UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
Trabalho de Graduação
Análise e interpretação Petrográfica e Geoquímica entre os
Ortognaisses Facoidais das cidades do Rio de Janeiro e Niterói.
Aluno
Iuri Bomtempo Retamal
200904011-0
Orientador
Prof. Dr. Rubem Porto Junior
(DG/IA/UFRuralRJ)
II
1 – RETAMAL, IURI BOMTEMPO
Análise e interpretação Petrográfica e Geoquímica para os Ortognaisses Facoidais das cidades do Rio de Janeiro e Niterói, RJ.
.
Curso de Geologia / Departamento de Geociências
Instituto de Agronomia / Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro – UFRRJ
[Seropédica] Ano 2013
Trabalho de Graduação Monografia
III
Resumo
O presente estudo foi realizado com o intuito de trabalhar dados analíticos obtidos anteriormente de dois conjuntos litológicos, um referente ao ortognaisse do tipo facoidal ocorrente na cidade do Rio de Janeiro e outro do mesmo litotipo, que ocorre do outro lado da Baía de Guanabara, na cidade de Niterói. Através desses dados foi possível adquirir diversos diagramas de classificação geoquímica, tectônica, do tipo “Harker” e de padronização de ETRs.
Tentou-se neste trabalho fazer uma correlação entres esses litotipos quanto as suas características geoquímicas, condições de metamorfismo e ambiente tectônico. Em relação a esses granitóides, os resultados apontam para rochas que geoquimicamente plotam no campo dos granitos, subalcalinos, metaluminosos e de evolução calcialcalina. Quanto a procesos magmáticos, essas rochas evoluíram por cristalização fracionada e com forte remobilização durante a sua trama metamórfica. Em diagramas de classificação tectônica, essas rochas são sincolisionais a tardiorogênicas e o ambiente se distribui no campo dos granitóides de arco vulcânico (VAG) com uma dispersão para os intralaca. As análises petrográficas indicam que o metamorfismo atuou em grau forte, com intensa deformação e mudanças nas fases minerais.
IV
Índice
Capítulo 1 - Introdução
1 – Introdução...1
1.2-Localização da área, Fisiografia e Vias de Acesso...1
1.3 – Objetivo...1 1.4 – Justificativa do Estudo...1 1.5 – Metodologia...2 1.5.1 - Etapa Inicial...2 1.5.2 - Etapa de Laboratório ...2 a) Petrografia...2 b)Análise Geoquímica...3 1.5.3 - Etapa de Gabinete...3 1.6 – Nomenclatura e Sistemática...3
Capítulo 2 – A Faixa Ribeira na Região Estudada 2 – Geologia Regional...5
2. 2 - Aspectos Gerais da Geologia da Folha Baía da Guanabara ...8
2.2.1 – Introdução...8
2.2.2 - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro...8
2.2.3 – Aspectos da Geologia Estrutural da Cidade do Rio de Janeiro...10
2.2.4 - Geologia da Cidade de Niterói...10
Capítulo 3 – O Ortognaisse Facoidal 3.1 - O Gnaisse Facoidal: Histórico...12
3.2 - O Gnaisse Facoidal: caracterização geológica ...15
3.3 - O Gnaisse Facoidal: Principais áreas de ocorrência...15
3.4 - O Gnaisse Facoidal: Petrografia...15
3.5 - O Gnaisse Facoidal: Aspectos estruturais e do metamorfismo...21
Capítulo 4 – Interpretação Geoquímica do Gnaisse Facoidal 4.1 – Análise Geoquímica dos Litotipos...24
4.2 – Análise Geoquímica dos Elementos Terras Raras...34
Capítulo 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS 5.1 – Conclusões...37
V
Lista de Figuras
Figura Legenda Página
Figura 1 Localização da área de estudo 2
Figura 2 Compartimentação tectônica da Região SE brasileira 7
Figura 3 Seção estrutural do Orógeno Ribeira 7
Figura 4 Entorno da Baia da Guanabara 14
Figura 5a Gnaisse facoidal usado com elemento estrutural em construção 14
Figura 5b Gnaisse facoidal usado com elemento de fachadas de prédios 14
Figura 6 Mapa geológico da área estudada 15
Figura 7 Fotomicrografia: textura granoblástica 18
Figura 8 Fotomicrografia: textura nematoblástica 18
Figura 9 Fotomicrografia: preenchimento das fraturas por carbonato. 18
Figura 10 Fotomicrografia: núcleo preservado de plagioclásio 18
Figura 11 Fotomicrografia: Geminação difusa em microclina 18
Figura 12 Fotomicrografia: detalhe de um relito do plagioclásio 19
Figura 13 Fotomicrografia: microclina inclusa em plagioclásio alterado 19
Figura 14 Fotomicrografia: grãos de quartzo com extinção ondulante 19
Figura 15 Fotomicrografia: grão de quartzo apresentando interfinger e
embainhamento
19
Figura 16 Fotomicrografia: textura nematoblástica 21
Figura 17 Fotomicrografia: inclusão de grãos de biotita 21
Figura 18 Fotomicrografia: textura granoblástica 21
Figura 19 Diagrama: TAS 27
Figura 20 Diagrama: AFM 27
Figura 21 Diagrama: Classificação química segundo Le Maitre (1989) 28
VI
Figura 23 Diagrama: Diagramas de Harker para os elementos maiores 30
Figura 24 Diagrama: Diagramas de Harker para os elementos menores 31
Figura 25 Diagrama: classificação de ambiente tectônico. 33
Figura 26 Diagrama: classificação de ambiente tectônico. 33
Figura 27 Diagrama: Diagrama de classificação R1 x R2 34
Figura 28 Diagrama: distribuição dos ETRs para a cidade de Niterói 35
Figura 29 Diagrama: distribuição dos ETRs para a cidade do Rio de Janeiro 35
Figura 30 Diagrama: distribuição dos ETRs para as cidades do Rio de Janeiro e Niterói
VII
Lista de Tabelas
Tabela Legenda Página
Tabela 1 (Elementos maiores) Composição química dos litotipos do Rio de Janeiro 24
Tabela 2 Composição química dos litotipos de Niterói
(Elementos maiores)
24
Tabela 3 Composição química dos litotipos do Rio de Janeiro
(Elementos menores)
25
Tabela 4 Composição química dos litotipos de Niterói
(Elementos menores)
25
Tabela 5 Composição química dos litotipos do Rio de Janeiro
(ETRs)
25
Tabela 6 Composição química dos litotipos de Niterói (ETRs) 25
Tabela 7 Valores de r2 para coeficientes lineares e polinomiais para os gnaisses do Rio de Janeiro
29 Tabela 8 Valores de r2 para coeficientes lineares e polinomiais para os
gnaisses de Niterói
1
Capítulo 1 - Introdução
Os terrenos gnáissicos de alto grau e de complexa história evolutiva constituem um verdadeiro desafio àqueles que se lançam nos estudos de caracterização petrográfica, estrutural e litoestratigráfica de rochas neles presentes. Os efeitos da partição, da deformação, dos processos anatéticos seguidos de migmatização regional e de intrusões em estágios distintos, obliteram elementos da trama original e constituem, talvez, as características mais representativas destas rochas.
O presente trabalho relata um estudo comparativo entre gnaisses do tipo “facoidal” ocorrentes na Folha “Baia da Guanabara” (CPRM, 2012). Ele esta baseado em um estudo comparativo entre análises químicas, interpretações petrográficas, e metamórficas, de uma sequência de rochas gnáissicas de pertinentes variações texturais e composicionais, que foi submetida aos efeitos evolutivos de deformação e metamorfismo policíclicos e fusão parcial in situ, com geração de mobilizados graníticos e processo de migmatização associado.
1.2 - Localização da área, Fisiografia e Vias de Acesso
A área estudada corresponde à afloramentos de maciços rochosos ocorrentes em parte da Zona Sul do município do Rio de Janeiro e também em parte da Zona sudoeste do município de Niterói (Figura 1). Encontra-se parcialmente contida em região de preservação ambiental, de caráter permanente, correspondente ao Parque da Serra da Tiririca, em Niterói e Parque Nacional da Tijuca no Rio de Janeiro.
Apresenta relevo de amplitudes contrastantes, do tipo montanhoso, com altitudes que variam até cerca de 800 metros, sendo que as superfícies superiores a 100 metros de altitude correspondem a mais de 70% da totalidade de seus domínios. Este conjunto faz parte de uma feição fisiográfica de grandes dimensões, geomorfologicamente conhecida como Serra do Mar. A área apresenta-se, em grande parte, coberta por mata secundária e subordinadamente por matas primárias localizadas nas cotas mais elevadas. O acesso pode ser feito com relativa facilidade através de malha rodoviária asfaltada, e, secundariamente, por inúmeras vias não asfaltadas, caminhos de eletrificação e trilhas que tendem a facilitar o acesso às porções mais internas dos maciços rochosos.
1.3 – Objetivo
O presente trabalho tem a finalidade de fazer uma comparação geoquímica entre o denominado Gnaisse Facoidal que ocorre na cidade do Rio de Janeiro com o ocorrente na cidade de Niterói. Serão aqui abordadas, para efeito de comparação, a petrografia, as características geoquímicas, as condições de metamorfismo e o ambiente tectônico. Para isso, serão utilizadas duas técnicas: a determinação das associações metamórficas, a partir de estudo petrográfico, e a interpretação petroquímica, para estabelecer as diferenças entre os conjuntos estudados.
1.4 – Justificativa do Estudo
O conjunto de rochas abordado nesse estudo corresponde aos mais importantes afloramentos de maciços rochosos nos limites do contorno da Baia da Guanabara. Considerando os avanços feitos no entendimento da geologia da cidade do Rio de Janeiro nos últimos anos, fica claro que a melhor compreensão da geologia dessa região subsidiará importantes definições tanto a nível estratigráfico e estrutural, quanto petrológico.
2
1.5 - Metodologia
1.5.1 - Etapa InicialNesta etapa foi feito um levantamento dos dados disponíveis sobre a Geologia da região estudada, com levantamento de informações gerais referentes às unidades litológicas, uma revisão bibliográfica e a manipulação de mapas, com a finalidade de utilizar estes resultados como base para a realização do estudo comparativo entre os conjuntos gnáissicos aqui estudados. Também foi realizada, nesta fase, a compilação e a avaliação qualitativa dos dados escolhidos para a posterior interpretação petroquímica.
1.5.2 - Etapa de Laboratório
Nesta fase do trabalho foram realizadas as atividades referentes a obtenção dos dados petrográficos, bem como analisadas e interpretados dados geoquímicos disponíveis na literatura e utilizados neste estudo.
Essa etapa foi realizada integralmente nas dependências do GEP/DG-IA/UFRuralRJ e foi subdividida em três fases:
a) Petrografia
Consistiu no estudo de lâminas delgadas selecionadas do acervo pré-existente. Para a totalidade das amostras estudadas, foram realizadas descrições petrográficas, que permitiram a caracterização das texturas, da composição mineralógica e das associações metamórficas, além de eventual mineralogia reliquiar. O modelo de microscópio utilizado nas descrições foi o Olympus BX-40, do Laboratório de Mineralogia Óptica do Departamento de Geociências da UFRuralRJ. Durante a descrição, foram priorizados os aspectos mineralógicos e texturais, com ênfase nas diferentes associações de minerais metamórficos (identificação e quantificação), e quando possível, a definição de porfiroblastos e de evidências estruturais (primárias e secundárias), geradas por fluxo magmático ou no estado sólido. Essa fase compreendeu, ainda,
3 a confecção de croquis ilustrativos, aquisição de fotomicrografias e contagem modal seguida de classificação em diagramas adequados.
b) Análise Geoquímica
Os dados geoquímicos disponíveis foram plotados em diagramas de variação e caracterização pertinentes ao estudo. Para a confecção foram utilizados os softwares Microsoft Office Excel 2007, NewPet 1987-1994 e CorelDRAW 5.0. Com base nestes dados foi possível comparar aspectos geoquímicos, tectônicos, magmáticos e metamórficos de cada grupo de rochas.
1.5.3 - Etapa de Gabinete
Nessa etapa todos os dados obtidos anteriormente foram trabalhados e interpretados de maneira integrada, para que os objetivos propostos inicialmente fossem atingidos. Essa foi realizada nas dependências do GEP/DG-IA/UFRuralRJ e pode ser caracterizada por: manuseio de equipamentos computacionais, como banco de dados, e de programas específicos para tratamento de textos e imagens (Ms Word 2007, Ms Power Point 2007 e Corel Draw 9.0), interpretações estruturais, metamórficas e petrológicas, realizadas a partir da integração e tratamento dos dados obtidos e, finalmente, a confecção do presente trabalho de graduação.
1.6 – Nomenclatura e Sistemática
Os critérios utilizados na caracterização petrográfica (composicional e textural) dos litotipos nas escalas macro e microscópicas foram:
# Coloração - As amostras dos litotipos estudados apresentam-se principalmente em três cores: cinza, branco e rosa.
# Granulação - A subdivisão da granulação adotada (Quadro 1) foi a sugerida por Hughes (1982):
Granulação
Classificação
<1mm = fina
1mm a 5mm = média
5mm a 30mm = grossa >30mm = muito grossa
# Grau de Cristalinidade - Esse critério foi subdividido em termos adequados para os litotipos metamórficos e magmáticos, seguindo nesta ordem: idioblástico, hipidioblástico e xenoblástico (para material no campo metamórfico), ou idiomórfico, hipidiomórfico, e xenomórfico (quando em texturas reliquiares).
# Texturas - Houve também a necessidade da utilização de terminologia específica que atendesse os critérios de classificação petrográfica dos litotipos metamórficos e magmáticos que seguem respectivamente: textura(s) equigranular, inequigranular, aplítica, inequigranular-porfirítica e pegmatítica e textura(s)-granoblástica, nematoblástica e granoporfiroclástica.
4 # Porfiroclastos - Compreendem grãos minerais (fenocristais ou porfiroblastos), que sofreram modificações de suas formas originais, por efeitos da tectônica ou metamorfismo.
# Texturas reacionais - Correspondem aquelas (magmáticas ou metamórficas), originadas por condições de desestabilização cristal x líquido e cristal x cristal.
# Sequência de cristalização - Foi obtida a partir de critérios clássicos e normalmente utilizados como: idiomorfismo, inclusões, sineusis, relações intergranulares, grãos intersticiais, tendo por base os parâmetros definidos em Shand (1927), Pitcher & Berger (1972) e Heinrich (1980).
# Moda e classificação dos litotipos - Foram obtidas através de metodologia fundamentada nos postulados de Best (1982).
# Classificação Modal - Os valores modais para litotipos tidos como ortoderivados, foram plotados em diagrama QAP, seguindo os padrões internacionais estabelecidos por Streckeisen (1976).
# Índice de cor - Baseado no volume de minerais máficos presentes, foram utilizados os termos:
(0-5%) hololeucocrático (5-10%) leucocrático (10-50%) mesocrático (50-95%) melanocrático (>95%) hipermelanocrático
Para a caracterização e análises geométrica-estruturais, foram utilizados os seguintes termos: # Estruturas primárias - Esse termo foi utilizado com referência a relictos estruturais, gerados a partir de fluxo magmático.
# Estruturas secundárias - Refere-se àquelas estruturas eminentemente geradas por efeitos da deformação e metamorfismo.
# Fluxo magmático - Refere-se ao deslocamento de um fundido, com consequente rotação de corpos cristalinos rígidos, sem a interferência entre cristais para que pudessem causar deformação plástica (estágio com comportamento semelhante à suspensão) (Patterson et al., 1989).
Para a caracterização de eventuais porções migmatíticas dos litotipos metamórficos, a nomenclatura a ser utilizada seria a dos termos puramente descritivos de Mehnert (1968).
Paleossoma - Correspondente à rocha original ligeiramente modificada ou não.
Neossoma - Correspondente ao conjunto (leucossoma e melanossoma), gerados a partir da
modificação estrutural da rocha original
Leucossoma - Porções do neossoma, enriquecidas de material leucocrático, essencialmente
quartzo-feldspático.
Melanossoma - Porções do neossoma, em que há uma maior concentração de minerais máficos
(biotita e hornblenda, etc.) em detrimento a minerais félsicos.
5
Metatexito - Corresponde aquelas porções em que os volumes de fusão parcial são incipientes, onde
porções fundidas e não fundidas podem ser distinguidas petrograficamente (isto é, rocha mãe com metatectitos ± restitos).
Diatexito - Refere-se aquelas porções em que os volumes de fundido são mais significativos,
impossibilitando a distinção entre porções fundidas e não fundidas (fusão completa ou quase completa).Texturas nebulíticas ou quase homófonas e schilierens, são características conspícuas.
Minerais relictos - Minerais pertencentes à rocha protometamórfica (protólito), que não tenham sido
6
Capítulo 2 – Geologia Regional
2.1 - A Faixa Ribeira na região estudada
A área estudada está inserida no segmento central da Faixa Ribeira (Heilbron et al., 2000), que corresponde, em parte, ao Cinturão Móvel Ribeira (Almeida et al., 1973). A Faixa Ribeira (Figura 2) desenvolveu-se em vários episódios de convergência da Orogenia Brasiliana-Panafricana, durante o Neoproterozóico–Cambriano, com últimos estágios no Ordoviciano Inferior (Heilbron et al., 2008).
A compartimentação tectônica da Faixa Ribeira, estabelecida para o seu segmento central (Figura 3), compreende quatro terrenos tectono-estratigráficos: Ocidental, Oriental, Paraíba do Sul/Embú e Cabo Frio (Heilbron et al., 2000, 2004, 2009, Trouw et al., 2000). Nesse setor, os dois primeiros são separados por uma zona de cisalhamento complexamente redobrada, o Limite Tectônico Central (ou CTB – Central Tectonic Boundary); que apresenta mergulhos subverticais a moderados para NW na porção centro-sul do estado, e mergulhos para SE na porção noroeste. Os três primeiros terrenos foram amalgamados entre ca. 605 e 570 Ma. (Machado et al., 1996; Heilbron & Machado, 2003). Tardiamente, o Terreno Cabo Frio foi acrescionado ao final da colagem orogênica, em ca. 530-510 Ma (Schmitt et al., 2005). O Terreno Ocidental corresponderia à paleoplaca inferior (Placa Sanfranciscana), e o Terreno Oriental à placa superior, na qual se instalou o Arco magmático Rio Negro, responsável pela colisão Arco/Continente. À Leste, por trás do Terreno Oriental, o fechamento do espaço back-arc resultou na colisão com a paleoplaca do Terreno Cabo Frio (Valeriano et al., 2012).
O segmento central da Faixa Ribeira evoluiu durante o segundo estágio orogênico do Brasiliano (Trouw et al., 2000). Ele é interpretado como a raiz de um orógeno colisional neoproterozóico profundamente erodido (Heilbron, 1995), com três associações de expressão regional: 1) embasamento paleoproterozóico/arqueano; 2) cobertura sedimentar deformada meso a neoproterozóica com episódios magmáticos; 3) granitóides gerados durante a Orogênese Brasiliana (635-480 Ma). Heilbron et al., (1998) definiram os terrenos Ocidental e Oriental para o seguimento central da Faixa Ribeira. O primeiro corresponde à margem passiva retrabalhada do Craton São Francisco, sendo compreendido pelas unidades litotectônicas Andrelândia, Juiz de Fora e Paraíba do Sul. O terreno oriental é onde se localiza a área de estudo precisamente, sendo formado por três escamas tectônicas (Heilbron & Machado 2003), listadas abaixo da base para o topo, seguindo uma seção NW–SE:
a) Domínio Cambuci – composto por granada-biotita gnaisses com lentes de mármores e
calcissilicáticas, onde os protólitos sedimentares destas rochas são interpretados como depósitos de ambiente tipo bacia ante-arco.
b) Domínio Costeiro – representa o ambiente onde se instalou o arco magmático da Faixa Ribeira,
denominado de Arco Magmático Rio Negro, sendo constituído também por paragnaisses pelíticos ricos em intercalações de quartzitos e de calcissilicáticas. Os ortognaisses do Complexo Rio Negro têm afinidade calcialcalina e composição que varia de tonalítica até granítica, com enclaves dioríticos e gabróicos. Os dados geoquímicos e isotópicos sugerem pelo menos dois estágios de desenvolvimento do arco magmático. O mais antigo data cerca de ca. 790 Ma, e o mais recente de ca. 635–620 Ma (Heilbron & Machado, 2003; Tupinambá et al. 2000). Os dados isotópicos demonstram dois diferentes grupos, indicando uma evolução progressiva de um arco intra-oceânico para um arco do tipo cordilheirano (Heilbron et al., 2005).
c) Domínio Italva – composto de uma sucessão metassedimentar de baixo grau, rica em rochas
carbonáticas plataformais e interpretada como depositada em uma margem passiva ou em um ambiente de bacia retro-arco. A época de deposição dessa sucessão é indicada pelas idades U–Pb de ca. 840 Ma,
7
Figura 2 - Compartimentação tectônica da Região SE brasileira (dados de Heilbron et al., 2004, 2009; Tupinambá et al., 2007 ;
Schmitt et al., 2005). Legenda para os terrenos da Faixa Ribeira: 8 e 9 – Domínios Andrelândia e Juiz de Fora do Terreno Ocidentall;
10- Terreno Paraíba do Sul; 11 e 12 – Terreno Oriental, com o Arco Magmático Rio Negro discriminado (11); 13 – Terreno Cabo Frio.
Figura 3 - Seção estrutural do Orógeno Ribeira com a relação entre os diferentes terrenos e domínios estruturais. Legenda:
Terreno Ocidental (1-6): 1 a 3 – Megassequência Andrelândia nos domínios Autóctone, Andrelândia e Juiz de Fora; Terreno Ocidental (4-6): Associações do embasamento (Complexos Barbacena, Mantiqueira e Juiz de Fora; Terreno Paraíba do Sul (7-8): 7 – Grupo Paraíba do Sul, 8 – Complexo Quirirno; Terreno Oriental (9-13): 9 – Sequência Cambuci, 10 – Sequência Italva, 11 – Sequência Costeiro, 12 – Arco Magmático Rio Negro, 13 – Granitos colisionais; Terreno Cabo Frio (14-15): 14 - Sequência Búzios e Palmital, 15 – Complexo Região dos Lagos (Figura extraída de Heilbron et al., (2004)).
8 A deformação principal do Terreno Oriental é caracterizada por dois episódios tectônicos progressivos. O primeiro é representado por uma xistosidade de baixo ângulo subparalela ao bandamento, superposta por uma foliação plano-axial relacionada a dobras isoclinais. Todos os dados U–Pb disponíveis para granitos sin-colisionais e de minerais metamórficos caem dentro do intervalo entre 580–550 Ma (Heilbron & Machado, 2003; Silva et al., 2005; Tupinambá et al., 2000).
O Terreno Cabo Frio é constituído de duas principais unidades estratigráficas (Heilbron et al., 1982): a) ortognaisses paleoproterózoicos (ca. 1.9 Ga) com anfibolitos associados (Schmitt et al., 2004); e b) um conjunto mais novo, formado por sucessão metassedimentar de alto grau, composta de paragnaisses pelíticos a psamíticos com lentes de anfibolitos e calcissilicáticas. Datações U–Pb (SHRIMP) de zircões detríticos revelam fontes arqueanas (ca. 2.5 Ga), paleoproterozóicas (ca. 2.0 Ga) e neoproterozóicas (ca. 1.0 Ga e 800–600 Ma) (Schmitt et al., 2003). Baseados em datações, localização geográfica e composição litológica (pelitos, carbonatos e basaltos) dessas sucessões, (Heilbron & Machado 2003) sugerem que a sedimentação dessa unidade pode estar associada a uma bacia retro-arco neoproterozóica, relacionada ao arco magmático Rio Negro (Terreno Oriental).
O Terreno Cabo Frio colidiu com os outros três terrenos entre 530–510 Ma. Tal episódio cambriano tem sido referido como Orogenia Búzios (Schmitt et al., 2004) e gerou importantes estruturas de baixo ângulo no Terreno Cabo Frio, destacando as grandes dobras isoclinais (Heilbron et al., 1982). Esse último episódio tectônico também resultou na superposição de dobramentos e de zonas de cisalhamento destrais, que afetaram todos os terrenos previamente amalgamados (Oriental, Paraíba do Sul, Embu e Ocidental). Um exemplo é a Zona de Cisalhamento de Além Paraíba (Campanha, 1981), de centenas de quilômetros de extensão e com uma espessa faixa milonítica.
2.2 - Aspectos Gerais da Geologia da Folha Baía da Guanabara
2.2.1 – Introdução
As rochas gnáissicas e graníticas da Cidade do Rio de Janeiro e de seus arredores têm despertado, por conta da sua peculiar morfologia de “pães-de-açúcar”, o interesse de muitas gerações de pesquisadores, geólogos ou não.
Desde os primeiros trabalhos realizados (localizados já na metade do século XIX), até os dias de hoje, o conhecimento acerca da geologia destas rochas vem sendo desenvolvido gradativamente.
Entretanto, só a partir do início do século XX, com os estudos mais acurados de caracterização petrográfica, estrutural e metamórfica, realizados inicialmente por Paes Leme (1910 e 1930) foi que, as rochas gnáissicas da Cidade do Rio de Janeiro, incluindo os tipos facoidais, tiveram suas questões estratigráficas e evolutivas abordadas.
2.2.2 - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro
Os primeiros trabalhos de detalhe referentes à geologia da cidade estão em Lamego (1937), que apresentou a “Teoria do Protognaisse”, sugerindo que o plagioclásio gnaisse (protognaisse) era uma relíquia da crosta arqueana que, ao passar por vários estágios metamórficos, deu origem aos demais gnaisses encontrados na região. Em Lamego (1938), o mesmo autor publica as primeiras observações detalhadas da estrutura do Pão de Açúcar definindo duas fases de dobramento e descreve a Falha da Guanabara, uma falha normal preenchida por diabásio, que teria condicionado o canal de entrada da Baía de Guanabara. Posteriormente, em Lamego (1948), ele publica o primeiro trabalho de cartografia de maior detalhe da cidade e suas adjacências: a Folha da Guanabara (em escala 1:100.000) no qual são discutidos dados cartográficos, estratigráficos e estruturais
.
Helmbold et al., (1965) apresentam o mapeamento geológico de semi-detalhe em escala 1:50.000, para as folhas Baía da Guanabara, Santa Cruz e Vila Militar, que recobrem a totalidade da área do então
9 Estado da Guanabara. Este mapa é de fundamental importância para a geologia do Rio de Janeiro, porque
neste
estudo foi elaborada uma cuidadosa caracterização das unidades mapeáveis, baseadas nas
denominações petrográfico-mineralógicas das rochas.
As rochas foram dividias em duas séries metamórficas: a Série Superior, composta de biotita-gnaisses, microclina- gnaisses, leptinitos e plagioclásio gnaisse; e a Série Inferior com gnaisses homogêneos grossos, desprovidos de granada, mas ricos em Titanita, além de migmatitos com melanossomas anfibolíticos (Porto Jr., 1993).Leonardos (1973) defendeu o ponto de vista de que as rochas que ocorrem na área do município do Rio de Janeiro pertenceriam a um cinturão orogênico denominado Atlantides, com predomínio de dobras recumbentes em associação à falhas normais posteriores que, em muitos casos, obliteram boa parte do padrão regional de deformação.
Valença (1973) resumiu o conhecimento sobre a geologia do antigo Estado da Guanabara descrevendo a Série Superior, como sendo formada por faixas de biotita-plagioclásio-(ortoclásio) - quartzo - granada gnaisses de grande representação e de faixas mais localizadas de gnaisses ricos em sillimanita, cordierita e granada. Essa série é composta por uma sequência mista de microclina gnaisses e plagioclásio gnaisses flanqueia as faixas anteriores. A Série Inferior foi descrita como sendo constituída essencialmente por hornblenda gnaisses graníticos e por migmatitos básicos com intercalações anfibolíticas. Rochas de composição básica a intermediária são representadas por anfibolitos e granodioritos e interpretadas como possíveis constituintes de fases vulcânicas e plutônicas que foram posteriormente metamorfisadas (Valeriano et al. 2012).
Leonardos (1973) e Leonardos & Fyfe (1974) reconheceram e interpretaram duas grandes unidades originadas em ciclos sedimentares diferentes. A mais antiga, de natureza molassóide, hoje metamorfisada, ocorre sob forma de leptinitos, gnaisses graníticos e migmatitos, que foi denominada de Grupo Pão de Açúcar; e uma mais jovem, rica em pelitos e sedimentos carbonáticos e quartzosos, que ocorre sob forma de sillimanita-cordierita gnaisses, quartzitos e rochas calcissilicáticas, denominada de Grupo Sepetiba. Caracterizaram ainda vários tipos graníticos, mobilizados e/ou autóctones, intrusivos ou ainda associados aos gnaisses. Os tipos identificados variam de migmatitos graníticos a gnaisses tonalíticos, adamelitos, granitos grossos, quartzo dioritos, granodioritos finos e granitos médios e aplíticos (Valeriano et al. 2012).
Pires et al. (1982) discriminaram três séries distintas de tipos graníticos na área do município do Rio de Janeiro, as quais denominaram de "Ancient Granites, Older Granites Series and Younger Granites Series". A penúltima destas séries foi definida como sendo formada pelo granodiorito Governador e pelo tonalito Grajaú, enquanto a última foi definida como formada pelos granitos Utinga, Favela, Rosa e Allanita. Penha (1984a) deu o passo inicial para o desenvolvimento dos estudos que atualmente se realizam no Maciço da Pedra Branca, definindo-o como uma intrusão possivelmente zonada, tendo em seu centro rochas de composição tonalítica e em suas bordas rochas de composição granítica. Porto Jr. e Valente (1988) apresentaram estudo sobre as rochas da região do Morro do Sandá, a partir do qual é caracterizada e formalizada a existência do Granito Pedra Branca.
A Cidade do Rio de Janeiro se insere no que Heilbron et al. (1998) definem como Segmento Central da Faixa Ribeira, um orógeno colisional de idade neoproterozóica/cambriana, muito erodido, apresentando embasamento paleoproterozóico/arqueano, cobertura sedimentar deformada meso a neoproterozóica com episódios magmáticos e granitóides gerados durante a orogênese Brasiliana (635-480 Ma)
O Terreno Oriental apresenta ortognaisses tonalíticos a granodioríticos, gnaisses leucograníticos, corpos quartzo- dioríticos que compõem o Complexo Rio Negro. O quadro litológico é completado por ortognaisses granodioríticos, que intrudem esse complexo, e rochas metassedimentares de alto grau que correspondem ao Grupo Paraíba do Sul e corpos de rochas graníticas não foliadas (Mattos 2007).
10
2.2.3 – Aspectos da Geologia Estrutural da Cidade do Rio de Janeiro
Atualmente, para a região são reconhecidas três fases de deformação dúctil (Dn+2, Dn+1 e Dn), essas
fases vêm sendo melhores definidas a partir do mapeamento de Helmbold et al. (1965), com algumas modificações do que foi proposto por Lamego (1938). A geologia estrutural dessa região é estudada mais recentemente nos trabalhos de Valeriano & Magalhães (1984), Silva & Silva (1987), Pires & Heilbron (1989) e Silva et al. (1991).
Valeriano & Magalhães (1983), fizeram mapeamento geológico estrutural da área do Pão de Açúcar e adjacências, produzindo um mapa na escala 1:5.000 e identificaram e caracterizaram as unidades mapeáveis com suas relações de contato , reconhecendo três fases de deformação dúctil ( Dn+2, Dn+1 e Dn)
assim como falhamentos e fraturamentos rúpteis pós Dn.
A última fase de deformação dúctil produziu dobras abertas com eixo caindo em torno de 30o para
ESSE, e planos axiais mergulhando em torno de 70o para NNE. Associado a essas fases ocorrem zonas de
cisalhamento dúcteis, onde se alojaram corpos de pegmatito e de granito nos planos de cisalhamento. A penúltima fase Dn+1 também produziu dobras e zonas de cisalhamento, sendo as primeiras fechadas a
isoclinais (Valeriano & Magalhães, 1983), com os eixos das dobras de mergulhando suavemente para NE ou SW, com superfícies axiais sub-horizontais, estando essas dobras associadas às zonas de cisalhamento dúcteis (Pires & Heilbron, 1989). As zonas de cisalhamento possuem a mesma orientação dos planos axiais das dobras geradas na mesma fase e são dobradas por Dn+2. A primeira fase de deformação Dn foi
responsável pelo desenvolvimento da xistosidade principal, da orientação dos megacristais e de algumas lineações pré-Dn+1. O autor não afirma que essa seja a primeira fase, mas sim a mais antiga reconhecida.
Silva & Silva (1987) realizaram mapeamento geológico-estrutural da Serra da Carioca, com análise estrutural, interpretações petrográficas e caracterizaram o metamorfismo atuante na região. Nesse trabalho, as sequências de rochas gnáissicas pré-cambrianas foram dividias em três unidades (ortognaisses, biotita-gnaisses e leptinitos), que apresentam caráter polimetamórfico situado na transição anfibolito alto-granulito, com intensa mobilidade de fluídos. Junto a processos de migmatização e de anatexia, que geraram mobilizados graníticos, três fases de deformação sucessivas afetaram toda a sequência.
2.2.4 - Geologia da Cidade de Niterói
Esta porção do estado do Rio de Janeiro insere-se no domínio crustal do Segmento Central da Faixa Ribeira, denominado Domínio Costeiro, onde são comuns sequências orto e paragnáissicas, constituído principalmente por ortognaisses, migmatitos e granitóides sin-, tardi- e pós- tectônicos. Na região de Niterói, esses ortognaisses são representados por rochas granitóides bastante deformadas por um tectonismo dúctil/rúptil, a Zona de Cisalhamento Dúctil de Niterói (Hippert,1990), que afetou rochas graníticas em quase todo esses município.
Os trabalhos pioneiros que abordam a geologia de Niterói são poucos e não estão relacionados a levantamentos geológicos sistemáticos. Entre eles, destacam-se em particular, os de Alberto Ribeiro Lamego, que abordam a geologia de Niterói. São dele as mais importantes contribuições acerca da conformação litológica e estrutural da área, publicadas na primeira metade do século passado (Lamego,
1937 & 1945), sintetizadas em Lamego (1964) e que, até os presentes dias, estão de certa forma, ajustadas
nas descrições e distribuição espacial das litologias ocorrentes na cidade de Niterói.
Lamego, em seus trabalhos, apresenta várias seções geológicas e descrições petrográficas do gnaisse lenticular e do biotita gnaisse, publicando, em 1945, informações importantes da geologia de Niterói, aceitas até os presentes dias, e modelos sobre a tectônica atuante na Baía de Guanabara. Décadas depois, Kishida (1969) assinala e descreve o Plúton de Niterói, tido como o principal elemento geológico do município.
A região é constituída principalmente por rochas granito-gnáissicas, pré-cambrianas, caracterizadas pela presença de megacristais de K-feldspato (Hippert, 1990). O mesmo autor divide as rochas de Niterói
11 em três conjuntos litológicos, diferenciados quanto à composição mineralógica e/ou à intensidade de gnaissificação. São eles: granodiorito porfiroblástico, gnaisse granodiorítico e gnaisses graníticos.
Hippertt (1990) identificou a ocorrência de paragnaisses aluminosos (biotita-gnaisse e Kinzigitos) e denominou a Zona de Cisalhamento Dúctil de Niterói. Trata-se de uma faixa de rochas miloníticas com mais de dez quilômetros de largura, caracterizada por uma foliação milonítica de direção que varia entre N40-70E e está disposta paralelamente ao alinhamento da zona. Apresenta ainda uma contribuição à geologia e petrologia dos 'augen' gnaisses ou gnaisse facoidal de Niterói, abordando principalmente os processos deformacionais e feições indicativas de sua deformação dúctil, a partir de rochas graníticas não deformadas e sob condições metamórficas de médio a alto grau, com a presença de fenômenos metassomáticos com aporte de potássio, responsável pelo desenvolvimento de megacristais de feldspato ou porfiroblastos (augen).
Logo após, Machado (1997) descreve a litogeoquímica e tectônica dos granitóides Neoproterozóicos do estado, assinalando o maciço de Niterói, formado por um granitóide de composição expandida, granodiorítica a tonalítica e granítica, e localmente charnockítica. A colocação dessas rochas na crosta deu-se em condições metamórficas de transição entre fácies granulito e anfibolito, apredeu-sentando idade Rb/Sr de 537 Ma para o gnaisse facoidal. Posteriormente, Penha et al. (2001) definiu e mapeou em escala de detalhe (1:20 000) o granito Itacoatiara, ocorrente em partes dos municípios de Maricá e Niterói.
Como trabalho de mapeamento geológico sistemático, que abrange todo o município de Niterói, temos aquele representado pelas cartas geológicas de semi-detalhe (1:50.000), executadas através do Projeto Carta Geológica do Estado do Rio de Janeiro, do Departamento de Recursos Minerais (DRM), do Governo do Estado. Através desse projeto, foi mapeado o bloco Baía de Guanabara – folhas Baía de Guanabara, Itaboraí, Saquarema e Maricá, com o relatório final (texto e mapas) apresentado pelo DRM/Geomitec em 1981.
O arranjo estrutural observado nas rochas aflorantes na região foi gerado pela superposição de três diferentes eventos tectônicos, a saber:
1) Evento Brasiliano (580 - 480 Ma): foi responsável pela formação da maior parte das rochas em condições elevadas de temperatura e pressão, ou seja, a grandes profundidades (~ 25 a 30 km), e pela deformação dúctil destas rochas gerando a foliação metamórfica e dobramentos (Heilbron et al., 2000);
2) Evento Atlantiano – Fase I (130 Ma): este evento associado à separação dos continentes Sul-Americano e Africano, formação do Oceano Atlântico Sul e das bacias da margem continental (Schobbenhaus et al., 1984) foi responsável, na área de estudo, pela intrusão de diques e veios de diabásio e pela formação de parte do fraturamento encontrado;
3) Evento Sul-Atlantiano – Fase II (80-5 Ma): responsável por grandes modificações na paisagem, com a formação da Serra do Mar, dos grábens da Guanabara e do Paraíba do Sul, de bacias sedimentares continentais como Macacu e Taubaté e por um intenso vulcanismo alcalino (Schobbenhaus et al., 1984; Ferrari, 2001). Na área de estudo, este evento gerou o relevo observado e foi acompanhado de novo fraturamento.
Durante o longo intervalo de tempo entre os eventos
1
e 2 (~ 350 Ma) a região sofreu contínua denudação que levou à retirada, por erosão, de um pacote de rochas de pouco mais de 20 km de espessura. Desde o Evento 2 estima-se que um pacote de rochas de pouco mais de 5 km de espessura tenha sido erodido. O contínuo processo de denudação e o consequente alívio de carga litosférica, também propiciaram a formação de fraturas de alívio subparalelas à superfície do terreno.Dentre as estruturas presentes na área, são separadas as dúcteis, dúcteis-rúpteis e rúpteis. Considera-se que as duas primeiras foram formadas no evento 1 e as rúpteis nos eventos posteriores.
12
Capítulo 3 – O Ortognaisse Facoidal
3.1 - O Gnaisse Facoidal: Histórico
O denominado gnaisse facoidal é a rocha com características mais expressivas que ocorre no entorno da Baia da Guanabara e, portanto, das cidades do Rio de Janeiro e Niterói (figura 4). A topografia da região é controlada, em grande parte, pela sua presença. Essa rocha foi utilizada como ornamento e material de construção em diversas construções históricas.
Sua beleza e exuberância foram descritos desde o século XVI, com a chegada dos portugueses à Baía de Guanabara. A vinda da Família real portuguesa para o Rio de Janeiro, em 1808, promoveu o aumento da investigação científica, em geral, por naturalistas europeus financiados pela nobreza. Todos esses relatos tiveram caráter puramente descritivo até o início do século XIX. Muitos desses naturalistas registraram o profundo impacto que a paisagem da Baía de Guanabara exerceu sobre eles (Mansur et al., 2008).
No ano de 1829, as primeiras rochas da cidade já haviam sido descritas por Caldcleugh, que notou “... a presença de granitos e gnaisses nas partes mais elevadas da cidade”. Os estudos geológicos mais específicos sobre o Rio de Janeiro começaram a ser realizados pelo Barão de Von Eschewege, que, em 1831, publicou seus primeiros estudos referentes a uma seção geológica que ia da Baía da Guanabara até a cidade mineira de Uberaba (Valeriano et al., 2012).
Em 1895, foi publicada, por Rossiter Worthington Raymond, em Nova York, uma nota referente à estrutura do augen-gnaisse do Rio de Janeiro. Em 1896, foi a vez de James Furman Kemp descrever o gnaisse da Pedreira da Glória em uma nota em inglês, divulgada em Rochester (Valeriano et al., 2012).
Everardo Backheuser apresenta em 1926, o primeiro mapa da geologia referente à área do Distrito Federal. Posteriormente, em 1946, ele publica contribuições sobre a análise do descascamento esferoidal (em “cascas de cebola”) das rochas gnáissicas da Cidade, estudos sobre os granitos dos subúrbios do Rio de Janeiro e uma discussão a respeito da formação não só da restinga da Marambaia como também de todo o litoral carioca. Em 1949 ele faz referências à geologia da Cidade nos Anais do X Congresso Brasileiro de Geografia (Valeriano et al., 2012).
Alberto Betim Paes Leme, pesquisador do Museu Nacional, que publicou, ainda em 1910, estudos geológicos de parte do Distrito Federal e, em 1912, dos gnaisses da Cidade onde discute a origem das rochas da cidade e apresenta soluções inovadoras, abordando o conceito da tectônica de placas, o que era muito recente para o estágio de conhecimento geológico do período (Paes Leme, 1910). Em 1930, Paes Leme refere-se aos gnaisses como “gnaisses porfiróides” e ,em 1943, apresenta uma nota explicando a formação geológica do antigo Distrito Federal (Paes Leme, 1930).
Octávio Barbosa publicou, em 1935, nos anais da Escola de Minas de Ouro Preto, uma nota sobre as rochas da Cidade do Rio de Janeiro. Nesses mesmos anais também está um trabalho realizado em co-autoria com Djalma Guimarães e Henrique Capper Alves de Souza em que descrevem petrograficamente as rochas do Distrito e imediações. No ano de 1938, Barbosa apresenta uma contribuição ao estudo da gênese dos gnaisses da Cidade na Academia Brasileira de Ciências (Valeriano et al., 2012).
Alberto Ribeiro Lamego publica, em 1937, a Teoria do Protognaisse, sugerindo que o plagioclásio gnaisse (protognaisse) deveria ser considerado como uma relíquea da crosta arqueana primitiva, que ao passar pelos vários estágios metamórficos, daria origem a todos os gnaisses da região (Lamego, 1937). No ano seguinte o mesmo estudou cuidadosamente as escarpas da região. Em 1948 e em 1954, ele descreve essas rochas como “gnaisse lenticular” (Cavalcanti, 1990).
13 Figura 4 - Entorno da Baia da Guanabara tem sua topografia controlada em boa parte pelo ortognaisse facoidal.
Figura 5a - Gnaisse facoidal
usado com elemento estrutural em construção
Figura 5b - Gnaisse facoidal usado com elemento de fachadas
14
O lançamento domapa de Hembold et al. (1965), produziu o primeiro mapeamento de semi-detalhe
(escala 1:50.000) para parte da região aqui abordada. Nesse trabalho o Gnaisse Facoidal ficou estabelecido com sendo constituinte da Série Superior.
Silva (2000) denominou o Gnaisse facoidal como granitos Pão de Açúcar e Corcovado, apesar de não dividi-las quanto à características petrográficas, texturais ou químicas. Também realizou datações pelo método U-Pb utilizando o SHRIMP, e obteve idades de 559 + 4 Ma para essas rochas.
3.2 - O Gnaisse Facoidal: caracterização geológica
Na região, o Gnaisse Facoidal é um conjunto litoestratigráfico representado geomorfologicamente, pela presença de morros e serrotes com afloramentos rochosos no topo e ao longo de algumas vertentes, escarpadas ou não. Apresenta fraturas e juntas de alívio (descompressão) nas exposições do maciço rochoso, e matacões de tamanho e forma variadas espalhados pelas encostas.
Normalmente apresenta solo residual saprolítico pouco espesso, de natureza areno-argilosa, e colúvio/tálus localizados. Suas melhores exposições ocorrem em afloramentos rochosos em sopé dos morros e em antigas pedreiras.
Quando fresca, trata-se de uma rocha de coloração laranja-acinzentada, com cristais centimétricos a decimétricos rosados/alaranjados a esbranquiçados de feldspato potássico. Esses grãos quase sempre estão amendoados ou oftálmicos (típicos facóides), subeuedrais, dispersos e orientados em uma matriz escura, biotítica, normalmente de grãos de fino a médio, onde se constata a presença de fitas de quartzo, além da presença aleatória de aglomerados de granada em cristais de diversos tamanhos. Apresenta diversos graus de milonitização devido a zonas de cisalhamento de diversos portes (métrica a kilométrica) e em algns casos, transiciona para domínios com zonas charnockíticas.
São comuns inclusões de tamanhos e formas variadas, geralmente lenticulares, de rochas dioríticas, gnáissicas e leptiníticas, orientadas segundo a foliação. Também são frequentes produtos remobilizações quartzo feldspáticas, sob a forma de veios e bolsões pegmatito, de granito cinza-rosa e de quartzo.
3.3 - O Gnaisse Facoidal: Principais áreas de ocorrência
A região de ocorrência do Gnaisse Facoidal (Figura 6)abrange áreas nos municípios do Rio de Janeiro,
de Niterói, de São Gonçalo e de Maricá. No primeiro, encontram-se as exposições e os afloramentos mais representativos, tanto em termos litológicos como estruturais (Cavalcanti 1990). Os principais afloramentos estão concentrados na zona sul da cidade do Rio de Janeiro (Urca, Copacabana, Ipanema e Gávea), no centro da cidade e em Jacarepaguá Hippertt, (1990).
Em termos de volume de ocorrência, o Gnaisse Facoidal é mais representativo na cidade de Niterói, onde essa rocha ocorre sob a forma de um corpo semi-elíptico com direção NE-SW, que ocupa quase a totalidade do município de Niterói, grande parte do de São Gonçalo e a parte Oeste de Maricá (Hippertt, 1990). Em comparação à cidade do Rio de Janeiro, nesses lugares há um aumento na intensidade das alterações intempéricas e uma descaracterização das suas feições geológicas (Cavalcanti (1990).
3.4 - O Gnaisse Facoidal: Petrografia
Para a caracterização petrográfica foram analisadas 6 lâminas delgadas (Q-07, Q-10, Q-11, Q12, Q-14
e RS-06). Optou-se pela classificação pelo diagrama QAP Streckeisen (1976), por se tratarem de rochas
ortoderivadas. Para a obtenção dos valores modais, foram feitas estimativas visuais com no mínimo 10 visadas de campos distintos para cada seção delgada. Os valores obtidos foram recalculados para 100% e plotados no referido diagrama.
A seguir será feita a descrição petrográfica dos 3 litotipos individualizados a partir das 6 lâminas analisadas , sendo o primeiro uma rocha com megacristais de K-Feldspato, a segunda possui megacristais
15
17 de plagioclásio e a terceira, é uma rocha com megacristais de microclina com epidoto. Nos anexos encontram-se as descrições completas das 6 lâminas estudadas.
Gnaisse Facoidal tipo 1
A rocha é holocristalina, hololeucocrática (2% até 5% de máficos), inequigranular seriada, com granulação variando de fina a grossa. Possui textura granoblástica (figura 7) (Q-07, Q-10, Q-11 e Q-12), poiquiloblástica (Q-10) e nematoblástica (Q-11) (figura 8). A composição mineralógica da rocha é dada por:
minerais essenciais: microclina, plagioclásio, quartzo, biotita e muscovita; minerais acessórios: apatita,
zircão, titanita e muscovita; e secundários: minerais opacos, clorita e muscovita. O bandamento metamórfico individualiza bandas ricas em material máfico (biotita, + granada, + clorita e opacos) e outra rica em félsicos (microclina, plagioclásio e quartzo).
Ocorrem duas gerações de microclina, sendo a primeira constituída por grãos subédricos que variam de médio a grosso com a maioria apresentando geminação tartan bem definida, mas em alguns casos incipiente. Esses grãos costumam apresentar-se como megacristais poiquiloblásticos/porfiroblásticos, com inclusão de grãos de plagioclásio reliquiar muito alterado com bordas reacionais (figura 10). Evidenciando o processo de blastése K-feldspática, a que a rocha foi submetida durante o metamorfismo. Esses megacristais de microclina tendem a ser micropertíticos (figura 9) e também é muito comum o preenchimento das fraturas por carbonato ou por outro componente mais albítico. Observaram-se inclusões de grãos de plagioclásio (comumente saussurtitizados e com bordas reacionais), quartzo, biotita e zircão, assim como bolhas de quartzo.
A segunda geração de microclina é caracterizada por grãos que variam de fino a médio, anédricos a subédricos e com geminação difusa (figura 11). Essa geração é caracterizada por não possuírem textura poiquiloblástica. Entretanto, o processo de substituição persiste e continua apresentando bordas zonadas nas poucas inclusões/relitos.
Os grãos de plagioclásio podem ser divididos em quatro gerações, sendo a primeira constituída por grão anédricos (tendendo a arredondados), finos a médios, saussuritizados e sem geminação aparente. Essa geração é a que ocorre na forma de grãos reliquiares (com ou sem bordas reacionais) e são os grãos de plagioclásio mais alterados da rocha (figura 12).
A segunda geração de plagioclásio é formada por grãos subédricos, fino a médio com geminação polissintética da lei da albita bem definida. Esses são os que estão menos saussuritizados e possuem raras inclusões. As bordas reacionais são menos espessas, sendo esses os que menos sofreram o processo de K-feldspatização durante o metamorfismo (figura 13).
A terceira geração é geralmente mais tardia que se forma nas bordas reacionais/inclusões de grãos de k-feldspato e plagioclásio mais antigo, essa possui coloração branca acinzentada e não possui geminação. A quarta forma de ocorrência é nas porções mirmequitizadas, também de composição mais sódica.
Os grãos de biotita são subédricos a euédricos, finos a médios e apresentam pleocroísmo intenso. A cor natural varia de marrom claro a verde. Com nicóis cruzados, comumente é observado a presença de “bird eyes”. Esses grãos ocorrem em bandas associados à granada, a clorita, a muscovita e a minerais opacos. Pode estar associada também a apatita, zircão e titanita. Na lâmina Q-14, que apresenta a textura lepidoblástica propriamente dita, a biotita encontra-se inalterada, já nas demais está sendo cloritizada. A principal forma de ocorrência de grãos de quartzo presente neste litotipo é em grãos que variam de médios a grossos, anédricos e na maioria das vezes com extinção ondulante (figura 14). Esse mineral tem textura poiquiloblástica e pode apresentar padrão de embainhamento e interfinger (figura 15), incluindo a maioria dos outros minerais presentes, como plagioclásio, biotita, e menos comumente, K-feldspato. Uma segunda forma de ocorrência possui granulação variando de fina a média e que não interagem tanto com
18 os feldspatos, sem apresentar embainhamento ou interfinger. A terceira forma são os grãos dispostos nas bolhas de quartzo presentes na maioria dos feldspatos.
Figura 7 - Textura granoblástica. Figura 8 - Textura lepidoblástica.
Figura 9 – Megacristas de microclina pertíticos e com
preenchimento das fraturas por carbonato.
Figura 10 - Núcleo preservado de plagioclásio com bordas
zonadas.
19 Gnaisse Facoidal tipo 2
O segundo litotipo estudado é caracterizado pela lâmina Q-11. Trata-se de uma rocha hololeucocrática (5% de máficos) com textura lepidoblástica (figura 16). A composição mineralógica da rocha é dada por: plagioclásio, microclina, quartzo, biotita e muscovita. Os minerais acessórios são zircão e apatita e os secundários são minerais opacos.
Os megacristais de plagioclásio são grãos subédricos, grossos e que apresentam geminação polissintética da leia da albita (ou pode estar alterada). Quando estão alterados, esses perdem a geminação e apresentam saussurita, carbonato, plagioclásio (de composição albítica) e sílica. Os contornos desses grãos também apresentam saussuritização e podem ser transicionais e/ou zonados. Possuem inclusões de microclina, plagioclásio e biotita (figura 17).
A segundageração de plagioclásio é composta por grãos anédricos a subédricos, que variam de fino
a médio. Esses encontram-se muito saussuritizados e sem geminação polissintética aparente. Apresentam contatos transicionais, bordas alteradas e possuem raras inclusões de biotita (usualmente fina e subédricas a euédrica) e bolhas de quartzo. A terceira geração está disposta nas bordas zonadas, de coloração branca
Figura 12 - Inclusão de grão de microclina em grão de Pla-
gioclásio. Figura 13 – Grão de plagioclásio incluso em microclina.
Figura 14 - Grãos de quartzo com extinção ondulante. Figura 15 - Grão de quartzo apresentando embainhamento.
20 acinzentada e a quarta geração ocorre como produto das mirmequitas, nesse caso associado ao quartzo e, portanto, mais tardia.
Os grãos de microclina que ocorrem nesta rocha são subédricos a anédricos e de granulação fina. Esses possuem geminação tartan e o contato com os grãos de plagioclásio são transicionais e podem estar saussuritizados e com presença de carbonato. Alguns grãos ocorrem inclusos nos megacristais de plagioclásio, em grãos de quartzo e possuem, por vezes, raras inclusões de biotita.
Os grãos de quartzo variam de médio a grosso e são anédricos. Podem apresentar textura poiquiloblástica englobando grãos de microclina, biotita, zircão e plagioclásio. Os grãos maiores estão isentos de deformação. Também ocorrem grãos de quartzo anédricos de granulação fina a média que possuem uma leve extinção ondulante. Seus contornos são marcados por embainhamento e interfinger.
A biotita presente está disposta em grãos subédricos a anédricos que variam de fino a médio e estão associados a minerais opacos. O hábito é tabular ocorrendo prioritariamente em bandas máficas, logo textura lepidoblástica. Também podem ser observados bird eyes em superfícies mais rugosas. A apatita e zircão ocorrem de forma acessória nesses agregados máficos, são de granulometria fina e subédricos a anédricos. A rocha passou por um processo de muscovitização, onde juntamente com opacos, esses minerais são produto da substituição da biotita.
Gnaisse Facoidal tipo 3
Esse litotipo é observado na lâmina RS-06. É uma rocha hololeucocrática (1% de máficos) com granulometria variando de média a grossa e apresentando textura granoblástica (Figura 18). A composição mineralógica da rocha é dada por: plagioclásio, microclina, quartzo e biotita (eventual) como constituintes essenciais. Completam a composição mineralógica: zircão, apatita e minerais opacos e os minerais secundários são epidoto e muscovita.
Os grãos de microclina são subédricos, variam de fino a grosso e podem ser divididos em duas gerações. Na primeira, os grãos variam de médio a grosso, com geminação tartan e carlsbad. Esses são os megacristais da rocha que por vezes são micropertitícos e com fraturas preenchidas por carbonato. Possuem poucas inclusões de quartzo e o que podem ser relictos de grãos alterados de plagioclásio. A segunda geração é formada por grãos de fino a médio, com geminação incipiente e que interagem com menos intensidade com os grãos de plagioclásio, corroendo-os.
Os grãos de plagioclásio também podem ser divididos em duas gerações, sendo a primeira formada por grãos anédricos a subédricos, finos a médios e estão completamente alterados, substituídos por carbonato, epidoto, sílica e plagioclásio albítico. A segunda geração ocorre como grãos subédricos, médios, porém com geminação polissintética da lei da albita aparente e bordas zonadas também alteradas.
O quartzo presente na rocha está disposto em grãos de médio a grosso, anédricos e apresentam embainhamento nos seus contornos. Esses encontram-se límpidos e isentos de deformação, também são observadas inclusões de plagioclásio e microclina.
A biotita é de granulação fina e ocorre em volume muito restrito, sendo observados poucos grãos que se encontram próximos a plagioclásio e alterando para clorita e minerais opacos. O epidoto tem sua forma arredondada, é de granulação fina, hábito arredondado, pleocróicos variando de amarelo
21
3.5 - O Gnaisse Facoidal: Aspectos estruturais e do metamorfismo
A foliação observada no gnaisse facoidal é atribuída, em parte, ao fluxo magmático e, parte à deformação principal na região (Dn+1). A forma dos corpos do Gnaisse Facoidal é alongada e acompanha a mesma direção apresentada pelos planos associados aos cisalhamentos presentes em escala regional. No caso específico do gnaisse facoidal, as diversas características abordadas sugerem a existência de um ambiente tectonicamente ativo (durante a deformação regional) em boa parte do período de colocação do corpo.
Paterson et al. (1989) creditam aos plútons sintectônicos as seguintes características: 1) Continuidade de estruturas entre o plúton e a rocha encaixante;
2) Existência texturas/estruturas de fluxo intermediário ou transicional entre membros representados por fluxo magmático e fluxo no estado sólido à altas temperaturas;
3) Forma alongada e a presença de estruturas indicativas de "emplacement" em zonas de falha ativas; 4) Foliação interna paralela aos contatos com a rocha encaixante.
Figura 16 – Textura lepidoblástica. Figura 17 - Inclusão de grãos de biotita em grão de
plagioclásio
22 A maioria dos plútons concordantes também é considerada do tipo sintectônico por Castro (1987), sendo interpretados por Batemann (1984) como diápiros ou diápiros “ballooning”.
As características apresentadas pelo gnaisse facoidal, além de estarem de acordo com aquelas atribuídas à plútons sintectônicos possuem, no geral, caráter parautoctóne. Essa rocha é encontrada cortando flancos de dobras tardi-Dn+1 e preenchendo planos de cisalhamento associados à Dn+1 (Silva & Silva, 1987), sugerindo que a colocação do corpo ocorreu no estágio sin a tardi-cisalhamento. Ou seja, o episódio de colocação e cristalização do corpo ocorreu em situações tardi- a pós deformação principal.
Deve-se salientar, entretanto, que em algumas porções, pode-se encontrar texturas isotrópicas à nível de afloramento e registradas ainda na petrografia. “Fabrics” isotrópicos deste tipo podem ser atribuídos a três fatores principais:
a- ao término da deformação regional quando da cristalização das partes centrais do corpos; b- a deformação não foi penetrativa o suficiente;
c- a deformação interagiu com um sistema magmático com fração cristalina reduzida.
Segundo o modelo proposto por Hibbard (1987), o fator mais importante na formação de granitos gnaissificados é o estágio de cristalização apresentado pelo sistema.
Nos experimentos realizados em gnaisses compostos por quartzo e plagioclásio, Winkler (1977) chegou a algumas conclusões importantes através da observação de diversas reações.
No início da anatexia (PH2O=5Kb;T=6800C) por exemplo, ao invés de ocorrer a reação:
(1) Muscovita + Quartzo =Alcalifeldspato + Al2SiO5 + H2O
toma lugar a reação:
(2) Muscovita + Quartzo + Plagioclásio1 = massa fundida (Quartzo, Plagioclásio e Alcalifeldspato) + Plagioclásio2 + Sillimanita + H2O
Winkler (1977) reitera que a reação de "quebra" da muscovita, na presença de quartzo e plagioclásio, têm sido amplamente usada para definir a transição do metamorfismo de grau médio para o de alto grau. Se houver ainda biotita no sistema, como é o caso, esta pode reagir com sillimanita e quartzo para gerar alcalifeldspato e granada, liberando água. A granada em pressões relativamente mais elevadas pode coexistir ou a substituir:
(3) cordierita = almandina + 2 H2O
(4) Biotita + Sillimanita (ou Cianita) + 2 Quartzo = Alcalifeldspato + Granada almandina + H2O.
- Devemos lembrar que cordierita é um mineral encontrado em certos trechos de ocorrência do gnaisse facoidal (principalmente próximo aos contatos com o Biotita Gnaisse) em associação a granada.
Como atesta a reação (4), biotita (assim como a muscovita), na presença de quartzo e plagioclásio, é uma das fontes para a formação de alcalifeldspato em temperaturas acima daquelas em que ocorre anatexia. No início da anatexia, onde a biotita é pouco consumida, a quantidade de alcalifeldspato que cristaliza a partir do líquido é inferior ao volume de quartzo e plagioclásio. Como decorrência, nestas condições de baixa taxa de fusão tende-se a gerar uma massa fundida granodiorítica a granítica (Winkler, 1977).
A quase total ausência de Sillimanita apesar de constituir mineral indicativo de fácies anfibolito superior, exercendo papel importante nas reações metamórficas apresentadas pode ser explicada baseada nas reações (1) e (2). O processo de reação no sentido inverso pode ter propiciado a substituição de
23 sillimanita por muscovita, mediante re-hidratação (retrometamorfismo) e metassomatismo potássico (K+ + H2O + Al2SiO5).
Outros eventos tardios proporcionaram o aparecimento de mirmequita, que se mostra abundante nesta rocha. Ashworth & McLellan (1985) acreditam que intercrescimentos mirmequíticos podem ser originados pelo mesmo processo que gera muscovita a partir de sillimanita e biotita.
Em resumo, pode-se dizer que, durante o metamorfismo progressivo de alto grau, fases anídricas tendem a substituir fases hidratadas através de reações de desidratação [vide reações (1),(2),(3) e (4)]. A água então que é expelida pode percorrer espaços intergranulares, fraturas ou planos de cisalhamento ou ainda ser absorvida em bolsões de fusão (Passchier et al., 1993), propiciando a rehidratação das fases minerais submetidas ao resfriamento (muscovitização, cloritização, sericitização, saussuritização, etc...).
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Capítulo 4 – Interpretação Geoquímica do Gnaisse Facoidal
4.1 – Análise Geoquímica dos Litotipos
As rochas estudadas foram submetidas a análises litogeoquímicas. A partir dos resultados obtidos foi possível fazer uma análise de suas características químicas e uma tentativa de inserção, dessas rochas, em um ambiente geotectônico apropriado. Assim, com base na avaliação de diversos diagramas de interpretação petrológica disponíveis na literatura fez-se a caracterização química desse litotipo. O conjunto analisado corresponde a 32 amostras pertencentes a um acervo pré-existente, sendo 15 coletadas nos limites da cidade do Rio de Janeiro (região do Pão de açúcar) e 17 nos limites da cidade de Niterói (região da Serra da Tiririca). A composição química dessas amostras está apresentada nas Tabelas 1, 2, 3, 4, 5 e 6.
Tabela 1 - Composição química dos litotipos do Rio de Janeiro – Elementos maiores (%peso).
Amostras SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI Total2
Rio-30 73,58 0,16 13,32 1,54 0,03 0,23 1,67 2,84 5,77 0,20 0,71 100,05 Rio-12 73,40 0,57 13,24 1,92 0,03 0,34 1,87 3,09 5,69 0,24 0,30 100,69 Rio-3 73,10 0,39 12,60 2,20 0,04 0,61 2,32 3,03 5,29 0,18 0,50 100,26 Rio-28 72,70 0,35 13,45 2,05 0,07 0,62 2,24 2,85 4,98 0,22 0,62 100,15 Rio-15 72,40 0,20 13,87 1,95 0,04 0,37 1,69 2,94 5,80 0,16 0,60 100,02 Rio-2 72,20 0,41 13,40 2,58 0,05 0,63 1,77 3,11 5,33 0,18 0,42 100,08 Rio-7 71,60 0,32 14,05 2,20 0,04 0,54 2,62 3,11 4,84 0,17 0,45 99,94 Rio-5 71,30 0,41 13,80 2,65 0,04 0,61 2,02 3,33 5,69 0,19 0,40 100,44 Rio-6 70,40 0,38 13,77 3,39 0,06 0,66 2,49 3,55 4,61 0,17 0,70 100,18 Rio-8 70,10 0,52 13,40 3,88 0,06 0,86 2,62 3,52 5,09 0,14 0,40 100,59 Rio-14 70,00 0,65 13,86 1,95 0,03 0,27 1,54 5,12 5,80 0,23 0,55 100,00 Rio-16 69,70 0,53 14,40 3,85 0,05 0,92 2,24 3,03 4,91 0,24 0,52 100,39 Rio-4 69,30 0,51 13,90 3,02 0,06 0,80 2,77 3,54 5,30 0,24 0,80 100,24 Rio-1 68,75 0,73 14,29 2,99 0,07 0,95 2,97 3,89 4,63 0,17 0,70 100,14 Rio-22 68,30 0,66 13,90 4,62 0,07 1,06 2,77 2,95 4,82 0,21 0,78 100,14
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Tabela 4- Composição química dos litotipos de
Niterói – Elementos menores (ppm).
Tabela 5 - Composição química dos litotipos do Rio de Janeiro – Elementos terras raras (ppm).
Tabela 6 - Composição química dos litotipos de Niterói – Elementos terras raras (ppm). Tabela 3- Composição química dos litotipos do
