that recorded in the western portion of the craton, related to the Brasilia orogen. The final filling of the Bambuí basin would therefore be controlled by the development of these two fold-thrust belts throughout the margins of São Francisco paleocontinent during the agglutination of the Occidental Gondwana.
Contribuições às Ciências da Terra – Série M, 100p, 2019.
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1 – APRESENTAÇÃO
Os estudos sobre a tectono-estratigrafia das bacias sedimentares neoproterozoicas, hoje presentes sob a forma de faixas dobradas em torno do cráton São Francisco, são essenciais para a compreensão do arranjo estratigráfico e da evolução dos diferentes tipos de sítios geradores (rifte, antepaís, margem passiva). Assim, é possível atingir um conhecimento mais amplo acerca da tectônica e evolução espaço-temporal das faixas de dobramentos, bem como das áreas cratônicas. Para Bizzi et al. (2003), o avanço na análise dessas bacias tem sido propiciado por trabalhos de mapeamento geológico que incluem a correlação de pacotes de rochas sedimentares individualizados por discordâncias regionais, dados isotópicos e idades geocronológicas.
Neste trabalho, a cobertura sedimentar estudada está inserida no contexto de uma bacia do tipo antepaís (foreland basin), que ocorre ao longo da borda leste do cráton São Francisco. A evolução tectônica e o preenchimento sedimentar de sistemas de foreland basin como registros de orogêneses, tem sido bem caracterizada na literatura (por exemplo, DeCelles & Giles 1996; Mascle & Puigdefabregas 1998; DeCelles et al. 2011; Burbank et al. 1996; Castle 2001). Classicamente, este tipo de sistema é definido como uma região de potencial acomodação sedimentar, desenvolvida entre o cinturão orogênico soerguido e a área cratônica adjacente, em resposta à subsidência flexural, impulsionada pela carga tectônica (DeCelles & Giles 1996; DeCelles 2012; Watts 1992; 2001; Naylor & Sinclair 2008).
Em geral, as bacias do tipo foreland se desenvolvem na margem superior da placa, relacionadas a um arco de compressão (retroarc foreland basin), ou na margem inferior da interação colisional (proarc foreland basin) (por exemplo, Catuneanu 2004; Allen et al. 2009). Diversas configurações tectônicas ou depozonas podem ocorrer no que se refere ao desenvolvimento de um sistema contracional de foreland basin, incluindo a bacia do interior (hinterland basin), a bacia sobre a cunha orogênica cavalgante (wedge-top basin), a bacia da antefossa (foredeep basin), a bacia de antepaís intermontana (broken foreland basin) e a bacia atrás do forebulge (back-bulge basin) (por exemplo, Crampton & Allen 1995; DeCelles & Giles 1996; Horton e DeCelles 1997; Capaldi et al. 2017). Em todos os modelos deste tipo, o sistema de foreland basin é controlado por um único orógeno acrescionário ou colisional. Um foreland basin controlado por dois órogenos distintos se contraindo corresponde a um tipo ainda pouco conhecido na natureza.
Estudos sugerem que as bordas do cráton do São Francisco foram submetidas à instalação de um sistema de foreland basin condicionadaos pela ação de duas frentes orogênicas opostas, thrust-fold belt Brasília a oeste e o thrust-fold belt Araçuaí a leste, durante a aglutinação do Gondwan Ocidental no Neoproterozóico (por exemplo, Barbosa et al. 1970; Chang et al. 1988; Alkmim & Martins-Neto 2011;
principalmente na sucessão carbonato-siliciclástica do Grupo Bambuí (Braun 1968; Costa & Branco 1961; Dardenne 1978).
Os estudos mais recentes sobre a idade do Grupo Bambuí indicam que a sedimentação ocorreu após 630 Ma (Rodrigues 2008; Paula-Santos et al. 2015; Kuchenbecker 2014; Warren et al. 2014; Uhlein et al. 2017; Caxito et al. 2018; Tavares 2019). O topo do Grupo Bambuí ainda é marcado por arenitos de composição arcosiana da Formação Três Marias, com padrões de zircões detríticos sugerindo idades mínimas abaixo de 600 Ma e proveniência a partir do Orógeno Brasília (Rodrigues 2008; Kuchenbecker 2014).
Kuchenbecker (2014) e Kuchenbecker et al. (2016) adquiriram um padrão de proveniência unimodal de cerca de 580 a 600 Ma para esta unidade ao longo da porção leste da bacia de Bambuí na serra do Jaíba. Do mesmo modo, Tavares (2019) define uma proveniência em torno de 522 a 735 Ma para os sedimentos do sinclinal de Buenópolis. Esses estudos indicam que o orógeno Araçuaí tenha fornecido parte da sedimentação na margem leste do cráton do São Francisco. No entanto, os depósitos da Formação Três Marias nesta porção do cráton ainda carece de estudos estratigráficos e geocronológicos mais detalhados, principalmente no que se refere à sua relação com o thrust-fold belt Araçuaí.
Por este motivo, a região delimitada para este estudo é a serra do Gorutuba, localizada ao norte da serra do Jaíba, inserida no limite entre o cráton São Francisco e a Faixa Araçuaí, no norte de Minas Gerais (Figura 1.1). Neste local, ocorrem arenitos arcosianos com lentes de conglomerados interdigitadas pertencentes à Formação Três Marias, que foram colocados horizontalmente e em discordância sobre os lamitos da Formação Serra da Saudade, apresentando diferenças significativas daqueles depósitos ocorrentes na porção oeste da bacia (Chiavegatto et al. 1997, Chiavegatto et al. 2003, Iglesias & Uhlein 2009; Kuchenbecker et al. 2016).
Para o desenvolvimento do trabalho, foi realizado um levantamento estratigráfico ao longo da serra do Gorutuba, além de estudos isotópicos e geocronológicos de εHf e U-Pb nas amostras coletadas dentro das formações Serra da Saudade e Três Marias. Os resultados permitiram então, caracterizar a proveniência sedimentar vinculada à evolução da fase final da bacia Bambuí, que ocorreu após a elevação e denudação do Orógeno Araçuaí.
Contribuições às Ciências da Terra...
3
Figura 1.1 - Contexto geológico no entorno da serra do Gorutuba, em escala 1:100.000, no limite oriental entre o cráton São Francisco e a faixa Araçuaí no norte de Minas Gerais (compilação das folhas Manga (Fantinel et al. 2015), Rio Verde Pequeno (Knauer et al. 2015b), Mata do Jaíba (Caxito et al. 2015), Barreiro do Jaíba (Kuchenbecker et al. 2014), Janaúba (Mourão et al. 1997) e Gameleiras (Knauer et al. 2015a).
1.2 – LOCALIZAÇÃO DA ÁREA
A serra do Gorutuba se encontra no extremo norte do Estado de Minas Gerais, em uma área compreendida entre os paralelos 14º50’00’’ e 15º05’00’’ de latitude sul, e os meridianos 43º20’00’’ e 43º40’00’’ de longitude oeste, nos limites do município de Gameleiras. Ela constitui uma feição de relevo em forma de chapada e define uma área com cerca de 75 km2, que ocorre em parte nas folhas Rio
Verde Pequeno (SD.23-Z-B-IV) e Gameleiras (SD.23-Z-D-I), escala 1:100.000 (Figura 1.2). O distrito mais próximo é Rio Verde de Minas (Gado Bravo), situado a noroeste da serra e pertencente ao município de Matias Cardoso.
O acesso à área, a partir de Belo Horizonte, pode ser feito através da BR-040 até o trevo de Curvelo, onde se segue pela BR-135 até a cidade de Montes Claros. A seguir, toma-se a BR-122 até o município de Janaúba, a partir do qual toma-se a MG-401 e segue-se aproximadamente 65 Km a noroeste, passando pelos municípios de Verdelândia e Jaíba, até a estrada para Gado Bravo (Figura 1.2). Por fim, percorre-se nesta estrada aproximadamente 55 km até o distrito de Rio Verde de Minas, de
700 km.
Já o relevo da região compõe-se de serras com topos achatados sustentados pelas rochas da Formação Três Marias, tais como as serras do Jaíba e do Gorutuba (Figura 1.1), e altitudes entre 600 e 800 metros. No entorno das serras, ocorre um relevo arrasado composto pelos metassedimentos do Grupo Bambuí e extensas coberturas eluviais e coluviais, onde a rede de drenagem é mais densa (Figuras 1.1. e 1.2) (Knauer et al. 2015a).
Figura 1.2 - Localização da área que engloba a serra do Gorutuba (porção superior do quadrante), onde estão apontadas as folhas mapeadas em escala 1:100.000, Manga, Rio Verde Pequeno, Mata do Jaíba, Barreiro do Jaíba, Janaúba e Gameleiras, sobre imagem SRTM (Shuttle Radar Topography Mission).
1.3 – NATUREZA DO PROBLEMA
Estudos estratigráficos ligados a análises de paleocorrentes, sistemas deposicionais, incluindo análises de proveniência e geocronologia, têm permitido um grande avanço científico no entendimento da evolução tectono-sedimentar dos diferentes tipos de bacias. A Bacia do São Francisco ocupa quase toda a extensão N-S do cráton homônimo, e seus limites leste e oeste coincidem com as bordas cratônicas
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definidas pelas frentes orogênicas dos cinturões Brasiliano/Pan-Africanos Araçuaí e Brasília, respectivamente. A mesma ainda registra diversos ciclos bacinais, cujo preenchimento consiste em um registro poli-histórico de eventos geológicos que ocorreram do Paleoproterozoico ao Cretáceo (Alkmim & Martins-Neto 2001, 2011; Bizzi et al. 2003; Vieira et al. 2015; Reis & Suss 2016). Nesse cenário, os sedimentos da Formação Três Marias no topo do Grupo Bambuí têm sido interpretados como preenchimento do estágio de antepaís da Bacia do São Francisco, atribuído principalmente ao thrust-fold belt Brasília (Barbosa et al. 1970; Chang et al. 1988; Alkmim & Martins-Neto 2001, 2011; Reis & Alkmim 2015; Reis et al. 2017).
No entanto, a margem leste do cráton São Francisco juntamente com zona externa do Orógeno Araçuaí registra três ciclos bacinais correspondentes às megasseqüências Espinhaço, Macaúbas e Bambuí, onde as duas primeiras são representativas de bacias do tipo rift e a última, de uma bacia do tipo foreland. Os trabalhos de Chiavegatto et al. (1997, 2003) nas serras do Gorutuba e Jaíba, setor leste da bacia ainda mostram significativas diferenças nos depósitos sedimentares relacionados à sequência de topo do Grupo Bambuí. Enquanto os dados de proveniência sedimentar obtidos por Rodrigues (220), Kuchenbecker (2014) e Kuchenbecker et al. (2016) levaram os autores a propor que o Orógeno Araçuaí também tenha participado no desenvolvimento e preenchimento do foreland da bacia ao tempo da deposição da Formação Três Marias. Mas, a natureza sedimentar da Formação Três Marias na margem oriental cratônica ainda é pouco entendida. Os depósitos da serra do Gorutuba nessa região carecem de estudos isotópicos, geocronológicos e de proveniência sedimentar aliados a um levantamento estratigráfico detalhado. Neste contexto, a investigação sobre a Formação Três Marias na área se mostra de grande relevância para o entendimento da história evolutiva da Bacia do são Francisco.
O incentivo para a execução do trabalho proposto é fundamentado nas seguintes questões: Qual a natureza da cobertura neoproterozoica relativa à unidade de topo Grupo Bambuí
(empilhamento estratigráfico, processos sedimentares, sistemas deposicionais e proveniência) junto à borda oriental do cráton São Francisco?
Qual a idade máxima da sedimentação desta unidade de topo na porção leste da bacia? Qual a tectônica formadora e os sítios tectônicos presentes?
Qual a relação de contato da Formação Três Marias com as demais unidades do Grupo Bambuí? Seus depósitos estão associados à sedimentação de um foreland basin associado ao
desenvolvimento da Faixa Araçuaí?
1.4 – OBJETIVOS
O objetivo geral desta dissertação consiste em estabelecer as relações de contato da unidade de topo do Grupo Bambuí, caracterizar seu empilhamento litofaciológico e fornecer novos dados
específicos resumem-se em:
Identificar e caracterizar as diferentes litofácies (em escala macro e microscópica) e associações de fácies na sequência sedimentar;
Analisar e interpretar os processos sedimentares e sistemas deposicionais, os sítios tectônicos que acolheram a sedimentação e o tipo de embaciamento;
Descrever as relações de contato entre a Formação Três Marias e demais unidades sotopostas do Grupo Bambuí;
Obter dados geocronológicos e isotópicos a partir de zircões detríticos, por meio dos métodos U-Pb e Lu-Hf, a fim de caracterizar os eventos formadores de bacia e a proveniência sedimentar da sequência estudada.
1.5 - MATERIAIS E MÉTODOS
1.5.1 - Levantamento bibliográfico:
Ao longo desta etapa, buscou-se obter informações sobre a geologia da área de estudo e seu entorno. Essa fase envolveu três focos principais:
Pesquisa e leitura crítica de trabalhos anteriores referentes à geologia da bacia Bambuí, com ênfase naqueles desenvolvidos na porção oriental do cráton São Francisco. Esta revisão bibliográfica abrangeu aspectos estratigráficos, litofaciológicos, geocronológicos e geotectônicos;
Leitura de artigos sobre a estratigrafia de bacias do tipo foreland com o intuito de embasar as interpretações e discussões sobre o tema investigado;
Leitura de artigos sobre geocronologia de zircões detríticos para o ganho de conhecimento dos métodos a serem empregados neste estudo.
A fim de embasar o desenvolvimento da pesquisa, realizou-se também uma análise dos projetos de cunho geológico que envolveram a área estudada. Citam-se:
Mapa geológico do Estado de Minas Gerais, escala 1:1000.000, executado pela parceria CPRM/CODEMIG (Pinto & Silva 2014);
Folha Brasília (SD-23), escala 1:250.000, mapeada no projeto RADAM Brasil (Fernandes et al. 1982);
Folha Janaúba (SD.23-Z-D-IV), escala 1:100.000, mapeada no Projeto Espinhaço, executado pela COMIG em parceria com a UFMG (Mourão et al. 1997);
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Folha Gameleiras (SD.23-Z-D-I), escala 1:100.000, mapeada no Projeto Fronteiras de Minas Gerais, realizado pela parceria CODEMIG/UFMG (Knauer et al. 2015a);
Folha Manga (SD.23-Z-A-VI), escala 1:100.000, mapeada no Projeto Fronteiras de Minas Gerais, executado pela parceria CODEMIG/UFMG (Fantinel et al. 2015);
Folha Mata do Jaíba (SD.23-Z-C-III), escala 1:100.000, mapeada no Projeto Fronteiras de Minas Gerais, realizado pela CODEMIG/UFMG (Caxito et al. 2015);
Folha Rio Verde Pequeno (SD.23-Z-B-IV), escala 1:100.000, mapeada no Projeto Fronteiras de Minas Gerais, efetuado pela parceria CODEMIG/UFMG (Knauer et al. 2015b).
1.5.2 - Compilação de mapas e confecção da base cartográfica
Esta etapa consistiu na confecção de um mapa de escala 1: 100.000 em ambiente de SIG (Sistema de Informação Geográfica) pelo programa Arcgis 10.1. A fim de nortear a etapa de campo, ainda foi realizada a fotointerpretação de estradas, trilhas e afloramentos através de imagens do Google Earth, além da compilação de dados cartográficos de mapeamentos já realizados na região pelos projetos supracitados, como as folhas Janaúba, Barreiro da Jaíba, Gameleiras, Manga, Mata do Jaíba e Rio Verde Pequeno.
1.5.3 - Trabalho de campo
Esta etapa envolveu o levantamento litofaciológico por meio de cinco perfis estratigráficos, no entorno da serra do Gorutuba. Os pontos foram obtidos através de um GPS Garmin etrex20, locados ao longo das drenagens, compondo perfis transversais ao acamamento das rochas que compõe as formações Serra da Saudade e Três Marias. Assim foi possível tecer considerações sobre o empilhamento estratigráfico.
O trabalho de campo totalizou 20 dias e foi realizado em duas etapas. Este compreendeu basicamente a caracterização das fácies sedimentares e a coleta sistemática de amostras para caracterização litofaciológica ao microscópio e estudos de geocronologia. Neta etapa utilizou-se o manual de campo de Tucker (2014).
O levantamento estratigráfico se deu conforme os métodos de Ragan (2009), onde foram caracterizadas as diferentes litofácies. Para tal caracterização levou-se em consideração as características mineralógico-texturais e estruturas sedimentares presentes nas rochas encontradas na serra do Gorutuba. A escala utilizada na confecção dos perfis estratigráficos foi 1: 100, e ao longo dos mesmos, foram coletadas seis amostras para a análise isotópica e geocronológica e onze amostras para a confecção de lâminas delgadas.
1.5.4 - Análise estratigráfica e estrutural
Posterior à descrição e caracterização das fácies sedimentares, as mesmas foram agrupadas em associações. Juntamente com os perfis levantados, a associação de fácies permitiu a análise das variações verticais e laterais e a correlação entre elas ao longo da área. A descrição de lâminas delgadas ainda permitiu uma melhor de descrição de cada fácies.
Deste modo, foram interpretados os processos sedimentares responsáveis pela deposição de cada associação, aprimorando o conhecimento sobre sistemas deposicionais e sua relação com a tectônica formadora de bacias.
Por sua vez, a análise estrutural se deu de forma simplificada, levando-se em conta que o pacote rochoso analisado apresentava pouca ou nenhuma deformação. Os dados estruturais obtidos em campo compreenderam basicamente medidas de acamamento, incluindo algumas foliações, pequenas dobras e fraturas. Os resultados desta análise deram suporte ao estudo da deformação e da estruturação da bacia.
1.5.5 - Geocronologia
O estudo geocronológico foi realizado a partir da datação de seis amostras de zircões detríticos coletadas durante a etapa de campo. Utilizou-se os métodos U-Pb e Lu-Hf com o objetivo de se obter idades máximas para a sedimentação das unidades estudadas e a idade de residência crustal das rochas da área fonte, respectivamente. Desta forma, os perfis levantados no entorno da serra do Gorutuba apresentam informações sobre o empilhamento estratigráfico correlacionadas a uma geocronologia de detalhe ao longo dos estratos.
Cerca de 20kg de amostra foram coletadas para as principais litofácies identificadas. Normalmente, aquelas de maior granulometria com evidências de sedimentos da área-fonte. As amostras passaram previamente, pelos métodos convencionais de britagem, moagem e peneiramento no LOPAG (Laboratório de Preparação de Amostras para Geocronologia) do DEGEO-UFOP. Em seguida, o material gerado foi conduzido ao processo de concentração de minerais pesados por meio de bateia, e o concentrado foi submetido a uma etapa de separação magnética por ímã de mão. Cerca de 150 grãos de cada amostra foram selecionados sob microscópio binocular, de acordo com sua cor e morfologia. Em seguida, eles foram montados em uma pastilha de resina epóxi, que posteriormente passou por um processo de polimento para melhor expor o interior dos grãos.
Em etapa posterior, os zircões foram submetidos aos processos de catoluminescência (CL) por meio de um microscópio eletrônico de varredura (SEM) JSM-6510 Scanning Electron Microscope no laboratório de Microssonda e Microscopia Eletrônica do DEGEO, a fim se obter um imageamento detalhado dos grãos, permitindo identificar os melhores zircões e as melhores áreas a serem datadas.
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As análises isotópicas U-Pb de zircões detríticos foram realizadas por meio de duas sessões analíticas, a primeira através do Element TM 2 ICP-MS acoplado ao Nd-YAG (λ=213nm) laser ablation system, onde foram analisadas 3 amostras, e a segunda através do multi-coletor (MC)-ICPMS Thermo-Scientific Neptune Plus acoplado a Photon Machines 193 (λ = 193 nm) ArF Excimer laser ablation system, na qual 6 amostras (3 delas já datadas no Element TM 2 ICP-MS) foram analisadas, ambas realizadas no Laboratório de Geocronologia do DEGEO.
Por fim, as análises isotópicas Lu-Hf foram obtidas em um Thermo-Finnigan Neptune multicollector ICP-MS acoplado ao Photon-Machines 193 nm Excimer Laser System (LA-MC-ICP-MS) no DEGEO, seguindo os métodos de Gerdes & Zeh (2006). Os furos de laser para esta análise foram feitos sobre aqueles já realizados nas análises U-Pb com spots de 50µm de diâmetro.
Para a redução dos dados U-Pb utilizou-se o software GLITTER® (Van Achterbergh et al. 2001), onde foram descartados os zircões com discordâncias maiores que 3%. Já os diagramas de concórdia e probabilidade foram gerados por meio do software Excel Isoplot (Ludwig 2003), conforme os procedimentos de Gerdes & Zeh (2006). Para os grãos com idade maior que 800 Ma foram utililizadas as idades de 207Pb/206Pb, e para os grãos mais jovens que 800 Ma utilizou-se as idades 238U/206Pb. Já as
idades máximas de sedimentação foram obtidas por meio da média ponderada dos conjuntos de três ou mais idades dos grãos mais jovens (n ≥ 3), sobrepondo-se na idade em 2σ.
1.5.6 - Interpretação e discussão dos resultados
Esta fase foi desenvolvida por meio da integração dos resultados obtidos na análise estratigráfica e estrutural, na caracterização petrográfica e na etapa de geocronologia, conduzindo a uma interpretação sobre a evolução tectono-sedimentar da sequência de topo da bacia Bambuí na porção leste do cráton São Francisco.
Contribuições às Ciências da Terra – Série M, 100p, 2019.
CAPÍTULO 2
CONTEXTO GEOLÓGICO
2.1 - SITUAÇÃO GEOTECTÔNICA
A região abordada nesta dissertação está inserida no limite oriental do cráton São Francisco com a faixa de dobramentos Araçuaí (Figura 2.1), abrangendo principalmente as unidades de topo da porção leste da bacia Bambuí.
O embasamento do cráton São Francisco é composto por terrenos gnáissico e granito-greenstone arqueanos soldados durante o Riaciano (2,25 - 2,05 Ga), com estabilidade tectônica alcançada em torno de 1,9 Ga (Almeida 1977; Trompette 1994; Teixeira et al. 2000). Os contornos do cráton foram moldados após uma série de colisões diacrônicas ao final do Neoproterozoico, edificando os sistemas orogênicos Brasiliano/Pan-Africanos (Almeida et al. 1981; Pimentel et al.1999; Alkmim et al. 2006; Alkmim et al. 2007; Pedrosa-soares et al. 2001), com destaque para as faixas Brasília a oeste e Araçuaí a leste. A Faixa Brasília ocupa a extensão oriental do sistema orogênico Tocantins e tem sua evolução associada ao intervalo de 900-600 Ma (Valeriano et al. 2004; Pimentel 2016). A Faixa Araçuaí integra o setor externo do sistema orogênico Mantiqueira com evolução a partir de 630 Ma (Pedrosa-Soares et al. 2001; Silva et al. 2005; Alkmim et al. 2006).
A bacia sedimentar do São Francisco corresponde à uma bacia poli-histórica que cobre quase toda a porção mineira do cráton homônimo, envolvendo sucessivos ciclos bacinais (Alkmim & Martins-Neto 2001, 2011; Vieira et al. 2015; Reis & Suss, 2016). As principais unidades de preenchimento da Bacia São Francisco compreendem a sequência meso-neoproterozoica Paranoá- Espinhaço Superior, seguida das sequências neoproterozoicas Macaúbas e Bambuí, esta última ediacarana (Alkmim & Martins-Neto 2001, 2011; Reis & Suss 2016). Seu contexto geológico ainda abrange os depósitos fanerozoicos dos grupos Santa Fé, Areado, Mata da Corda e Urucuia (Alkmim 2004; Alkmim & Martins-Neto 2001). Praticamente, toda a extensão interna do cráton São Francisco é coberta pela sucessão pelito-carbonática-psamítica mapeada como Grupo Bambuí, relacionada com o preenchimento de uma bacia intracratônica (Almeida 1977; Alkmim 2004; Zalán & Silva 2007; Alkmim & Martins-Neto 2001).
Figura 2.1- Cráton São Franciso e suas respectivas unidades de preenchimento, com destaque para o mapa tectônico da porção sul da Bacia do São Francsico (à direita), onde os cinturões de dobramentos Brasília e Araçuaí se encontram a oeste e leste, respectivamente (modificado de Alkmim & Martins-Neto 2011 e Reis & Alkmim 2015).
Para Alkmim et al. (1993), os limites do cráton São Francisco correspondem em sua maioria a zonas de falhas reversas, que representam a passagem entre um cinturão de dobramentos e empurrões para um cinturão de antepaís. Os estudos realizados no Espinhaço Meridional, próximo à área de estudo, também constatam que o limite do cráton com a Faixa Araçuaí é coincidente com um sistema de falhas de empurrão, que justapõem as rochas do Supergrupo Espinhaço ou Grupo Macaúbas a leste, e os sedimentos do Grupo Bambuí a oeste (Uhlein 1991; Alkmim et al. 1993; Alkmim & Martins-Neto 2001), marcando o início do envolvimento do embasamento na deformação da cobertura (Alkmim et al. 1993).
Desta maneira, pode-se considerar o arcabouço tectônico ligado à origem e evolução da bacia Bambuí como bastante complexo, pois o mesmo está relacionado ao contexto de dois cinturões orogênicos com evoluções históricas diacrônicas. Os sedimentos do Grupo Bambuí têm sido associados ao preenchimento de um foreland basin ligado ao Orógeno Brasília (Barbosa et al. 1970; Chang et al. 1988; Alkmim & Martins-Neto 2011; Reis & Alkmim 2015; Reis et al. 2017), mas a sua relação com o desenvolvimento do Orógeno Araçuaí ainda não é muito clara. Alguns trabalhos já propõem uma possível influência deste cinturão de dobramentos, que seria registrada na sedimentação da porção leste da bacia concomitante à deposição da Formação Três Marias (Martins-Neto & Alkmim 2001; Iglesias 2007; Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016; Tavares 2019).
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2.2 - TRABALHOS ANTERIORES
Grande parte dos trabalhos efetuados na região de estudo se refere às coberturas sedimentares, em consequência de sua maior abrangência na área. Dentre as unidades mais estudadas estão aquelas que constituem as rochas do Grupo Bambuí, pois estas sustentam as principais serras da região, destacando-se nas áreas mais aplainadas da Bacia do São Francisco.
Primeiramente, cita-se o trabalho de Costa (1978), que consistiu no mapeamento geológico em escala de 1:100.000 das folhas de Januária, Japoré, Manga e Mata do Jaíba, no norte de Minas Gerais, dentro do projeto “Pesquisa e Avaliação de Recursos Hídricos Subterrâneos em karsts". O autor identificou na região rochas constituintes do embasamento cristalino (pré-cambriano inferior), do Grupo Bambuí (pré-Cambriano superior), da Formação Urucuia (cretáceo superior) e das coberturas detríticas cenozoicas.
Uma boa parte do conhecimento geológico sobre a área estudada também emana dos trabalhos de mapeamento geológico de Drumond et al. (1980) no Projeto Porteirinha-Monte Azul, em escala 1:50.000. Similarmente ao anterior, este trabalho integra as unidades rochosas a uma associação gnáissico-migmatítica, ao Supergrupo Espinhaço, aos grupos Macaúbas e Bambuí e às formações superficiais.
De forma mais específica, Chiavegatto & Dardenne (1997) caracterizaram processos, fácies e ambientes deposicionais pertinentes ao empilhamento estratigráfico do Grupo Bambuí na região, abrangendo o segmento Lontra-Januária-Itacarambi. Já o trabalho de Chiavegatto et al. (1997) consistiu em um estudo mais detalhado dos dados levantados por Costa (1978) na serra do Gorutuba. Esses autores descrevem a ocorrência de conglomerados carbonáticos na base da Formação Três Marias, explicando os processos que levaram à sua deposição e relacionando-os com as demais unidades inferiores do Grupo Bambuí. Além disso, em um trabalho realizado na serra do Jaíba (a sudoeste da área de estudo desta dissertação), Chiavegatto et al. (2003) também descreveram algumas rochas carbonáticas laminadas, e propôs por meio delas uma nova formação denominada Formação Jaíba.
Semelhante ao levantamento de Costa (1978), os trabalhos de Iglesias (2007) e Iglesias & Uhlein (2009) na região norte de Minas Gerais também descreveram as rochas do embasamento, e principalmente as rochas carbonáticas e terrígenas do Grupo Bambuí, seguidas dos arenitos cretáceos e demais coberturas recentes. Contudo, os autores utilizaram-se da paleogeografia do embasamento e dos processos tectônicos para interpretar a deposição das unidades do Grupo Bambuí. Mais especificamente na serra do Jaíba, Iglesias & Uhlein (2008) realizaram um levantamento estratigráfico, que permitiu conferir diferenças entre a estratigrafia assinalada por eles e a sucessão sedimentar das demais serras da região.
1:100.000 nos Projetos Espinhaço, Norte de Minas e Fronteiras de Minas (convênio CODEMIG/UFMG) e seus respectivos relatórios: Barreiro da Jaíba (Kuchenbecker et al. 2014), Gameleiras (Knauer et al. 2015a), Mata do Jaíba (Caxito et al. 2015) e Rio Verde Pequeno (Knauer et al. 2015b), as quais apresentam um mapa geológico, um relatório acerca das unidades cartografadas, bem como uma revisão bibliográfica de trabalhos executados anteriormente.
Por fim, destacam-se os estudos mais recentes acerca do Grupo Bambuí, fundamentados nos métodos isotópicos, geocronológicos, peleontológicos e quimioestratigráficos (Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016; Warren et al. 2014; Uhlein et al. 2017; Caxito et al. 2018; Tavares 2019). Grande parte destes trabalhos aborda as unidades carbonáticas sotopostas à Formação Três Marias. Já o trabalho de Kuchenbecker et al. (2016) nas serras do Gorutuba, Jaíba e no sinclinal de Buenópolis propõe desvincular do topo da Formação Três Marias uma associação de brechas, conglomerados e arcósios (anteriormente descrita por Chiavegatto et al. 1997), a qual configuraria uma nova unidade, a Formação Gorutuba.
2.3 -ARCABOUÇO ESTRATIGRÁFICO
O Grupo Bambuí corresponde a uma megassequência de depósitos carbonáticos a siliciclásticos neoproterozoicos, e é considerado a unidade característica da Bacia do São Francisco. Sua evolução está relacionada ao fechamento de um oceano e à amalgamação do Gondwana Ocidental, cujos depósitos resultam de um ciclo convergente de um foreland basin, representado por três megaciclos transgressivo-regressivos em shallowing upward (Martins-Neto et al. 2001; Alkmim & Martins-Neto 2001; Bizzi et al. 2003; Uhlein et al. 2019).
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Figura 2.2- Localização da área de estudo (Serra do Gorutuba) no contexto do cráton São Francisco (modificado de Alkmim & Martins-Neto 2011) no mapa geológico simplificado no leste do Cráton São Francisco (compilado de Mourão et al. 1997, Knauer et al. 2015a and b, Kuchenbecker et al. 2014, Fantinel et al. 2015 e Caxito et al. 2015).
Com relação à divisão litoestratigráfica do Grupo Bambuí, pode-se afirmar que esta advém basicamente dos trabalhos de Costa & Branco (1961), realizados ao longo da BR-040, e de Dardenne (1978) utilizadas nos estudos atuais com poucas modificações. O Grupo Bambuí é constituído da base para o topo pelas seguintes formações (Figura 2.3): a) Sete Lagoas (calcários e dolomitos, com intercalações pelíticas); b) Serra de Santa Helena, (pelitos com lentes de calcário); c) Lagoa do Jacaré (calcarenitos a calcilutitos); d) Serra da Saudade (metapelitos, quase sempre carbonáticos); e) Jaíba (lamitos algálicos, com raros níveis de estromatólitos), sendo uma unidade mais restrita; f) Três Marias,
Chiavegatto 1992). De maneira geral, a deposição do Grupo Bambuí ocorreu em um ambiente marinho plataformal, controlado por sucessivas transgressões e regressões (Martins-Neto et al. 2001; Alkmim & Martins-Neto 2001; Iglesias & Uhlein 2009; Reis & Suss 2016).
Figura 2.3- (A) Estratigrafia do Grupo Bambuí no leste do Cráton São Francisco (modificado de Reis & Alkmim 2015 e Iglesias & Uhlein 2009); (B) Esboço da sucessão estratigráfica da serra do Gorutuba (modificado de Chiavegatto et al. 1997, Kuchenbecker et al. 2016 e com base nos dados deste trabalho). As estrelas indicam as amostras coletadas para a investigação geocronológica.
Especial atenção é dada às formações Jaíba e Três Marias, ocorrentes em morros residuais na porção oriental do cráton São Francisco (Chiavegatto & Dardenne 1997; Chiavegatto et al. 2003; Knauer et al. 2015a, 2015b; Kuchenbecker et al. 2016) (Figuras 2.3). A Formação Jaíba compreende fácies carbonáticas de supramaré e aflora apenas na serra homônima (Chiavegatto et al. 2003). Neste local, a Formação Três Marias ocorre em discordância erosiva sobre o pacote carbonático da Formação Jaíba. Na serra do Gorutuba, região delimitada para este estudo, a Formação Três Marias ocorre em discordância sobre os pelitos da Formação Serra da Saudade. Em ambas as serras a Formação Três
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Marias é composta por brechas e conglomerados suportados por clastos carbonáticos, sobretudo junto à porção basal, seguidos de um espesso pacote de arenitos arcoseanos (Chiavegatto et al. 2003).
Para a serra do Gorutuba, Chiavegatto et al. (1997) também descreve a ocorrência de um dique de diabásio (com cerca de 81 m de largura), que corta a unidade de topo do Grupo Bambuí, com provável idade mesozoica (Knauer et al. 2015a). Cita-se ainda a presença de coberturas sedimentares cenozoicas, representadas por uma cobertura detrítica indiferenciada e por depósitos eluviais e coluviais (Knauer et al. 2015a, 2015b).
Os depósitos da serra do Gorutuba foram interpretados como produtos de um sistema flúvio-deltaico (Chiavegatto et al. 2003), embora boa parte da Formação Três Marias a oeste da bacia tenha sido depositada em um ambiente plataformal sob ação de ondas de tempestade (Chiavegatto 1992). De acordo com Chiavegatto et al. (2003) a ausência do pacote carbonático da Formação Jaíba na serra do Gorutuba e a existência de brechas com clastos de carbonato na Formação Três Marias seriam o resultado de uma intensa atividade tectônica da bacia com soerguimento e erosão da unidade carbonática associados.
A deposição do Grupo Bambuí foi inicialmente estimada em 740 ± 20 Ma, a partir de uma isócrona Pb-Pb obtida em rocha carbonática da Formação Sete Lagoas (Babinski et al. 2007). Porém, a recente descoberta da fauna ediacariana Cloudina sp associada aos dados U-Pb em zircões detríticos e dados quimioestratigráficos, sugerem idades ediacaranas (<550 Ma) para a bacia Bambuí (Warren et al. 2014; Paula-Santos et al. 2015, Caxito et al. 2012, Uhlein et al. 2017; Crockford et al. 2019; Uhlein et al. 2019).
Para os arenitos da Formação Três Marias a idade máxima de deposição é estimada entre 600 e 550 Ma, igualmente com base em idades U-Pb em zircões detríticos, com extensa variação de fontes sedimentares – paleo- a mesoproterozoicas (Rodrigues 2008; Kuchenbecker 2014). Por sua vez, os arenitos da Formação Três Marias na serra do Jaíba revelaram um padrão de proveniência unimodal em torno de 580-600 Ma, sugerindo fontes vinculadas à Faixa Araçuaí (Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016).
2.4 -ARCABOUÇO ESTRUTURAL
Na porção leste da bacia do São Francisco tem-se o limite do cráton São Francisco com a porção externa da Faixa Araçuaí. Este compartimento mostra uma vergência estrutural para oeste, onde o metamorfismo decresce da faixa móvel adjacente para o interior do cráton (Alkmim & Martins-Neto 2001).
De forma geral, Iglesias (2007) descreve na região rochas com camadas de baixo mergulho para NE ou SE, ou sub-horizontais, além de dobras abertas com eixos NNE-SSE que caracterizam a influência brasiliana da Faixa Araçuaí. Apenas na serra Central, são identificados planos de falha com
Macaúbas. Contudo, das bordas da serra Central em direção oeste, tem-se uma diminuição da deformação, ocorrendo apenas ondulações suaves no acamamento (Knauer et al. 2015a, 2015b).
Na serra do Gorutuba, a deformação ocorre de forma sutil, com dobramentos regionais mais abertos e pequenos deslizamentos interestratais. Nas demais serras da região, as estruturas planares associadas ao dobramento possuem direção N05E e N05W e altos mergulhos para leste, enquanto os deslizamentos interestratais geram pequenas dobras abertas a fechadas, podendo ser até recumbentes, no contato entre as formações Jaíba e Três Marias (Knauer et al. 2015a, 2015b). Caxito et al. (2015) também caracteriza uma sinclinal aberta de eixo NNE/SSW com dobras de menor ordem, presentes nas encostas da serra do Jaíba. Por outro lado, Kuchenbecker et al. (2014) observou a presença de falhamentos normais na mesma serra, com planos de direção NNW e mergulhos subverticais para oeste.
A atuação de três grandes eventos tectono-metamórficos na área é apontada por Knauer et al. (2015a), os quais corresponderiam aos eventos Jequié (de 2,7 a 2,5 Ga.), Transamazônico (de 2,1 a 1,85 Ga.) e Brasiliano (de 0,7 a 0,45 Ga). Esta conclusão se baseia em dados estruturais e na variação de idade das rochas mapeadas, desde embasamento arqueano a paleoproterozoico até as rochas neoproterozoicas do Grupo Bambuí.
2.5 -EVOLUÇÃO GEOLÓGICA
A evolução geológica do antepaís da Bacia São Francisco está relacionada às diversas colisões que ocorreram ao longo da aglutinação de Gondwana Ocidental no final do neoproterozoico. O cráton São Francisco constituiu uma unidade geotectônica que permaneceu estável em relação às faixas móveis adjacentes durante o Ciclo Brasiliano Francisco (Almeida 1977; Alkmim et al. 2006; Reis et al., 2017).
A primeira colisão ocorreu em torno de 630 Ma entre as placas Paranapanema e São Francisco-Congo e resultou na edificação do setor sul do Orógeno Brasília, responsável pela subsidência flexural na margem oeste do cráton São Francisco (Pimentel et al. 2011, 2016; Reis et al. 2017). Neste momento se instala a bacia de antepaís que acomoda os sedimentos carbonáticos e siliciclásticos do Grupo Bambuí (Alkmim & Martins-Neto 2012; Reis & Alkmim 2015; Reis et al. 2017).
Em etapa posterior, tem-se um outro evento colisional entre 650 e 620 Ma. Este seria resultante do fechamento do Oceano Adamastor que separava a península São Francisco do continente Congo, através do mecanismo denominado de tectônica do quebra-nozes (Alkmim et al. 2006). Inicia-se desta forma, a edificação do Orógeno Araçuaí- Congo Ocidental, resultante da inversão tectônica de uma bacia instalada na margem leste do paleocontinente São Francisco (Alkmim et al. 2006; Alkmim et al. 2007; Martins-Neto & Alkmim 2001; Pedrosa-Soares et al. 2001). A partir deste momento, os depósitos
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Santos et al. 2015; Kuchenbecker et al. 2015). Desta forma, a evolução da bacia Bambuí está relacionada ao processo diacrônico de convergência das margens do paleocontinente São Francisco-Congo nos cinturões orogênicos brasiliano/pan-africanos, quando o interior cratônico é afetado por uma transgressão marinha (Martins-Neto et al. 2001; Alkmim & Martins-Neto 2011).
A deposição do Grupo Bambuí, mostra-se típica de um ambiente marinho plataformal, constituído por sucessivas transgressões e regressões (Neto et al. 2001; Alkmim & Martins-Neto 2001; Iglesias & Uhlein 2009; Reis & Suss 2016). Para a região estudada, no norte de Minas Gerais, Iglesias & Uhlein (2009) descrevem na base do Grupo Bambuí uma sedimentação em contexto extensional e no topo uma sedimentação em contexto compressional, caracterizando ainda a existência de diferentes depocentros na bacia.
Além disso, o Grupo Bambuí apresenta uma história evolutiva distinta entre seus setores ocidental e oriental (Uhlein et al. 2004; Martins-Neto et al. 2001). Neste caso, a porção oeste corresponderia a um cinturão epidérmico de antepaís relacionado ao Orógeno Brasília e vergente para leste (Barbosa et al. 1970; Alkmim & Martins-Neto 2011; Reis & Alkmim 2015; Reis et al. 2017), enquanto a porção leste representaria um antepaís ligado ao desenvolvimento do Orógeno Araçuaí com vergência para oeste (Alkmim & Martins-Neto 2001; Iglesias 2007; Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016) (Figura 2.5).
No topo do Grupo Bambuí, a Formação Três Marias predominantemente siliciclástica, representaria então, a sedimentação molássica típica do foreland basin, onde um ambiente plataformal sob ação de ondas de tempestade evolui para um sistema flúvio-deltáico (Chiavegatto 1992; Chiavegatto et al. 2003; Iglesias 2007; Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016). Tais sistemas deposicionais decorreriam do soerguimento diferencial de algumas porções da bacia em resposta à edificação ao Orógeno Araçuaí (Iglesias 2007; Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016).
Por fim, os estudos mais recentes sobre as idades U-Pb obtidas em zircões detríticos da bacia Bambuí (Rodrigues 2008; Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016, Tavares 2019) em conjunto com o conteúdo fossilífero (Warren et al. 2014) e dados quimioestratigráficos (Caxito et al. 2012, Uhlein et al. 2017; Crockford et al. 2019; Uhlein et al. 2019) indicam que a sua sedimentação tenha ocorrido após 550 Ma, e sua evolução como um todo esteja ligada à interação flexural dos orógenos Brasília e Araçuaí (Martins-Neto et al. 2001; Iglesias & Uhlein 2009; Kuchenbecker 2014; Kuchenbecker et al. 2016; Tavares 2019).
Contribuições às Ciências da Terra – Série M, 100p, 2019.
CAPÍTULO 3
STRATIGRAPHIC, ISOTOPIC, AND GEOCHRONOLOGICAL
RECORD OF A SUPERPOSED PROARC-FORELAND BASIN DURING
WEST GONDWANA AMALGAMATION ON EASTERN SÃO
FRANCISCO CRATON
ABSTRACT
The Três Marias Formation, a siliciclastic succession that occurs at the top of the Bambuí Group, has recorded the filling of the Brasiliano foreland basin that developed upon the São Francisco craton. The Gorutuba ridge area of this unit, situated north of Minas Gerais, is investigated by using field work, stratigraphic analysis, and isotopic U–Pb and ƐHf analysis. In this area, the Três Marias Formation includes molasse deposits composed mainly of arkoses and hybrid conglomerates. The sandy sediments entered the basin through a fluvio–deltaic system located to the northeast and were reworked in a siliciclastic shelf under the influence of waves, tides, and storm currents. The paleocurrents indicate a coastline around the NW and NE directions, with current flows reworking sediments parallel and transversal to the coast. The detrital zircon grains indicate 555 ± 17 Ma as the maximum age of the deposition of this unit, and the main sources of these sediments are rocks produced in pre-orogenic and pre- to syn-collisional stages of the Araçuaí orogen (~630–560 Ma). The filling of the foreland basin system created in response to the Araçuaí fold–thrust belt is younger than that existing in the occidental portion of Bambuí basin which is related to the Brasília fold–thrust belt. The final filling of the Bambuí basin would have therefore been controlled by the development of these two-fold–thrust belts throughout the margins of the São Francisco paleocontinent during the agglutination of Occidental Gondwana.
Keywords: Occidental Gondwana; São Francisco craton; Foreland basin; Neoproterozoic; Bambuí basin.
Ariadne V.A. Rossia*, André Danderfer Filhob, Samuel M. Bersana, Luiza R. Kelmera, Túlio D. Tavaresa
, Cristiano
C. Lanab
aPost Graduate Program of Department of Geology, Mine School, Federal University of Ouro Preto, Brazil bDepartment of Geology, Mine School, Federal University of Ouro Preto, Brazil
*Corresponding author at: Department of Geology, Mine School, Federal University of Ouro Preto, Brazil, Campus
Universitário, 35400-000, Ouro Preto, MG, Brazil. Tel.: +55(31) 35591600, fax: +55(31)35591606
Email addresses: ariadne.v.rossi@gmail.com (A.V.A. Rossi); danderferandre@gmail.com (A. Danderfer Filho) Paper submitted to Geosciense Frontiers
The tectonics and sedimentary evolution of foreland basin as records of orogenesis have been well characterized in the literature (e.g., DeCelles & Giles 1996; Mascle & Puigdefàbregas 1998; DeCelles et al. 2011; Burbank et al. 1996; Castle 2001). Classically, this type of basin is defined as a region of potential sedimentary accommodation that developed between the uplifted orogenic belt and the adjacent cratonic area in response to flexural subsidence driven by the tectonic load (DeCelles & Giles 1996; DeCelles 2012; Watts 1992, 2001; Naylor & Sinclair 2008). Dynamic and sublithospheric static loading can also influence this subsidence (Catuneanu 2004). In general, foreland basins develop in upper plate margins in relation to a compressional back arc (retroarc foreland basin) or in lower plate margins related to collisional tectonic interaction (proarc foreland basin; e.g., Catuneanu 2004; Allen et al. 2009). In relation to the development of a contractional foreland basin system, several tectonic settings or depozones may occur, including wedge-top basins, foredeep basins, broken foreland basins, and back-bulge basins (e.g., Crampton & Allen 1995; DeCelles & Giles 1996; Horton & DeCelles 1997; Capaldi et al. 2017). In these types, the foreland basin system is controlled by a single accretionary orogen or collisional orogen. Foreland basins controlled by two distinct contracting orogens, however, are poorly studied.
Studies suggest that the borders of São Francisco craton have been submitted to the installation of a foreland basin system conditioned by the action of two opposing orogenic fronts, the Brasília thrust-fold belt to the west and the Araçuaí thrust-thrust-fold belt to the east, during the agglutination of Western Gondwan during the Neoproterozoic (e.g., Barbosa et al. 1970; Chang et al. 1988; Alkmim & Martins-Neto 2011; Reis & Alkmim 2015; Reis et al. 2017; Kuchenbecker et al. 2016).
The filling of this basin is composed mainly of the carbonate–siliciclastic succession of the Bambuí Group (Braun 1968; Costa & Branco 1961; Dardenne 1978). The most recent age studies of this group indicate that sedimentation occurred after 630 Ma (Rodrigues 2008; Paula-Santos et al. 2015; Kuchenbecker 2014; Warren et al. 2014; Uhlein et al. 2017; Caxito et al. 2018; Tavares 2019). The top of the Bambuí Group consists of sandstones of the Três Marias Formation, with detrital zirconia patterns suggesting minimum ages below 600 Ma, and clastic sediments mainly from the Brasilia orogen (Rodrigues 2008; Kuchenbecker 2014).
Kuchenbecker (2014) and Kuchenbecker et al. (2016) have acquired a unimodal origin pattern of about 580 to 600 Ma for this unit along the eastern portion of the Bambuí basin in the Jaíba mountain range, as well as Tavares (2019) which defines a provenance from 522 to 735 Ma, in the syncline of Buenópolis. These studies indicate that the Araçuaí orogen at eastern margin of the São Francisco craton provided part of the sedimentation. However, the deposits of the Três Marias Formation in this margin still require more detailed stratigraphic and geochronological studies, especially in relation to its relation with the to the Araçuaí thrust-fold belt.
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This study aims to provide new geological data from the sedimentary sequence present in the Gorutuba ridge, located to the north of Jaíba ridge (Figure 3.1). At this site, arkose sandstones with interdigitated conglomerate lenses belonging to the Três Marias Formation occur subhorizontally and unconformably over the mudstones of the Serra da Saudade Formation (Chiavegatto et al. 1997; Chiavegatto et al. 2003; Iglesias & Uhlein 2009; Kuchenbecker et al. 2016). We conducted a stratigraphic survey around the ridge and performed U–Pb geochronological and εHf isotopic studies on samples from the Serra da Saudade and Três Marias formations. The results enabled us to characterize the sedimentary provenance linked to the evolution of the final phase of the Bambuí basin, which occurred after uplift and denudation of the Araçuaí orogen.
Figure 3.1- (A) Location of the Gorutuba ridge (study area) at eastern São Francisco Craton and (B) on the simplified geological map (compiled from Mourão et al. 1997, Knauer et al. 2015a and b, Kuchenbecker et al. 2014, Fantinel et al. 2015, and Caxito et al. 2015).
