MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS. Raíza de Sousa Batalha

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

FACULDADE DE GEOCIÊNCIAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS

Raíza de Sousa Batalha

Estudo de Minerais Pesados, Análise Morfológica e Datação

U-Pb por ICPMS-LA de Zircão Detrítico - Proveniência dos

Metasedimentos do Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte-MT

Orientadora

Profª. Drª. Marcia Aparecida de Sant’Ana Barros

Co-orientador

Drº Gerson Sousa Saes

CUIABÁ

2017

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO REITORIA

Reitora

Profª. Drª. Maria Lucia Cavalli Neder

Vice-Reitor

Prof. Dr. João Carlos de Souza Maia PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO

Pró-Reitora

Profª. Drª. Leny Caselli Anzai FACULDADE DE GEOCIÊNCIAS

Diretor

Prof. Dr. Paulo César Corrêa da Costa

Diretor Adjunto

Prof. Dr. Carlos Humberto da Silva

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS

Coordenador

Prof. Dr. Ronaldo Pierosan

Vice-coordenador

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DISSERTAÇÃO DE MESTRADO N° 82

Estudo de Minerais Pesados, Análise Morfológica e Datação

U-Pb por ICPMS-LA de Zircão Detrítico - Proveniência dos

Metasedimentos do Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte-MT

Raíza de Sousa Batalha

Orientadora

Profª. Drª. Márcia Aparecida de Sant’Ana Barros

Co-Orientador

Prof. Dr. Gerson Sousa Saes

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Geociências da Faculdade de Geociências na Universidade Federal de Mato Grosso como requisito parcial para a obtenção do Título de Mestre em Geociências.

CUIABÁ 2017

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Dados Internacionais de Catalogação na Fonte.

Ficha catalográfica elaborada automaticamente de acordo com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).

Permitida a reprodução parcial ou total, desde que citada a fonte.

B328e Batalha, Raíza de Sousa.

Estudo de Minerais Pesados, Análise Morfológica e Datação U-Pb por ICPMS-LA de Zircão Detrítico - Proveniência dos Metasedimentos do Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte-MT / Raiza de Sousa Batalha. – 2017 Iii, 72 f. : il. color. ; 30 cm.

Orientadora: Márcia Aparecida Sant'Ana Barros. Orientador: Gerson Sousa Saes

Dissetação (mestrado) – Universidade Federal de Mato Grosso, Faculdade de Geociências, Programa de Pós Graduação em Geociências, Cuiabá, 2017. Inclui bibliografia.

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Estudo de Minerais Pesados, Análise Morfológica e Datação U-Pb por

ICPMS-LA de Zircão Detrítico - Proveniência dos Metasedimentos do

Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte-MT

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________ Profª. Drª. Márcia Aparecida de Sant’Ana Barros

Orientadora (UFMT)

_________________________________________ Profº. Drº. Francisco Egídio Cavalcante Pinho

Examinador Interno (UFMT)

_________________________________________ Prof. Dr. Elton Luiz Dantas

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Agradecimentos

À Universidade Federal de Mato Grosso e ao Programa de Pós-Graduação em Geociências.

Aos orientadores, Drª Marcia Aparecida Sant’Ana Barros, pela oportunidade e ao Drº Gerson Sousa Saes pelo conhecimento, pela paciência e por tudo que representa a mim como estudante.

Um agradecimento especial ao Drº Elton Dantas, por toda a colaboração na aquisição dos dados Isotópicos e incentivo cientifico indispensável, tornando tudo possível.

Ao meu companheiro Ezequiel Gandolfi e meus familiares, assim como todos os seres de luz, que de forma direta ou indiretamente fizeram parte nesta caminhada.

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Resumo

O Grupo Cuiabá (Zona Tectônica Interna da Faixa Paraguai) foi acumulado no Neoproterozóico e é constituído basicamente por uma sucessão de rochas sedimentares depositadas em ambiente continental, passando no topo a marinho com influência glacial, intensamente deformada e metamorfizada em baixo grau durante o ciclo Brasiliano-Pan-Africano. O estudo da assembleia de minerais pesados dos metassedimentos Grupo Cuiabá revelou que estes são constituídos principalmente por opacos, epidoto, titanita, zircão, turmalina e rutilo e em menor proporção por leucoxênio, calcita e clorita. O índice ZTR e o teor de zircão dentre estes, aumenta em direção ao topo da coluna estratigráfica, indicando aumento da maturidade dos sedimentos da base (Formação Campina de Pedra) para o topo (Formação Coxipó). Com análise morfológica de zircão detrítico, são descriminadas cinco famílias: (F-1 e F-2) grãos prismáticos com terminações preservadas (F-3 e F-5) prismas médios e longos arredondados, (F4) grãos esféricos. A relação entre as famílias de zircão e as idades U-Pb é muito dispersa, porém grãos euedrais são de ocorrência significativa em ±1.4Ga e exclusivos da Formação Campina de Pedra (base da coluna), sugerindo fontes proximais. Os dados isotópicos U-Pb através de LA-ICPMS fornecem idades predominantemente mesoproterozóicas, embora registros de idades paleoproterozoicas estejam presentes com idade máxima registrada em 2.164Ma. De acordo com o zircão mais novo a idade máxima para a deposição da bacia é Toniana (923Ma). Na porção inferior da coluna estratigráfica a maior frequência de idades é em torno de 1,4 Ga, enquanto na intermediarias a principal contribuição fica próxima à 1,2Ga. No topo da coluna ocorre uma grande variação na distribuição de idades, porém a maior contribuição é de 1.0Ga. A análise conjunta dos estudos de minerais pesados, índice ZTR, morfologia e dados geocronológicos U-Pb dos zircões detríticos, apontam uma proveniência para o Grupo Cuiabá a partir de rochas do Cráton Amazônico. O padrão dos resultados da base para o topo na estratigrafia da Bacia, sugere variação de áreas fonte e da maturidade dos sedimentos de acordo com os ambientes de sedimentação que formam a bacia sedimentar. A partir de tais dados, sugere-se que a deposição do Grupo Cuiabá inicia em um ambiente de rift continental represugere-sentado pela Formação Campina de Pedra, passando à um período de transgressão marinha com influência glacial gerando a Formação Acorizal, que evoluiu para uma margem passiva representada pela Formação Coxipó. O marco da inversão da bacia sedimentar com ajuste glácio-isostático, ocorre na transição entre os Membros Engenho e Pai Joaquim, que fornece evidencias de retrabalhamento das fontes mais antigas dentro da bacia sedimentar.

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Abstract

The Cuiabá Group (Internal Tectonic Zone of Paraguay Belt) was accumulated in the Neoproterozoic and is basically formed by a succession of sedimentary rocks initially deposited in continental environment, grading at the top to marine with glacial influence, intensely deformed and metamorphosed in low grade during the Brasilian-Pan-African Cycle). The study of the assembly of heavy minerals from metasedimentary rocks of the Cuiabá Group revealed that these are mainly ore opaque minerals, epidote, titanite, zircon, tourmaline, and rutile and to a lesser extent leucoxene, calcite and chlorite. The ZTR index and zircon content of these, increases toward the top of the stratigraphic column, indicating increased maturity of the base of the sediments (Campina de Pedra Formation) to the top (Coxipó Formation). With morphological analysis of detrital zircon, five families are discriminated: (F-1 and F-2) prismatic grains with preserved endings (F-3 and F-5) medium and long prisms rounded (F4) spherical grains. The relationship between families and zircon U-Pb ages is much dispersed, but euhedrals grains have significant occurrence in ± 1.4 Ga and are exclusive of Campina de Pedra Formation (base of the column), suggesting proximal sources. The U-Pb isotopic data through LA-ICPMS provide predominantly Mesoproterozoic ages indicating a main source from the west-northwest from the Sunsás Orogen. Paleoproterozoic grains are also present with maximum age recorded of 2.164Ma. According to the youngest zircon present, the maximum age for the deposition of the basin is Early Tonian (923 Ma). In the lower portion of the stratigraphic column the dominant ages are around 1.4 Ga, while in the intermediate part the main population of zircon has about 1.2 Ga. At the top of the column, there is a wide variation in the distribution of ages, but predominating grains of about 1.0 Ga. The joint analysis of heavy mineral studies, ZTR index, morphology and geochronological U-Pb data of detrital zircons, indicate a source for the Cuiabá Group from rocks of the western Amazon Craton. The pattern of results from bottom to top in the stratigraphy of the basin suggests variation in source areas and the maturity of sediments according to sedimentary environment that form the sedimentary basin. From these data, it is suggested that the deposition of the Cuiabá Group starts in a continental rift environment represented by Campina de Pedra Formation, going to a period of marine transgression with glacial influence generating Acorizal Formation, which evolved into a passive margin represented by the Coxipó Formation. The mark of the reversal of the sedimentary basin with glacio-isostatic adjustment occurs in the transition between Members Engenho and Pai Joaquim, which provides evidence of reworking of the oldest sources within the sedimentary basin.

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Lista de Figuras

Figura 1. Mapa geológico do Grupo Cuiabá, com localização das amostras estudadas neste trabalho. ... 17 Figure 2. Geological map of the central-west region of Brazil and east Bolivia with emphasis on the Paraguay Belt. Location of the study area marked with a rectangle (Extracted and modified from Alvarenga, 1988). ... 28 Figure 3. Geological map of the Cuiabá Group in the study region, with the location of the samples analysed in each stratigraphic unit. ... 29 Figure 4. Synthesis of the evolution of stratigraphic concepts for the Cuiabá Group - Paraguay Belt, modified from Tokashiki and Saes (2008). ... 31 Figure 5.Stratigraphic columns of units of the Cuiabá Group: Campina de Pedra, Acorizal and Coxipó formation. ... 31 Figure 6. Photomicrography of the Campina de Pedra formation. Mineralogical composition feldispatica essentially quartz, especially in the presence of organic matter and matrix-Cb The sample (A-B), and with pressure shadow biotite crystallization Cb-2 (C). ... 32 Figure 7. Lithotypes from the Cuiabá Group. Campina de Pedra Formation: Cb-A Carbonaceous level, Cb-1 Bituminous metasandstone, Cb-2 Metagraywacke. Acorizal Formation: Cb-3 Polymictic metaconglomerate, Cb-4 Purple diamictite. Formation Coxipó: Cb-5 Metasandstone ... 34 Figure 8. (A) Examples the grained of heavy mineral assembly of the Cuiabá Group. (B) Distribution of heavy minerals assembly and ZTR index, where the values go from 20% at the base and reaches more than 80% at the top, so the sediment maturity increases towards. ... 38 Figure 9. Concordia plots for U-Pb ages detrital zircon laser-ablation–inductively coupled plasma– mass spectrometry (LA-ICP-MS) data from rocks of the Cuiabá Group, Paraguay Belt – MT. ... 40 Figura 10. Frequency and distribution histograms and probability curves for U-Pb data of the detrital zircons, for samples Cb-A-Cb-6 from and stratigraphic column of the Cuiabá Group, Paraguay Belt – MT. ... 41 Figure 11. Backscattered electron (BSE) images of zircon detrital families of Cuiabá Group. Preserved edge zircon grains 1 and F-2) tend to age c.a 1.4-1-5Ga. Grains with rounded ends (F-3, F-4 and F-5), have variants and represent longer time without sediment. ... 42 Figura 12. Schematic model illustrating the tectonic and stratigraphic evolution of the Cuiabá Group. ... 50 Figura 13. Modelo esquemático com a síntese da evolução tectono estratigráfica do Grupo Cuiabá. ... 68

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Lista de Tabelas

Tabela 1. Appendix A: Location, lithographic discrimination and synthesis of results in the Cuiabá Group. ... 55

Tabela 2. Appendix B: Summary U-Pb detrital zircon results for samples of Cuiabá Group by LA-ICPMS in Geochronology Laboratory of the Institute of Geosciences - University of Brasilia. ... 56

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Sumário

CAPÍTULO 1 ... 14

INTRODUÇÃO ... 14

1.1 INTRODUÇÃO ... 14

1.1.1 Problemática e Relevância ... 14

1.1.2 Localização e Vias de Acesso ... 16

1.1.3 Objetivos ... 16

1.1.4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 17

1.1.4.1 Preparo das amostras ... 17

1.1.4.2 Estudo de minerais pesados ... 17

1.1.4.3 Análise morfológica ... 18

1.1.4.4 Geocronologia U-Pb. ... 18

1.2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 19

1.2.1 Estratigrafia do Grupo Cuiabá... 20

CAPÍTULO 2 ... 22

ARTIGO... 22

2.1 INTRODUCTION ... 24

2.2 REGIONAL GEOLOGICAL SETTINGS ... 27

2.3 STRATIGRAPHY OF THE CUIABÁ GROUP. ... 29

2.4 MATERIALS AND METHODS ... 34

2.5 RESULTS. ... 35

2.5.1 Heavy minerals study and ztr index. ... 35

2.5.2 Morphological Analysis of detrital zircon grains. ... 37

2.5.3 - U-Pb Geochronology ... 38 2.6 DISCUSSION ... 43 2.7 CONCLUSIONS ... 50 2.8 REFERENCES. ... 51 2.1 APPENDIX ... 55 CAPÍTULO 3 ... 61 DISCUSSÕES E CONCLUSÕES ... 61 CONCLUSÕES ... 68 CAPÍTULO 4 ... 70 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 70

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Batalha R. S. 2017. Estudo de minerais pesados, análise morfológica e datação U-Pb por ICPMS-LA de zircão detrítico - proveniência dos metassedimentos do Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte - MT.

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1 INTRODUÇÃO

1.1.1 Problemática e Relevância

O estudo da proveniência de rochas sedimentares visa reconstituir as relações existentes entre áreas-fonte e bacias sedimentares, envolvendo a determinação da composição da área-fonte dos sedimentos e sua localização geográfica, as rotas de distribuição das areias da fonte até a bacia, avaliação das condições climáticas, do tectonismo e do relevo na época da deposição (Remus et al, 2008). As ferramentas envolvem o estudo da assembleia de minerais pesados, a variação dos ZTR (zircão, turmalina e rutilo) em relação a posição estratigráfica das camadas, a morfologia de grãos e datação U-Pb em zircão, além de outros métodos.

A determinação da assembleia de minerais pesados e sua abundância permitem diagnosticar se as rochas fontes eram ígneas, metamórficas ou sedimentares. A morfologia dos grãos preserva informações importantes sobre a história do transporte sedimentar, possibilitando estimar áreas fontes distais em grãos mais arredondados e fontes proximais no caso de grãos euedrais. A datação isotópica U-Pb de zircão e apatita, e suas respectivas acumulações, releva eventos orogênicos formadores das rochas fontes dos sedimentos (Wilson A. et al, 2014).

Análises quantitativas na proveniência (QPA) de sedimentos inclui todo o tipo de investigação e visa, uma caracterização quantitativa dos fatores que controlam as modificações de composição e textura de uma rocha mãe, até que está se transforme no depósito final. (Weltje G. J & Eynatten H.V. 2004)

A maturidade de arenitos pode ser estimada através do índice de Zircão-Turmalina-Rutilo (ZTR index), presente na assembleia de minerais pesados dos mesmos. Como regra, arenitos com ZTR elevado, possuem áreas fontes relacionada a terrenos reciclados, enquanto que aqueles com baixo ZTR são sedimentos de primeiro ciclo (Hubert J.F. 1962).

A análise de zircão detrítico, revela idade da área fonte, possibilita que seja feita a reconstrução paleogeográfica, assim como outros dados importantes sobre o registro sedimentar. O zircão mais novo registrado, indica a idade máxima para o início da deposição de sedimentos na bacia (Fedo et al. 2003)

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O padrão de distribuição das idades de zircões detríticos reflete o ambiente tectônico em que a bacia é depositada. Ambientes convergentes apresentam acumulações de zircões com idades próximas à idade de deposição destes na bacia, enquanto a variação da distribuição destas idades pode apontar ambientes tectônicos colisíonais, extencionais ou intracratônicos (Cawood et al 2012). O Grupo Cuiabá (Zona Tectônica Interna da Faixa Paraguai) foi acumulado no Neoproterozóico e é constituído basicamente por uma sucessão de rochas sedimentares, intensamente deformadas e metamorfizadas em baixo grau que foram depositadas em ambiente continental, passando no topo a marinho com influência glacial. A geologia regional, a estratigrafia, a tectônica modificadora da bacia e metalogênese do Au têm sido investigadas nas últimas décadas (e.g. Almeida 1964; Luz et al. 1980; Alvarenga 1988; Alvarenga & Trompette 1993; Silva et al. 2002; Tokashiki & Saes 2008, Vasconcelos et al. 2015).

A história geodinâmica da Faixa Paraguai é ainda tema controverso, notadamente no que diz respeito aos contextos fisiográfico, climático e tectônico em que suas rochas sedimentares se acumularam. Traballhos pioneiros (Almeida F. F., 1964) sugerem que as características litológicas, estruturais e metamórficas do Grupo Cuiabá são compatíveis com bacia do tipo miogeossinclinal, possivelmente passando a condições eugeossinclinais na área hoje recoberta pela Bacia do Paraná. Admite-se para a Faixa Paraguai uma acumulação em margem passiva (Grupo Cuiabá e seus equivalentes Cratônicos) na borda oeste de um oceano brasiliano, ou alternativamente, acumulação em um aulacógeno/rift continental (Alvarenga & Trompette 1992). O limite em forma de arco convexo com vergência para o antepais cratônico, parece incompatível com a presença de uma descontinuidade crustal entre as unidades geotectônicas aventada por tais autores, visto a evidências de que a Faixa Paraguai passa por todos os estágios do Ciclo de Wilson, recebendo também carga sedimentar de rochas do Cráton Amazonico, em todo o período de deposição.

O estudo de proveniência das diferentes sucessões rochosas da Faixa Paraguai, a partir de idades modelo com isótopos de Nd, mostraram a predominância de idades entre 2.3-2.5Ga enquanto estudos usando U-Pb e Hf em zircão (McGee et al, 2014) mostram idades desde 918 Ma para a Formação Puga até 527Ma para a Formação Diamantino. Os resultados de Nd sugerem uma fonte dominantemente continental, relacionada a rochas proterozóicas do Craton Amazônico (Dantas E.

et al. 2009) enquanto as idades U-Pb e Hf apontam para uma área fonte predominantemente cratônica até o início do Neoproterozóico, e a partir daí é considerada a influência de rochas fontes do Bloco Paranapanema e Arco Magmático de Goiás (McGee et al, 2014).

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Idades 40Ar/39Ar nas muscovitas da Formação Serra Azul membro do Grupo Alto Paraguai, sugerem que estas tiveram sua deposição no Ediacarano (540±15Ma), em ambiente de margem passiva com influência glacial que evolui para um ambiente compressivo (McGee et al 2014).

Corpos ígneos pós-tectônicos marcam o final da colagem da América do sul com o Supercontinente Gondwana. Idades U-Pb de zircão para o Granito São Vicente em 518±4Ma, marca o final do metamorfismo e da deformação para a Faixa Paraguai (McGee et al, 2012).

O presente trabalho visa contribuir para um melhor entendimento das áreas fontes que deram origem às rochas metassedimentares do Grupo Cuiabá. Neste sentido sete amostras representativas foram submetidas aos estudos da assembleia de minerais pesados e cálculo do índice ZTR (zircão, turmalina e rutilo). Análise da morfologia dos zircões detríticos, assim como idades U-Pb dos mesmos usando ICPMS-LA, permitiram uma observação mais detalhada sobre a evolução da bacia sedimentar no decorrer do tempo geológico.

1.1.2 Localização e Vias de Acesso

As amostras pertencentes ao Grupo Cuiabá (estado de Mato Grosso) estão distribuídas ao longo da zona interna da Faixa Paraguai norte, desde as imediações do município de Poconé SW da Capital Cuiabá, até as redondezas de Planalto da Serra (MT) extendendo-se por cerca de 400 km a NE da capital conforme ilustrado no mapa de localização geográfica (Figura 1).

1.1.3 Objetivos

O objetivo geral deste trabalho foi definir a proveniência dos metassedimentos do grupo Cuiabá, suas prováveis áreas fontes e ambiente tectônico.

Como objetivos específicos pretendeu-se:

- Caracterizar o conteúdo de minerais pesados e minerais de alteração dos sedimentos: - Estabelecer a proporção dos índices ZTR para cada unidade litoestratigráfica que constitui o Grupo Cuiabá.

- Selecionar famílias diferentes de zircões com base em sua morfologia e relaciona-los com as idades U-Pb em zircão usando ICPMS-LA e sua distribuição ao longo da coluna estratigráfica do Grupo Cuiabá.

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- Definir grau de proximidade da área fonte e separar fontes ígneas, metamórficas e sedimentares.

Figura 1. Mapa geológico do Grupo Cuiabá, com localização das amostras estudadas neste trabalho.

1.1.4 MATERIAIS E MÉTODOS 1.1.4.1 Preparo das amostras

Sete amostras coletadas nas atividades de campo, foram submetidas a descrição macroscópica, a confecção de seções delgadas para descrição em Microscopio petrográfico. Amostras similares foram cominadas nas frações, areia muito fina (0,062 a 0,125 mm) e areia fina (0,125 mm a 0,25 mm). Os minerais pesados estudados, foram separados dos leves, com o auxílio de liquido denso, Bromofórmio e bateia. Após a secagem da amostra com auxílio de lupa binocular foi possível selecionar os grãos de zircão para estudo geocronológico U-Pb em zircão.

1.1.4.2 Estudo de minerais pesados

Minerais pesados foram separados dos leves através de líquido denso, bromofórmio (CHBr3, d= 2,89 g/cm³), e dispostos em seção delgada. A contagem foi realizada usando microscópio petrográfico de luz transmitida com o charriot acoplado sobre a platina, dispositivo

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que auxilia no deslocamento da lâmina, seguindo linhas transversais onde cada grão identificado é contado para posterior descrição microscópica, visando caracterizar sua composição mineralógica. Processo este, realizado com objetivo de estimar as proporções dos diferentes minerais pesados.

Dentre a assembleia dos minerais pesados, os minerais ultraestáveis (zircão turmalina e rutilo) mostram uma variedade de áreas/rochas fontes, aqui sua ocorrência é analisada em relação ao teor de minerais pesados nas rochas constituintes dos metassedimentos do Grupo Cuiabá.

1.1.4.3 Análise morfológica

A partir do concentrado de minerais pesados obtidos por precipitação gravimétrica em bateia, foram selecionados uma média de 100 grãos de zircão avulsos por amostra, para a realização de uma análise morfológica e de classificação em famílias. As famílias dos zircões foram estabelecidas pelo grau de arredondamento e esfericidade. O estudo morfológico permitiu estabelecer a proximidade da fonte e o caráter de maturidade dos sedimentos.

1.1.4.4 Geocronologia U-Pb.

Uma média de 60 grãos de zircão de cada uma das sete amostras aqui estudadas, foram encaminhados ao Laboratório de Geocronologia do Instituto de Geociências da Universidade de Brasília (UnB) e datadas com o uso do LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), modelo New Wave Neptune, da Thermo Finningan. As datações realizadas seguem os procedimentos analíticos descritos por Buhn et al (2009). Na limpeza dos mounts foi utilizado banho com ácido nítrico (3%), agua Nanopure® em ultrasson e por último em acetona para a extração de qualquer resíduo de umidade.

As análises isotópicas foram realizadas no LAM-MC-ICP-MS Neptume (Thermo-Finniman) acoplado ao Nd-YAG (λ=213nm) Lazer Ablation System (New Wave Research.USA). A ablasção dos grãos foi realizada em spots 25-40 µm em modo raster, com frequência de 9-13 Hz e intensidade de 0,19 a 1,02 J/cm². O material pulverizado foi carreado por um fluxo de He (õ.40 L/min). Em todas as análises foi utilizado o padrão internacional GJ-1 para a correção da deriva do equipamento, assim como o fracionamento entre os isótopos de U-Pb, para a verificação da acurácia foram realizadas análises do padrão FC-1. Os dados adquiridos em 40 ciclos de 1 segundo. O procedimento de coleta de dados seguiu a seguinte leitura: - 1 branco, 1 padrão, 3 amostras, 1

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branco e 1 padrão. Em cada leitura são determinadas as intensidades das massas 202Hg204 (Pb+Hg).

206_Pb,207_Pb,208_{Pb e}238_U.

A redução dos dados brutos que inclui as correções para branco, deriva do equipamento e do chumbo comum. Foram realizados em planilia de EXCEL, confeccionada no próprio laboratório. As incertezas associadas as razoes apresentadas nas tabelas são de 1σ em porcentagem. As idades foram calculadas com a utilização do ISOPLOT 3.0 (Ludwing. 2003).

1.2 _{CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL}

A Faixa Paraguai-Araguaia como definida originalmente por Almeida (1964), constitui um cinturão de dobramentos de destaque na região central do continente sul-americano, bordejando o leste-sudeste do Cráton Amazônico e o leste do Bloco Rio Apa. Esta é constituída de metassedimentos deformados (Ciclo Brasiliano 650-550 Ma) em dobras isoclinais fechadas no interior da faixa compressional, passando progressivamente em direção ao Cráton às coberturas em parte contemporâneas, estruturalmente onduladas e falhadas, mas não metamorfizadas (Alvarenga 1990; Alvarenga & Trompette 1993).

Uma organização tectônica foi proposta por Almeida (1964, 1984), discutida por Alvarenga (1990) e Alvarenga & Trompette (1993), que utilizam esta mesma compartimentação para domínios tectônicos, sendo reconhecidos: (i) Cobertura de Antepais onde aflora um conjunto de rochas sedimentares sub-horizontalizada a levemente basculadas que cobrem o Cráton Amazônico (ii) Domínio Externo com metamorfismo incipiente, dobramentos simétricos e falhamentos reversos regionais com vergência para a área cratônica; (iii) Domínio Interno formado por rochas metamórficas de fácies xistos verdes, e deformação polifásica com dobramentos e cavalgamentos com vergência principal contrária ao cráton.

Almeida (1984) identificou três zonas estruturais adjacentes na Faixa Paraguai: Brasílides Metamórficas, Brasílides Não Metamórficas e as Coberturas Brasilianas. Estas zonas estruturais são definidas por Alvarenga (1988) e Alvarenga & Trompete (1992) como Zona Estrutural Interna, Zona Estrutural Externa e Coberturas Sedimentares de Plataforma respectivamente (Figura 1).

Entre os domínios externo e interno, os sedimentos da Formação Puga e Bauxi estão acomodados em trecho do embasamento cratônico por sedimentos glaciogênicos em ambiente marinho raso, enquanto que lateralmente, são cronocorrelatos com os metassedimentos de nível intermediários e de topo do Grupo Cuiabá, já em um ambiente marinho turbidítico controlado por

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fluxos gravitacionais, (Luz et al 1980; Alvarenga 1984, 1988, 1990, Alvarenga & Trompette, 1992; Alvarenga & Saes 1992).

Alvarenga (1988, 1990) descreve a Faixa Paraguai como um cinturão de dobramentos polifásicos afetado pelo Ciclo Brasiliano e constituído por metassedimentos dobrados e metamorfizadas, que em direção ao Cráton Amazônico passam progressivamente a coberturas

sedimentares, em parte contemporâneas e estruturalmente onduladas, falhadas, mas não metamorfizadas. O Grupo Cuiabá corresponde a zona interna da Faixa Paraguai sendo este composto basicamente de rochas metamórficas de sedimentares, estando estas na faixa xisto verde zona da Clorita e localmente zona da Biotita.

1.2.1 Estratigrafia do Grupo Cuiabá

Almeida (1964) descreveu a composição litológica do Grupo Cuiabá, reconhecendo vários tipos de rochas, constituídas de metassedimentos detríticos, predominantemente pelíticos, mas com importante desenvolvimento local de quartzitos, metagrauvacas e subsidiariamente metaconglomerados, atribuindo suas características sedimentares a um depósito acumulado em ambiente tectonicamente ativo, provavelmente todo marinho e não vulcânico. Observou ainda “que as camadas de quartzitos devem representar épocas de moderada quietude enquanto que as sequências cíclicas de metagrauvacas e filitos, qualquer que seja sua origem representam períodos de inquietação tectônica da bacia sedimentar”. Esse mesmo autor ainda descreve rochas de origem glacial (tilitos) posicionando-os acima da Série Cuiabá com a denominação de Grupo Jangada. Almeida (1965) ainda reportou as rochas do Grupo Cuiabá, como sendo de depósitos de flysch, originados por correntes de turbidez geradas por fluxos gravitacionais submarinhos em fundos instáveis do geossinclíneo.

Alvarenga (1988,1990), Alvarenga & Saes (1992), Alvarenga & Trompette (1993) separam as seqüências da Faixa de Dobramentos Paraguai em quatro grupos tectono-estratigráficos, sendo eles: Seqüência Inferior, Seqüência Média Turbidítica Glácio-marinha, Seqüência Média Carbonatada, Seqüência Superior Terrígena.

Luz et al. (1980) baseados em mapeamento 1:50.000, subdividiu o Grupo Cuiabá em oito subunidades estratigráficas, sendo da base para o topo:

Subunidade 1 – Aflora no núcleo da Antiforme de Bento Gomes e é composta por filitos sericíticos cinza-claro a grafitosos e metarenitos grafitosos intensamente deformados;

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Subunidade 2 - Ocorre no flanco NW da Antiforme com espessura estimada em 350m, composta por metarcósios verde-escuro a pretos, filitos grafitosos e lentes de mármore calcítico. Seu contato superior é gradacional ou tectônico, por falhas normais, inversas ou de empurrão;

Subunidade 3 – É a subunidade que mais fornece elementos estruturais e litológicos, como estratificações originais plano-paralelas, acamamento gradacional e mergulhos das camadas bem definidos. Compõe-se de filitos, filitos conglomeráticos, metaconglomerados, metarenitos, localmente ferruginosos, filitos calcíferos, e níveis de hematita. O contato superior é gradacional e por vezes tectônico;

Subunidade 4 – Ocorre na região de Jangada e adjacências com espessura estimada em 1.000m, constituindo-se de diamictitos cinza arroxeados, com raras intercalações de filitos e metarenitos. O contato superior foi interpretado como transicional e em certos locais por falhas de cavalgamento que coloca a subunidade 4 em contato com a 7;

Subunidade 5 – Constituída por filitos, metarcóseos, meta-microconglomerados e subordinadamente quartzitos. Em certos locais faz contato direto com a sub-unidade 7, não ocorrendo a subunidade 6, que é tida como a faixa de transição entre os dois pacotes. Observam-se também contatos bruscos através de falhas inversas ou de empurrão;

Subunidade 6 - Se caracteriza como uma faixa de transição entre as subunidades 5 e 7, e é constituída por filitos conglomeráticos com intercalações subordinadas de metarenitos, quartzitos e mármore;

Subunidade 7 - Composta por diamictitos petromíticos com pelo menos 600m de espessura, admitindo raras intercalações de filitos e metarenitos, com contatos superior e inferior descritos como gradacionais;

Subunidade 8 – Ocorre localmente no núcleo da Sinclinal da Guia e é constituída por calcários calcíticos e dolomíticos, margas e filitos sericíticos.

Tokashiki & Saes (2008) numa tentativa de resgatar as denominações estratigráficas e seções tipo clássicas da literatura geológica sobre a Faixa Paraguai propõem uma coluna estratigráfica para o Grupo Cuiabá individualizando três formações: Campina de Pedra, Acorizal e Coxipó. Comparando a correspondência estratigráfica entre as formações propostas por Tokashiki & Saes (2008), Luz, et al (1980) e Alvarenga (1988) ocorre da base para o topo, a Formação Campina de Pedra que corresponde as Subunidades 1, 2 e a Unidade Inferior. Enquanto que a Formação Acorizal corresponde as Subunidades 3,4, 5 e a Unidade Média Turbiditica Glácio-Marinha, a Formação Coxipó corresponde com as Subunidades 6,7, 8 e parcialmente às unidades Média Turbiditica Glácio-Marinha e Carbonatada.

(22)

Batalha R. S. 2017. Estudo de minerais pesados, análise morfológica e datação U-Pb por ICPMS-LA de zircão detrítico - proveniência dos metassedimentos do Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte - MT.

CAPÍTULO 2

ARTIGO

Título:

Estudo de minerais pesados, e morfologia de zircão detritico na proveniência sedimentar do Grupo Cuiabá: Fase de Rift continental a margem passiva no neoproterozoico da Faixa Paraguai, Brasil.

Título em ingles:

Study of heavy minerals, and detrital zircons morphology in the sedimentary provenance of the Cuiabá Group: Continental rift phase to a passive

margin from the Neoproterozoic Paraguay Belt, Brazil.

Título curto:

Proveniência dos metassedimentos do Grupo Cuiabá, Faixa Paraguai Norte-MT.

Raíza de Souza Batalha, Profª. Drª Marcia Aparecida Sant’Ana Barros, Drº Gerson Sousa Saes. Universidade Federal de Mato Grosso-UFMT. Profº Drº Elton Luiz Dantas. Universidade Nacional de Brasília-UNB.

Faculdade de Geociências – CEP: 78060-900, Brasil. raizabatalha@gmail.com; mapabarros@yahoo.com.br; gssaes@gmail.com; elton@unb.br.

Número de palavras: 14476 Total de Figuras: 11

Abstract

The Cuiabá Group (Internal Tectonic Zone of Paraguay Belt) was accumulated in the Neoproterozoic and is basically formed by a succession of sedimentary rocks that were initially deposited in continental settings grading upwards into glacial-influenced marine settings. Such rocks were intensely deformed and metamorphosed under low-grade conditions during the Brasiliano-Pan-African Cycle. The study of the heavy mineral assembly from metasedimentary rocks of the Cuiabá Group reveals it mostly consists of opaque minerals, epidote, titanite, zircon, tourmaline, and rutile and minor leucoxene, calcite and chlorite. The ZTR index and zircon content of these rocks increase towards the top of the stratigraphic column, which show an increasing sediment maturity from bottom (Campina de Pedra Formation) to top (Coxipó

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sized prisms, (F4) spherical grains. The relationship between zircon families and zircon U-Pb ages is disperse, but euhedral grains show an age concentration at ± 1.4 Ga and are exclusive of the Campina de Pedra Formation (basal unit of the column), which are an indicative of proximal sources. The U-Pb isotopic data by LA-ICPMS yield mostly Mesoproterozoic ages which points out to a main source from the west-northwestern portion of the Sunsás Orogen. Paleoproterozoic grains provide a maximum age of 2.164 Ma. Based on the youngest zircon identified, the maximum depositional age is of Tonian age (923 Ma). The bottom portions of the stratigraphic column yield zircon ages around 1.4 Ga, while the intermediate portions provide ages around 1.2 Ga. The upper parts of the column reveals a wide variation of age distributions, however there is a concentration of grains aged around 1.0 Ga. The integrated analysis of heavy mineral studies, ZTR index, morphology and geochronological U-Pb data of detrital zircons point out to the western Amazon Craton as the main source for rocks of the Cuiabá Group. The pattern of results from the bottom to the upper portions of the basin stratigraphy reveals variation of the source areas and sediment maturity controlled by the variable settings in which the sedimentary basin formed. These data suggest that the deposition of the Cuiabá Group started in a continental rift environment represented by the Campina de Pedra Formation, followed by a period of glacial-influenced marine transgression that gave rise to the Acorizal Formation, which finally evolved into a passive margin represented by the Coxipó Formation. The transition between the members Engenho and Pai Joaquim records the sedimentary basin inversion with associated glacial isostatic adjustment in the basin, which provides evidence of reworking of the oldest sources within the sedimentary basin.

KEYWORDS: Cuiabá Group, provenance, detrital zircon.

Resumo

O Grupo Cuiabá (Zona Tectônica Interna da Faixa Paraguai) foi acumulado no Neoproterozóico e é constituído basicamente por uma sucessão de rochas sedimentares depositadas em ambiente continental, passando no topo a marinho com influência glacial, intensamente deformada e metamorfizada em baixo grau durante o ciclo Brasiliano-Pan-Africano. O estudo da assembleia de minerais pesados dos metassedimentos Grupo Cuiabá revelou que estes são constituídos principalmente por opacos, epidoto, titanita, zircão, turmalina e rutilo e em menor proporção por leucoxênio, calcita e clorita. O índice ZTR e o teor de zircão dentre estes, aumenta em direção ao topo da coluna estratigráfica, indicando aumento da maturidade dos sedimentos da base (Formação Campina de Pedra) para o topo (Formação Coxipó). Com análise morfológica de zircão detrítico, são descriminadas cinco famílias: (F-1 e F-2) grãos prismáticos com terminações preservadas (F-3 e F-5) prismas médios e longos arredondados, (F4) grãos esféricos. A relação entre as famílias de zircão e as idades U-Pb é muito dispersa, porém grãos euedrais são de ocorrência significativa em ±1.4Ga

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e exclusivos da Formação Campina de Pedra (base da coluna), sugerindo fontes proximais. Os dados isotópicos U-Pb através de LA-ICPMS fornecem idades predominantemente mesoproterozóicas, embora registros de idades paleoproterozoicas estejam presentes com idade máxima registrada em 2.164Ma. De acordo com o zircão mais novo a idade máxima para a deposição da bacia é Toniana (923Ma). Na porção inferior da coluna estratigráfica a maior frequência de idades é em torno de 1,4 Ga, enquanto na intermediarias a principal contribuição fica próxima à 1,2Ga. No topo da coluna ocorre uma grande variação na distribuição de idades, porém a maior contribuição é de 1.0Ga. A análise conjunta dos estudos de minerais pesados, índice ZTR, morfologia e dados geocronológicos U-Pb dos zircões detríticos, apontam uma proveniência para o Grupo Cuiabá a partir de rochas do Cráton Amazônico. O padrão dos resultados da base para o topo na estratigrafia da Bacia, sugere variação de áreas fonte e da maturidade dos sedimentos de acordo com os ambientes de sedimentação que formam a bacia sedimentar. A partir de tais dados, sugere-se que a deposição do Grupo Cuiabá inicia em um ambiente de rift continental representado pela Formação Campina de Pedra, passando à um período de transgressão marinha com influência glacial gerando a Formação Acorizal, que evoluiu para uma margem passiva representada pela Formação Coxipó. O marco da inversão da bacia sedimentar com ajuste glácio-isostático, ocorre na transição entre os Membros Engenho e Pai Joaquim, que fornece evidencias de retrabalhamento das fontes mais antigas dentro da bacia sedimentar.

PALAVRAS-CHAVE: Grupo Cuiabá, Proveniência, Zircão Detrítico.

2.1 INTRODUCTION

The study of provenance of sedimentary rocks, allows the reconstruction of the different aspects of the source region. Several analytical techniques reveal characteristics such as mineralogical composition, paleoclimatic conditions under which the sediment is formed until paleogeographic reconstruction (Morton and Hallsworth. 1994, Fedo et al. 2003, Weltje and Eynatten. 2004, Gehrels G. 2014 ).

The main tools include the study of heavy mineral assembly, ZTR variation (zircon, tourmaline and rutile) in relation to the stratigraphic position of the layers, grain morphology and U-Pb zircon dating as well as other methods.

The determination of heavy mineral assembly and their abundance allows diagnosing whether the source rocks are igneous, metamorphic or sedimentary. The morphology of grains records important information on the history of sediment

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areas on the basis of rounded and euhedral grains, respectively. U-Pb zircon and apatite isotopic data and their respective accumulations reveal mountain-forming events that later became the main sediment source areas (Wilson et al., 2014).

Quantitative provenance analysis of sediments (QPA) includes all types of research and aims at a quantitative characterization of the factors controlling composition and texture modifications of a parent rock from the source area to the sedimentary basin (Weltje and Eynatten, 2004).

The maturity of sandstones can be estimated through the Zircon-Tourmaline-Rutile index using heavy mineral assembly available in these rocks. As a rule, high ZTR index in sandstones is related to recycled sources, while low ZTR index is related to first cycle sediments (Hubert, 1962).

The analysis of detrital zircon provides not only the age of the source area, but it also provides its paleogeographic reconstruction as well as other important data about the sedimentary record. The youngest zircon yet recorded indicates the maximum depositional age of the basin (Fedo et al., 2003).

The pattern distribution of detrital zircon ages reflects the tectonic settings in which the basin was deposited. Convergent settings show a large proportion of zircons ages close to the depositional age of the basin, while variations in the distribution of zircon ages may indicate compressional, extensional or intracratonic tectonic settings (Cawood et al., 2012).

The Cuiabá Group (Internal Zone of the Paraguay Belt) was accumulated in the Neoproterozoic and consists basically of a succession of sedimentary, intensely deformed, and low-grade metamorphic rocks deposited in a continental environment that graded upward into a glacial-influenced marine environment. The regional geology, stratigraphy, basin-modifying tectonics, and gold metallogenesis have been investigated for the last decades (Almeida, 1964; Luz et al., 1980; Alvarenga, 1988; Alvarenga and Trompette, 1993; Silva et al., 2002; Tokashiki and Saes, 2008, Vasconcelos et al., 2015).

The geodynamic history of the Paraguay Belt is still a controversial topic with regards to the physiographic, climatic and tectonic settings in which the sedimentary rocks were deposited. Pioneer researchers (Almeida, 1964) suggest that the lithological, structural and metamorphic characteristics of the Cuiabá Group are compatible with a basin of the miogeosyncline type that likely evolved into eugeosyncline settings in the area nowadays covered by the Paraná Basin. The accumulation of the Paraguay Belt has

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been either ascribed to passive margin settings (Cuiabá Group and its Cratonic equivalents) on the western border of a Brasiliano ocean, or to accumulation in a continental aulacogen/rift (Alvarenga and Trompette, 1992). The convex arc boundary with vergence towards the cratonic foreland seems incompatible with the presence of a crustal discontinuity between the geotectonic units, as previously argued by these authors, once there are evidences that the Paraguay Belt went through all stages of the Wilson Cycle as also having received contributions from parent rocks of the Amazon Craton throughout the depositional period.

Provenance studies of the different rock successions in the Paraguay Belt have shown the predominance of ages between 1.7-2.5 Ga with basis on Nd model ages, while studies using zircon U-Pb and Hf data (Mc Gee et al., 2014) have shown ages varying from 918 Ma to 527 Ma for the Puga Formation and Diamantino Formation, respectively. Nd data indicate a mainly continental source terrain of Proterozoic age attributed to the Amazon Craton (Dantas et al. 2009) whereas U-Pb and Hf ages point out to a mainly cratonic source area up to the beginning of the Neoproterozoic, when the Paranapanema Block and Magmatic Arc of Goiás have started to be assumed as the main source areas (McGee et al., 2014).

The Serra Azul Formation in the North Paraguay Belt comprises a succession of glacial diamictites and silts deposited at around 630-615Ma and represents a new glacial event in the Paraguay Belt (Figueiredo M.F et al 2008). Babinsky et al., 2013 through SHIRIMP U-Pb shows that the Puga Formation has a maximum deposition age of about 706 Ma according to the youngest zircon, and would be related to late glacial Cryogenic events.

40_Ar/39_{Ar muscovite ages from the Serra Azul Formation, member of the Alto}

Paraguai Group, suggest that these rocks were deposited during the Ediacaran (540 ± 15Ma) in glacier-influenced passive margins that evolved into compressive settings (McGee et al., 2014).

Late-tectonic igneous bodies mark the end of the collage between South America and Gondwana. U-Pb zircon ages of 518 ± 4 Ma from the São Vicente Granite, in turn, mark the end of metamorphism and deformation in the Paraguay Belt (McGee et

al., 2012).

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geotectonic unit that represents the initial phase of the opening and deposition of the Paraguay basin.

Therefore, seven representative samples were selected for heavy-mineral assemblage studies and calculation of the ZTR index (zircon, tourmaline and rutile). Morphological analysis of detrital zircons as well as their 400 new U-Pb analysis using LA-ICP-MS provided a closer look at the evolution of this sedimentary basin over geological time.

2.2 REGIONAL GEOLOGICAL SETTINGS

The Paraguay Belt is a prominent fold belt in the central region of the South America continent along the limit between the eastern-southeastern portion of the Amazon Craton and eastern portion of the Rio Apa Block consisting of metasedimentary rocks deformed during the Brasiliano cycle. The Paraguay belt exhibits close isoclinal folds within a compressional zone that progresses towards the platform covers overlying the craton, which are partially contemporaneous, structurally undulated and faulted (Alvarenga, 1990; Alvarenga and Trompette 1993).

A tectonic framework initially proposed by Almeida (1964, 1984) and later discussed by Alvarenga (1990) and Alvarenga & Trompette (1993) includes: (i) Foreland basin where there is a sub-horizontal and slightly inclined sedimentary succession that covers the Amazon Craton (ii) External Domain composed of rocks displaying incipient metamorphism, symmetrical folds and regional reverse faults with vergence towards the cratonic area; (iii) Internal Domain composed of metamorphic rocks formed under the greenschist facies, and polyphase deformation with folds and thrust faults that verge away from the craton.

Almeida (1984) described three adjacent structural zones for the Paraguay Belt: Metamorphic Brasilides, Non-Metamorphic Brasílides and the Brasiliano Covers. These structural zones are later named by Alvarenga (1988) and Alvarenga and Trompete (1992) as Internal Structural Zone, External Structural Zone and Platform Sedimentary Covers, respectively (Figure 2). The Cuiabá Group is reference the Internal Structural Zone, which provides rock samples that are stud in this work (Figure 3)

The sedimentary rocks of the Puga and Bauxi formations sit between the external and internal domains in part of the cratonic basement, and are composed of shallow-water glacigenic sediments, while they show lateral chrono-correlation with

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sediments of the intermediate and upper portions of the Cuiabá Group, which are attributed to a turbiditic environment controlled by gravity flows (Luz et al, 1980, Alvarenga, 1984, 1988, 1990, Alvarenga and Trompette, 1992, Alvarenga and Saes, 1992).

Figure 2. Geological map of the central-west region of Brazil and east Bolivia with emphasis on the Paraguay Belt. Location of the study area marked with a rectangle (Extracted and modified from Alvarenga, 1988).

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Figure 3. Geological map of the Cuiabá Group in the study region, with the location of the samples analysed in each stratigraphic unit.

2.3 STRATIGRAPHY OF THE CUIABÁ GROUP.

Systematic regional geological mapping in the Cuiabá region on the 1:50,000 scale (Coxipó Project) gave rise to the classification of informal lithostratigraphic subunits as well as their temporal order, which are attributed to glacio-marine depositional settings where tectonic instability gave rise to turbidity currents and mud flows (Luz et al., 1980). Later stratigraphic interpretations suggested that the deposits of the internal and external zones of the Paraguay Belt are partially contemporaneous and divided their stratigraphy into Inferior Unit, Intermediate Units, Glacio-Turbiditic and Carbonate Unit, and Superior Terrigenous Unit, which are a record of strongly glacial-influenced sedimentation along a cratonic border that laterally changes into a deeper marine basin, with sedimentation driven by gravity flows in elongate submarine fans from NW towards SE (Alvarenga, 1988, Alvarenga and Saes, 1992, Alvarenga and Trompette, 1992).

More recent studies propose the retrieval of terms and classical sections available in the geological literature about the Paraguay Belt, and present the subdivision of the Cuiabá Group in the formations: (i) the lower Campina de Pedra Formation which accumulated in a lacustrine environment as a response of the rift phase during basin evolution; (ii) the Acorizal Formation, a glacio-marine sedimentary pile

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deposited in rift margin settings that evolved into continental passive margin settings; (iii) Coxipó, a post-glacial marine unit that includes deposits generated by gravity flows, carbonate rocks and quartz-sandstones of stable platform (Tokashiki and Saes 2008, Beal 2013).

The lithotypes near the municipality of Planalto da Serra have received special attention, as well as a local stratigraphic classification which adopts both classical nomenclature from the literature and incorporates new formations. The stratigraphy is composed, from bottom to top, by the formations Marzagão, Jangada, Nobres and Pacu, as well as Serra Azul Formation 2 in the Alto Paraguai Group (CPRM, 2012).

This work adopts the stratigraphy presented by Tokashiki and Saes (2008), except for the subunit 4 which is here called Engenho Member, and the Subunit 5 (Pai Joaquim Member) which is here ascribed to the bottom portions of the Coxipó Formation (Figure 5).

Based on the data discussion as well as the synthesis of several field work , a new stratigraphic organization is proposed (Figure 4Figure 5.Stratigraphic columns of units of the Cuiabá Group: Campina de Pedra, Acorizal and Coxipó Formation.). The Pai Joaquim Member corresponds to the initial period of sedimentary basin inversion. This assumption is made due to sedimentary characteristics and tectonic factors that are part of the depositional history of the Cuiabá Group.

The Campina de Pedra Formation is the undivided and lower unit of the Cuiabá Group in the region of Cuiabá, and has received such denomination in reference to the Quilombo Community Campina de Pedra located to the west of Poconé municipe. The unit consists, from bottom to top, of fining upward cycles composed of phyllites, graphitic phyllites, intercalations of immature metasandstone with dark pelitic fabric and incomplete Bouma sequences, calcitic marbles and feldspathic metagraywacke at the top.

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Figure 4. Synthesis of the evolution of stratigraphic concepts for the Cuiabá Group - Paraguay Belt, modified from Tokashiki and Saes (2008).

Figure 5.Stratigraphic columns of units of the Cuiabá Group: Campina de Pedra, Acorizal and Coxipó Formation.

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The lithological organization points out to a deeper-lacustrine depositional environment whose main characteristic observed are the preservation of organic matter as well as carbonate deposition during drought intervals, this organic material is observed in micropetrography (Figure 6). This system would still count with a system of deltas carrying debris that were exposed on the rift shoulders.

Three representative samples were collected from the Campina de Pedra Formation as shown in (Figure 7): Cb-1 (S 16º01’314’’ /W 56º47’438’’) - An immature bituminous metasandstone rich in organic matter and characterized by blue quartz recrystallization. Cb-2 (S 16º01’351’’ /W 56º51’239’’) - Metagraywacke, greenish-gray, composed of quartz, feldspar and lithic fragment. Cb-A (S 16º01’305’’ /W 56º48’503’’) – Carbonatic-pelitic level, with lenses of sand, rich in organic matter.

The Acorizal Formation outcrops in the surroundings of the homonymous municipality and is composed of the Pindaival and Engenho Members, which are separated by an interdigitated horizon informally named as transition layer. This formation also comprises the Cangas Member, distal chrono-correlate unit of the Engenho Member.

Figure 6. Photomicrography of the Campina de Pedra formation. Mineralogical composition feldispatica essentially quartz, especially in the presence of organic matter and matrix-Cb The sample (A-B), and with pressure shadow biotite crystallization Cb-2 (C).

At the bottom of the Acorizal Formation, the Pindaival Member comprises metric cycles of thin to coarse-grained, massive and laminated lithosandstones overlaid by greenish-gray polymictic conglomerates, therefore, a coarsening-upward stacking pattern. This latter occurs in interdigitated contact with the carbonate muds of the Campina de Pedra Formation. This unit shows local evidence of progradation of the Pindaival Member towards the rocks of the Campina de Pedra Formation.

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The Engenho Member extends from the municipality of Jangada to the surroundings of Cuiabá and Poconé. This unit is represented by thick layers of purple-grey massive diamictites with clasts of granite, gneiss, quartzite and sandstone displaying groove-type slickenlines and common pentagonal shape (iron shape). It is accepted that these massive diamictites are lodgement tills formed at the base of glaciers which involves abrasion of subglacially-transported clasts (Almeida, 1965).

Two representative samples of the Acorizal Formation are studied, one from each member, as shown in Figure 7; Cb-3 (S 15°17'35.4"/W 56°26'49.1"): (i) A greenish-gray polymictic carbonaceous metaconglomerate; (ii) Cb-4 (S 15º49’439’’ /W 56º51’540’’) - Massive purple diamictite commonly displaying striated and faceted dropstones.

The Coxipó Formation is composed of two members, the Pai Joaquim Member and Marzagão Member, as well as exhibits two facies, the Guia Facies (Limestone) and Facies Mata-Mata (Sandstone). The Pai Joaquim Member consists of yellowish mature conglomerates; sandstones arranged as decametric fining-upward cycles whose bottom is marked by frequent cut-and-fill structures, as well as penecontemporaneous deformation structures. A characteristic retrogradational stacking pattern is observed as a result of the retreat of glaciers, which is compatible to sedimentation associated with outwash fans.

The intermediate and upper parts of the Coxipó Formation are characterized by the Marzagão Member which comprises massive, pinkish and greenish diamictites, with striated and faceted pebbles and boulders up to 10 m, displaying intercalations of turbiditic facies as expected for a typical deglacial debris-flow sequence. This package has the largest exposure of rocks of the Cuiabá Group.

Two samples are studied here (Figure 7), therefore approaching the stratigraphy of the Cuiabá Group as a whole; Cb-5 (S 15º15’068’’/ W 56°14’130’’) Quartz metasandstone showing fining-upward stacking pattern and textural maturity. Cb-6 (S 14º49’596’’/ W 55º00’443’’) – Foliated greenish diamictite displaying rotated pebbles and well-preserved pressure shadows.

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Figure 7. Lithotypes from the Cuiabá Group. Campina de Pedra Formation: Cb-A Carbonaceous level, Cb-1 Bituminous metasandstone, Cb-2 Metagraywacke. Acorizal Formation: Cb-3 Polymictic metaconglomerate, Cb-4 Purple diamictite. Formation Coxipó: Cb-5 Metasandstone

2.4 MATERIALS AND METHODS

Seven representative samples were collected from the main stratigraphic units of the Cuiabá Group for studies of heavy mineral assembly and ZTR index as well as morphological and U-Pb zircon analyzes.

Samples were first crushed and water-washed. After drying, they were sieved into fine and very fine (0.062-0.255mm) sand fractions to undergo gravity separation

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300 non-micaceous transparent grains were studied to yield the ZTR index (zircon, tourmaline and rutile) according to the procedures proposed by Hubert J.F. (1962).

The panned heavy-mineral concentrates provided an average of 100 zircons per sample that were described regarding their morphology (shape, inclusions, color, zoning). A third part of the sieved material was still concentrated through panning and hand-picking, and then sent to the Geochronology Laboratory of the Institute of Geosciences - University of Brasilia. There, 60 zircons from each sample were mounted into epoxy resin disks, imaged using Scanning Electron Microscope, and later analyzed through LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) using a ThermoFinningan Neptune coupled with New Wave laser system. The analytical procedures for obtaining the U-Pb detrital zircon ages followed the standard methodology described by Buhn B. et al (2009).

2.5 RESULTS.

2.5.1 Heavy minerals study and ztr index.

The heavy minerals assembly (HMA) of metasedimentary rocks from the Cuiabá Group consists basically of opaque mineral, epidote, titanite, zircon, tourmaline and rutile. Minor metamorphic and alteration minerals (leucoxene, calcite, muscovite, biotite and chlorite) occur. A single occurrence of apatite is recorded in the Cb-4 sample, and another of anatase is observed in the Cb-6 sample Figure 8(A).

The specimens of heavy minerals found are shown in Figure 8(B). Opaque minerals usually represent up to 50% of the HMA in samples, and over 70% in the Cb-2 sample.

The low percentages of opaque minerals in the Pindaival Members and bottom portions of the Marzagão Member are related to the higher concentrations of leucoxene and presence of chlorite, calcite and titanite. Epidote occurs in all the studied samples, and is the most representative specimen among non-micaceous transparent minerals assembly at the bottom portions (Campina de Pedra Formation), as well as at the transition between the Engenho Member and the Coxipó Formation.

The ZTR index values obtained and their variation in the stratigraphic units studied can be observed in a graph of comparative distribution (Figure 8(B)). The ZTR index shows a growing pattern from 20% for the Campina de Pedra Formation to values

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over 80% for the Coxipó Formation. Among the ZTR, zircon is the most abundant mineral and its proportion tends to increase in the stratigraphic column in comparison to Tourmaline and Rutile. The tourmaline occurs in low amount and in wide range of colors, in places, absent. Rutile is the dominant specimen in bottom portions of the Campina de Pedra Formation.

Campina de Pedra Formation: Cb-1

The ZTR index is calculated only on the basis of micaceous and non-metamorphic transparent minerals (80% epidote, 14% rutile, 4% tourmaline, 2% titanite and 2% zircon). The ZTR index is of about 20% for this sample, with euhedral zircon grains ranging from brown to dark, red in color, commonly displaying zoning, fluid and mineral inclusions. The tourmaline is green in color, with preserved striae and angular edges, and the rutile occurs as anhedral grains that vary from yellow to red in color. Cb-2 - The ZTR index is of 48% (5Cb-2% epidote, 39% zircon, 6% tourmaline, and 3% rutile). The zircon grains are rounded with long and short axes, brown to yellow in color. The tourmalines are rounded and spherical in shape with colors varying from olive to yellow; the rounded dark-red rutile grains are rare, in turn.

Acorizal Formation: Cb-3

The ZTR index is of 67% (41% rutile, 26% epidote, 26% zircon, and 7% titanite). The rutile grains, yellow and light red in color, show partially preserved edges whilst rounded zircons show short and long prisms. Cb-4 - The ZTR index is of 62% (35% zircon, 20% tourmaline, and 7% rutile). Zircons are rounded and show short and long axes, commonly broken and varying in color from pink to colorless, with inclusions. Tourmaline grains are green in color and show sub-rounded edges; the rutile grains are red.

Coxipó Formation: Cb-5

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the tourmaline grains are green and rounded while the rutile grains are rounded and vary from yellow to red in color. Cb-6 - The ZTR index is of 82%, a high value (46% zircon, 32% rutile, 18% epidote and 4% tourmaline). The assembly is represented by colorless rounded zircon grains with long and short axes, round green tourmaline grains, and spherical rutile grains.

2.5.2 Morphological Analysis of detrital zircon grains.

The study of zircon grains from the different units of the Cuiabá Group revealed the existence of five families, which are distinguished on the basis of habit, roundness, sphericity, color and inclusions. In terms of color variation, zircon grains are more reddish at the bottom and colorless at the upper portions, however there are grains amber and light pink in color along the stratigraphy. In the study area, grains with well-preserved edges and prisms (F1 and F2) occur only in the Campina de Pedra Formation decreasing in amount towards the top of the stratigraphic column. The distribution of the zircon families according to samples is summarized in Figure 8(C).

Family F1 – Zircon grains of this family are elongated euhedral prisms with bipyramidal terminations; they usually display zoning in red tones, and are present only in the Campina de Pedra Formation and more significantly in the very bottom portions.

Family F2 – Short subhedral zircon grains, pale red in color, with well-preserved terminations; this family is observed only in the Campina de Pedra Formation.

Family F3 – The zircon grains are of medium size, prismatic, with rounded edges, pink in color.

Family F4 – Rounded and spherical zircon grains; this is the only family present in all samples and the most abundant as well.

Family F5 – Zircon is characterized by long prismatic with rounded edges grains. It is ubiquitous in the units of the Cuiabá group, except for the Campina de Pedra Formation.

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Figure 8. (A) Examples the grained of heavy mineral assembly of the Cuiabá Group. (B) Distribution of heavy minerals assembly and ZTR index, where the values go from 20% at the base and reaches more than 80% at the top, so the sediment maturity increases towards.

2.5.3 - U-Pb Geochronology

The results of over more than 400 U-Pb zircon analyzes by LA-ICP-MS carried out on all the seven samples collected from the Cuiabá Group, show that their source rocks are predominantly of Proterozoic age, with a minimum age at 923 Ma and a maximum age at 2.164 Ma. Samples from the bottom portions have a higher frequency of ages at 1.5 and 1.4 Ga, while the intermediate portions show a main peak of around 1.2 Ga; the upper portions show a large age distribution although the peak contribution is of age 1.2 -1.0 Ga. Analytical data are presented in the Eletronic Appendix B. Only