ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
D
D
i
i
s
s
s
s
e
e
r
r
t
t
a
a
ç
ç
ã
ã
o
o
d
d
e
e
M
M
e
e
s
s
t
t
r
r
a
a
d
d
o
o
MODELAGEM METAMÓRFICA E GEOCRONOLOGIA DE XISTOS
E ANFIBOLITOS DO GRUPO NOVA LIMA, SUPERGRUPO RIO DAS
VELHAS, QUADRILÁTERO FERRÍFERO
Viviane Viana Coelho
MODELAGEM METAMÓRFICA E GEOCRONOLOGIA XISTOS E
ANFIBOLITOS DO GRUPO NOVA LIMA, SUPERGRUPO RIO DAS
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitor
Prof. Dr. Marcone Jamilson Freitas Souza
Vice-Reitor
Prof.ª Dr.ª Célia Maria Fernandes Nunes
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação
Prof. Dr. Valdei Lopes de Araújo
ESCOLA DE MINAS
Diretor
Prof. Dr. Issamu Endo
Vice-Diretor
Prof.Dr.José Geraldo Arantes de Azevedo Brito
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
Prof. Dr. Fernando Flecha de Alkmim
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
N° 333
MODELAGEM METAMÓRFICA E GEOCRONOLOGIA DE XISTOS E
ANFIBOLITOS DO GRUPO NOVA LIMA, SUPERGRUPO RIO DAS VELHAS,
QUADRILÁTERO FERRÍFERO
Viviane Viana Coelho
Orientador
Cristiano de Carvalho Lana
Coorientadora
Gláucia Nascimento Queiroga
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: Petrogênese/Depósitos Minerais/Gemologia
Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br
Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/ Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita
35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais
Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: pgrad@degeo.ufop.br
Os direitos de tradução e reprodução reservados.
Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.
ISSN 85-230-0108-6
Depósito Legal na Biblioteca Nacional Edição 1a
Aos meus pais, Ilmo e Marli.
A conclusão deste trabalho representa o fechamento de um ciclo de grande esforço, dedicação, aprendizagem, crescimento pessoal e profissional.
Gostaria de deixar meus sinceros agradecimentos a todos àqueles que de alguma forma contribuíram para que a realização deste trabalho fosse possível.
Aos meus familiares, em especial aos meus pais, Ilmo e Marli; à minha irmã, Cristiane; ao meu sobrinho, João Víctor, por todo amor, carinho, apoio e incentivo em todos os momentos da minha vida.
Aos meus orientadores, Prof. Dr. Cristiano de Carvalho Lana e Prof. Dra. Gláucia Nascimento Queiroga, pelos ensinamentos, paciência e compreensão durante a realização deste trabalho.
Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto, pelo aprendizado.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela bolsa de mestrado. À Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG), pelo financiamento desta pesquisa, através do projeto APQ-03943-10.
AGRADECIMENTOS ... ...ix
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ... ...xv
LISTA DE TABELAS ... ...xxi
RESUMO ... xxiii
ABSTRACT ...xxv
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO ... 01
1.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... ...01
1.2 – OBJETIVOS ... 03
1.3 – JUSTIFICATIVA ... 03
1.4 – LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO ... 04
1.5 – MATERIAIS E MÉTODOS ... 04
1.5.1 – Levantamento Bibliográfico ... 04
1.5.2 – Amostragem ... 05
1.5.3 – Descrição Petrográfica ... 07
1.5.4 – Análise Química de Rocha Total ... 07
1.5.5 – Química Mineral.. ... 08
1.5.6 – Geotermobarometria por Pseudosseções ... 08
1.5.7 – Geocronologia ... 10
1.5.8 – Elaboração da Dissertação e Artigo Científico ... 10
CAPÍTULO 2 – O ESTADO DA ARTE ... 11
2.1 – INTRODUÇÃO ... 11
2.2 – MODELOS EVOLUTIVOS DE ALGUMAS PROVÍNCIAS DE DOMOS E QUILHAS ... 14
2.2.1 – Greenstone Belt de Barberton ... 14
2.2.2 – Greenstone Belt de Pilbara ... 17
2.2.3 – Quadrilátero Ferrífero ... 20
CAPÍTULO 3 – CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 27
3.1 – CONTEXTO GEOTECTÔNICO ... 27
3.2 – ESTRATIGRAFIA REGIONAL ... 27
3.2.1 – Complexos Metamórficos ... 27
3.2.2 – Supergrupo Rio das Velhas ... 29
3.2.3 – Supergrupo Minas ... 32
3.2.4 – Grupo Sabará ... 34
3.2.5 – Grupo Itacolomi... 34
3.2.6 – Intrusivas Pós-Minas... 34
4.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 35
4.2 – DOMO DO BAÇÃO ... 35
4.2.1 – Borda Sudeste ... 35
4.2.2 – Borda Sudoeste ... 38
4.3 – DOMO BELO HORIZONTE ... 41
4.3.1 – Borda do Domo Belo Horizonte ... 42
CAPÍTULO 5 – DESCRIÇÃO PETROGRÁFICA ... 45
5.1 – BORDA SUDOESTE DO DOMO DO BAÇÃO... 45
5.1.1 – Granada xistos ... 45
5.1.2 – Granada Anfibolitos ... 48
5.2 – BORDA SUDESTE DO DOMO DO BAÇÃO ... 50
5.2.1 – Granada Anfibolitos ... 50
5.3 – DOMO BELO HORIZONTE ... 52
5.3.1 – Granada Anfibolitos ... 52
CAPÍTULO 6 – QUÍMICA MINERAL ... 55
6.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 55
6.2 – GRANADA ... 55
6.2.1 – Granada xistos ... 55
6.2.2 – Granada Anfibolitos ... 58
6.3 – ANFIBÓLIOS... 60
6.3.1 – Ortoanfibólios Ferromagnesianos ... 60
6.3.2 – Clinoanfibólios Ferromagnesianos ... 61
6.3.3 – Clinoanfibólios Cálcicos ... 61
6.4 – BIOTITA ... 64
6.5 – PLAGIOCLÁSIO ... 65
6.6 – OPACOS ... 66
CAPÍTULO 7 – MODELAMENTO METAMÓRFICO ... 69
7.1 – GEOTERMOBAROMETRIA VIA PSEUDOSSEÇÕES E ISOPLETHS ... 69
7.1.1 – Granada xistos ... 70
7.1.2 – Granada Anfibolitos ... 78
CAPÍTULO 8 – GEOCRONOLOGIA... 85
8.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 85
8.1.1 – O Método U-Pb ... 85
8.2 – IDADES ... 85
CAPÍTULO 9 – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 91
9.1 – PRESSÕES E TEMPERATURAS DO METAMORFISMO ... 91
9.1.1 – Borda Sudoeste do Domo do Bação ... 91
9.1.2 – Borda Sudeste do Domo do Bação ... 93
9.1.3 – Borda do Domo Belo Horizonte ... 93
9.1.4 – Síntese das Condições P-T do Metamorfismo ... 93
9.2 – TRAJETÓRIAS P-T-t ... 93
9.2.1 – Granada Xistos ... 94
9.2.2 – Granada Anfibolitos ... 96
9.3 – COMPARAÇÃO ENTRE O METAMORFISMO DA PROVÍNCIA DE DOMOS E QUILHAS DO QF COM AS PROVÍNCIAS DE DOMOS E QUILHAS DO GREENSTONE BELT DE BARBERTON E GREENSTONE BELT DE PILBARA... ... 97
9.3.1 – Greenstone Belt Rio das Velhas versus Greenstone Belt de Barberton ... 97
9.3.2 – Greenstone Belt Rio das Velhas versus Greenstone Belt de Pilbara ... 98
9.3.3 – Comparação dos Resultados Deste Estudo versus Estudos Anteriores Para o QF ... 98
9.4 – IMPLICAÇÕES TECTÔNICAS ... 99
CAPÍTULO 10 – CONCLUSÕES ...104
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...105
Figura 1.1: Mapa de localização da área de estudo e os locais onde foram realizadas amostragens. Em preto estão representadas as principais rodovias e em azul as principais vias utilizadas para o acesso às regiões de interesse...05
Figura 1.2: Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero, mostrando as principais zonas do metamorfismo regional e a zona de fácies anfibolito anteriormente interpretada como de metamorfismo de contato, modificada de Herz (1978). Os quadrados em vermelho indicam onde foram coletadas as amostras deste estudo. Coordenadas das amostras (MPV-01: N 7746749/E 622620; MPV-02: N 7446711/E 6222620; MT3: N 7746798/ E 622631; D4: N 7750230/ E 637801; SPD-08: N 631434/ E 7819580)...06
Figura 2.1: Vista dos Andes, onde pode ser observada a geometria alongada e linear do cinturão orogênico moderno que se estende por milhares de quilômetros. Fonte: Google Earth (Acesso em 12/08/2013)...12
Figura 2.2: (A)Vista completa do continente australiano e a localização da Província de Pilbara. (B) Imagem de detalhe da província em domos e quilhas de Pilbara. A província consiste de domos quilométricos de rochas do embasamento arqueano e quilhas circundantes de material supracrustal, predominantemente, terrenos
greenstone. Fonte: Gooogle Earth (Acesso em 10/07/2013)...13
Figura 2.3: Modelo tectônico para o Greenstone Belt Barberton, África do Sul. Em vermelho estão representados os granitoides arqueanos que foram metamorfizados a pressões entre 6 e 10 kbar (Lana et al.
2010 a, 2010 b, 2011). No contato entre os domos e a sequência de greenstone belt (em cinza) tem-se uma zona de descolamento normal (em preto) no mesmo estilo dos “core complexes” mais novos encontrados na
Basin Range Province (USA)...16
Figura 2.4: Modelo esquemático atual da formação dos domos na província Pilbara, Austrália (Modificado de Van Kranendonk et al. 2004). (A) A ideia principal é a de que os granitoides seriam inicialmente colocados como sills (sheets) horizontais em crosta representada por terrenos greenstone (composição máfica/ultramáfica). (B) A erupção de uma espessa camada de basalto teria provocado a inversão no perfil de densidade da crosta e intrusões máficas na crosta inferior geraram calor suficiente para fundir os granitoides (granitoid sheets). (C) A extensiva fusão parcial na crosta teria permitido a reversão crustal, dada pelo papel ativo dos greenstones, que teriam sofrido rápida subsidência no embasamento siálico, gerando das quilhas, e as cúpulas soerguidas de forma mais lenta e passiva, formaram os domos...18
Figura 2.5: Secções tectônicas ilustrando o modelo para a evolução tectônica do QF durante o Transamazônico (modificado de Alkmin & Marshak 1998): (A) Margem passiva (Bacia Minas). (B) Estágio final de colisão. (C) Colapso extensional do orógeno e desenvolvimento de “metamorphic core complexes”. (D) Extensão e exumação do embasamento formando domos e quilhas...23
Figura 2.6: Localização das zonas metamórficas e estruturais do QF (modificado de Rosière & Chemale 2000). A área sombreada corresponde ao domínio de baixa deformação. Também estão indicadas as zonas metamórficas de Pires (1995), onde GZ representa a zona da grunerita, CZ - zona da cummingtonita, AZ - zona da actinolita e TAZ - zona da tremolita-antofilita...25
Figura 3.1: (A) Mapa geológico simplificado do Cráton São Francisco (modificado de Alkmim & Marshak 2004). (B) Mapa geológico esquemático da porção meridional do Cráton São Francisco, mostrando a zona de influência do Evento Transamazônico, o Quadrilátero Ferrífero e o Cinturão Mineiro (Baseado em Alkmim 2004; Alkmin & Marshak 1988; Alkmim & Noce 2006)...28
Figura 3.2: Mapa geológico do Quadrilátero Ferrífero (QF), província em domos e quilhas do sudeste do Cráton do São Francisco (baseado em Marshak e Alkmim 1989; Chemale & Rosière 1993). As melhores estimativas de pressão e temperatura obtidas neste estudo estão sintetizadas nesta imagem, estes dados serão mostrados nos capítulos adiante ...30
Figura 3.3: Coluna Estratigráfica para o Quadrilátero Ferrífero (Modificado de Alkmim & Marshak 1998)...31
Figura 4.2: (A) e (B) - Corpos de granitoides (coloração esbranquiçada) cortando a foliação gnáissica (coloração acizentada)...36
Figura 4.3: Corpo de granada anfibolito em solo derivado de rocha gnáissica. As linhas tracejadas em amarelo na foto estão delimitando veios de quartzo que cortam a rocha paralelamente a foliação (Sn) sem deformá-la...37
Figura 4.4: Amostra de mão de granada anfibolito, borda sudeste do domo do Bação. Detalhe para porfiroblasto de granada, contornado pela linha tracejada de cor vermelha...37
Figura 4.5: (A) Vista do Domo do Bação, com destaque para as rochas deste Complexo (contorno em rosa claro) e para o Supergrupo Rio das Velhas (contorno em verde escuro). O círculo em vermelho contorna a área onde foi feito perfil A-A’. (B) Zoom da foto A. Mostrando a localização do distrito de São Gonçalo do Bação. Os dois pontos em branco indicam o inicio e o fim do perfil. (C) Linha em azul representa a linha férrea. Fonte: Google Earth (Acesso em 10/11/2015)...38
Figura 4.6: (A) Foto panorâmica de parte do perfil percorrido. As linhas tracejadas em verde delimitam os corpos de granada anfibolito, entre eles têm-se os granada xistos, Grupo Nova Lima. As linhas tracejadas de cor amarela mostram a foliação Sn quase verticalizada. A linha em vermelho delimita o contato entre as rochas do embasamento com as rochas supracrustais. Dobra em z está representada na porção esquerda do perfil. Coordenada inicial e final do perfil A-A’ (Início: 658637 E, 7746237 N; final: 662607 E, 7746665 N). (B) Perfil geológico esquemático das litologias observadas em campo...39
Figura 4.7: (A) Dobra indicando movimento sinistral em granada xisto pertencente do Grupo Nova Lima. Estas dobras formaram-se durante o soerguimento do embasamento. Foto tirada próximo ao desenho da dobra em Z da figura 4.6A. (B) Foliação verticalizada em gnaisse do Complexo do Bação...41
Figura 4.8: (A) e (B) Amostras de mão de granada xistos. Em (A) têm-se porfiroblasto de granada contornado pela linha tracejada de cor vermelha. Plagioclásio é o mineral de cor branca indicado pela seta e opacos os de cor preta. Em (B) pode-se observar a foliação bem desenvolvida do xisto, dada pela orientação preferencial de anfibólio, de cor cinza, e biotita, de cor marrom...42
Figura 4.9: Amostra de mão de granada anfibolito da borda sudoeste do Domo do Bação. Detalhe para porfiroblasto de granada (contornado em vermelho) na porção inferior esquerda da figura...42
Figura 4.10: Em (A) Bandamento preservado em migmatito do Complexo Belo Horizonte. (B) Leucossoma de composição quartzo-feldspática, com feições ígneas. Fotos retiradas de Fonseca (2013)...43
Figura 4.11: Granada anfibolito, destaque porfiroblasto de granada contornado pela linha tracejada em vermelho. Foto retiradas de Fonseca (2013)...44
Figura 5.1: Fotomicrografias de (A) Porfiroblasto poiquiloblástico de granada rotacionada, com porção central exibindo trilhas de inclusões de quartzo e ilmenita apresentando um padrão sigmoidal. (B) Destaque para a textura nematoblástica formada pela orientação ortoanfibólio gedrita, porção superior da figura. Detalhe para borda de plagioclásio sericitizada na porção inferior direita da figura. (C) Clorita retrometamórfica substituindo biotita em borda de granada. Observa-se também a presença de ilmenita intercrescida com biotita. (D) Textura granolepidoblástica da rocha formada a partir de plagioclásio e biotita, esta última orientada segundo a foliação da rocha. Detalhe para cristal de granada de tamanho menor e sem inclusões. (E) Porfiroblasto de granada com porção central poiquiloblástica e borda com pouca ou nenhuma inclusão. (F) Porfiroblastos de granada com poucas inclusões. Amostra MPV-01. Siglas minerais: grt – granada; bt –Biotita;pl –plagioclásio; ilm – ilmenita; chl –clorita;qtz – quartzo; ged – gedrita. ...47
da figura. (C) porfiroblasto xenoblástico de granada na porção inferior direita da figura. (D) Porfiroblasto de granada à direita da figura. Siglas dos minerais: Grt – granada; Pl – plagioclásio; Ilm – ilmenita; Hb – Hornblenda; Sph – titanita (esfeno)...51
Figura 5.4: Fotomicrografias da amostra de granada anfibolito (SPD-08) da borda do domo Belo Horizonte. (A) e (B) Textura porfiroblástica com matriz granoblástica e decussada, sob luz polarizada plana e luz polarizada cruzada, respectivamente. (C) e (D) Zoom da fotomicrografias A e B, destaque para anfibólio incolor substituindo hornblenda em borda de granada, sob luz polarizada plana e luz polarizada cruzada, respectivamente. Siglas dos minerais: Pl –Plagioclásio; Grt – Granada; Chl – Clorita; Anf – Anfibólio; Ilm – Ilmenita...53
Figura 6.1: Perfis composicionais em granadas de amostras de granada xistos (MPV-01 e MT3). Os perfis (A), (B) e (C) pertencem à amostra MPV-01, enquanto que os perfis (D) e (E) são relativos à amostra MT3. Ao lado de cada perfil têm-se fotomicrografias de porfiroblastos de granada indicando os pontos onde foram realizadas análises composicionais...57
Figura 6.2: Perfis composicionais em granadas de amostras de granada anfibolitos (MPV-02, D4 e SPD-08). Os perfis (A), (B) pertencem à amostra MPV-02, os perfis (C) e (D) são relativos à amostra D4 e o perfil (E) é referente à amostra SPD-08. Ao lado de cada perfil têm-se fotomicrografias de porfiroblastos de granada indicando os pontos onde foram realizadas análises composicionais. A fotomicrografia referente ao perfil (E) foi extraída do trabalho de Fonseca (2013)...59
Figura 6.3: Diagrama de Leake et al. (1997) para ortoanfibólios presente em granada xistos...61
Figura 6.4: Diagrama de Leake et al. (1997) para clinoanfibólios ferromagnesianos presentes em granada anfibolitos (amostras MPV-02 e SPD-08)...62
Figura 6.5: Diagrama de Leake et al. (1997) para clinoanfibólios cálcicos de granada anfibolitos (MPV-02, D4 e SPD-08)...62
Figura 6.6: Diagrama de Leake et al. (1997) para clinoanfibólios de amostra de granada anfibolito (D4)...63
Figura 6.7: Diagrama quadrangular para biotita. Análises realizadas em biotita pertencente à granada anfibolitos. A amostra D4 é proveniente da borda sudeste do domo do Bação, já a amostra MPV-02 foi coletada da borda sudoeste do mesmo domo...64
Figura 6.8: Diagrama quadrangular para biotita presentes em granada xistos (MPV-01 e MT3). As duas amostras coletadas na borda sudoeste do domo do Bação...65
Figura 6.9: Diagrama ternário para a classificação de feldspatos. (A) Análises químicas em plagioclásios de granada anfibolitos (MPV-02, D4 e SPD-08). (B) Análises químicas em plagioclásios pertencentes à amos-tras de granada xistos (MPV-01 e MT3)...67
Figura 7.1: Pseudosseção P-T para o granada-biotita-plagioclásio xisto (amostra MPV-01) no sistema químico NCKFMASHTO, restringindo a estabilidade da assembleia pico (grt + ged + bt + ilm + pl + qtz) e retrometamórfica (grt + ged + bt + ilm + pl + qtz +chl), representadas pelos campos de estabilidade contornados em negrito. Composição química recalculada para somente alguns componentes e que foi utilizada no THERMOCALC 3.33 (NaO = 2,91; CaO = 2,01; K2O = 1,36; FeO= 10,58; MgO= 9,46; Al2O3 =
9,98; SiO2 = 58,08; TiO2 = 0,71; O2 = 0,53 % molar), onde 90% do Fe3+ foi convertido em Fe2+. Seta
pontilhada em negrito representa a trajetória P-T do metamorfismo. Ponto em vermelho = intercepto de
isopleths para núcleo de granada; Ponto amarelo = intercepto para isopleths da porção intermediária de granada, sem inclusões; Ponto em verde= isopleths para borda de granada em contato com a matriz, onde clorita ocorre substituindo biotita que está no contato com granada. . Siglas dos minerais: grt – granada; bt – biotita; opx – ortopiroxênio; chl – clorita; ged – gedrita; cd – cordierita; ilm – ilmenita; pl – plagioclásio; qtz – quartzo...72
contornados em negrito. Composição química recalculada para somente alguns componentes e que foi utilizada no THERMOCALC 3.33(NaO = 1,90; CaO = 2,31; K2O = 0,20; FeO= 6,96; MgO= 8,64; Al2O3 =
7,65; SiO2 = 69,24; TiO2 = 0.60; O2 = 0.35 % molar), onde 90% do Fe3+ foi convertido em Fe2+ . V=
variância do campo. Seta pontilhada em negrito representa a trajetória P-T do metamorfismo. Ponto em vermelho = intercepto de isopleths para núcleo de granada; Ponto amarelo= intercepto para isopleths da porção intermediária de granada; Pontos em verde= isopleths para borda de granada em contato com a matriz, onde clorita ocorre substituindo biotita que está no contato com granada. Siglas dos minerais: grt – granada; bt – biotita; opx – ortopiroxênio; chl – clorita; ged – gedrita; cd – cordierita; ilm – ilmenita; pl – plagioclásio; qtz – quartzo...75
Figura 7.3: Pseudosseção P-T, no sistema químico NCFMASHTO, para amostra de granada anfibolito (MPV-02). Os campos de estabilidade para as assembleias do pico (grt + hbl + pl + ilm + qtz) e do retrometamorfismo (grt + hbl + pl + ep + ilm + qtz) estão contornados em negrito. A composição química de rocha total obtida por XRF foi recalculada para somente alguns componentes e 95% do Fe3+ foi convertido
em Fe2+ (Na
2O = 1.46; CaO = 10.63; FeO = 12.38; MgO = 9.33; Al2O3 = 8.67; SiO2 = 53.72; TiO2 = 1.60; O2
= 0.31 % molar) e posteriormente foi lançada no programa THERMOCALC. V= variância do campo. Siglas minerais: grt – granada; hb – hornblenda; cum – cummingtonita; di – diopsídio; ep – epidoto; chl – clorita; ru – rutilo; ilm – ilmenita; pl – plagioclásio; qtz – quartzo...79
Figura 7.4: Pseudosseção P-T, no sistema químico NCFMASHTO, para granada anfibolito pertencente à borda sudeste do domo do Bação (Amostra D4). A assembleia do pico do metamorfismo é representada pelo campo de estabilidade constituído por grt + hb+ pl + ilm + qtz, que encontra-se contornado por isopleths x(Grt) =0,82 e x(Grt) =0,83, na sua porção superior direita. A composição química de rocha total obtida por XRF foi recalculada para somente alguns componentes (Na2O = 3,53; CaO = 11,47; FeO = 11,34; MgO =
7,19; Al2O3 = 10,86; SiO2 = 51,79; TiO2 = 1,54 O2 = 0.28 % molar) e posteriormente foi lançada no
programa THERMOCALC. 95% do Fe3+ foi convertido em Fe2+. V= variância do campo. Siglas minerais:
grt – granada; hb – hornblenda; ep – epidoto; chl – clorita; ru – rutilo; ilm – ilmenita; pl – plagioclásio; qtz – quartzo...81
Figura 7.5: Pseudosseção P-T no sistema químico NCFMASTHO para a amostra de granada anfibolito SPD-08 pertencente à borda do Domo Belo Horizonte. A assembleia mineral do pico (grt + hb + pl + ilm + qtz) é representada pelo campo de estabilidade contornado em negrito. A composição química de rocha total obtida por Fluorescência de raios-X (Tabela 7.1) foi recalculada somente em alguns componentes (Na2O = 1,84;
CaO =10,19 ; FeO = 13,84 ; MgO = 8,68 ; Al2O3 = 8,80 ; SiO2 = 55,35 ; TiO2 = 1,65 ; O2 = 0,35% molar),
onde 95% do Fe3+ foi convertido em Fe2+. Siglas dos minerais: grt – granada; hb – hornblenda; anth –
antofilita; di – diopsídio; chl – clorita; ru – rutilo; ilm – ilmenita; pl – plagioclásio; qtz – quartzo. V= variância do campo. As linhas de reações univariantes que estão tracejadas na pseudosseção foram inferidas...83
Figura 8.1: Imagens de catodoluminescência de zircões das amostras de anfibolito (7830), granada anfibolito (D4) e granada xisto (MT3)...86
Figura 8.2: Diagrama discórdia para análises de U-Pb de zircões extraídos de anfibolito (7830). Os dados foram gerados com o auxílio do software Isoplot (versão 3)...87
Figura 8.3: Diagrama discórdia para análises de U-Pb de zircões extraídos de granada xisto (MT3). Os dados foram gerados com o auxílio do software Isoplot (versão 3)...88
Figura 8.4: Diagrama discórdia para análises de U-Pb de titanitas extraídas de granada xisto (MT3). Os dados foram gerados com o auxílio do software Isoplot (versão 3)...88
Figura 8.5: Diagrama concórdia para análises de U-Pb de zircões extraídos do granada anfibolito (D4). Os dados foram gerados com o auxílio do software Isoplot (versão 3)...89
Figura 8.6: Diagrama concórdia para análises de U-Pb de titanitas extraídas do granada anfibolito (D4). Os dados foram gerados com o auxílio do software Isoplot (versão 3)...90
Figura 9.3: (A) e (B) Trajetórias P-T-t para as amostras de granada xisto (MPV-01 e MT3). (C) Secções tectônicas ilustrando o modelo para a evolução tectônica do QF durante o Transamazônico (modificado de Alkmin & Marshak 1998): (1) Margem passiva (Bacia Minas). (2) Estágio final de colisão que culminou na formação do Cinturão Mineiro (3) Colapso extensional do orógeno. (4) Extensão e exumação do embasamento formando domos e quilhas...101
Lista de Tabelas
Tabela 1.1: Principais rodovias percorridas durante os trajetos aos distritos, tomando como ponto de partida a cidade de Ouro Preto (OP). As rodovias estão na ordem em que foram percorridas...04
Tabela 3.1: Coluna estratigráfica para o Grupo Nova Lima (Baseada em Lobato et al. 2005)...32
Tabela 6.1: Assembleias minerais das amostras escolhidas para estudos de química mineral e termobarométricos. Siglas dos minerais: pl-plagioclásio; ged – gedrita; bt- biotita; grt-granada; qtz-quartzo; hb- hornblenda; ilm- ilmenita...54
Tabela 7.1: Composição de rocha total para granada xistos (MPV-01 e MT3) e granada anfibolitos (MPV-02, D4 e SPD-08), obtidas por Fluorescência de Raios-X. Valores em % em peso...71
Tabela 7.2: Análises composicionais em porfiroblasto de granada da amostra granada-biotita-plagioclásio xisto (Granada xisto) MPV-01...75
Tabelas 7.3: Perfis composicionais em granada da amostra de granada-gedrita-plagioclásio xisto (Granada xisto) MT3...78
Tabelas 7.4: Análises composicionais em porfiroblasto de granada de granada-gedrita-plagioclásio xisto (Granada xisto) MT3...79
Tabela 7.5: Perfil composicional de granada – Amostra de granada anfibolito (D4)...84
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O Cráton São Francisco (Almeida 1977) é uma unidade geotectônica localizada no sudeste do Brasil, que representa um dos maiores componentes da Plataforma Sul Americana. O Embasamento Cristalino Arqueano do cráton encontra-se fragmentado em duas áreas, meridional e setentrional, sendo interpretadas como as partes de um orógeno paleoproterozóico e o seu antepaís, que teria adquirido estabilidade ao final do Evento Transamazônico. O cráton é bordejado pelas faixas móveis ativas durante a Orogenia Brasiliana (Brasília, Rio Preto, Riacho de Pontal, Sergipana, Araçuaí) e o seu interior é coberto por unidades Pré-Cambrianas e Fanerozóicas (Alkmim 2004).
O Quadrilátero Ferrífero (QF) encontra-se inserido no extremo sul do Cráton São do Francisco, mais precisamente em sua borda sudeste, na região centro-sul do estado de Minas Gerais, onde encontram-se expostas rochas pertencentes ao embasamento cristalino meridional do cráton, que nesta região ocorrem na forma de domos. Estes corpos dômicos são constituídos por gnaisses e migmatitos de composição tonalítica-throndjemítica-granodiorítica e granitoides, estando bordejados por quilhas sinformais nas quais predominam as rochas supracrustais metavulcanossedimentares do Greenstone Belt Rio das Velhas e metassedimentares do Supergrupo Minas, de idades Neoarqueana e Paleoproterozóica, respectivamente (Alkmim & Marshak 1998).
O arcabouço termal e estrutural do Quadrilátero Ferrífero tem sido comparado com outros terrenos arqueanos, tais como, a província de domos e quilhas do greenstone belt de Barberton, localizada no cráton do Kaapvaal, África do Sul, e também com a província de Pilbara, inserida no cráton homônimo, na Austrália. Estudos metamórficos realizados nestas províncias, com o auxílio de técnicas termobarométricas recentes e precisas, vêm fornecendo informações relevantes sobre as condições de pressão e temperatura de metamorfismo, a profundidade de soterramento e a história P-T-t (Pressão-Temperatura-Tempo) nas quais as rochas destes terrenos foram submetidas.
Apesar de o Quadrilátero Ferrífero ser uma das regiões mais bem estudadas no Brasil, devido à grande concentração de bens minerais, a mesma carece de estudos metamórficos que ajudem a explicar como se deu a evolução metamórfica da área. A evolução da província vem sendo explicada por diversos mecanismos, que até o momento não haviam sido testados sob a luz das técnicas modernas de termobarometria, que forneceram informações significativas sobre as condições de pressão e temperatura nas quais os domos e quilhas se formaram.
Dentro deste contexto, no presente estudo foi desenvolvida uma modelagem metamórfica, a partir de técnicas modernas de termobarometria, no intuito de entender as condições metamórficas nas quais rochas supracrustais do Supergrupo Rio das Velhas, Grupo Nova Lima, foram submetidas, e consequentemente, as condições relativas à exumação dos domos do Quadrilátero Ferrífero. As observações iniciais concentraram-se onde as rochas do Grupo Nova Lima se encontram em contato tectônico com os domos do Bação e Belo Horizonte. Estas rochas foram metamorfizadas em fácies anfibolito e apresentam assembleias minerais adequadas para estudos termobarométricos, ou seja, que permitem estimativas precisas das condições P-T do metamorfismo.
As estimativas de pressão e temperatura foram obtidas com o auxílio do software termodinâmico THERMOCALC, que fornece como principal produto as pseudosseções, que são diagramas binários calculados para determinada composição química. O programa também apresenta uma versão que possibilita o cálculo de pressões e temperaturas médias para as assembleias metamórficas de interesse. Além disso, permite a plotagem na pseudosseção de isolinhas (isopleths) de composição e proporção para um determinado mineral, que além de restringir os valores de pressão e temperatura nos campos de estabilidade de interesse, podem fornecer informações sobre a trajetória P-T-t seguida pela rocha durante o metamorfismo.
diferentes ambientes tectônicos são caracterizados por diferentes regimes de fluxo térmico, rochas e assembleia minerais, sendo, portanto, característicos.
1.2 - OBJETIVOS
O presente estudo tem como principal objetivo determinar as condições de pressão e temperaturas nas quais as rochas do Grupo Nova Lima, Supergrupo Rio das Velhas (SGRV) foram submetidas durante o principal evento de metamorfismo regional no QF, que se deu ao longo do Ciclo Transamazônico, que durante sua fase extensional culminou na exumação do embasamento (Complexos Metamórficos) na forma de domos.
As investigações concentraram-se em rochas pertencentes ao Grupo Nova Lima (SGRV) que encontram-se em contato tectônico com os domos do Bação e Belo Horizonte, onde estão expostas rochas frescas que apresentam assembleias minerais adequadas para estudos termobarométricos e que, portanto, possibilitaram a determinação das condições de pressão e temperatura, a profundidade de soterramento, o gradiente geotérmico, a construção de trajetórias P-T-t (Pressão – Temperatura – Tempo) e, consequentemente, a história metamórfica durante a exumação destes domos.
1.3 - JUSTIFICATIVA
O Quadrilátero Ferrífero apresenta poucos estudos relacionados ao metamorfismo de seus terrenos. O entendimento da evolução metamórfica da área é fundamental importância para dar suporte aos modelos propostos para a conformação em domos e quilhas presente na região.
Apesar da existência de algumas estimativas de pressões e temperaturas através da geotermobarometria convencional, ainda não haviam sido realizadas quantificações detalhadas dos valores de pressão e temperatura em termos de técnicas modernas de termobarometria, que forneceram estimativas precisas, que futuramente poderão servir como base para um futuro modelo termocronológico. Portanto, estabelecer com detalhe e precisão as condições P-T-t sob as quais os domos e quilhas do QF se formaram é de fundamental importância para o melhor entendimento dos mecanismos responsáveis pela formação desta província.
O aprimoramento das técnicas termobarométricas e programas relativamente recentes como o THERMOCALC (Powell & Holland 1988) têm fornecido avanços significativos no estudo do metamorfismo e informações precisas sobre a profundidade de soterramento e história P-T-t das províncias de domos e quilhas de Pilbara e Barberton, e agora, neste presente estudo mostra informações consistentes sobre as condições P-T-t nas quais os domos e quilhas do QF foram submetidos.
volvido no Quadrilátero Ferrífero onde a técnica de termobarometria com o uso de pseudosseções aliada à geocronologia foi utilizada para o entendimento da evolução metamórfica da área.
1.4 – LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO
Geograficamente, o Quadrilátero Ferrífero (QF) localiza-se na região centro-sul do Estado de Minas Gerais, ocupando uma área de aproximadamente 7.000 km2 (Dorr 1969). O nome
Quadrilátero Ferrífero refere-se à abundância de depósitos de minérios de ferro contidos em uma área “quadrangular” limitada pelas cidades de Itabira, a nordeste, Mariana, a sudeste, Congonhas, a sudoeste e Itaúna, a noroeste. A região ainda abriga a capital do estado, Belo Horizonte, na sua porção norte.
As observações deste estudo concentraram-se basicamente em três regiões:
1) Nos arredores do distrito de São Gonçalo do Bação, município de Itabirito, na borda sudoeste do domo do Bação;
2) No distrito de Cachoeira do Campo, pertencente a Ouro Preto, na porção sudeste do domo do Bação;
3) Ao Norte da Serra da Piedade, no distrito de Ravena, pertencente ao município de Sabará, na borda do domo Belo Horizonte.
As vias percorridas até os locais de coleta de amostras estão indicados na tabela 1.1, que contém também a distância de Ouro Preto aos distritos visitados, assim como as principais rodovias percorridas durante o trajeto (Figura 1.1).
Tabela 1.1: Principais rodovias percorridas durante os trajetos aos distritos, tomando como ponto de partida a cidade de Ouro Preto (OP). As rodovias estão na ordem em que foram percorridas.
1.5 - MATERIAIS E MÉTODOS
1.5.1 – Levantamento Bibliográfico
do Sul; Greenstone Belt de Pilbara, no cráton homônimo, na Austrália; e o Greenstone Belt Rio das Velhas, alvo do presente estudo, inserido no extremo sul do cráton São Francisco, Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brasil.
Em segundo lugar, compilaram-se estudos voltados ao metamorfismo destas províncias, dando enfoque, quando possível, aos resultados obtidos a partir do uso de métodos geotermobarométricos que forneceram estimativas das condições P-T, a fim de mostrar similaridades e diferenças entre estes terrenos greenstones Arqueanos.
Figura 1.1: Mapa de localização da área de estudo e os locais onde foram realizadas amostragens. Em preto estão representadas as principais rodovias e em azul as principais vias utilizadas para o acesso às regiões de interesse.
1.5.2 – Amostragem
Velhas. Essas rochas estão em contato com os domos do Bação e Belo Horizonte. Os granadas anfibolitos possuem paragênese típica de protólito ígneo máfico e o xistos, provavelmente, de protólito sedimentar.
Figura 1.2: Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero, mostrando as principais zonas do metamorfismo regional e a zona de fácies anfibolito anteriormente interpretada como de metamorfismo de contato, modificada de Herz (1978). Os quadrados em vermelho indicam onde foram coletadas as amostras deste estudo. Coordenadas das amostras (MPV-01: N 7746749/E 622620; MPV-02: N 7446711/E 6222620; MT3: N 7746798/ E 622631; D4: N 7750230/ E 637801; SPD-08: N 631434/ E 7819580).
A escolha das rochas para amostragem baseou-se em duas premissas básicas. Primeiramente, no instante da coleta, teve-se o cuidado em amostrar rochas relativamente frescas, apesar da dificuldade de se encontrar afloramentos bem preservados, visto que as rochas pertencentes ao Grupo Nova Lima são facilmente afetadas por processos intempéricos, devido à dominância de protólitos de composição básica. Estas rochas usualmente encontram-se em avançado estágio de pedogênese, dando origem a solos de coloração avermelhada e arroxeada. Em segundo lugar, coletaram-se rochas que apresentam assembleias minerais que possuem potencial para fornecer boas estimativas termobarométricas e, consequentemente, podem ser usadas na definição da evolução metamórfica da área.
Bação, pertencente ao município de Itabirito, foram amostrados granada anfibolitos e granada xistos, com assembleias minerais formadas por granada-anfibólios-biotita-plagioclásio, do Grupo Nova Lima. Na parte sudeste deste domo, um pouco mais ao centro do mesmo, no distrito de Cachoeira do Campo, pertencente a Ouro Preto, coletou-se amostras de granada anfibolitos que cortam gnaisses e migmatitos do embasamento. Na porção norte da Serra da Piedade, no distrito de Ravena, pertencente ao município de Sabará, foram coletadas amostras de granada anfibolitos, também pertencentes ao Grupo Nova Lima, que se encontram na borda do domo Belo Horizonte.
1.5.3 – Descrição Petrográfica
Primeiramente foi realizado estudo macroscópico das amostras coletadas com auxílio de lupa binocular, no intuito de selecionar as melhores amostras para a confecção das lâminas delgadas. As amostras selecionadas foram descritas microscopicamente para a determinação das assembleias minerais, paragêneses indicativas de grau metamórfico, microestruturas e relações temporais entre blastese e deformação, a fim de selecionar as amostras mais representativas para serem utilizadas nos estudos termobarométricos.
Foram confeccionadas 17 lâminas delgadas que foram descritas com o auxílio de um microscópio petrográfico de luz transmitida e refletida Olympus, no Laboratório de Microscopia da Pós-Graduação do Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto.
Cinco amostras foram selecionadas para estudos termobarométricos (Figura 1.2): As amostras MPV-01, MPV-02 e MT3 provenientes da borda sudoeste do Domo do Bação; a amostra D4, pertencente à borda sudoeste do mesmo domo, mais ao centro do mesmo; e a amostra SPD-08, derivada da porção norte da Serra da Piedade, que foi cedida gentilmente pela professora Dr. Gláucia Nascimento Queiroga, sendo esta amostra pertencente ao Trabalho de Conclusão de Curso de Fonseca (2013).
1.5.4 – Análise Química de Rocha Total
1.5.5 – Química Mineral
Após a descrição petrográfica detalhada as amostras foram submetidas a estudos de química mineral. As análises dos elementos maiores foram obtidas via Microssonda Eletrônica – Equipamento Jeol JXA-8230 com 5 espectrômetros WDS e um EDS, Laboratório de Microssonda Eletrônica da Universidade de Brasília (UnB) – por espectrometria de dispersão de comprimento de onda (WDS), a partir de lâminas delgadas polidas recobertas com carbono. O equipamento utilizado operou com voltagem de aceleração de 15 kV, feixe de corrente de 20 ŋA e espessura de feixe de 10μ.
As análises abrangeram os seguintes elementos para os silicatos e óxidos: Na, Si, Al, Mg, F, K, Ca, Cl, Sr, Ti, Cr, Fe, Mn, Ni, V, Ba, Zn. Os minerais analisados foram granada, anfibólios, plagioclásio, biotita e ilmenita. Especificamente para porfiroblastos de granada realizaram-se perfis composicionais entre os domínios de borda, região intermediária e núcleo dos cristais. Os resultados das composições químicas dos minerais foram utilizados nos cálculos geotermobarométricos, que serão explicados mais adiante, no tópico 1.5.6.
Os padrões químicos utilizados foram os seguintes: em granada (piropo – Si, Al e Mg; ilmenita – Ti; cromita – Cr; almandina – Fe; rodonita – Mn; diopsídio – Ca; albita – Na e sanidina – K); em anfibólios (piropo – Si, Al e Mg; kaersutita – Ti e Ca; almandina – Fe; rodonita – Mn; albita – Na e biotita – K); em biotita (piropo – Si, Al e Mg; biotita – Ti e K; almandina – Fe e Mn; plagioclásio – Na e Ca); em plagioclásio (plagioclásio – Si, Al e Ca; piropo – Ti e Mg; almandina – Fe; albita – Na; sanidina – K e Ba) e em ilmenita (piropo – Si, Al e Mg; ilmenita – Ti, Fe, Mn e Nb; rodonita – Zn e hematita – V). A correção utilizada foi do tipo ZAF e as fórmulas unitárias dos minerais foram calculadas com o auxílio do Excel, seguindo o protocolo de Deer et al. (1992). Para o cálculo das fórmulas estruturais, todo o Fe das análises foi considerado como Fe2+, com
exceção para os anfibólios, onde o teor de Fe3+ foi calculado como sugerido por Leake et al. 1997.
1.5.6 – Geotermobarometria por Pseudosseções
A geotermobarometria consiste na estimativa das condições de pressão e temperatura de metamorfismo a que uma rocha foi submetida assumindo-se que assembleias minerais encontram-se em equilíbrio metamórfico (Bucher & Frey 1994). Estas asencontram-sembleias minerais podem representar o pico de metamorfismo ou o retrometamorfismo, indicando assim momentos específicos da história do metamorfismo da rocha.
Pseudosseções P-T
Para dar início à construção da pseudosseção é necessário ter em mãos a descrição petrográfica da rocha e a composição química de rocha total, para em seguida escolher o sistema químico mais apropriado a ser utilizado na modelagem. Desta forma, os resultados de composição de rocha total foram lançados no programa termodinâmico THERMOCALC 3.33, para a modelagem metamórfica das rochas. Em seguida, foram construídas 5 pseudosseções P-T, nos sistemas químicos NCFMASHTO (Na2O - CaO - FeO - MgO - Al2O3 - SiO2 - H2O - TiO2 - O2) e
NCKFMASHTO (Na2O - CaO - K2O - FeO – MgO - Al2O3 - SiO2 - H2O - TiO2 -O2). As
pseudosseções apresentam os campos de estabilidade das assembleias minerais das rochas, as isolinhas (isopleths) de composição para o ferro e/ou cálcio na granada e isolinhas de proporção para granada.
Uma pseudosseção pode apresentar os campos de estabilidade das assembleias do pico metamórfico e do retrometamorfismo. Em campos de estabilidade relativamente amplos, se necessário e/ou desejável, pode-se restringir ainda mais os valores de P-T utilizando para isto a termobarometria via isopleths (Powell & Holland 2008). Esta técnica consiste em contornar campos de estabilidade das assembleias de interesse com isolinhas (isopleths) de composição e/ou proporção para um determinado mineral. As isolinhas de composição são as razões catiônicas de determinados elementos num dado mineral, sendo estas obtidas a partir dos dados de química mineral. As isolinhas de proporção representam a porcentagem de um dado mineral na rocha. As isolinhas de composição, para este estudo, são representadas por x(Grt) = [Fe2+/ (Fe2+ + Mg2+)] e
z(Grt) = [Ca2+/ (Ca2+ + Fe2+ + Mg2+)], para ferro e cálcio, respectivamente.
Quando as isopleths de composição são plotadas nas pseudosseções e representam variações composicionais entre núcleo e borda de porfiroblastos, é possível traçar a trajetória P-T-t seguida pela rocha duranP-T-te o seu meP-T-tamorfismo (Zeh et al. 2005). Podemos citar como exemplo os porfiroblastos de granada, que podem ter guardado em seu interior pelo menos parte da história metamórfica da rocha. Este registro se apresenta como variações nos conteúdos de Fe, Mg, Mn, Ca entre núcleo e borda de grão e podem indicar se o metamorfismo foi progressivo ou regressivo.
1.5.7 – Geocronologia
A geocronologia foi utilizada para a obtenção da sequência temporal de cristalização-metamorfismo das rochas supracrustais do Grupo Nova Lima envolvidas no processo de domeamento. Foi realizada datação radiométrica pelo método U-Pb a partir de titanitas e zircões extraídos dos granada anfibolitos e granada xistos.
A preparação das amostras consistiu primeiramente em britagem, moagem, concentração dos minerais pesados por bateamento, seguida de separação magnética e catação individual de grãos com o auxílio de lupa binocular. Levou-se em consideração na escolha dos grãos a serem analisados: o tamanho dos mesmos; a morfologia, a cor, claridade, e quantidade de inclusões e fraturas. Os cristais mais representativos foram embutidos numa seção de 2,5 cm de diâmetro, confeccionada com resina. Subsequentemente, a seção foi polida até os grãos de titanita e zircão ficarem expostos. Em seguida, a seção polida foi limpa com ácido nítrico para a remoção da superfície de contaminação de chumbo (Takenaka 2013). Estas etapas foram realizadas no Laboratório de Preparação de Amostras para Geoquímica e Geocronologia (LOPAG) no Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto.
Posteriormente, as pastilhas foram imageadas via Catôdo-Luminescência, em zircão, e por elétrons retroespalhados (BSE - backscattered electrons), em titanita, no intuito de se observar a estrutura interna dos grãos.
As análises geocronológicas em zircões e titanitas extraídos de granada anfibolitos e granada xistos foram realizadas usando um LA-SF-ICP-MS, que consiste de espectrômetro de massa com ionização acoplada por plasma com ablação a laser, com analisador do tipo monocoletor (sector Field – SF). Utilizou-se um ICP-MS sector field Element II da Thermo Scientific, acoplado a um laser LSX-213, no Laboratório de Geologia Isotópica da UFOP. O diâmetro dos furos durante o processo de ablação foi
de
20 μm e o tempo de ablação de 20 segundos.1.5.8 – Elaboração da Dissertação e Artigo Científico
Concluindo as etapas citadas acima, foi confeccionada esta dissertação de mestrado e um artigo científico1. A dissertação é subdividida nos seguintes capítulos: 1 – Introdução; 2 – Estado
da Arte; 3 – Contexto Geológico Regional; 4 – Geologia Local; 5 – Descrição Petrográfica; 6 – Química Mineral; 7 – Modelamento Metamórfico; 8 – Geocronologia; 9 – Discussão dos Resultados e 10 – Conclusões.
CAPÍTULO 2
O ESTADO DA ARTE
Neste capítulo será apresentada uma revisão bibliográfica detalhada sobre três províncias de domos e quilhas arqueanas (Pilbara, Barberton e Quadrilátero Ferrífero), dando ênfase aos modelos propostos para a formação das mesmas e ao metamorfismo no qual as rochas foram submetidas. Nos estudos de metamorfismo, serão mostradas as estimativas de T e trajetórias P-T obtidas para estas províncias, através de geotermobarometria convencional, otimizada e por pseudosseção.
2.1 – INTRODUÇÃO
O Éon Arqueano é considerado como o período de maior importância no que se refere ao crescimento da crosta continental na história da Terra. O elevado fluxo térmico da época, cerca de 2 a 6 vezes mais elevado do que nos dias atuais, era devido principalmente à decomposição de elementos radioativos e foi responsável pela formação de rochas komatiíticas e pelo grande volume de rochas de composição tonalítica-trondjemitica-granodioritica (Condie 1981). Estas rochas teriam formado os primeiros núcleos de crosta continental, a primeira litosfera, além de placas tectônicas pequenas, delgadas e quentes, que rapidamente eram recicladas no manto, a partir das correntes de convecção e nas zonas de subducção (Van Kranendonk et al. 2004).
sempre foi considerada uma marca do cenário pré-tectônica de placas, no qual domos gnáissicos e quilhas sinformais sugerem tectônica predominantemente vertical (Windley 1981).
Figura 2.1: Vista dos Andes, onde pode ser observada a geometria alongada e linear do cinturão orogênico moderno que se estende por milhares de quilômetros. Fonte: Google Earth ( Acesso em 12/08/2013).
Os domos gnáissicos são estruturas ubíquas em todo orógeno exumado e sua formação representa um processo tectonotermal que tem operado desde o Arqueano até o presente. O fluxo vertical da crosta para criar estruturas dômicas é um significante fator na redistribuição de calor e material nos orógenos e, portanto, na evolução dos continentes (Whitney et al. 2004).
As estruturas dômicas (Figura 2.2) são, em geral, compostas por terrenos granito-gnáissicos de composição tonalítica-trondhjemítica-granodiorítica, granitoides, além de enclaves de rochas máficas e ultramáficas, estando circundadas por terrenos do tipo greenstone belt, que correspondem às quilhas sinformais. Estas porções mais antigas da crosta encontram-se bem preservadas, por exemplo, no Barberton Greenstone Belt (África do Sul), no Cráton de Pilbara (Austrália) e no Quadrilátero Ferrífero (Brasil). A origem destes corpos é ainda controversa, um dos principais questionamentos levantados está relacionado aos modelos de tectônica vertical
versus modelos de encurtamento horizontal para a explicação da conformação dos terrenos granito-gnáissicos na forma de domos (Jeslma et al. 1993).
Figura 2.2: (A)Vista completa do continente australiano e a localização da Província de Pilbara. (B) Imagem de detalhe da província em domos e quilhas de Pilbara. A província consiste de domos quilométricos de rochas do embasamento arqueano e quilhas circundantes de material supracrustal, predominantemente, terrenos greenstone. Fonte: Gooogle Earth (Acesso em 10/07/2013).
Uma pequena parte dos pesquisadores associa os granitos intrusivos como possíveis formadores das estruturas em domos e quilhas (Dorr 1969; Brun et al. 1990; Williams &Whitaker 1993).
De acordo com Eskola (1949), um dos primeiros estudiosos que deu início à discussão sobre os domos em sistemas orogênicos antigos, estes corpos seriam formados a partir da colocação diapírica das rochas granito-gnáissicas do embasamento na sequência greenstone
sobrejacente, devido à inversão de densidade na crosta, causada a partir da fusão parcial das rochas o embasamento. Desta forma, as rochas supracrustais mais densas seriam submetidas a processo de subsidência, formando as quilhas, e o embasamento seria diapiricamente colocado na forma de domos na sequência supracrustal.
eram de duas a seis vezes mais elevados no Arqueano, devido à retenção de calor primordial e a maior concentração de elementos radioativos (Clark 1957; McKenzie & Weiss 1975; Lambert 1976; Thompson 1984; Richter 1985).
Por outro lado, outros modelos tectônicos mantiveram a estruturação da tectônica de placas, interpretando a geometria em domos e quilhas como resultado de diversos eventos deformacionais sucessivos. Esses eventos resultariam no redobramento das sequências greenstone
ao redor dos corpos granito-gnáissicos durante o encurtamento progressivo (Ramsay 1967; Snowden & Bickle 1976; De Wit et al. 1983, 1992; De Wit 1998; Lee et al. 2000; Rolland et al.
2001).
Após a descoberta das falhas de descolamento extensional (detachment faults), muitos dos domos interpretados anteriormente como resultado da colocação diapírica dos gnaisses na sequência supracrustal, passaram a ser interpretados como núcleos de complexos metamórficos (metamorphic core complexes) (Coney 1980). Esses núcleos seriam formados durante um período de extensão regional (Yin 1991; Williams & Whitaker 1993; Harris et al. 2002; Kisters et al.
2003; Yan et. al. 2003; Lana et al. 2010 a, b; Lana et al. 2011) logo após um breve período de encurtamento (Yin 1991; Lee et al. 2000).
2.2
– MODELOS EVOLUTIVOS DE ALGUMAS PROVÍNCIAS DE DOMOS E
QUILHAS
2.2.1 – Greenstone Belt de Barberton
O Greenstone Belt de Barberton (BGB) encontra-se localizado no cráton do Kaapvaal, África do Sul, e apresenta resquícios da crosta arqueana bem preservados, na forma de domos e quilhas.
Alguns autores descreveram o cinturão de rochas verdes, que bordejam os gnaisses e granitoides, como resultado da inversão no perfil de densidade crustal, onde o movimento “vertical” dos corpos granito-gnáissicos teria sido desencadeado por processos magmáticos na crosta superior (Viljoen & Viljoen 1969; Van Kranendonk 2009), entretanto, estudos estruturais, metamórficos e geocronológicos realizados recentemente na região têm afirmado que os domos, na realidade, teriam sido exumados como metamorphic core complexes (Figura 2.3) ao longo de uma superfície de descolamento extensional (Kisters et al. 2003; Lana et al. 2010 a, b; Lana et al.
2011).
Metamorfismo
as supracrustais de fácies xisto verde/sub-xisto verde é representado por uma faixa altamente tectonizada de rochas metamorfizadas em fácies anfibolito. Esta configuração onde terrenos de graus metamórficos variados encontram-se lado a lado têm sido atribuída, em estudos mais recentes, à existência de um zona de cisalhamento/descolamento que pode ter justaposto as duas grandes unidades (Diener et al. 2005).
Para melhor entender os processos metamórficos ocorridos nos terrenos greenstone de Barberton, Dziggel et al. (2002) fizeram uma reconstrução da evolução metamórfica da área a partir da investigação de uma unidade sedimentar clástica, pertencente à sequência greenstone. Calcularam-se as condições de pressão e temperatura usando uma variedade de geotermômetros e geobarômetros convencionais. Os valores encontrados para as assembleias referentes ao pico de metamorfismo variam entre 650 – 700°C de temperatura e entre 8 – 11 kbar de pressão, valores de P-T considerados altos, que encontram-se dentro do campo de estabilidade da cianita e indicam um espessamento crustal de no mínimo 30 km para o terreno granito-greenstone. Os valores de pressões encontrados indicam uma profundidade de soterramento dos granitoides e supracrustais a níveis de crosta média e inferior e a subsequente trajetória de exumação que envolveu 20 a 30 km de soerguimento diferencial entre os terrenos TTG de alto grau e as rochas de baixo grau do BGB (Kisters et al. 2003).
Estimativas de P-T médias realizadas por Diener et al. (2005), em metabasitos pertencentes às quilhas do BGB, usando o programa termodinâmico THERMOCALC 3.21, um conjunto de dados internamento consistentes de Holland & Powell (1998), indicam valores mínimos para o pico de metamorfismo em 7,4 ± 1 kbar e temperatura da ordem de 560 ± 20 °C. Os valores indicam aproximadamente 25 km de profundidade na crosta e gradiente geotérmico de 20 °C/Km. Taxas de exumação calculadas para as rochas de alto grau estão por volta de 2-5 mm ao ano, comparáveis com as taxas observadas nos orógenos mais jovens.
Kisters et al. (2003), utilizando a mesma metodologia citada acima, estimaram os valores de P-T em anfibolitos e encontraram valores de temperaturas entre 491 – 492°C e pressões 5,5 – 6,3 kbar para o pico de metamorfismo. Estes valores são consistentes com os encontrados pelo mesmo estudo a partir do uso da geotermobarometria convencional.
As quilhas do sudeste de Barberton são caracterizadas por condições metamórficas de alta pressão e baixa temperatura. Nas proximidades dos domos gnáissicos os valores de pressão atingem até 10 kbar, indicando profundidades crustais de 35 a 40 km. A combinação de dados estruturais, metamórficos e de geocronologia (Lana et al. 2010 a, b; Lana et al. 2011) indicam a exumação dos domos como metamorphic core complexes logo após o principal evento orogênico, ocorrido há 3.230 Ma (Figura 2.3).
Figura 2.3: Modelo tectônico para o Greenstone Belt Barberton, África do Sul. Em vermelho estão representados os granitoides arqueanos que foram metamorfizados a pressões entre 6 e 10 kbar (Lana et al. 2010 a, 2010 b, 2011). No contato entre os domos e a sequência de greenstone belt (em cinza) tem-se uma zona de descolamento normal (em preto) no mesmo estilo dos “core complexes” mais novos encontrados na Basin Range Province (USA).
Os baixos gradientes geotérmicos encontrados por de Dziggel et al. (2002), Diener et al.
(2005) e Kisters et al. (2003) não são consistentes com os modelos de ambiente crustal quente e relativamente fraco no Arqueano, ao invés disso, a profundidade de soterramento e a integridade estrutural, sugerem que a crosta arqueana era rígida o suficiente para permitir o empilhamento tectônico e espessamento crustal, sendo a reologia similar à moderna crosta continental (Diener et al. 2005). Gradientes geotérmicos elevados também foram encontrados em algumas porções do BGB, por exemplo, por Stevens et al.(2002) e Dziggel et. al (2006) obtiveram valores duas vezes superiores em comparação aos estudos de Dziggel et al. (2002) e Diener et al. (2005). Entretanto, os autores consideraram que o elevado gradiente tem caráter local, e estão correlacionados ao calor advectivo causado pela colocação de magmas nas porções médias e inferiores da crosta.
Apesar da existência de discordâncias nos valores dos gradientes geotérmicos, pressões, temperaturas, a maioria dos autores concordam que a evolução das rochas arqueanas do BGB deu-se a partir dos mecanismos modernos da tectônica de placas (Dziggel et al. 2002; Diener et al.
2.2.2 – Greenstone Belt de Pilbara
O bloco Pilbara, o menor de dois blocos crustais Arqueanos dentro do escudo Australiano Ocidental, consiste em um terreno de rochas vulcânicas e sedimentares metamorfizadas (Greenstone Belt) que ocorrem entre grandes batólitos de granitoides e gnaisses (Barley 1982). O terreno granito-greenstone de Pilbara apresenta estruturas em domos e quilhas muito bem preservadas, mas que são diferentes em termos evolutivos quando comparadas com outras províncias domos e quilhas no mundo, tal como o BGB citado acima, e o Quadrilátero Ferrífero, que será exposto mais adiante.
Existem basicamente duas teorias para explicar da configuração em domos e quilhas em Pilbara. O modelo mais aceito (Figura 2.4) está relacionado à tectônica “vertical”, onde dados estruturais e metamórficos apontam o modelo de reversão crustal como o mais apropriado para a evolução deste terreno granito-greenstone (Collins et al. 1998; Collins & Van Kranendonk 1999; Van Kranendonk et al. 2004; Van Kranendonk 2011). A flutuabilidade negativa da crosta causada pela sequência greenstone (mais densa) sobreposta à crosta siálica (menos densa) permitiria a subsidência do substrato viscoso através dos domos, gerando as quilhas (Collins & Van Kranendonk 1999). A colocação de rochas granitoides de alta condutividade termal sob rochas supracrustais de condutividade termal mais baixa concentrou calor nos domos, resultando no aumento dos gradientes de temperatura nos mesmos (Allen & Chamberlain 1989).
Outro modelo foi proposto por Zegers et al. (1996), que a partir de estudos estruturais realizados no Batólito Shaw e greenstones adjacentes mostraram que as estruturas desta região não eram compatíveis com diapirismo no estado sólido e interpretou a configuração dos domos como resultado de um evento extensional que teria exumado os corpos na forma de metamorphic core complexes. Entretanto, emestudos subseqüentes, Collins et al. (1998) e Van Kranendonk et al. (2004), descartaram a teoria de Zegers et al. (1996), afirmando que os domos seriam o resultado reversão crustal em resposta à inversão de densidade da crosta. Este modelo de ascensão dos domos na forma de diápiros é o mais aceito, como foi dito anteriormente, onde dados estruturais e metamórficos têm sugerido um papel ativo dos greenstones na formação das quilhas e um papel passivo de ascensão dos domos. A deformação seria iniciada com a rápida subsidência dos greenstones no embasamento siálico e as cúpulas dos corpos soergueriam de forma mais lenta e passiva (Collins et al. 1998; Dixons & Summers 1983; Mareschal &West 1980).
Metamorfismo
.
sinclíneos o grau metamórfico é baixo, de fácies prehnita-pumpellyta, e ao longo dos contatos dos
greenstones com as rochas granitoides o metamorfismo é de fácies anfibolito (Hickman 1983, 1984, 2001; Wijbrans & McDougall 1987; Terabayashi et al. 2003; Van Kranendonk et al. 2004).
Cálculos de pressão e temperatura foram realizados em rochas metabásicas e metapelíticas das quilhas próximas aos domos, a partir de um conjunto de dados internamente consistentes, de Holland & Powell (1998) e da análise de assembleias minerais. Esses cálculos indicam 5,5 – 6,0 kbar de pressão e 500 – 600°C de temperaturas, para os metabasitos e metapelitos, sendo os maiores valores de temperaturas encontrados em metabasitos adjacentes aos corpos dômicos (Delor et al. 1991 in Collins & Van Kranendonk 1999).
Warren & Ellis (1996) admitiram que a chegada de magma derivado do manto na base da crosta continental leva a fusão, retrabalhamento e reversão crustal, podendo estes processos resultar em trajetórias P-T-t horárias e anti-horárias, num mesmo episódio tectônico.
Em cenários de reversão crustal, rochas supracrustais adjacentes às cristas dômicas sofrem aquecimento isobárico em baixa pressão, seguido de leve descompressão resultando em uma trajetória isobárica levemente horária, tendo a andaluzita como polimorfo de Al2SiO5 estável
nas rochas metapelíticas. No núcleo dos domos têm-se uma trajetória P-T-t horária associada à descompressão quase isotérmica, sendo sillimanita o aluminossilicato estável, indicador gradientes geotermais de até 75°C/km. Nas paredes dos domos em contato com as supracrustais várias trajetórias P-T-t podem ser esperadas, na borda superior, por exemplo, é comum encontrar trajetórias horárias similares aquelas das cristas dômicas, sendo neste caso a andaluzita o polimorfo estável. Nos domínios inferiores da bordas dos domos, onde as quilhas são formadas, as rochas apresentam uma trajetória que indica soterramento e pressões altas são indicadas pela presença de cianita. Dentro das quilhas dos sinclinais as rochas experimentaram um aumento de temperatura a partir de aquecimento por convecção antes da reversão crustal,seguida de rápido carregamento isotérmico durante a subsidência até a base do sinclinal de greenstone. A presença de sillimanita nos núcleo dos domos está sempre relacionada à fusão parcial de rochas que estão em profundidade durante a descompressão, que facilita a ascensão de magmas granitoides e aumenta a entrada de calor por advecção, podendo este efeito estabilizar a cianita pós e sin-cinemática, particularmente adjacente a plútons sin-cinemáticos, gerando um posterior aquecimento isobárico (Collins & Van Kranendonk 1999).
metamorfismo de rochas metapelíticas (Warren & Ellis 1996). A presença de cianita tem sido registrada somente em greenstones fortemente dobrados, imediatamente adjacentes aos complexos de granitoides (Hickman 1983; Bickle 1984, 1986).
2.2.3 – Quadrilátero Ferrífero
O Quadrilátero Ferrífero (QF), alvo do presente estudo, localiza-se na porção meridional do Cráton São Francisco, mais precisamente em sua borda sudeste, onde se encontram expostas rochas pertencentes ao embasamento cristalino arqueano da região. O embasamento é composto por rochas gnáissicas e migmatíticas de composição tonalítica-trondhjemíticas-granodioríticas, granitoides e intrusivas máficas, que ocorrem na forma de domos quilométricos (Bação, Belo Horizonte, Bonfim, Caeté, Santa Rita, Florestal) circundados por quilhas sinformais, nas quais estão inseridas as rochas supracrustais do Supergrupo Rio das Velhas e Minas. As quilhas são representadas por sinclinais regionais de primeira ordem (sinclinais Moeda, Dom Bosco, Mateus Leme, Pitangui-Peti e Souzas) e um homoclinal quilométrico (Homoclinal da Serra do Curral), que estão em contato tectônico com os domos (Marshak et al. 1992; Alkmim & Marshak 1998).
Os modelos evolutivos propostos para a formação dos domos gnáissicos do QF são controversos e têm sido alvo de discussão na literatura (Alkmim & Marshak 1998; Hippertt 2000). Em estudos clássicos Dorr (1969) e Herz (1970) explicavam a estruturação em domos como o resultado de intrusões volumosas de rochas magmáticas na sequência greenstone do Supergrupo Rio das Velhas que já se encontrava deformada/imbricada.
Trabalhos subsequentes apontaram que os plútons interpretados por Dorr (1969) e Herz (1970) eram na realidade domos gnáissicos do embasamento que teriam sido soerguidos em condições tectonismo vertical ou horizontal (Alkmim et al. 1988; Pires 1979; Chemale et al.
1991, 1994; Chemale & Rosière 1993). Datações realizadas por Noce et al. (1998) mostraram que as rochas do embasamento são mais antigas que as supracrustais do Supergrupo Minas, confirmando assim a hipótese que os domos não poderiam ter sido formados a partir de intrusões na sequência supracrustal.
Estudos realizados por Marshak & Alkmim (1989), Chemale et al. (1991, 1994), Marshak
et al. (1997) e Alkmim & Marshak (1998) interpretaram a geometria dos domos e quilhas como resposta a um evento extensional ocorrido logo após a Orogenia Transamazônica (Marshak et al.
