Evolução tectônica de um fragmento do Cráton São Francisco
Meridional com base em aspectos estruturais, geoquímicos (rocha
total) e geocronológicos (Rb-Sr, Sm-Nd, Ar-Ar, U-Pb).
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitor
Dirceu do Nascimento
Vice-Reitor
Marco Antônio Tourinho Furtado
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação
Newton Souza Gomes
ESCOLA DE MINAS
Diretor
Antônio Gomes de Araújo
Vice-Diretor
Antenor Barbosa
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
César Augusto Chicarino Varajão
E V O L U Ç Ã O C R U S T A L E R E C U R S O S N A T U R A I S
CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 7
TESE DE DOUTORAMENTO
Nº 009
Evolução tectônica de um fragmento do Cráton São Francisco
Meridional com base em aspectos estruturais, geoquímicos (rocha
total) e geocronológicos (Rb-Sr, Sm-Nd, Ar-Ar, U-Pb).
Arildo Henrique de Oliveira
Orientador
Dr. Maurício Antônio Carneiro
Co-orientadores (University of Queensland)
Dr. Keneth D. Collerson
Dr. Balz S. Kamber
Tese 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 Doutor Ciência Naturais, Área de Concentração: Geologia Estrutural e
Recursos Naturais.
OURO PRETO
2004
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/
Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais 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
Evolução tectônica de um fragmento do Cráton São Francisco Meridional com base em aspectos estruturais, geoquímicos (rocha total) e geocronológicos (Rb-Sr, Sm-Nd, Ar-Ar, U-Pb).
Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto
vi
Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br
O48e Oliveira, Arildo Henrique de.
Evolução Tectônica de um Fragmento do Cráton São Francisco Meridional com base em aspectos Estruturais, Geoquímicos (rocha total) e geocronológicos (Rb- Sr, Sm-Nd, Ar-Ar, U-Pb)[manuscrito]. / Arildo Henrique de Oliveira.– 2004. xxii, 134f.: il. Color., grafs. , tabs; mapas – (Contribuições as Ciencias da Terra. Série D; v.7)
ISSN: 85-230-0108-6
Orientador: Prof. Dr. Maurício Antônio Carneiro.
Co-Orientadores: Prof. Dr. Keneth D. Collerson e Dr. Balz Kamber Área de concentração: Geologia Estrutural. Tectônica.
Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de pós-graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.
1.Geologia Estrutural - Teses. 2.Geoquímica - Teses. 3.Tempo geológico - Teses. Campo Belo (MG). I. Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de pós-graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. II. Título.
Com todo carinho
dedico essa Tese
a minha e sempre querida Mãe Delcia,
à família
e a minha eterna Andreia
Agradecimentos
Ao final desse trabalho que, perdurou por alguns anos, inúmera são as pessoas que fizeram parte dessa caminhada e, de forma direta ou indireta contribuíram e ajudaram na superação dos obstáculos. Torna-se difícil em citar nomes, pois são tantos que tenho receio de esquecer de alguns. Sendo assim, fica aqui meu sincero agradecimento aos colegas, amigos, professores e funcionários tanto do Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto, quanto do Department of Earth Sciences da Universidade de Queensland/Austrália.
O meu agradecimento especial ao meu amigo e orientador Dr. Maurício Antônio Carneiro pelo apoio, amizade e ajuda em várias etapas do desenvolvimento desse projeto.
Ao Co-orientador Professor Ken Collerson da Universidade de Queensland por abrir as portas de outra Universidade e de outro país.
Ao Co-orientador Dr. Balz Kamber que foi fundamental na obtenção dos dados U-Pb e, em algumas etapas de meu aprendizado na Universidade de Queensland.
Ao pessoal do ACQUIRE Centre (Alan Greig e Irina).
Especial agradecimento ao CNPq (Processo 200714-1/05) pela concessão da bolsa Sandwish por um período de 18 meses e, pela assistência de seus funcionários nos momentos em que precisei.
Agradeço também a CAPES pela concessão de bolsa de Doutorado pelo período que estive no Brasil. Como não seria justo continuar a citar nomes de uma grande lista e, incorrer no erro e deixando muitos de fora, fica aqui meus sinceros agradecimetos a todos os amigos do Brasil e de Brisbane que direta ou indiretamente deram sua contribuição.
Um grande abraço a todos e meu muitíssimo obrigado Valeu....
OM SHIVA
Sumário
AGRADECIMENTOS...ix
LISTA DE FIGURAS ...xv
LISTA DE TABELAS...xix
RESUMO ...xix
ABSTRACT ...xxi
CAPÍTULO 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS...1
1.1. Introdução ...1
1.2. Objetivos da Tese ...3
1.3. Metodologia ...3
1.3.1. Revisão Bibliográfica 1...4
1.3.2 Revisão Bibliográfica 2...4
1.3.3 Trabalho de Campo ...4
1.3.4 Análise Petrográfica...4
1.3.5 Preparação de Amostras...4
1.3.6 Geoquímica ...5
1.3.6.1 Metodologia ICP-OES...5
1.3.6.2 Metodologia ICP-MS...6
1.3.7 Geocronologia...7
1.3.7.1 Rb-Sr...7
1.3.7.2 Sm-Nd...8
1.3.7.3 Ar-Ar ...9
1.3.7.4 U-Pb...9
1.3.8 Tratamento dos Dados ...10
1.3.9 Elaboração da Tese ...11
CAPÍTULO 2. CAMPO BELO METAMORPHIC COMPLEX: TECTONIC EVOLUTION OF AN ARCHAEAN SIALIC CRUST OF THE SOUTHERN SÃO FRANCISCO CRATON IN MINAS GERAIS (BRAZIL) ...13
2.1. Abstract ...13
2.2 Introduction ...13
2.3. Geologic Context ...15
2.4. Geology of the area ...16
2.4.1. Gneissic Units ...16
2.4.1.1. Cláudio Gneissic Unit...18
2.4.1.2 Itapecerica Gneissic Unit ...18
2.4.1.3 Candeias Gneissic Unit ...19
2.4.2. Amphibolitic Unit ...19
2.4.3 Supracrustal Unit... 19
2.4.4 Fissure Mafic Unit... 21
2.5 Metamorphism... 22
2.6 Structural Analysis ... 23
2.6.1 Foliations... 24
2.6.2 Shear bands ... 24
2.6.3 S/C Structures... 26
2.6.4 Folds... 27
2.6.5 Foliation Sigmoids ... 27
2.6.6 Pegmatites ... 28
2.6.7 Quartz Veins... 28
2.6.8 Amphibolite Boudins ... 28
2.6.9 Faults ... 28
2.7 Tectonic Evolution ... 29
2.7.1 Event 1 ... 29
2.7.2 Event 2 ... 29
2.7.3 Event 3 ... 30
2.7.4 Event 4 ... 31
2.7.5 Event 5 ... 31
2.8 Conclusions ... 31
CAPÍTULO 3. ORIGIN OF CHARNOCKITES AND ENDERBITES INFERRED FROM INCOMPATIBLE ELEMENT LOSS DURING PROGRADE DEHYDRATION... 33
3.1 Abstract ... 33
3.2 Introduction ... 33
3.3 Brief Review of relevant geochemical research ... 35
3.4 São Francisco Craton: Relevant Geologic Record ... 36
3.5 Samples Selection... 38
3.6 Petrography Features ... 38
3.7 Analytical Methods ... 40
3.8 Results ... 46
3.8.1 Similarities and differences from our rocks compared with typical Archaean granitois from Barberton normalized by N-MOR... 47
3.8.2 Deviations of expected trace element abundances ... 48
3.9 Discussion ... 50
3.10 Summary ... 55
CAPÍTULO 4 RECENT ADVANCES AMONG Sr AND Nd CONSTRAINTS CONCERNING TO THE TECTONIC EVOLUTION OF CAMPO BELO METAMORPHIC COMPLEX, SOUTHERN PORTION OF THE SÃO FRANCISCO CRATON, BRAZIL... 59
4.1 Introduction ... 59
4.3.Sample selection and analytical procedures...63
4.4. Results ...63
4.4.1 Outline of petrography features ...63
4.4.2 Rb/Sr sytem...69
4.4.3 Sm/Nd sytem...73
4.5 Discussion ...73
4.6 Summary ...79
CAPÍTULO 5 IMPLICATIONS FOR TRANSAMAZONIAN AGE RELATED EFFECT 40Ar/39Ar FOR THE CAMPO BELO METAMORPHIC COMPLEX, SOUTHERN SAO FRANCISCO CRATON, BRAZIL ...81
5.1 Abstract ...81
5.2 Introduction ...81
5.3 Problems to be addressed ...83
5.4 Geological setting...84
5.5. Sample selection and analytical procedures...85
5.6 Results ...85
5.6.1 Petrograph features ...85
5.6.2 40Ar/39Ar System ...87
5.7 Discussion ...97
5.8 Summary ...104
CAPÍTULO 6 GEOCRONOLOGIA U-Pb...107
6.1 Introdução ...107
6.2 Resultados U-Pb...108
6.2.1 Amostra AH 11 ...110
6.2.2 Amostra AH 14 ...112
6.2.3 Amostra AH 15 ...114
6.2.4 Amostra AH 07 ...117
6.2.5 Amostra AH 08 ...118
6.3 Sumário ...120
CAPÍTULO 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...121
7.1 GENERALIDADES...121
7.2 QUESTÕES ACERCA DA EVOLUÇÃO TECTÔNICA DO CRÁTON SÃO FRANCISCO MERIDIONAL ...122
7.3 Discussão...123
7.4 Sumário ...126
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...127
Lista de Figuras
CAPÍTULO 1
Figura 1.1 - (a) Mapa geológico da porção meridional do Cráton São Francisco (modificado de Machado Filho et al. 1983; (b) Mapa geológico simplificado da area estudada (modificado de Oliveira 1999, Oliveira & Carneiro 2001)... 2
Figura 1.2 - Mapa esquemático dos zircões das 5 amostras selecionadas (a numeração das amostras selecionadas está em negrito) ... 10
CAPÍTULO 2
Figura 2.1 - Geologic map of southern São Francisco Craton (modified from Machado Filho et al. 1983)... 14
Figure 2.2 – Geologic map of the studied area (modified from Oliveira 1999); ... 15
Figure 2.3 - Stereographic diagrams representing the polar projections of the foliations of the study area ... 25
Figure 2.4 - Kinematic indicators (A-G) and schematic models explaining one of the event active in the study area (H). ... 26
CAPÍTULO 3
Figure 3.1 - Panel (a) Photograph of massive charnockite with incipient foliation taken in Alemão dimension stone quarry (Candeias Unit). Panel (b) Photograph taken at Marilan dimension stone quarry (Itapecerica Unit) illustrating the quality of rocks collected from unweathered core... 37
Figure 3.2 - Panel (a) Geological map of the southern São Francisco Craton (modified from Machado Filho et al. 1983); Panel (b) Geological map of the study area (modified from Oliveira 1999; Oliveira & Carneiro 2001)... 39
Figure 3.3 - (a) Chemical classification diagram in Na2O x CaO x K2O space (Glikson 1979) used to divide the studied rocks into: 1 - thondhjemites, 2 - tonalites, 3 - granodiorites, 4 – adamellites, and 5 – granites. (b) (MgO + Fe2O3 + MnO) vs SiO2 showing the expected trend from fractionation of ferromagnesian silicates and Fe-oxides. (c) (Na2O + K2O – CaO) vs K2O diagram shows compositional relationship for Archaean gneisses and granitoids, in which studied samples plot along the calc-alkaline trend. (d) Plot of La/Yb vs Yb comparing rocks from Candeias, Claudio and Itapecerica Units... 46
Figure 3.4 - N-MORB-normalized trace element patterns of average gneisses from A – Candeias, B – Itapecerica, and C – Claudio Units. Elements arranged in order of decreasing incompatibility in MORB-melting (after Sun & McDonough 1989). Normalizing values were taken from Sun & MacDough (1989) except W where the average of Indian, Pacific and Atlantic MORB was calculated from data presented by Newson et al. (1996)... 48
Figure 3.5 – Upper Continental Crust normalization of same data (average of Candeias Unit) as shows in Fig. 3.4. Normalizing values were taken from McLennan (2001). ... 50
Figure 3.6 – Detail of Upper Continental Crust normalized average patterns of Candeias, Itapecerica, and Claudio Units. Panel (a) highlights depletion of Cs, Rb, U, Nb, Ta, W and Sr by comparison with average of typical Archaean granitoid rocks from Barberton (Kleinshanns et al. in press). ... 51
Figure 3.7 - Selected trace element rations of gneiss from Candeias (solid diamonds), Itapecerica (solid square) and Claudio (open triangle) unit: (a) Th/U vs La/W, (b) Th/U vs Hf/W, (c) Th/U vs Th/Cs, (d) Cs/Rb vs Cs/Th, and (e) Nb/Ta vs Hf/W. ...56
Figure 3.8 - Selected relationship between major and trace element from Candeias (solid diamonds), Itapecerica (solid square) and Claudio (open triangle) samples: (a) Eu/Eu* vs Sr/Nd, (b) Eu/Eu* vs Al2O3, (c) Pb vs (Na2O + K2O – CaO), and (d) Ce/Pb vs (MgO + Fe2O3 + MnO)...57
CAPÍTULO 4
Figure 4.1 - Panel (a) Geological map of the southern São Francisco Craton (modified from Machado Filho et al. 1983); Panel (b) Geological map of the study area (modified from Oliveira 1999; Oliveira & Carneiro 2001) ...61
Figure 4.2 – Panel of pictures from gneisses quarry ...64
Figure 4.3 - Panel of pictures of amphibolites rocks...65
Figure 4.4 -Rb-Sr isochron diagram showing the nearby correlation between Marilan quarry and Fazenda Corumba quarry. The three point isochron are considering be of uncertain realiability ...70
Figure 4.5 - Rb-Sr isochron diagram showing in close proximity correlation between the three gneisses units...71
Figure 4.6 - Rb-Sr isochron diagram showing amphibolites from Kinawa and Corumbá quarry...72
Figure 4.7 - Sm-Nd errochron diagram showing nearby correlation between the three gneisses units as demonstrated for Rb-Sr ...74
Figure 4.8 - Positive trend correlation between Cs;Rb vs Cs;Th from Cláudio (open triangle), Itapecerica (solid square) and Candeias (solid diamond) Units. ...77
Figure 4.9 - Nd versus time (DePaolo 1981) for the studied samples (see table 4.2 for reference) ...78
CAPÍTULO 5
Figure 5.1 - Panel (a) Geological map of the southern São Francisco Craton (modified from Machado Filho et al. 1983); Panel (b) Geological map of the study area (modified from Oliveira 1999; Oliveira & Carneiro 2001) ...82
Figure 5.2 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles from samples OPU 1436 (Fig. 5.1b-point A) ...91
Figure 5.3 Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles from samples OPU 1197 (Fig. 5.1b-point B)...92
Figure 5.4 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for biotites of amphibolites from Corumbá quarry (Fig 5.1b, point A) ...94
Figure 5.5 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles of amphibolites from Corumbá quarry (Fig 5.1b, point A)...95
Figure 5.6 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles of amphibolites from Supracrustal Unit (Fig 1b, point C). ...96
Figure 5.7 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles of gabbronorite from fissural mafic Unit (Fig 5.1b – point D). ...98
Figure 5.8 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for biotites of gabbronorite from fissural mafic Unit (Fig 5.1b – point D). ... 99
Figure 5.9 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles of gabbro from fissural mafic Unit (Fig 5.1b – point E)... 100
Figure 5.10 - Plot 40Ar/39Ar apparent age vs cumulative argon released for amphiboles of gabbro from fissural mafic Unit (Fig 5.1b – point F)... 101
CAPÍTULO 6
Figura 6.1 – Mapa geológico modificado por Oliveira & Carneiro (2001), mostrando os pontos amostrados... 108
Figura 6.2 – Fotografias das amostras onde foram coletados os zircões datados: a) Gnaisse da pedreira Kinawa; b,c) Gnaisse da pedreira Corumbá; d) Gnaisse da pedreira Oliveira e, e) Pedreira de rocha ornamental Alemão... 110
Figura 6.3 Imagens de catodoluminescência (CL) em uma mesma população de zircões da amostra AH11. Os zircões pertencem a um gnaisse migmatítico da pedreira Kinawa (Figura 6.1C) ... 111
Figura 6.4 – Diagrama Concórdia U-Pb para os zircões da mostra AH 11 da Unidade Gnáissica Cláudio ... 112
Figura 6.5 – Imagens de catodoluminescência (CL) em uma mesma população de zircões da amostra AH14. Os zircões pertencem a um gnaisse migmatítico da pedreira Corumbá (Figura 6.1 D)... 113
Figura 6.6 – Diagrama Concórdia U-Pb para os zircões da amostra AH 14 da Unidade Gnáissica Cláudio ... 114
Figura 6.7 – Imagens de catodoluminescência (CL) em uma mesma população de zircões da amostra AH14. Os zircões pertencem a um gnaisse migmatítico da pedreira Corumbá (Figura 6.1 D)... 114
Figura 6.8 – Diagramas Concórdia U-Pb para os zircões da amostra AH 15 da Unidade Gnáissica Cláudio (a, b) e para as amostras AH 14 e AH 15 da Unidade Gnáissica Cláudio ... 116
Figura 6.9 – Imagens de catodoluminescência (CL) em uma mesma população de zircões da amostra AH07. Todos os cristais são de um enderbito da pedreira Oliveira (Figura 6.1 B)... 117
Figura 6.10 – Diagrama Concórdia U-Pb para os zircões da amostra AH 07 da Unidade Gnáissica Candeias ... 118
Figura 6.11 – Imagens de catodoluminescência (CL) em uma mesma população de zircões da amostra AH08 e pertencentes ao charnockito da pedreira Alemão (Figura 6.1 A)... 119
Figura 6.12 – Diagrama Concórdia U-Pb para os zircões da amostra AH 08 da Unidade Gnássica Candeias ... 120
CAPÍTULO 7
Figura 7.1 – Diagrama mostransdo a perda de Pb com relativo ganho de U ... 125
Figura 7.2 – Também mostra o distúbio que as rochas foram submetidas desde o Arqueano até o Neoproterozóico/Paleozóico... 126
Lista de Tabelas
CAPÍTULO 1
Tabela 1.1 - Cálculo para determinação da razão 87Rb/86Rb ...8
Tabela 1.2 - Cálculo para determinação da razão 147Sm/144Nd...9
CAPÍTULO 2
Table 2.1 - General characteristics of the rocks types of the study area and their probable ages and tectonothermal events. ...17
Table 2.2 - Simplified table of the structural elements associated with the tectonothermal events. ...27
CAPÍTULO 3
Table 3.1 - Major (wt%), trace element (ppm) concentrations and selected trace element ratios of Campo Belo Metamorphic Complex. ...42
CAPÍTULO 4
Table 4.1 - Rb-Sr whole-rock analytical data for representative samples from the Campo Belo Metamorphic Complex ...66
Table 4.2 - Sm-Nd whole-rock analytical data for representative samples from the Campo Belo Metamorphic Complex. The ε(T1) was calculated fro 2.72Ga (supposed age for the formation of the rock) and ε(T2) was calculated for 2.62Ga (supposed age for the “metamorphic” event)...68
Table 4.3 - Summary of the Archaean tectonomagmatic events in the southern part of the São Francisco Craton in the light of U/Pb and Sm-Nd data. This table was summarized by Teixeira et al. 2000...75
CAPÍTULO 5
Table 5.1 – Ar-Ar results for amphibolites and gabbros from Campo Belo Metamorphic Complex ... 87
CAPÍTULO 6
Table 6.1 – Resultados analíticos ... 109
Resumo
Os estudos abordados nessa tese envolveram os gnaisses, anfibolitos, gabros e gabronoritos das unidades gnáissicas, anfibolíticas, supracrustal e máfica fissural. Os resultados obtidos foram importantes no trato da evolução tectônica do Complexo Metamórfico Campo Belo (CBC) na porção meridional do Cráton São Francisco.
Os resultados, ora apresentados, foram balisados em petrografia, geologia estrutural, geoquímica em rocha total (elementos maiores, traços e REE) e geocronologia (Rb-Sr e Sm-Nd em rocha total, Ar-Ar em anfibólios e biotitas de gnaisses, anfibolitos, gabros e gabronoritos e U-Pb em zircões de gnaisses). Esses dados mostraram que a região foi submetida a múltiplos episódios tectonotermais que vão do Arqueano ao Proterozóico.
Os estudos petrográficos mostraram três picos metamórficos bem distintos: o primeiro atingiu a fácies granulito e afetou as três unidades gnáissicas e anfibolítica. O segundo situa-se na fácies anfibolito e está bem caracterizado nas rochas máfica-ultramáficas e pelíticas da unidade supracrustal. O terceiro pico esta caracterizada por um retrometamorfismo regional para fácies xisto-verde.
O padrão estrutural mais significativo que afetou a área estudada está associado ao vigoroso evento de migmatização e à geração da Zona de Cisalhamento Cláudio (NE/SW com cinemática dextral). As estruturas mais tardias são o fraturamento crustal de direção NW-SE onde se posicionaram os diques de gabros e gabronoritos.
Os estudos geoquímicos foram focados apenas nos gnaisses das unidades de Cláudio, Itapecerica e Candeias. Os resultados mostraram que as rochas da região sofreram múltiplas perdas de alguns elementos, principalmente de incompatíveis. Os resultados mostraram que o padrão geoquímico das rochas félsicas, principalmente em se tratando dos gnaisses de fácies granulito (enderbitos) e charnockitos, mostram particularidades distintas, principalmente quando comparados com metagranitóides arqueanos ou com a média das crostas superior e inferior e crosta total. Foi observado também que para alguns dos elementos traços incompatíveis (e.g. Cs, U, Nb, Ta e W), a mobilidade foi muito alta. Alguns dos elementos (e.g. Cs, Rb e U) são considerados móveis com a presença de fluidos, porém outros (i.e. Nb, Ta, W) são considerados imóveis. Esses elementos também se encontram com razões baixas.
Já os dados geocronológicos dos gnaisses, anfibolitos, gabronoritos e gabros mostram resultados por volta de: 2.9-2.7 Ga (U-Pb), 2.6 Ga (Rb-Sr), 2.05 Ga (U-Pb), 2.0-1.9 Ga (Ar-Ar), 1.7 Ga, 1.0Ga (Ar-Ar), 0.5 Ga (U-Pb).
Este conjunto de informações permitiu caracterizar pelo menos sete eventos tectonotermais para a região de Cláudio e imediações.
O evento de 2.9-2.7 Ga é interpretado como a idade do protólito das rochas estudadas. O evento de 2.6 Ga foi caracterizado como um possível evento metamórfico. A esse evento foi indexada a formação da Zona de Cisalhamento Cláudio.
O evento de 2.05 Ga ficou bem evidenciado nos charnockitos e mostrou que a região esteve
sob eventos que atingiu a fácies granulito de metamorfismo nesse período.
Já os eventos de 2.0-1.9Ga, ~1.7Ga e 1.0 Ga foram bem caracterizados através dos dados de 40Ar/39Ar. As idades de 2,0-1,9 Ga foram correlacionadas ao resfriamento do evento de granulitização de 2.05Ga e não apenas o soerguimento da crosta siálica. Os eventos de 1.7Ga e 1.0Ga estão associados ao magmatismo máfico fissural (gabronoritos e gabros respectivamente). Com esses resultados caracterizam-se pelo menos dois períodos de resfriamento crustal que devem estar relacionados ao posicionamento / cristalizações desse magmatismo fissural.
O primeiro evento de magmatismo fissural pode ser correlacionado ao evento estateriano/rifte do Espinhaço. Já o segundo evento de magmatismo, com idade de aproximada de 1,0 Ga, foi o responsável pela reativação de falhas pré-existentes de direção NW-SE e pode ser correlacionada ao rifte Macaúba. Em suma, os resultados ora apresentados mostram que a estabilização da crosta siálica do Cráton São Francisco Meridional, pelo menos na região de Cláudio, ocorreu no final do Mesoproterozóico e não no Arqueano.
Por fim o evento de 0.5 Ga que representa apenas um intenso distúrbio isotópico com conseqüente perda de Pb. Os dados ora apresentados foram de grande importância para o entendimento de algumas das lacunas até então pouco evidentes para a evolução da porção meridional do Cráton São Francisco. Entretanto, uma evolução similar já foi mostrada para a porção setentrional do Cráton São Francisco.
Abstract
This thesis present the results of gneisses, amphibolites, gabbronorite and gabbros from Cláudio, Supracrustal and Mafic Fissural Units and display imperative information for the evolution of the Campo Belo Metamorphic Complex (CBC) in the southern part of the São Francisco Craton.
Using petrography, structural, geochemistry in whole rock, Rb-Sr and Sm-Nd in whole rock, Ar-Ar for amphibole and biotite, and U-Pb for zircons, we have provide important information about the timing and tectono-metamorphic history from the Archaean to the Proterozoic.
Based on petrography features, three distinct and anachronic metamorphic peaks were registered: the first, of highest metamorphic grade related to the granulite facies, is present in the rocks of the Gneissic Units and of the Amphibolitic Unit. The second, in the amphibolite facies, is observed in the mafic-ultramafic and clastic-pelitic rocks of the Supracrustal Unit. The third is characterized by regional retrograde metamorphic processes, which reached the greenschist facies and cover the whole region.
The mainly and the most expressive structural pattern is characterized by a vigorous regional migmatization process and by the generation of the NE/SW Claudio Shear Zone, presenting dextral kinematic movement. The later expressive event is represented by a fissure mafic magmatism placed in the NW-SE regional structures.
For geochemistry analyses were chosen gneisses from the three units: Cláudio, Itapecerica and Candeias. By combining major and trace elements evidence it was possible to identify element losses caused by prograde dehydration in the gneisses rocks (essentially in the charnockites and enderbites). Those rocks display relative depletion in some of the most incompatible elements (i.e. Cs, Rb, U, Nb, Ta and W) in multi-element spider diagrams. Some elements (i.e. Cs, Rb and U) have traditionally been considered mobile with fluids but we found that others (i.e. Nb, Ta, W), which are often considered immobile, are also deficient in our samples.
The geochronological results of gneiss, amphibolites, gabbronorite and gabbros displayed results at about 2.9-2.7 Ga (U-Pb), 2.6 Ga (Rb-Sr), 2.05 Ga (U-Pb), 2.0-1.9 Ga (Ar-Ar), 1.7 Ga, 1.0Ga (Ar-Ar), 0.5 Ga (U-Pb). Combining each of these results with petrography, structural and geochemistry records it was possible to make link to a distinct tectonic episode that might took place in the Campo Belo Metamorphic Complex as follow: 2.9-2.7 Ga event is correlated to the protolith age, the 2.6 Ga is linked to the metamorphic age and might be associated to the deformational event responsible for the dextral strike-slip Cláudio shear zone.
The 2.05 Ga correspond to high-grade metamorphic event as attested by U-Pb data for charnockites. It is the peak of the prograde metamorphic event that achieves the granulite facies metamorphism followed by charnockite formation. As a consequence, the ages at about 2.0-1.9Ga can be correlated not only with the age of exhumation of the CBC but the age of the retrograde metamorphic processes from this high-grade metamorphic event at about 2.05 Ga. The data suggests that the CBC was largely and quickly exhumed after the 2.05Ga metamorphic event.
The ages at about 1.7 and 1.0Ga can be correlated to the emplacement and crystallization of the two swarm dykes. The NW-SE structures into which these swarm dykes were emplaced can be correlated with the Staterian continental rift scenario (1.8-1.6Ga).
The latest thermal evidence in the CBC is the emplacement of the ~1.0Ma gabbros, emplaced in preexisting NW-SE structures and can be correlated to the Macaubas rift. The results displayed in this study stand for the final stabilization of the CBC that happened in the Mesoproterozoic and not in the Achaean.
The 0.5 Ga correspond to no more than the disturbance of the system attested in the U-Pb date. The new data placed imperative information on the tectonic evolution in the Campo Belo Complex which appears comparable in many ways to the others Archaean continental crust.
CONSIDERAÇÕES GERAIS
1.1 INTRODUÇÃO
Esta tese apresenta os resultados da cartografia geológica e dos estudos petrográficos,
estruturais, geoquímicos e isotópicos realizados num fragmento da porção meridional do Cráton São
Francisco (Fig. 1a, b). Por outro lado, é a continuidade dos estudos do mestrado do autor (Oliveira
1999).
A área estudada compreende, principalmente, os litotipos do Complexo Metamórfico Campo
Belo e é balizada pelas cidades de Oliveira, Carmópolis de Minas, Cláudio e Itapecerica (Fig. 1.1b).
Subordinadamente afloram uma unidade supracrustal, que pode ser correlacionada ao Supergrupo Rio
das Velhas (Machado Filho et al. 1983), e um enxame de diques máficos. Este complexo insere-se
no
contexto geotectônico do Cráton São Francisco Meridional, no estado de Minas Gerais, Brasil
e vários foram os estudos já desenvolvido no Complexo Metamórfico Campo Belo
(Silva et al.1978, Machado Filho et al. 1983, Teixeira 1993, Carneiro et al. 1996a, b, 1997a, b, c, 1998 a, b,
Carvalho Júnior et al. 1997, 1998, Fernandes et al. 1997, 1998, Corrêa da Costa et al. 1998, Oliveira et
al. 1998 a, b, 1999, Oliveira 1999, Oliveira & Carneiro 1999, Corrêa da Costa 1999).
Em termos geotectônicos a porção meridional do Cráton São Francisco (Fig. 1.1a) é um
segmento crustal de evolução policíclica, tectonicamente estável em relação aos cinturões móveis do
Ciclo Brasiliano (Alkmim et al. 1993). O acervo geocronológico da região pode ser encontrado em
Teixeira et al. (1996, 1998) que, também, propuseram um modelo de evolução crustal arqueana e
paleoproterozóica, caracterizado por sucessivas etapas de acresção/diferenciação, associados a
processos de retrabalhamento crustal posteriores.
As rochas gnáissicas do Complexo Metamórfico Campo Belo têm composição muito variável
(e.g. granítica, granodiorítica e tonalítica) e podem ser agrupadas em três unidades distintas: Gnaisses
Cláudio, Itapecerica e Candeias (Oliveira et al. 1998 a, b, 1999, Oliveira 1999, Oliveira & Carneiro
1999, 2001). Os gnaisses tipo Cláudio apresentam coloração cinza (localmente com mobilizados
róseos) e composição, predominante, granodiorítica. Os gnaisses tipo Itapecerica apresentam
coloração rósea e composição mais granítica. Já os gnaisses granulíticos tipo Candeias apresentam
coloração esverdeada e composição em geral granodiorítica à granítica. A unidade supracrustal é
composta por peridotito, hornblendito, clorita-hornblendito, anfibolito, granada-sillimanita-xisto,
granada-sillimanita-quartzito, filito grafitoso e formação ferrífera bandada. O enxame de diques
Itapecerica; E - Pedreira de rocha ornamental Marilan; F - Pedreira de rocha ornamental Kinawa; G - Pedreira de rocha ornamental Corumbá; H – Pedreira de rocha ornamental Fazenda Corumbá; I – Pedreira de rocha ornamental Carmópolis de Minas; J – Afloramento de Gabronorito; K e L – afloramentos de Gabros e M.- afloramento de anfibolito da Unidade Supracrustal
1.2 OBJETIVOS DA TESE
1 - determinar a relação cronoestratigráfica entre as rochas das unidades gnáissicas, seqüência
supracrustal e unidade máfica fissural na região estudada;
2 – determinar, através de estudos isotópicos, a pluralidade dos eventos deformacionais,
acrescionários, de migmatização e de magmatismo, que ocorreram durante o arqueano. Assim como, a
contribuição dos eventos posteriores (e.g. transamazônico e brasiliano) na evolução tectônica da área;
3 - associar os dados obtidos em campo (unidades litodêmicas e a cinemática dos corpos) e
laboratório (petrológicos, geocronológicos e geoquímicos) para modelar a evolução tectônica regional;
4 - comparar os dados obtidos na área com aqueles em terrenos de igual natureza, a nível
mundial, estabelecendo, assim, uma correlação evolutiva para o Craton São Francisco Meridional.
1.3 METODOLOGIA
Como o acervo petrotectônico da região é muito complexo e variado, para elevar o seu
conhecimento geológico, foi necessário executar um estudo amplo envolvendo geologia estrutural,
petrologia, geoquímica e geocronologia para tratar, com maior precisão, a sua evolução tectônica.
O mapeamento geológico, parte da petrografia e parte dos estudos cinemáticos foram
realizados por Oliveira (1999). Nos anos de 2000 e 2001 foram realizadas mais etapas de campo,
totalizando 60 dias. Nessas etapas foram visitados pontos previamente selecionados por Oliveira
(1999). Durante essas etapas foram realizados estudos mais detalhados da cinemática dos corpos, suas
relações no contexto regional e coletadas amostras para estudos geoquímicos e isotópicos.
Das amostras coletadas foi realizado um novo estudo petrográfico e, desse estudo, foi feita
uma seleção para geoquímica e geocronologia.
Ao final do ano de 2000 iniciou-se a preparação de um artigo com informações previamente
obtidas no mestrado juntamente com os dados coletados no doutorado. Ao término de 2001 o
doutorando obteve uma bolsa sanduíche e se transferiu para a Universidade de Queensland na
Austrália para obter os dados geoquímicos em rocha total (elementos maiores, traços e terras raras) e
geocronológicos (U-Pb em zircão, Sr-Nd em rocha total e Ar-Ar em anfibólio e biotita). O
1.3.1 Revisão bibliográfica 1:
Revisão dos estudos realizados no Complexo Metamórfico Campo Belo em termos regionais
(e.g. Silva et al. 1978, Machado Filho et al. 1983) e mesmo ao nível de detalhe (e.g. Teixeira 1993,
Teixeira & Silva 1993, Teixeira & Canzian 1994, Teixeira et al. 1996, 1997, 1999, Carneiro et al.
1996a, b, 1997a, b, c, 1998 a, b, Carvalho Júnior et al. 1997, 1998, Fernandes et al. 1997, 1998,
Pinese et. al. 1995, Corrêa da Costa et al. 1998, Oliveira et al. 1998 a, b, 1999, Oliveira 1999, Oliveira
& Carneiro 1999, Corrêa da Costa 1999, Campos et al. 2003).
1.3.2 Revisão bibliográfica 2:
Revisão dos estudos efetuados em terrenos granito-greenstone de igual natureza em outros
crátons com enfoque em dados geocronológicos e geoquímicos (e.g. Tankard 1982, Allen & Condie
1985, Goodwin 1991, MacDonough et al. 1991, Myers 1993, Sarkar et al. 1993, Miller et al. 1994,
Windley 1998, Friend et al. 1996, Mueller et al. 1996, Nutman et al. 1996, Tribuzio et al. 1996,
Moorbath et al. 1997, Collerson & Macdonald 1998, Hamilton 1998, Bebout et al. 1999, Becker et al.
1999, 2000, Bodorkos et al. 2002, Sandiford & MacLaren 2002, Sandiford et al. 2003).
1.3.3 Trabalho de Campo
Os trabalhos de campo tiveram como fundamento a caracterização mais detalhada das 5
unidades litodêmicas definidas por Oliveira et al. (1998 a, b, 1999), Oliveira & Carneiro (1999) e
Oliveira (1999). Nessa etapa, além dos estudos cinemáticos das estruturas, foram coletadas amostras
representativas para estudos petrográficos, geoquímicos e geocronológicos.
1.3.4 Análise petrográfica
As amostras representativas das unidades litodêmicas foram estudadas em microscópio óptico
com a finalidade de se observar texturas, estruturas e associações minerais diagnósticas dos eventos
ígneos e metamórficos regionais. Tais estudos foram de suma importância para definição das unidades
que foram alvo das análises geoquímicas e geocronológicas.
1.3.5 Preparação de amostras
Inicialmente as amostras foram preparadas no LOPAG (Laboratório de preparação de
amostras para geocronologia e geoquímica) do Departamento de Geologia da Universidade Federal de
Ouro Preto.
As amostras sofreram redução granulométrica para concentração dos pesados (geocronologia
Posteriormente, as amostras foram submetidas a uma segunda fase de preparação que ocorreu
no Departamento de Geologia da Universidade de Queensland e no ACQUIRE (Advanced Centre for
Queensland University Isotope Research Excellent)/Austrália, conforme procedimentos descritos a
seguir.
1.3.6 Geoquímica:
No Departamento de Geologia da Universidade de Queensland/Austrália as amostras foram
pulverizadas em moinho de ágata e uma alíquota foi separada para o ataque químico.
As análises químicas em rocha total (elementos maiores, traços e elementos terras raras) foram
realizadas utilizando-se de um ICP-EOS (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission
Spectroscopy) situado no laboratório do Department of Earth Sciences/University of Queensland e um
ICP-MS (Fisons PQ2 + Plasmaquad Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer) situado no
ACQUIRE (Advanced Centre for Queensland University Isotope Research Excellent).
1.3.6.1 Metodologia ICP-OES
Do conjunto dos gnaisses estudados, 21 amostras foram selecionadas para as análises
geoquímicas de elemento maiores. As determinações químicas foram analisadas para 10 elementos
maiores (Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, MgO, MnO, Na2O, P2O5, SiO2, TiO2) pelo técnico do Laboratório
Mr. Michael Lawrence. O óxido de ferro foi determinado como ferro total (Fe2O3).
Foi utilizado 0,050 g de amostra em pó (secas por 1-2 horas em cadinhos de porcelana a
1050C) as quais foram colocadas, posteriormente, em cadinhos de grafita (primeiramente foi
necessário polir os cadinhos com uma colher). Em seguida, adicionou-se 0,200 g de LiBO2
(Metaborato de lítio) e, então, fez-se a homogeneização do material e levou-se ao forno, por 1 hora, a
uma temperatura de 10000C.
Os béqueres de teflon utilizados foram mantidos em uma vasilha contendo 10% de HNO3 para
limpeza por um período de 24 horas. Após isso, adicionou-se aos béqueres uma mistura de 25 ml de
uma solução de HNO3 a 10%, com 10ppm de lutécio (Lu), como padrão interno e, em seguida, a
amostra fundida (ao final de uma noite, nessa solução, as amostras devem ter uma aparência de flocos
de neve). Se a amostra não for completamente fundida é necessário adicionar 1ml de HF concentrado.
Após a dissolução completa das amostras foi adicionado 25 ml de água destilada, para que a
concentração final alcançasse a relação 50mg/50ml. As curvas de calibração foram obtidas pela
aquecendo-se aproximadamente 2 g de amostra a 10000C por cerca de 2 horas.
1.3.6.2 Metodologia ICP-MS
Foram selecionadas 25 amostras de gnaisses para as determinações químicas de elementos
traço e terras-raras (Li, Be, Sc, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr,
Nd, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Pb, Th, U). O procedimento analítico foi
orientado pelo responsável técnico do laboratório (Dr. Alan Greig) e seguiu as descrições de Eggins et
al. (1997).
Procedimentos:
Parte 1 - Os béqueres de teflon PTFE (7ml) foram deixados por 1 dia em uma vasilha de vidro (1000ml) com água destilada e 3ml de detergente. Depois disso, eliminou-se a água e enxaguaram-se
os béqueres com água destilada (3 vezes) que foram colocados na vasilha de vidro (1000ml) e
completada com água destilada. Esse conjunto foi fervido por 1 hora em uma chapa quente dentro de
uma capela e, em seguida, os béqueres foram secos em uma capela de pressão positiva.
Parte 2 – Preparou-se uma solução com água destilada (e.g. 24ml), ácido clorídrico (HCl, 18ml) e ácido nítrico (HNO3, 6ml), que é a composição da aqua regia. Essa solução foi distribuída nos
béqueres de teflon até cobrir a sua base e, em seguida, colocou-se os béqueres dentro de jaquetas de
aço que foram levadas ao forno por 2h (temp. de 178 °C). Retiradas do forno foram resfriados por,
aproximadamente, 2h. Após esse período, os béqueres foram retirados das jaquetas de aço e levados
para uma capela de pressão positiva, onde foram abertos (é necessário precaução ao abrir os béqueres,
pois a pressão interna devido ao vácuo faz com que o material pule para fora). Depois de abertos, os
béqueres foram lavados com água destilada, repetiu-se esse procedimento por duas vezes. Após essa
lavagem, colocou-se 2 gotas de HNO3 nos béqueres e adicionou-se HF (ácido fluorídrico) até a sua
linha mediana (~4ml). Os béqueres assim tratados foram colocados novamente nas jaquetas de aço e
levados ao forno por 1 dia e meio. Após esse período, os béqueres foram lavados com água destilada
(2X) e ficaram limpos para uso.
Ataque químico
Em cada béquer, previamente limpo, adicionou-se 16 gotas de 8NQD de HNO3, pesou-se
aproximadamente 0,10000g de amostra e adicionou-a sobre o ácido e pingou-se mais 16 gotas do
mesmo ácido. Adicionou-se 2ml de HF e colocou as amostras para secarem em uma chapa quente
dentro de uma capela de pressão positiva por 1- 2 horas sem tampar os béqueres. Em seguida, foi
adiciononado-se 16 gotas de 15.8N de HNO3 e 3,5ml de HF e, então, se colocou os béqueres nas
que foram secos por aproximadamente 2h. Então, se adicionou 4ml de HCL e, dentro das jaquetas, os
béqueres foram ao forno por mais 24h. Abertos e secos por aproximadamente 2horas, receberam ácido
nítrico concentrado (15,08 N), até cobrir a amostra e foram secos em chapa quente (repetir 1X). Com
pipetas, então foi adicionado 2 X 1000µl de ácido nítrico destilado e 2X 1000µl de H2O destilada.
Fechados e levados para uma capela com pressão positiva e a 80°C ficaram por 24hs. Após isso, os
béqueres, ainda fechados, foram agitados suavemente e girados de ponta a cabeça de modo a agrupar
todas as gotículas das paredes internas. O liquido foi transferido para um tubo de centrifuga e o béquer
foi ainda lavado com H2O destilada (2X), para recuperar o restante do material, e foi centrifugado por
20min. Após esse tempo, se restar resíduo sólido no fundo do tubo, esse material deverá ser
transferido para o béquer e tentar-se-á dissolvê-lo novamente. Se dissolvida, separa-se uma alíquota
para determinação dos elementos traços e terras raras e outra parte para geoquímica isotópica.
Esse procedimento de ataque químico seguiu as descrições de Eggins et al. (1997), exceto que
o elemento Tm não foi usado como padrão interno. Os padrões utilizados foram: BHVO-1 (amostra de
basalto proveniente do Observatório Vulcânico do Havaí - Hawaiian Volcano Observatory) e o W-2
(um diabásio dos laboratórios do United State Geological Society - U.S.G.S.). As concentrações para
W-2 foram derivadas parcialmente de sua relação com o primeiro padrão ou foi baseada em um acervo
de dados de padrões já publicados (A. Greig com. pessoal 2002). O molibdênio não foi analisado
porque as jaquetas de aço de teflon causam contaminação. Baseado em análises repetidas de digestões
múltiplas dos padrões (um total de 54) a reprodutibilidade, bem como o desvio padrão relativo da
maioria dos elementos, é de 1%, exceto para Be e Zn, os quais estão na média de 2-4% e o Sn o qual
apresenta desvio padrão de 15-20%.
1.3.7 Geocronologia:
Quatro métodos geocronológicos diferentes foram utilizados e estão descritos a seguir:
1.3.7.1 Rb-Sr
Uma alíquota da amostra, após ataque químico (conforme procedimento descrito na parte
geoquímica), foi levada para uma coluna de resina de troca catiônica para concentração do Sr
utilizando-se de diferentes concentrações de HCL (1N HCl, 2.5 N HCl, and 6N HCl), conforme
procedimentos descritos por Wendt & Collerson (1999).
As medidas da composição isotópica de estrôncio foram feitas em espectrômetro de massa VG
54-30 (Sector multi-collector mass spectrometer in static mode in the ACQUIRE laboratory at the
A reprodutibilidade para o método geocronológico do Sr do ACQUIRE é controlada pela
repetição de análises do padrão internacional EN1 e NBS-987 (carbonato de estrôncio), cujo valor é de
0.710251±20 (2σ) medido por um período de 7 anos.
A razão 87Rb/86Sr foi determinada utilizando-se da concentração em ppm do Rb e Sr obtidas
no Fisons PQ2+ Plasmaquad Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer (ICP-MS) conforme
metodologia descrita anteriormente. Os cálculos efetuados encontram-se na Tabela 1.1.
Os valores das razões 87Sr/86Sr foram normalizadas em função da relação 86Sr/88Sr igual a
0,1194 tendo sido utilizadas nos cálculos as constantes recomendadas por Steiger & Jaeger (1978).
Tabela 1.1 – Cálculo para determinação da razão 87Rb/86Sr.
A B C D E F G H I
Rb Moles Rb 87Rb Sr Moles Sr 86Sr Rb/Sr 87Rb/86Sr
ppm ppm
A1/A4 B1*A3 F9 D1/E1 F1*D3 A1/D1 C1/G1
1 AO-1 211.79 2.4780 0.6898 131.34 87.6058 1.4992 0.1478 1.6125 4.6661
2
3 87Rb 0.2784 86Sr 0.0986
abundância
5 88/88 1 88 0.8256 87.9056 A5/A9 = 0.8131 F5*D5 = 71.4762
6 84/88 0.0067 84 0.0056 83.9134 A6/A9 = 0.0055 F6*D6 = 0.4605
7 86/88 0.1194 86 0.0986 85.9093 A7/A9 = 0.0971 F7*D7 = 8.3404
8 87/88 0.1037 87 0.0702 86.9089 A8/A9 = 0.0843 F8*D8 = 7.3286
9 SUM (A5:A8)= 1.2299 A9/A9 = 1.0000 SUM (H5:H8)= 87.6058
4
87/88 é o valor da amostra (e.g AO-1) medida no espectrômetro vezes o valor de 86/88 87.44245
Quantidade de isotopos AO1 Sr -
atomic Wt Amostra
Peso atômico do Rb 85.4678
Peso atômico do Sr Cálculo para determinação da razão 87Rb/86Sr
1.3.7.2 Sm-Nd
Depois de coletado os REEs da coluna de Sr, o material foi seco e a ele adicionou-se uma
fraca concentração de HCL e esse concentrado foi levado para uma coluna de resina de troca catiônica
para separação do Nd. Diferentes concentrações de HCL (1N HCl e 2.5 N HCl) foram utilizadas para
obter o Nd.
A concentração isotópica do neodímio foi medida no espectrômetro de massa VG 54-30
(Sector multi-collector mass spectrometer in static mode in the ACQUIRE laboratory at the University
of Queensland).
A reprodutibilidade para Nd também é controlada pela repetição de análises do padrão
internacional La Jolla and Ames metal Nd padrão com valores 143Nd/144Nd = 0.511861±11 (2σ) e
0.511977±12(2σ). Na determinação da razão Sm-Nd foi seguido os mesmos passos para Rb-Sr.
A razão 147Sm/144Nd foi determinada utilizando-se da concentração em ppm do Sm e Nd
obtidas no Fisons PQ2+ Plasmaquad Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer (ICP-MS)
conforme metodologia descrita anteriormente. Os cálculos efetuados encontram-se na Tabela 1.2.
Tabela 1.2 – Cálculo para determinação da razão 147Sm/144Nd
A B C D E F G H
Sm Moles Sm 147Sm Nd Moles Nd 144Nd 147Sm/144Nd Sm/Nd
ppm ppm
A1/A4 B1*A3 D1/D4 E1*D3 C1/F1 A1/D1
1 AO-1 0.88 0.0059 0.0009 5.61 0.0389 0.0093 0.0954 0.1577
2
3 147Sm 0.15 144Nd 0.238
4 At wt Sm 150.3656 At wt Nd 144.2379
Amostra
Cálculo para determinação da razão 147Sm/144Nd
Os erros experimentais usados para calcular as regressões lineares utilizando-se do Isoplot
foram de 0,5% para 87Rb/86Sr e 0.1% para 147Sm/144Nd baseados nos erros dos padrões medidos no
laboratório e 26ppm para 87Sr/86Sr e 143Nd/144Nd baseados nos erro externo baseado nos padrões NBS
SRM 987 e EN-1 medidos nos últimos 7 anos no ACQUIRE.
1.3.7.3 Ar-Ar
Sete amostras foram escolhidas para determinação Ar-Ar, as quais separou-se uma quantidade
de 20 cristais de biotitas e/ou anfibólios utilizando-se de uma lupa binocular. Esses cristais foram
lavados, primeiro em água destilada e depois em álcool absoluto para eliminar as impurezas
superficiais, impregnadas nos cristais que foram colocados para secar. Depois de secos, uma média de
10 cristais foi colocada num disco de alumínio juntamente com padrões de sanidina. Selou-se o disco e
o mesmo foi encaminhado para a irradiação no Oregon State University Triga Reator-USA (CLICIT
Facility) por um período de 14 horas, utilizando-se do “Fish Canyon sanidine neutron fluence
monitors”. Após essa irradiação, resguardando o período correto de resfriamento das amostras, deu-se
início às análises 40Ar/39Ar, pelo método de passo incremental de laser no Laboratório de
geocronologia - UQ-AGES (the University of Queensland Argon Geochronology in Earth Science
Laboratory).
Os procedimentos seguiram as descrições de Vasconcellos (1999a, b) e Vasconcelos et al.
2002
1.3.7.4 U-Pb
Os zircões concentrados inicialmente no LOPAG foram reconcentrados na Universidade de
Queensland, utilizando-se líquidos densos. Primeiro utilizou-se o bromofórmio para eliminar
apatita de zircão e, por fim, utilizou-se o separador magnético Frantz para obter o concentrado final de
zircão.
A partir desse concentrado utilizou-se um microscópio binocular para catar os melhores
cristais de zircão que foram montados numa pastilha (mount) contendo em torno de 30-40 zircões das
5 amostras estudadas e um padrão (Fig. 1.2). A pastilha foi submetida a catodoluminescência e, então,
definiu-se os melhores cristais a serem datados. As razões isotópicas foram obtidas num equipamento
CAMECA IMS1270 Ion Microproble do Swedish Museum of Natural History, na Suécia. Para
maiores detalhes sobre os métodos analíticos ver Whitehouse & Russel (1997) e Whitehouse et al.
(1999).
Figura 1.2 – Mapa esquemático dos zircões das 5 amostras selecionadas (a numeração das amostras selecionadas está em negrito).
1.3.8 Tratamento dos dados:
Os programas utilizados para construção dos vários digramas, figuras e tabelas foram os seguintes:
• Excel 2000 para construção dos diagramas de geoquímica e diagramação das tabelas.
• Corel Draw 9 (para confecção de algumas das figuras)
• Freehand 8 (confecção das figuras Ar-Ar)
• EndNote (programa de referências bibliográficas)
Para o cálculo dos parâmetros isotópicos de estrôncio e neodímio foram utilizados os
programas de Centro de Pesquisas Geocronológicas da USP.
1.3.9 Elaboração da Tese:
Os subseqüentes capítulos dessa tese são artigos publicados e submetidos ou a submeter.
Sendo assim, cerca de 90% dela foi elaborada em inglês. Especificamente, o capítulo 2, já publicado,
trata os dados petrográficos e estruturais (Oliveira, A.H. and Carneiro, M.A., 2001. Campo Belo
Metamorphic Complex: Tectonic evolution of an Archean sialic crust of the southern São Francisco
Craton in Minas Gerais (Brazil). Anais da Academia Brasileira de Ciências, 73(3): 397-415).
O capítulo 3 trata o comportamento geoquímico, com ênfase nas rochas charnockíticas e
enderbíticas. Esse artigo foi submetido à Lithos (Oliveira, A.H., Kamber, B.S., Collerson, K.D. and
Carneiro, M.A. Origin of charnockites and enderbites inferred from incompatible element loss during
prograde dehydration).
O capítulo 4 trata a geocronologia Rb-Sr e Sm-Nd. Esse artigo foi submetido aos Anais da
Academia Brasileira de Ciências (Oliveira, A.H., Carneiro, M.A., Kamber, B.S. and Collerson, K.D.
Recent advances among Sr and Nd concerning to the tectonic evolution of Campo Belo Metamorphic
Complex, southern portion of the São Francisco Craton, Brazil).
O capítulo 5 trata a geocronologia Ar-Ar. Esse artigo foi submetido ao Journal of South
American Earth Sciences (Oliveira, A.H., Vasconcelos, P.M. Carneiro, M.A and Carmo, I.O.
Implications for Transamazonian 40Ar/39Ar ages for the Campo Belo Metamorphic Complex, Southern Sao Francisco Craton, Brazil).
O capítulo 6 trata a geocronologia U-Pb e o capítulo 7 das considerações finais. Pretende-se
submeter um artigo com esses dois capítulos ao Precambrian Research, mas isso só após a defesa
CAMPO BELO METAMORPHIC COMPLEX: TECTONIC
EVOLUTION OF AN ARCHAEAN SIALIC CRUST OF THE
SOUTHERN SÃO FRANCISCO CRATON IN MINAS GERAIS
(BRAZIL)
2.1 ABSTRACT
Systematic geological studies performed in the study area allowed characterize six lithodemic
units: three gneissic, one amphibolitic, one supracrustal and one fissure mafic. The rock mineral
assemblage and the structural record of these lithodemic units indicate that the study area was affected
by five tectonothermal events. The structural pattern of the first and oldest event occurred under
granulite facies conditions and reveals an essentially sinistral kinematics. The second event, showing
dominant extensional characteristics, is related to the generation of an ensialic basin filled by the
volcano-sedimentary sequence of the supracrustal lithodemic unit. The third event, which is the most
expressive in the study region, is characterized by a vigorous regional migmatization process and by
the generation of the Claudio Shear Zone, presenting dextral kinematic movement. The four events is
represented by a fissure mafic magmatism (probably two different mafic dike swarm) and finally, the
fifth event is a regional metamorphic re-equilibration that reached the greenschist facies, closing the
main processes of the tectonic evolution of the Campo Belo Metamorphic Complex.
Key Words: Craton, Archean, tectonic evolution, lithodemic units, metamorphic complex.
2.2 INTRODUCTION
The São Francisco Craton is a vast Precambrian platform (Almeida 1977, Alkmim et al.
1993), which encompasses part of Minas Gerais and Bahia States (Fig. 2.1). Its southern portion (Fig.
2.1) presents significant expositions of Neoarchean granite-greenstone terranes; its tectonic evolution
started in the Mesoarchean (Teixeira etal. 1996, 1998, Carneiro et al. 1998a). From that period on the
first sialic crusts and supracrustal sequences were generated by means of successive
accretion/differentiation stages associated with crustal reworking processes (Teixeira 1993, Teixeira &
Silva 1993, Teixeira & Canzian 1994, Noce 1995, Carneiro et al. 1996 a, 1997 a, b, 1998 a, b, Pinese
1997, Teixeira et al. 1996, 1997, 1999).
The apex of these processes took place in the Neoarchean, during the Rio das Velhas
Tectonothermal Event (Carneiro et al. 1998a). Other events are also represented in this crustal
segment. They are: two events of tectonothermal nature in the Mesoarchean [3.2 and 2.9 Ga, (Teixeira
et al. 1996, 1998)]; a migmatization event [2.86 Ga., (Noce 1995)]; a fissure mafic magmatism event
progressively masked. Therefore, a complex structural pattern was imprinted in the lithodemic units
that constitute the metamorphic complex, their supracrustal sequences and intrusive bodies that crop
out in the study area.
Divinópolis
Cláudio
Carmópolis de Minas Itapecerica
Oliveira
Candeias Conselheiro Lafaiete
Ouro Preto
Barbacena Campo Belo
Lavras
Studied Area
0 10 20 30Km BRAZIL
Figure 2.1 Geologic map of southern São Francisco Craton (modified from Machado Filho et al. 1983). 1) Porto dos Mendes Granite; 2) São João del Rey Supergroup; 3) Minas Supergroup; 4) Formiga Granite; 5) Rio das Velhas Supergroup; 6) Divinópolis Metamorphic Complex, and 7) Barbacena Metamorphic Complex.
Recent research, involving regional (1:200,000) and detailed (1:10,000) mapping performed in
the Campo Belo, Oliveira, Itapecerica, Cláudio, Carmópolis de Minas regions has characterized new
lithodemic units and presented new facts to the tectonic evolution of the southern São Francisco
Craton (Carneiro et al. 1996a, b, 1997a, b, c, 1998a, b, Carvalho Júnior et al. 1997, 1998, Fernandes et
al. 1997, 1998, Fernandes & Carneiro 2000, Corrêa da Costa et al. 1998, Corrêa da Costa 1999,
Oliveira et al. 1998a, b, 1999, Oliveira 1999, Oliveira & Carneiro1999).
In this work the results of one of these studies (Oliveira 1999) are presented, carried out in the
Cláudio, Itapecerica, São Francisco de Paula, Oliveira and Carmópolis de Minas region, involving
Monsenhor João Alexandre Itapecerica60 70 37 40 40 60 20 20 20 30 85 40 50 45 80 50 40 25 20 30 25 10 30 30 20 80 60 45 30 60 80 65 35 45 20 50 75 70 80 40 45 75 60 70 60 45 50 65 45 45 60 50 30 30 15 20 40 60 60 30 30 40 87 50 55 8070 40 85 50 60 55 55 25 40 60 25 40 35 40 70 45 45 45 80 55 30 75 16 10 40 40 45 20 25 36 05 05
1 2 3 4 5 6 7 8
Carmo da Mata
Oliveira
Carmópolis de M in as Cláudio
São Francisco de Paula
0 2 4 6km
25 30 40 9 B F A 60 40 C E I H D J A G 20°15´00´´ 4 4° 15´ 00´ ´ 20°15´00´´ 4 4° 30´ 00´ ´ 44 °3 0´ 00´ ´ 20°45´00´´ N 44 °1 5´ 0 0´ ´ 20°45´00´´
Figure 2.2 Geologic map of the study area (modified from Oliveira 1999), showing the different lithodemic units: 1) Fissure Mafic Unit; 2) Supracrustal Unit; 3) Candeias Gneissic Unit; 4) Itapecerica Gneissic Unit; 5) Cláudio Gneissic Unit; 6) Inferred Contact; 7) Foliation; 8) Cláudio Shear Zone, and 9) Key Outcrops: A - Fernão Dias road; B - Corumbá dimension stone quarry; C - Kinawa dimension stone quarry; D – Morro da antena; E - Vista Bela farm; F – Carmo da Mata dimension stones quarry; G – Marilan dimension stones quarry; H – Lila dimension stones quarry; I – Alemão dimension stones quarry; J – Oliveira dimension stones quarry.
2.3 GEOLOGIC CONTEXT
The sialic crust of the southern São Francisco Craton is constituted by gneisses, granitoids,
amphibolites, mafic and ultramafic rocks, schists and quartzites that were grouped by (Machado Filho
et al. 1983), in the Divinópolis and Barbacena metamorphic complexes (Fig. 2.1). Locally, remains of
the supracrustal sequences are found, correlated with the Rio das Velhas or Minas Supergroups.
The geographic distribution of the Divinópolis Metamorphic Complex, according to (Machado
Filho et al. 1983), occurs in the vicinity of Divinópolis, Itaúna, Formiga and Passa Tempo cities (Fig.
2.1). In the remaining region, rocks from the Barbacena Metamorphic Complex would predominate.
However, (Teixeira et al. 1996) consider these two complexes in the Campo Belo region (Fig. 2.1) as
a single unit, naming it Campo Belo Metamorphic Complex. According to (Machado Filho et al.
1983), the majority of the lithotypes listed above presents three principal deformation and/or fracturing
The tectonic meaning of these directions according to (Machado Filho et al. 1983) is the
following: 1) NS direction, of more plastic character, would be responsible for the compression of
supracrustal sequences in a tight syncline; 2) the NW/SE structures displace the N/S structures,
slightly metamorphosed basic dikes were emplaced along this trend; 3) the last direction is related to
the generation of the Atlântico Mobile Belt, at the southeastern-eastern margin of the Southern São
Francisco Craton.
2.4 GEOLOGY OF THE AREA
Using satellite imagery and aeromagnetometric map interpretation and by means of regional
geologic sections (Oliveira 1999) it was possible to characterize six lithodemic units (Tab. 2.1 and Fig.
2.2). The older three of these units are gneissic, the fourth is amphibolitic (cannot be mapped at the
scale adopted), the fifth is a supracrustal sequence (of greenstone belt type), and the youngest is a
mafic dike swarm.
2.4.1 Gneissic Units
The petrographic distinction of the gneissic units (Fig. 2.2) was mainly based on their color
and composition. The Cláudio Unit rocks are gray and their composition is predominantly
granodioritic. Those from the Itapecerica Unit are light pink and their composition is predominantly
granitic. Finally, the Candeias Unit rocks are green and their composition is granitic to granodioritic.
The geologic contacts between the gneissic units are masked by the thick weathering mantle
and by the superposition of tectonothermal processes taking place since the Mesoarchean. However,
the gneissic units have distinct outcrop domains. As an example, the case of the Itapecerica Gneissic
Unit is given, its rocks cropping out in the surroundings of the city it borrows the name from and it is
characterized by intense migmatization, which imprinted an average mineralogic composition of
granitic nature. Such migmatization is more pronounced in the western portion of its geographic
occurrence.
Three pegmatite vein families are associated with the gneissic units. The first family is formed
by mobilizates concordant with the gneissic foliation and presents centimetric thicknesses and variable
(centimetric to metric) lengths. These mobilizates are essentially composed of feldspars and small
quantities of mica. The mobilizates are usually light pink and sometimes white.
The second pegmatite family is discordant from the gneissic foliation and is centimetric- to
metric-thick, with veins reaching some meters in length. It is in general coarse-grained and light pink,
formed by feldspar phenocrysts and less abundant centimetric mica flakes. The third family is
These are centimetric-thick and metric-long veins. They are fine- to medium-grained and fill
NS-trending fracture planes.
Table 2.1 General characteristics of the rocks types of the study area and their probable ages and tectonothermal events.
Unit Lithology Rock-forming Minerals Ages
Tectono-thermal Events
qua rtzite Quartz, sillimanite and garnet
schist Sillimanite, quartz, mica and garnet
amphibolite Clinoamphibole, pla gioclase and quartz
ultramafic
Orthopyroxene, olivine, clinoamphibole
Amphibolitic amphibolite Hornblende,
pla gioclase and quartz Probable age: 3,38-3,0 Ga 1 (?)
E1, (E2?), E3, (E4?) and E5.
Ca ndeia s Gneiss
Gneiss of granodioritic to
granitic composition
Plagioclase, microcline, qua rtz and
hypersthene
Itapecerica Gneiss Gneiss of granitic composition
Microcline, pla gioclase and quartz Cláudio Gneiss Gneiss of granodioritic composition Plagioclase, microcline and quartz
References: 1(Teixeira e t al. 1996b), 1(Teixeira et al. 1998), 2(Carneiro e t al. 1998b), 3(Pinese 1997). Supra cr ustal (Rio
das Velha s Supergroup)
E3, (E4?) and E5 E4 and E5
gabbro
E1, (E2?), E3, E4 and
E5 Banded iron
for mation
Qua rtz and opaque minera ls
Probable ages for the mafic-ultramafic magmatism, followed by sedimenta tion (2.8
Ga2).
Probable age for the protolith (3.38-3.0 Ga1), and probable
age for the migma tiza-tion (2.75-2.72 Ga2). Fissure Mafic
gabbronorite plagioclase, ortho- and
clinopyroxenes Ages for the intrusions: 2.658
Ga3 and 1.875 Ga3. Plagioclase,
d can alter to biotite. Opaque minerals, zircon
and apatite are accessories, as well as rutile, tourmaline and allanite, which are rare. As secondary
mineral te occur.
n chlorite. Amphibole is rarer, fine-grained and alters to biotite. Common
accessories are zircon, apatite and opaque minerals. Sericite, chlorite, carbonate and epidote are
secondary minerals.
2.4.1.1 Cláudio Gneissic Unit
The rocks of this unit crop out in the eastern portion of the study area (Fig. 2.2) and present
granodioritic to dioritic, locally granitic, compositions. They are gray, fine- to medium-grained,
banded and migmatized. In some outcrops light pink pegmatitic mobilizates occur, giving a rosy tint to
the rock. Regionally, the color of these gneisses can vary, so that eastwards (Fig. 2.2), it is
predominantly gray, diminishing the percentage of light pink felsic mobilizates. The texture of the
Cláudio gneisses is predominantly granoblastic to granolepidoblastic. The crystals vary from
subidioblastic to idioblastic, medium- to fine-grained, being more rarely coarse-grained. Intergrowth
textures are common (e.g. perthite, myrmekite and sometimes antiperthite). In general, plagioclase is
the main constituent of these rocks (30-40%). The crystals are predominantly medium-grained and
those showing polysynthetic twinning vary from subhedral to euhedral. Quartz is in general the second
constituent in volume (20-30%). The microcline percentage is also variable, sometimes being
comparable to the other two constituents. However, it is more common to be subordinated (15-30%).
As varietal mineral, biotite (5-10%) shows light to dark or greenish brown pleochroism, altering to
chlorite. It has zircon inclusions and sometimes it is associated with opaque minerals. Amphibole
(hornblende) is rare and shows greenish pleochroism an
s chlorite, sericite, carbonate and epido
2.4.1.2 Itapecerica Gneissic Unit
The rocks from the Itapecerica Gneissic Unit crop out in the NW portion of the area and
present granitic composition are light pink, migmatized and show inequigranular to equigranular
textures and are medium- to fine-grained. In some outcrops closer to the contact with the Candeias
Gneissic Unit (Fig. 2.2), the rocks are greenish. In other localities the gneiss is grayish, as the outcrops
located east of Itapecerica city. Pegmatitic or amphibolitic dikes constituting boudins are common
features. The texture of the Itapecerica Gneissic Unit rocks is granoblastic to granolepidoblastic with
subidioblastic to idioblastic, fine- to medium-grained crystals. Microcline is the predominating
mineral (30-40%), plagioclase second in abundance (15-30%) and quartz is subordinated to feldspar
(±20%). Biotite (<10%) is a varietal mineral and presents dark brown to greenish pleochroism, locally
