UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

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PETROGÊNESE DO GRANULITO PEDRA DOURADA, MG

Kassia de Souza Medeiros Marinho

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

Marcone Jamilson Freitas Souza

Vice-Reitor

Célia Maria Fernandes Nunes

Pró-Reitor de Graduação

Valdei Lopes de Araújo

ESCOLA DE MINAS

Diretor

José Geraldo Arantes de Azevedo Britto

Vice-Diretor

Wilson Trigueiro de Sousa

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

Fernando Flecha de Alkmim

Chefe Adjunto

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CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA

–

VOL. 74

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Nº 324

PETROGÊNESE DO GRANULITO PEDRA DOURADA, MG

Kassia de Souza Medeiros Marinho

Orientadora

Hanna Jordt Evangelista

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial à obtenção do Título de Mestre Ciências Natural, Área de Concentração: Geologia Estrutural e

Tectônica

OURO PRETO

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vi Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/ Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita

35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606

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Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.

ISSN 85-230-0108-6

Depósito Legal na Biblioteca Nacional Edição 1ª

Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto

M338p Marinho, Kassia de Souza Medeiros

Petrogênese do Granulito Pedra Dourada, MG [manuscrito] / Kassia de Souza Medeiros Marinho - 2014.

117 f.: il.; color.; tabs., mapas. (Contribuições às Ciências da Terra, M, v. 74, n. 324)

Orientadora: Profa. Dra. Hanna Jordt Evangelista.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Evolução Crustal e Recursos Naturais. Área de concentração: Petrogênese/Recursos Minerais/Gemologia.

1. Granulito. 2. Petrogênese. 3. Orógeno Araçuaí. I. Evangelista, Hanna Jordt. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Título.

CDU: 552.11

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“Your achievements in climbing are a lot less relevant than what you learn in process. It`s not what you climb that counts, but how you climb it.”

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Agradecimentos

Agradeço primeiramente a Deus e ao Universo por me guiarem até aqui. E pelas pessoas especiais colocadas em meu caminho que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho.

À minha família, meu alicerce para a idealização de qualquer sonho. Aos meus pais e minha irmã Kassiane pelo apoio, carinho e motivação para seguir adiante. Ao meu marido Marcelo, pelo auxílio e contribuição durante todas as etapas da pesquisa. Pelos questionamentos céticos e discussões geológicas instigantes que imensamente enriqueceram minhas ideias e meu trabalho. E por seu amor e cumplicidade nos momentos mais desafiadores. Sou muito grata também à sua família, em especial à querida D. Darcy.

À minha orientadora Hanna Evangelista, exemplo de competência e dedicação à Geologia. Agradeço pela oportunidade, confiança, incentivo e, sobretudo, pela paciência e sensibilidade para compreender os percalços que vivenciei ao longo deste caminho.

Ao Prof. Dr. Cristiano Lana e equipe do LOPAG pela assistência e orientação durante as análises geocronológicas.

Ao Prof. Dr. André Danderfer, por gentilmente ceder as lâminas confeccionadas durante o Trabalho Geológico 2010/1 (Subprojeto Dom Silvério).

Aos amigos da Pós, a começar por Edgar Medeiros Jr. e Gabriela Fonseca, pela parceria desde a minha iniciação científica, dividindo não só a orientadora e a saudosa Sala 29, mas também inúmeros momentos de descontração e demonstração de amizade sincera. Devo muito a vocês!

Às companheiras de TG e mestrado, Alice Costa e Marilane Melo, pelos preciosos conselhos, companheirismo e pelo exemplo de dedicação profissional. E às queridas Ana Alkmim, Carolina Sarno e Caroline Soares, pela convivência e amizade.

Aos amigos da GEO, da UFOP e da Vida – Giordano Caran, Maria Paula Delício, Munyke Romano, Tiago Novo e Tassiane Luehring – pelo incentivo e ajuda direta em diversos momentos que precisei.

Ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais e ao Departamento de Geologia da Escola de Minas – UFOP, pela infraestrutura e suporte oferecidos. Aos laboratórios LAMIN, MICROLAB e LGqA. À CAPES pela concessão da bolsa de mestrado e à FAPEMIG pelo financiamento das análises geoquímicas e geocronológicas (Projeto de pesquisa CRA-APQ-02206-11).

Por fim, dou “Gracias a la Vida, que me ha dado tanto...”

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Sumário

_____________________________________________________________________________________

AGRADECIMENTOS ... ix

LISTA DE FIGURAS ... xv

LISTA DE TABELAS ... xix

RESUMO ... xxi

ABSTRACT ... xxiii

1- INTRODUÇÃO ... 1

1.1- APRESENTAÇÃO ... 1

1.2- OBJETIVOS ... 2

1.3- LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO ... 2

1.4- MATERIAIS E MÉTODOS ... 2

1.4.1- Levantamento cartográfico e bibliográfico... 2

1.4.2- Trabalhos de campo ... 3

1.4.3- Trabalhos de laboratório ... 3

Descrição petrográfica e microestrutural ... 3

MEV-EDS e microssonda eletrônica de varredura ... 4

Geoquímica ... 6

Geocronologia ... 6

1.4.4- Geotermobarometria ... 7

1.4.5- Compilação dos dados e elaboração da dissertação ... 8

2- GRANULITOS – UMA BREVE REVISÃO ... 9

2.1- TERMINOLOGIA ... 9

2.2- CARACTERÍSTICAS GERAIS ... 10

2.3- GEOTERMOBAROMETRIA DE GRANULITOS ... 11

2.4- TRAJETÓRIAS P-T-t DE GRANULITOS ... 12

2.4.1- Trajetórias IBC – Near Isobaric Cooling ... 13

2.4.2- Trajetórias ITD – Near Isothermal Descompression ... 14

3- CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 15

3.1- CONTEXTO GEOTECTÔNICO ... 15

3.2- GEOLOGIA REGIONAL ... 15

3.2.1- Granulito Pedra Dourada ... 16

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3.2.3- Suíte Metamórfica São Sebastião do Soberbo ... 19

3.2.4- Grupo Dom Silvério ... 19

3.2.5- Coberturas Cenozóicas ... 21

3.3- GEOLOGIA ESTRUTURAL ... 21

4- GEOLOGIA LOCAL E PETROGRAFIA ... 23

4.1- GEOLOGIA LOCAL ... 23

4.2- PETROGRAFIA DOS GRANULITOS ... 28

4.2.1- Granulito félsico ... 28

Biotita granulito félsico ± granada ... 29

Ortopiroxênio granulito félsico ... 32

4.2.2- Granulito máfico ... 36

4.2.3- Granulito aluminoso ... 40

5- QUÍMICA MINERAL ... 45

5.1- INTRODUÇÃO ... 45

5.2- ANFIBÓLIO... 46

5.3- BIOTITA ... 48

5.4- ESPINÉLIO ... 50

5.5- FELDSPATOS ... 50

5.6- GRANADA ... 51

5.7- PIROXÊNIOS ... 54

5.8- MINERAIS OPACOS ... 55

6- GEOTERMOBAROMETRIA ... 57

6.1- INTRODUÇÃO ... 57

6.2- THERMOCALC E O MÉTODO AVERAGE P-T ... 59

6.3- GRANULITO FÉLSICO ... 61

6.4- GRANULITO MÁFICO ... 65

6.5- GRANULITO ALUMINOSO ... 69

6.6- SÍNTESE DOS RESULTADOS GEOTERMOBAROMÉTRICOS ... 74

7- LITOGEOQUÍMICA ... 77

7.1- INTRODUÇÃO ... 77

7.2- GRANULITOS FÉLSICOS ... 78

7.2.1- Classificação química ... 78

7.2.2- Ambiência tectônica ... 80

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7.4- GRANULITOS ALUMINOSOS ... 85

8- GEOCRONOLOGIA ... 87

8.1- INTRODUÇÃO ... 87

8.2- O MÉTODO U-Pb ... 87

8.3- O ZIRCÃO NO METAMORFISMO DE ALTO GRAU ... 89

8.3.1- Condições de formação ... 89

8.3.2- Características físicas ... 90

8.4- RESULTADOS ANALÍTICOS ... 91

8.4.1- Amostra K11A – Ortopiroxênio Granulito Félsico ... 91

8.4.2- Amostra HMI-6C – Ortopiroxênio Granulito Félsico ... 94

8.4.3- Amostra HMI-9B –Granulito Aluminoso ... 97

9- DISCUSSÕES E CONCLUSÕES ... 101

9.1- CARACTERÍSTICAS DE CAMPO E CONSTITUIÇÃO LITOLÓGICA ... 101

9.2- SÍNTESE PETROGRÁFICA ... 102

9.2.1- Granulitos Félsicos ... 102

9.2.2- Granulitos Máficos ... 102

9.2.3- Granulitos Aluminosos ... 103

9.3- GEOQUÍMICA ... 105

9.4- GEOCRONOLOGIA... 106

9.4.1- Granulito Félsico (Amostra K11A) ... 106

9.4.2- Granulito Félsico (Amostra HMI-6C) ... 106

9.4.3- Granulito Aluminoso (Amostra HMI-9B) ... 107

9.5- CONCLUSÕES ... 108

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 109

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Lista de Figuras

Figura 1.1 - Mapa de localização e vias de acesso da área de estudo (Ministério dos transportes 2010)...03 Figura 1.2 - Mapa de distribuição dos afloramentos estudados...05 Figura 3.1 - Contexto geotectônico do Granulito Pedra Dourada. a) Orógeno Araçuaí e unidades geotectônicas adjacentes (Cráton do São Francisco e Orógeno Ribeira). O retângulo hachurado corresponde à localização da figura 3.1b. Modificado de Pedrosa-Soares et al. (2007); b) Mapa geológico regional com a localização do Granulito Pedra Dourada (retângulo vermelho) na Faixa Araçuaí. Modificado de Peres et al. (2004)...16 Figura 3.2 - Mapa geológico regional com a localização do Granulito Pedra Dourada e unidades adjacentes. Modificado de Brandalise (1991)...18 Figura 3.3 - Empilhamento estratigráfico do Grupo Dom Silvério nas porções norte e sul da faixa. Destaque para a localização do Granulito Pedra Dourada (retângulo vermelho). Modificado de Peres et al. (2004)...20 Figura 4.1 - Mapa de localização do Granulito Pedra Dourada na área estudada. Modificado de Peres (2000)...24 Figura 4.2 - Aspectos de campo das rochas de fácies granulito. (a) Blocos de granulito máfico envoltos por granulito félsico (Ponto K-6); (b) Enclaves de granulito máfico com contatos difusos em granulito félsico (Ponto K-11); (c) Granulito máfico recortado por veios do granulito félsico (Ponto K-6); (d) Granulitos máfico e félsico caracterizando um bandamento com dobras apertadas (Ponto K-6); (e) Granulitos félsico e máfico com contatos difusos, assemelhando-se à estrutura schlieren (Ponto K-5); (f) Granulito aluminoso com veios irregulares e contorcidos, definindo a estrutura flebítica (Ponto K-58). Abreviações: gf – granulito félsico; gm – granulito máfico; ga – granulito aluminoso; ls – leucossoma....25 Figura 4.3 - Feições migmatíticas e estruturais das rochas de fácies granulito. (a) Granulito máfico com segregados félsicos contendo minerais máficos (no caso hornblenda), caracterizando a estrutura fleck (Ponto K-52); (b) Blocos de granulito máfico envoltos por leucossoma, definindo a estrutura schollen (Ponto K-11); (c) Estrutura schlieren, definida por faixas difusas de leucossoma e melanossoma em granulito máfico; (Ponto K-26); (d) Bandamento composicional milimétrico e porfiroblastos de granada em granulito aluminoso (Ponto K-46); (e) Porfiroclastos do tipo augen em feldspato do granulito félsico (Ponto K-27); (f) Granulito félsico afetado por zona de cisalhamento decimétrica, caracterizando estrutura S-C (Ponto K-6). Abreviações: gf – granulito félsico; ls – leucossoma; ms – melanossoma; grt – granada; hbl - hornblenda...27 Figura 4.4 - Aspectos petrográficos e microestruturais do biotita ± granada granulito félsico. (a) Porfiroclasto de feldspato contornado pela foliação milonítica (Ponto K26); (b) Bandamento composicional (Ponto HMI6); (c) Porfiroclasto de ortoclásio pertítico contornado por biotita e quartzo recristalizado. LPX, Lâmina K5C2 (Ponto K5); (d) Plagioclásio antipertítico com inclusão de granada. LPX, Lâm. A7-59 (Ponto HMI12); (e) Porfiroclasto de ortoclásio com cauda de recristalização do tipo . LPX, Lâm. K64A (Ponto K64); (f) Porfiroclasto de plagioclásio contornado por ribbon de quartzo. LPX, Lâm. A7-67 (Ponto HMI15); Abreviações: Bt – biotita; Grt – granada; Kfs – feldspato potássico; Or –

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Bt – biotita; Grt – granada; Hbl – hornblenda; Ilm – ilmenita; Or – ortoclásio; Opx – Ortopiroxênio; Pl - plagioclásio; Qz – quartzo...33 Figura 4.6 - Aspectos microestruturais do ortopiroxênio granulito félsico. (a) Plagioclásio antipertítico.

LPX, Lâmina K40B (Ponto K40); (b) Quartzo com extinção do tipo “tabuleiro de xadrez”. LPX, Lâmina

A7-16 (Ponto HMI4); (c) Contatos ameboides em plagioclásio, sugestivos de recristalização por MBG. LPX, A7-14 (Ponto HMI3); (d) Porfiroclasto antipertítico de ortoclásio. LPX, Lâmina K11A (Ponto K11); (e) Textura núcleo-manto em plagioclásio. LPX, Lâmina K59A (Ponto K59); (f) Ortopiroxênio esqueletiforme com indícios de substituição por hornblenda associada a granada. Intercrescimento simplectítico entre hornblenda e quartzo. LPP, A7-42 (Ponto HMI11). Abreviações: Grt – granada; Hbl –

hornblenda; Kfs – feldspato potássico; Or – ortoclásio; Opx – Ortopiroxênio; Pl - plagioclásio; Qz –

quartzo...35 Figura 4.7 - Aspectos petrográficos e microscópicos do granulito máfico. (a) Bandamento mineralógico incipiente (Ponto K11); (b) Plagioclásio porfiroclástico antipertítico contornado por foliação descontínua definida por biotita (Bt). LPX, Lâmina K11D2 (Ponto K11); (c - d) Associação mineral principal. LPP e LPX, Lâmina A7-18 (Ponto HMI5); (e - f) Granada coronítica em torno de plagioclásio. LPP e LPX, Lâmina DS-11-41 (Ponto AM41). Abreviações: Cpx – clinopiroxênio; Grt – granada; Hbl – hornblenda; Kfs – feldspato potássico; Opx – Ortopiroxênio; Pl – plagioclásio...37 Figura 4.8 - Aspectos microestruturais do granulito máfico. (a - b) - Substituição pseudomórfica de ortopiroxênio por cummingtonita e substituição marginal do clinopiroxênio por hornblenda. LPP e LPX, Lâmina DS-11-41 (Ponto AM-41); (c) – Microestrutura núcleo-manto em plagioclásio. Lâmina DS-11-44 (Ponto AM-44); (d) – Microestrutura núcleo-manto em quartzo. LPX, Lâmina K2C3 (Ponto K2); (e - f) –

Grãos segmentados de clinopiroxênio e hornblenda, envoltos em matriz de grãos cominuídos. Destaque para o quartzo poligonal. LPP e LPX, Lâmina DS-11-44 (Ponto AM-44). Abreviações: Cpx –

clinopiroxênio; Cum – cummingtonita; Grt – granada; Hbl – hornblenda; Opx – Ortopiroxênio; Pl - plagioclásio; Qz – quartzo; Scp – escapolita...39 Figura 4.9 - Aspectos petrográficos e microscópicos do granulito aluminoso. (a) Amostra de granulito aluminoso com leucossoma rico em granada (Ponto HMI-9). (b) Amostra de granulito aluminoso com bandamento composicional formado por opx + plg na base e grt + bt no topo da amostra. (Ponto K39). (c) Porfiroblasto de granada com inclusões de hercinita e biotita. LPP, Lâmina A7-32 (Ponto HMI-9); (d) Inclusões aciculares de sillimanita em granada. LPX, Lâmina DS-14-125 (Ponto MM-125); (e) Filme de plagioclásio envolvendo parcialmente a granada. LPX com lâmina de quartzo, Lâmina DS-14-125 (Ponto MM-125); (f) Porfiroblasto de granada com inclusões feldspáticas ameboides e que envolve parcialmente embaiamentos quarto-feldspáticos. LPX com lâmina de quartzo, Lâmina A7-32 (Ponto HMI-9). Abreviações: Bt – biotita; Grt – granada; Hc – hercinita; Kfs – feldspato potássico; Opx – ortopiroxênio; Pl - plagioclásio; Qz – quartzo; Sill – sillimanita...41 Figura 4.10: Aspectos microestruturais do granulito aluminoso. (a-b) Granada com inclusão de plagioclásio que por sua vez contém inclusão de ortopiroxênio. LPP e LPX, Lâmina K39 (Ponto K39); (c) Granada porfiroblástica (Grt1) envolta por corona de granada simplectítica (Grt2), a qual também envolve

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Figura 5.3: Classificação dos anfibólios cálcicos de granulitos félsicos e máficos segundo diagramas de Leake et. al. (1997). (a) Análises por MSE. (b) Análises por MEV-EDS...48 Figura 5.4 - Classificação da biotita segundo diagrama de Deer et. al. (1992). (a) Análises por MSE. (b) Análises por MEV...49 Figura 5.5 - Diagrama binário XMg x Ti (íons por fórmula unitária) com as análises representativas de biotita...49 Figura 5.6 - Classificação dos feldspatos em diagrama ternário segundo os componentes Ortoclásio (Or) –

Albita (Ab) – Anortita (An). (a) Análises por MSE. (b) Análises por MEV-EDS...51 Figura 5.7: Perfil composicional núcleo-borda em granada porfiroblástica do granulito aluminoso (Amostra DS-14-125B). À esquerda, imagem gerada por MEV com a localização das análises...54 Figura 5.8 - Perfil composicional núcleo-borda em granada do granulito máfico (Amostra K26). À esquerda, imagem gerada por MEV com a localização das análises...54 Figura 5.9 - Classificação dos piroxênios em diagrama ternário segundo os componentes Wollastonia (Wo) – Enstatita (En) – Ferrossilita (Fs). (a) Análises por MSE. (b) Análises por MEV-EDS...55 Figura 5.10 - Imagens de elétrons retroespalhados obtidas por MEV. (a) Intercrescimento simplectítico entre granada (Grt) e magnetita (Mag). (b) Detalhe da magnetita...56 Figura 6.1 - (a) Intersecção de duas reações independentes e a elipse de incerteza para P-T. (b) Efeito da adição de uma terceira reação com grau de incerteza maior. Modificado de Powell & Holland (1994)...60 Figura 6.2 - Representação gráfica do sistema termodinâmico do RCLC, composto de 4 fases (Grt-Opx-Pl-Qtz) e 6 reações de equilíbrio, sendo três delas independentes (destacadas em negrito). (a) Condições P-T iniciais, estimadas pela geotermobarometria convencional (Intersecção A) e pela solubilidade de Al em Opx (Intersecção B). (b) Condição P-T final, obtida após a correção da troca tardia de Fe-Mg entre Grt e Opx (Intersecção C). As linhas em cinza representam as posições das reações antes do ajuste. Modificado de Pattison et al. (2003)... ...70 Figura 6.3 - Diagrama P-T baseado nos resultados do método avPT. A área circunscrita pelas curvas plotadas corresponde às incertezas nos valores calculados...75 Figura 7.1 - Diagramas para classificação química dos granulitos. (a) TAS (Cox et al. 1979); (b) R1-R2 (De la Roche et al. 1980); (c) AFM [(Na2O+K2O) _– FeOt _– MgO] (Irvine & Baragar 1971); (d) Índice de aluminosidade (Shand 1943)...79 Figura 7.2 - Diagramas para classificação química dos granulitos félsicos (Frost et al. 2001). (a) FeOtot_/(FeOtot_{+ MgO) vs. SiO}

2 com a delimitação entre o campo dos granitoides ferrosos e magnesianos;

(b) Na2O + K2O + CaO vs. SiO2 com os campos composicionais das séries cálcica, cálcio-alcalina,

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Figura 7.4 - Diagramas para classificação química dos granulitos máficos baseada em elementos traços. (a) Zr/TiO2– Nb/Y (Winchester & Floyd 1977); (b) Zr/Ti – Nb/Y (Pearce 1996). OBS: Os teores de Nb

abaixo do limite de detecção (LDD) foram substituídos por metade do LDD...83 Figura 7.5 – Diagramas discriminantes de ambientes tectônicos para os granulitos máficos. (a) Ti/Y x Zr/Y (Pearce & Gale 1977); (b) Ti-Zr-Y, onde: IAT - tholeiítos de arco de ilha, MORB - basaltos de dorsais meso-oceânicas, CAB - basaltos cálcio-alcalinos, WPB - basaltos intraplaca (Pearce & Cann 1973); (c) Zr-Nb-Y onde: AI - Basaltos intraplaca alcalinos, AII - Basaltos intraplaca tholeiíticos, B - basaltos E-MORB – enriquecidos em elementos traços incompatíveis, C - tholeiítos intraplaca e basaltos de arcos vulcânicos, D - basaltos N-MORB – empobrecidos em elementos traços incompatíveis – e basaltos de arcos vulcânicos (Meschede 1986); (d) Ti x V ((Shervais 1982). OBS: Os teores de Nb abaixo do limite de detecção (LDD) foram substituídos por metade do LDD (Legenda na figura 7.1)...84 Figura 7.6 - Diagramas discriminantes para os granulitos aluminosos. (a) Classificação química segundo log(Fe2O3(t)/K2O) vs. log(SiO2/Al2O3) (Herron 1988); (b) Classificação tectônica segundo log(K2O/Na2O)

vs. SiO2 (Roser & Korsch 1986)...86

Figura 8.1: Morfologias externas e estruturas internas típicas de zircões metamórficos de rochas de alto grau. (a) Morfologia ovoide com faces e arestas arredondadas (Hoskin & Schaltegger 2003); (b)

Morfologia “soccer-ball” (Harley et al. 2007); (c) Sobrecrescimento metamórfico com zonamento por setor e padrão fir-tree (ft) (Vavra et al. 1996); (d) Sobrecrescimento magmático (melt-precipitated) com zonamento oscilatório e borda prismática (Silva 2006); (e) Sequência de estruturas comuns em zircão da fácies granulito: núcleo herdado (core), sobrecrescimento prismático com zonamento oscilatório (prismatic) e sobrecrescimento homogêneo com alta luminescência (isometric) (Vavra et al. 1999); (f) Zonamento convoluto em zircão parcialmente recristalizado (Hoskin & Schaltegger 2003); (g) Feições caóticas com estruturas de fluxo em grão intensamente recristalizado (Harley et al. 2007); (h) Frente de recristalização que migra da borda para o centro do grão e oblitera o zonamento oscilatório primário (Corfu et al. 2003); (i) Resquícios do zonamento oscilatório preservados após a recristalização transgressiva, o que resulta em domínios de idade mista (Hoskin & Black 2000)...92 Figura 8.2 - Imagens de catodoluminescência (CL) de zircões representativos da amostra K11A. Os círculos indicam o local das análises (diâmetro do spot = 20µm). Também estão informados o número do spot, a idade 207_Pb/206_{Pb (em Ma) e a porcentagem de discordância (Disc.)...94}

Figura 8.3 - Diagramas concórdia Wetherill e diagramas de variação (detalhe) das amostras do granulito félsico. (a) Idade de metamorfismo (Mean) e idade mínima de cristalização (Spot 105) da amostra K11A. (b) Idade de cristalização da amostra HMI-6C. (c) Reta discórdia cujos interceptos correspondem a idades de dois possíveis eventos metamórficos da amostra HMI-6C. (d) Detalhe do intercepto inferior com a idade interpretada como correspondente ao metamorfismo de fácies granulito da amostra HMI-6C...95 Figura 8.4 - Imagens de catodoluminescência (CL) de zircões representativos da amostra HMI-6C. Os círculos indicam o local das análises (diâmetro do spot = 20µm). Também estão informados o número do spot, a idade 207_Pb/206_{Pb (em Ma) e a porcentagem de discordância (Disc.) ...96}

Figura 8.5 - Imagens de catodoluminescência (CL) de zircões representativos da amostra HMI-9B. Os círculos indicam o local das análises (diâmetro do spot = 20µm). Também estão informados o número do spot, a idade 207_Pb/206_{Pb (em Ma) e a porcentagem de discordância (Disc.)...98}

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Lista de Tabelas

Tabela 1.1 - Dados físicos de produção...08

Tabela 2.1 - Associações minerais diagnósticas da fácies granulito (Green & Ringwood 1967 in Yardley 2004)...11

Tabela 3.1 - Comparativo entre as fases deformacionais e principais elementos estruturais descritos na área de estudo...22

Tabela 5.1 - Sumário dos dados de química mineral obtidos para os litotipos de fácies granulito...45

Tabela 5.2 - Fórmula química média do espinélio por grão analisado...50

Tabela 5.3 - Composição química média da granada analisada por MSE...52

Tabela 5.4 - Composição química média da granada analisada por MEV-EDS...53

Tabela 6.1 - Estimativas de P obtidas com a geobarometria convencional no software GPT para a amostra K11A. Os códigos entre parênteses correspondem aos números das análises de MSE especificados no anexo III...63

Tabela 6.2 - Estimativas de T obtidas com a geotermometria convencional no software GPT para a amostra K11A...63

Tabela 6.3 - Estimativas P-T obtidas com o método avPT no THERMOCALC para a amostra K11A....64

Tabela 6.4 - Estimativas de P obtidas com a geobarometria convencional no PTMAFIC para a amostra K2C3. Os códigos entre parênteses correspondem aos números das análises de MSE especificados no anexo III...66

Tabela 6.5 - Estimativas de T obtidas com a geotermometria convencional no PTMAFIC para a amostra K2C3...67

Tabela 6.6 - Estimativas P-T obtidas com o método avPT no THERMOCALC para a amostra K2C3....68

Tabela 6.7 - Estimativas P-T obtidas com o método de Pattison et al. (2003) no software RCLC para a associação granada + ortopiroxênio + biotita + plagioclásio + quartzo, das amostras HMI-9B e K39. Os códigos entre parênteses correspondem aos números das análises de MSE especificados no anexo III...72

Tabela 6.8 - Estimativas P-T obtidas com o método avPT no THERMOCALC para a amostra HMI9B..73

Tabela 6.9 - Estimativas P-T obtidas com o método avPT no THERMOCALC para a amostra K39...74

Tabela 6.10 - Síntese das estimativas P-T obtidas no THERMOCALC para os litotipos de fácies granulito ...75

Tabela 8.1 - Séries de decaimento do sistema U-Th-Pb, simplificadas pelos isótopos radioativos iniciais e radiogênicos finais e suas respectivas meias-vidas e constantes de decaimento. Modificado de Geraldes (2010)...92

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xxi

Resumo

O Granulito Pedra Dourada (GPD) consiste de uma associação de rochas metamórficas de fácies granulito que ocorre ao norte da cidade de Ponte Nova, região sudeste de Minas Gerais. Tal unidade aflora em corpos com área de até 45 km2_{, encaixados entre os ortognaisses do Complexo Mantiqueira e a sequência}

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xxiii

Abstract

The Pedra Dourada Granulite (PDG) corresponds to an association of granulite-facies metamorphic rocks which occurs north of the town of Ponte Nova, southeast of Minas Gerais, Brazil. It comprises bodies up to 45 km2_{inserted into amphibolite-facies gneisses of the Mantiqueira Complex and the}

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CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1. APRESENTAÇÃO

As rochas de fácies granulito têm sido tema de um extenso número de estudos ao longo das últimas décadas. Essa atenção se deve ao fato desses litotipos representarem resquícios de raízes profundas da crosta e trazerem consigo informações importantes acerca da provável natureza e composição dessa porção crustal (Harley 1998; Winter 2001). Além disso, granulitos podem servir de fonte para um melhor entendimento dos processos tectônicos envolvidos na evolução de um orógeno (Harley 1989).

O domínio externo do Orógeno Araçuaí (Pedrosa-Soares et al. 2007; Noce et al. 2007a; Alkmim et al. 2007), correlacionado à Faixa Araçuaí de Almeida (1977), é caracterizado por rochas de fácies xisto verde (a oeste) a anfibolito (a leste). Entretanto, na região sudeste de Minas Gerais, aproximadamente entre as cidades de Mariana e Abre Campo, são encontrados dois terrenos granulíticos encaixados nos gnaisses de fácies anfibolito do Complexo Mantiqueira (Jordt-Evangelista & Alkmim 1998). O Complexo Acaiaca, originalmente descrito por Jordt-Evangelista (1984, 1985), é o mais ocidental e ocorre nos arredores do município homônimo. O outro terreno corresponde ao Granulito Pedra Dourada inicialmente denominado por Brandalise (1991) como Granulito Córrego Pedra Dourada. Essa unidade está situada a leste da sequência metavulcanossedimentar do Grupo Dom Silvério, na região dos municípios de Dom Silvério e Rio Doce (Peres 2000). Como as relações de contato entre os granulitos e os gnaisses de fácies anfibolito não são bem definidas, o estudo petrogenético desses terrenos granulíticos contribuirá para o entendimento da gênese dos mesmos e do seu significado geotectônico em relação à Faixa Araçuaí.

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1.2. OBJETIVOS

O principal objetivo desta pesquisa é compreender a gênese do Granulito Pedra Dourada (GPD). Para isso foi realizada a identificação dos diferentes litotipos de fácies granulito, sua distribuição espacial e suas relações de contato com as unidades adjacentes, como os gnaisses do Complexo Mantiqueira e a sequência metavulcanossedimentar do Grupo Dom Silvério.

Em seguida, foram desenvolvidos estudos petrogenéticos, geotermobarométricos e geocronológicos que possibilitaram a classificação dos litotipos, a estimativa das condições de pressão e temperatura em que foram gerados, a interpretação do protólito dos metamorfitos, sua idade e o seu significado geotectônico. Por meio do entendimento da gênese do GPD e da comparação entre as histórias evolutivas das unidades granulíticas descritas no Complexo Mantiqueira (e.g. Complexo Acaiaca), espera-se contribuir para a melhor compreensão do arcabouço geotectônico regional do Orógeno Araçuaí.

1.3. LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO

A área de estudo está situada na região sudeste de Minas Gerais e abrange parte dos municípios de Sem Peixe, Rio Doce, Santa Cruz do Escalvado e Dom Silvério. Está inserida na folha topográfica Dom Silvério (SF.23-X-B-II-1) do IBGE (1979) em escala 1:50.000 (Fig. 1.1). O acesso a partir de Ouro Preto é feito pela rodovia MG-262 até a cidade de Ponte Nova, de onde se segue pelas rodovias BR-120 e em seguida pela MG-123 até Dom Silvério. Esse percurso totaliza 120 km. O acesso a partir de Belo Horizonte é feito pela rodovia BR-381(Fernão Dias) até a confluência dessa com a rodovia MG-123, nas proximidades do município de João Monlevade, a partir da qual se segue até Dom Silvério. A distância percorrida nesse trajeto é de 170 km.

1.4. MATERIAIS E MÉTODOS

1.4.1. Levantamento cartográfico e bibliográfico

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Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 74, 117 p.

3

Figura 1.1 - Mapa de localização e vias de acesso da área de estudo (Ministério dos transportes 2010).

1.4.2. Trabalhos de campo

Os trabalhos de campo foram executados em duas etapas. A primeira visou o reconhecimento da área de estudo e dos litotipos de fácies granulito e foi realizada no dia 26 de novembro de 2010. A segunda consistiu no levantamento litológico/estrutural das rochas de alto grau correlacionáveis ao GPD e foi realizada entre os dias 20 e 25 de abril de 2011.

Nessa fase foi verificada a distribuição espacial e as relações de contato dos granulitos com as rochas encaixantes. Nos pontos visitados foram feitas, sempre que possível, a descrição petrográfica dos afloramentos, as medidas dos elementos estruturais e a coleta de amostras das litologias chave. Ao todo foram visitadas 72 estações geológicas (Fig. 1.2), cujas coordenadas UTM estão relacionadas no anexo I.

1.4.3. Trabalhos de laboratório

Descrição petrográfica e microestrutural

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Jordt-Evangelista (1996) e atualmente compõem o acervo da UFOP e oito provém dos trabalhos de Alcântara & Machado (2010) e Melo & Maia (2010), que fazem parte do Trabalho Geológico 2010/1orientado pelo Prof. Dr. André Danderfer Filho e intitulado Subprojeto Dom Silvério.

A localização dos pontos referentes às lâminas descritas está apresentada na figura 1.2 e suas coordenadas UTM estão relacionadas no anexo I. Nessa figura também estão apresentados os afloramentos visitados por outros trabalhos que auxiliaram na delimitação dos corpos granulíticos (Jordt-Evangelista 1992, 1996; Alcântara & Machado 2010; Melo & Maia 2010).

As lâminas foram descritas via microscópio ótico de luz polarizada transmitida do Laboratório de Microscopia da UFOP. O estudo petrográfico visou à descrição mineralógica dos litotipos, além de inferências sobre as suas condições metamórficas. A descrição microestrutural buscou adicionar informações complementares acerca dos processos de deformação a que essas rochas foram submetidas. A análise modal das lâminas delgadas do GPD está apresentada no anexo II.

MEV/EDS e microssonda eletrônica

Para as análises de química mineral foram selecionadas oito lâminas delgadas correspondentes aos litotipos representativos do GPD. Em quatro lâminas foram realizadas analisadas quantitativas e nas outras quatro análises semiquantitativas. Antes de serem analisadas essas lâminas foram polidas e metalizadas por carbono.

As análises quantitativas foram realizadas no Laboratório de Microanálises do Departamento de Física da UFMG. Foi utilizada a microssonda eletrônica JEOL, modelo JXA-8900RL, que operou com 15 kV de tensão de aceleração e 20nA de corrente.

As análises semiquantitativas foram realizadas no Laboratório de Microscopia e Microanálise (MICROLAB) do Departamento de Geologia da UFOP (DEGEO-UFOP). Foi utilizado o microscópio eletrônico de varredura (MEV) da marca JEOL, modelo JSM-5510 equipado com espectrômetro de dispersão de energia (EDS). O aparelho operou com tensão de aceleração de 20kV.

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5

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Geoquímica

A preparação das amostras para as análises químicas de rocha total foi realizada no Laboratório de Preparação de Amostras para Geocronologia (LOPAG) do DEGEO-UFOP, de acordo com os processos convencionais de britagem e moagem (moinho com panela de carbeto de tungstênio). Nesta etapa foram cominuídas 20 amostras, às quais foram acrescentadas 17 amostras provenientes do trabalho de Jordt-Evangelista (1996) e encaminhadas ao Laboratório de Geoquímica Ambiental (LGqA) do DEGEO-UFOP para a análise de elementos maiores, menores e traços no Espectrômetro de Emissão Óptica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES) da marca Spectro modelo Ciros CCD.

A digestão química das amostras seguiu os protocolos internos do LGqA e envolve a dissolução nos ácidos HCl, HNO3 e HF, acompanhada de longas etapas de aquecimento sob altas

temperaturas. Esses procedimentos resultam na perda da sílica por evaporação, o que torna necessário que a concentração de SiO2 seja estimada a partir dos resultados dos outros óxidos. Para isso,

considera-se um total de 100%, do qual são subtraídos o somatório das poncentagens dos óxidos principais e a perda por calcinação. Os resultados fornecidos por esse método e os limites de detecção do equipamento estão apresentados no anexo IV.

A partir dos resultados obtidos no LGqA, foram selecionadas 20 amostras para serem enviadas ao Laboratório AcmeLabs (Canadá), onde foram analisados os elementos maiores, menores e traços via ICP-ES (Inductively Coupled Plasma - Emission Spectroscopy). A digestão química das amostras foi obtida por meio da fusão com metaborato/tetraborato de lítio (LiBO4), seguida da diluição com

HNO3. Os resultados dessas análises foram utilizados nos diagramas classificatórios mostrados no

capítulo 7 (Geoquímica) e estão apresentados no anexo V. Os diagramas foram produzidos no software GCDkit® versão 3.00 (Janoušek et al. 1996) e tratados no CorelDRAW X5.

Geocronologia

A preparação das amostras para as análises geocronológicas foi realizada no LOPAG-DEGEO-UFOP. Aproximadamente 10 kg de cada uma das três amostras de interesse foram processados segundo os procedimentos convencionais de britagem, moagem (moinho de disco) e concentração por bateia em frações de 60 a 100 mesh. Os minerais magnéticos foram separados do concentrado de minerais pesados utilizando-se um imã de mão “terras raras”. Em seguida foi feita a catação manual dos cristais de zircão com o auxílio de uma lupa binocular. A seleção priorizou os grãos límpidos e incolores, evitando aqueles que apresentavam fraturas ou inclusões.

(33)

7

encaminhados ao Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo (IGc-USP), onde foram produzidas as imagens de catodoluminescência (CL) e de elétrons secundários (Secondary electrons –

SE). Essas imagens foram usadas durante as análises U-Pb para auxiliar na escolha do ponto a ser datado, pois evidenciam as feições internas (CL - e.g. padrões de zonamento, sobrecrescimento metamórfico) e superficiais (SE) dos grãos.

A técnica empregada para a datação U-Pb em zircão foi a LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer). O equipamento utilizado foi o Laser Ablation System LSX-213 G2+, acoplado ao Espectrômetro de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado Thermo-Finnigan Element 2, do Laboratório de Geocronologia da UFOP. O diâmetro de furo foi de 20µm e o tempo de ablação de 30 segundos. O material pulverizado é carreado até o ionizador de plasma por uma mistura dos gases He e Ar.

A fim de se minimizar eventuais erros de massa e de fracionamento de elementos, bem como aumentar a acurácia do sistema, a cada 20 análises nos zircões das amostras foram realizadas análises em zircões de referência internacional (três furos no padrão primário e dois furos no secundário). Como padrão primário foi utilizado o zircão GJ-1, proveniente do pegmatito Leste Africano (Jackson et al. 2004), com idade U-Pb TIMS de 608 ± 1 Ma. O padrão secundário foi o zircão Plesovice, proveniente de um granulito potássico da pedreira de Plesovice - República Tcheca (Janousek et al. 2007), com idade U-Pb de 338 ± 1 Ma. Para o cálculo das razões isotópicas relevantes (207_Pb/206_Pb, 208_Pb/232_Th,206P_b/238_{U and}207_Pb/235_{U), foi utilizado o Glitter (Van Achterbergh et al. 2001), programa de}

redução de dados para a microssonda de ablação a laser desenvolvido pela GEMOC (ARC National Key Centre for Geochemical Evolution and Metallogeny of Continents). Os diversos diagramas U-Pb apresentados no capítulo 8 foram produzidos no software Isoplot 4 (Ludwig 2012).

1.4.4. Geotermobarometria

Os cálculos geotermobarométricos foram realizados com base nos resultados de química mineral obtidos com a microssonda eletrônica. O objetivo desse estudo é estimar as condições de pressão e temperatura atingidas durante o metamorfismo que originou o Granulito Pedra Dourada. Além disso, visa-se obter a variação das condições metamórficas durante o crescimento de minerais zonados e suas inclusões, para assim tentar estabelecer a trajetória P-T-t da unidade em questão.

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1.4.5. Compilação dos dados e elaboração da dissertação

Os resultados obtidos com os estudos petrográficos, de química mineral, geotermobarométricos, geoquímicos e geocronológicos estão apresentados e interpretados nos capítulos seguintes desta dissertação. Para a elaboração dos mapas e o tratamento de figuras foram usados os softwares Arcgis 10 e Corel Draw X5, respectivamente. Na tabela 1.1 estão sumarizados os dados físicos produzidos ao longo desta pesquisa.

Tabela 1.1 - Dados físicos de produção

Dias de campo 7

Número total de pontos descritos 72

Número de amostras catalogadas e arquivadas 65

Número de lâminas delgadas descritas 102

Número de lâminas delgadas confeccionadas neste trabalho 62

Número de análises por MEV 223

Número de análises por microssonda eletrônica 93

Número de análises por ICP-OES (LGqA) 37

Número de análises por ICP-ES (Acme) 20

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CAPÍTULO 2

GRANULITOS

–

UMA BREVE REVISÃO

2.1. TERMINOLOGIA

O termo granulito, derivado do latim granulum, foi introduzido por Weiss (1803 in Moraes et al. 2004) para designar uma rocha granular de composição quartzo-feldspática, dos maciços da Saxônia e Boemia, na Europa Central. Posteriormente, a utilização do termo se estendeu para rochas de alto grau de granulação fina, da Europa Central e de outras partes do mundo. Com a introdução do princípio de fácies metamórfica por Eskola (1921 in Coutinho et al. 2007), o termo foi proposto para todas as rochas metamorfizadas na fácies granulito, incluindo aquelas de composição intermediária e básica. O mesmo autor vinculou as condições da fácies granulito à ocorrência do piroxênio (Eskola 1939, 1952 in Moraes 2013).

A escolha do termo granulito para nomear a fácies de alta temperatura rendeu longas discussões durante as décadas de 1960 e 1970, uma vez que até então as fácies metamórficas eram denominadas de acordo com o tipo metamórfico de protólito máfico (e.g. xisto verde, anfibolito), enquanto o nome granulito havia sido originalmente atribuído a uma rocha félsica. A fim de se evitar a ambiguidade entre a fácies e a rocha homônima, muitos autores propuseram nomes distintos para designar rochas com associações minerais diagnósticas da fácies granulito (e.g. granolito por Winkler 1979; granofels por Best 2003).

Na década de 1980, os termos granulito máfico e granulito félsico foram empregados por Harley (1985) para designar granulitos de composição básica e quartzo-feldspática, respectivamente. Esta nomenclatura é atualmente adotada pela IUGS (International Union of Geological Sciences), por meio da SCMR (Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks), a qual recomenda que os granulitos devam ser nomeados basicamente de acordo com sua composição mineral e características macroscópicas, evitando sempre que possível qualquer conotação genética. A subcomissão define que:

(36)

2.2. CARACTERÍSTICAS GERAIS

As rochas de fácies granulito são típicas de terrenos pré-cambrianos, embora já tenham sido descritas diversas ocorrências mais recentes. Harley (1989) lista uma série de ocorrências granulíticas que datam desde o Mesoarqueano (3500-3000 Ma) até o Terciário (85-38 Ma). Segundo esse autor, o metamorfismo de fácies granulito está associado à maioria, senão a todos os episódios de formação e retrabalhamento da crosta continental.

Os granulitos podem ocorrer em grande escala, como cinturões regionais pré-cambrianos de centenas a milhares de quilômetros de extensão (mobile belts ou high grade terrains); como fragmentos expostos em cadeias de montanhas jovens ou como xenólitos carregados por magmas basálticos e kimberlíticos (Harley 1989). Os terrenos granulíticos são frequentemente limitados por discordâncias ou falhas, sendo raras as evidências do metamorfismo progressivo de anfibolitos para granulitos. Na maioria dos casos em que rochas de fácies anfibolito ocorrem com rochas de fácies granulito, os anfibólios são de origem retrometamórfica (Best 2003; Yardley 2004).

A maioria dos terrenos granulíticos é constituída por mais de um litotipo de alto grau, que podem incluir rochas ortoderivadas máficas e félsicas, além de rochas paraderivadas de precursores pelíticos, areníticos e calcáreos. Nesses terrenos é mais comum a predominância dos ortogranulitos sobre os paragranulitos (Harley 1989).

As paragêneses minerais de fácies granulito se equilibram em um amplo intervalo de pressão e temperatura. A maioria dos granulitos se forma entre 700-850 °C, mas muitos terrenos registram temperaturas de formação muito altas de até 1050 °C. As pressões variam entre 5 e 15 kbar para profundidades entre 20-45 km (Harley 1989; Best 2003; Yardley 2004). Entretanto, trabalhos baseados em geotermobarômetros internamente consistentes sugerem que o limite inferior da fácies granulito esteja subestimado em aproximadamente 100 °C (Pattison et al. 2003).

As paragêneses diagnósticas da fácies granulito variam de acordo com a composição do protólito. Em rochas quartzo-feldspáticas, a passagem da fácies anfibolito para a fácies granulito é marcada pela formação de ortopiroxênio e feldspato alcalino em detrimento da biotita (Best 2003). Em rochas máficas, esse limite é definido pela formação dos piroxênios às expensas da hornblenda e se dá pelas seguintes reações (Bucker & Frey 1994):

Hornblenda + quartzo = ortopiroxênio + clinopiroxênio + plagioclásio + H2O (pressão < 5-7 kbar)

Hornblenda + quartzo = plagioclásio + clinopiroxênio + granada + H2O (pressão > 5-7 kbar)

Nos metapelitos, a transição entre as duas fácies é marcada pelo desaparecimento da moscovita, que pode ocorrer a partir das seguintes reações (Winkler 1979):

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11

Albita + Moscovita + quartzo + H2O = fusão + sillimanita/cianita (pressão H2O > 3 kbar)

Há ainda uma série de diferenças entre as paragêneses de fácies granulito que são atribuídas a variações de pressão. Em razão disso, Green & Ringwood (1967 in Yardley 2004) propuseram a divisão dessa fácies em baixa, média e alta pressão (Tab. 2.1). Sob altas pressões, os metabasitos de fácies granulito distinguem-se dos eclogitos por conterem plagioclásio (Yardley 2004).

Tabela 2.1 - Associações minerais diagnósticas da fácies granulito (Green & Ringwood 1967 in Yardley 2004).

Pressão (P) Rochas metabásicas Rochas metapelíticas

Baixa P Ortopiroxênio + Clinopiroxênio + Plagioclásio ± Olivina

± Hornblenda Cordierita ± Granada ± Hiperstênio

Média P Granada + Clinopiroxênio + Ortopiroxênio + Plagioclásio _{± Hornblenda} Cordierita + Granada + K-Feldspato _{+ Sillimanita}

Alta P Granada + Clinopiroxênio + Quartzo + Plagioclásio ± Hornblenda

Cianita + K-Feldspato Hiperstênio, Safirina + Quartzo

A estabilidade das paragêneses de fácies granulito depende também de uma baixa atividade de água (aH2O). Os possíveis fatores de redução da aH2O incluem: a perda de H2O durante as reações de

desidratação; a extração de fusões parciais hidratadas; a infiltração de fluidos ricos em CO2, diluindo a

concentração de H2O e a escassez de H2O nos protólitos (Best 2003; Yardley 2004).

Desde 1973, a gênese de granulitos vem sendo associada a processos anatéticos (e.g. Fyfe 1973; Powell 1983; Moraes et al. 2002; White & Powell 2002, 2010). Nesse contexto, os granulitos correspondem ao resíduo sólido ou peritético e o fundido representa o leucossoma. Esse é composto por mobilizados quartzo-feldspáticos, além de cristais reliquiares e resíduos peritéticos anidros. A segregação e remoção do fundido é responsável pela preservação das paragêneses anidras e refratárias que caracterizam a fácies (White & Powell 2002). Desse modo, os granulitos diferenciam-se dos migmatitos típicos por serem constituídos apenas de neossoma (resíduo + leucossoma), ou seja, não exibem a tríade clássica (paleossoma + leucossoma + melanossoma) (Moraes 2013).

2.3. GEOTERMOBAROMETRIA DE GRANULITOS

(38)

Os granulitos são particularmente favoráveis aos estudos geotermobarométricos por comumente conterem piroxênios e granadas, minerais para os quais existe um extenso número de estudos experimentais para a aplicação como geotermobarômetros (Harley 1989). Entretanto, a estimativa das condições P-T do pico termal está sujeita a uma incerteza considerável, sobretudo em razão dos efeitos da difusão intracristalina. Este processo é fortemente dependente da temperatura e pode alterar severamente a composição dos minerais usados na geotermobarometria (Spear & Florence 1992).

Por outro lado, Harley (1989) destaca que algumas reações e associações minerais características da fácies granulito podem fornecer informações importantes sobre as condições P-T, independentemente dos resultados da geotermobarometria. Como exemplo, o autor cita as associações safirina-quartzo (±ortopiroxênio, granada) e espinélio-quartzo (±cordierita, ortopiroxênio ou sillimanita) que implicam em metamorfismo de temperatura muito alta (1000-1050 °C) para pressões típicas de 6-10 kbar.

Atualmente, a maioria dos estudos geotermobarométricos de granulitos é baseada em métodos robustos, como a geotermobarometria otimizada (Powell & Holland 1994) e as pseudosseções. As condições P-T são calculadas a partir de bancos de dados termodinâmicos internamente consistentes, armazenados em softwares como o THERMOCALC (Powell & Holland 1988) e o Perplex (Connolly 1990).

2.4. TRAJETÓRIAS

P-T-t

DE GRANULITOS

Uma trajetória P-T-t é definida como a sequência de condições de pressão e temperatura experimentadas por uma rocha ao longo do tempo. Para a determinação segura dessas trajetórias é necessária a aplicação de diversos métodos como a geotermobarometria, estudos de equilíbrio de fases e das grades petrogenéticas e a geocronologia (Spear 1992; Best 2003).

As trajetórias P-T-t definidas para os terrenos granulíticos são especialmente importantes porque fornecem informações singulares sobre a evolução tectônica e termal da crosta inferior (Spear 1992). Segundo Harley (1989), uma diversidade significativa de trajetórias P-T-t é preservada em terrenos granulíticos. No entanto, o autor explica que a interpretação dessas trajetórias não é simples devido às altas taxas de difusão que prejudicam a preservação do pico metamórfico e do segmento ascendente da trajetória. Por essa razão, muitas vezes é necessário inferir os processos tectônicos envolvidos na gênese dos granulitos baseado apenas no segmento pós-pico metamórfico.

(39)

13

isotermal (ITD – Near-Isothermal Decompression) e a trajetória de resfriamento aproximadamente isobárico (IBC – Near-Isobaric Cooling). Alguns terrenos granulíticos apresentam as duas trajetórias preservadas em sequencia, o que sugere a sobreposição de dois eventos geológicos.

A distinção entre as trajetórias ITD e IBC é importante porque cada uma delas implica em diferentes cenários tectônicos para a origem dos granulitos (Spear 1992). A seguir são sumarizadas as texturas de reação e os ambientes de formação relacionados por Harley (1989) a cada uma dessas trajetórias.

.

2.4.1. Trajetórias IBC

–

Near-Isobaric Cooling

As trajetórias IBC são registradas em granulitos formados em níveis medianos (4-7 kbar) a profundos (7-10 kbar) da crosta, sob condições de temperatura que variam de 750 °C a >900 °C. O resfriamento isobárico usualmente envolve alguma queda de pressão com gradientes dP/dT típicos de 0,3-0,5 kbar/100 °C. Nesses granulitos a cianita pode se desenvolver como uma fase tardia quando são atingidas pressões superiores a 6 kbar (Harley 1989).

Em granulitos máficos com quartzo, as trajetórias IBC são caracterizadas por texturas coroníticas definidas por granada secundária em torno de granada primária ou ao longo do contato plagioclásio – piroxênio. Também são comuns as coronas de clinopiroxênio em torno de ortopiroxênio e exsoluções de granada, ortopiroxênio e ilmenita em clinopiroxênio. Em granulitos félsicos e aluminosos, além das texturas coroníticas de granada secundária descritas para o granulito máfico, ocorrem também diversas coronas e intercrescimentos contendo safirina, espinélio cordierita, sillimanita, granada e ortopiroxênio (Harley 1989).

As trajetórias IBC podem ser resultantes de diversos processos relacionados à produção ou retenção de anomalias térmicas em crostas com 25-40 km de espessura. Os granulitos com trajetórias IBC anti-horárias são interpretados como provenientes de crosta continental com volumosa acreção magmática. Os granulitos IBC de níveis rasos (<5 kbar) podem ter sido formados durante a distensão de crosta com espessura normal acompanhada de acreção magmática, o que pode ocorrer em arco continental ou back-arc, rifts intraplaca ou ao longo de margens continentais extensionais. Já os granulitos IBC de níveis crustais profundos podem ter sido gerados em crosta previamente espessada por colisão e, em seguida, submetida a uma distensão muito rápida (5mm/ano). Trajetórias IBC também podem resultar do relaxamento termal propiciado pela erosão, sem invocar nenhum mecanismo tectônico especial (Harley 1989).

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2.4.2. Trajetórias ITD

–

Near-Isothermal Decompression

As trajetórias ITD são caracterizadas por resfriamentos de 50 a 100 °C concomitantes com descompressões de 2 a 10 kbar com gradientes dP/dT entre 2,4-3 kbar/100 °C. Essas trajetórias comumente são registradas em granulitos metamorfizados entre 700-850 °C e 6–9 kbar, mas também podem estar associadas a granulitos formados na base de crosta espessada (> 15 kbar) (Harley 1989).

As texturas de reação relacionadas à trajetória ITD, ao contrário do que ocorre para a trajetória IBC, resultam na remoção da granada das associações de alta-P. Em granulitos máficos, a descompressão isotermal envolve a formação de simplectitas ou franjas de ortopiroxênio e plagioclásio em detrimento da granada. Em granulitos félsicos e aluminosos, dentre as diversas texturas de reação possíveis, destaca-se como diagnóstica o intercrescimento simplectítico de cordierita e ortopiroxênio que constituem pseudomorfos da granada (Harley 1989).

Outra feição consistente com trajetórias ITD de granulitos pelíticos e máficos é a existência de fundido ou evidências de extração e perda de fundido ao longo da história metamórfica (e.g. depleção de elementos LILE, composição química de restitos). No metamorfismo sob condições anidras, conforme prevalece na maioria dos terrenos granulíticos, fundidos insaturados em água são produzidos durante a descompressão por meio de reações de fusão que envolvem as fases hidratadas (e.g. biotita em metapelitos; anfibólio em metamáficas) (Harley 1989).

Os granulitos com trajetórias ITD são formados nos estágios finais da evolução termal de crosta continental espessada por colisão. Nesse cenário, a adição de magmas derivados do manto representa uma importante fonte extra de calor. Posteriormente, essa crosta foi afinada por denudação erosiva ou tectônica. A última é considerada o processo dominante e pode resultar de um adelgaçamento dúctil ou de uma extensão relacionada à falhamento normal. As taxas de adelgaçamento associadas a essa trajetória são rápidas e variam de 1-2 mm/ano (Harley 1989; Spear 1992).

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CAPÍTULO 3

CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL

3.1. CONTEXTO GEOTECTÔNICO

A área de estudo está situada na porção sudeste da Faixa Araçuaí que, tal como definida por Almeida (1977), corresponde a um cinturão de dobramentos e empurrões brasilianos que limita as bordas sul e sudeste do Cráton do São Francisco. À luz dos conhecimentos atuais, essa faixa é entendida como parte do domínio externo do Orógeno Araçuaí-Congo Ocidental (Alkmim et al. 2007).

O Orógeno Araçuaí-Congo Ocidental integra o sistema orogênico brasiliano-panafricano do paleocontinente Gondwana Ocidental. Abrange a Faixa Oeste-Congolesa, na África, e o Orógeno Araçuaí no Brasil (Alkmim et al. 2007). O Orógeno Araçuaí, por sua vez, corresponde à região entre o Cráton do São Francisco e a margem continental brasileira, compreendida entre os paralelos 15° e 21°S. A Sul, é contíguo ao Orógeno Ribeira (Pedrosa-Soares & Wiedemann-Leonardos 2000) (Fig. 3.1a).

O Orógeno Araçuaí é dividido pela zona de cisalhamento de Abre Campo em dois domínios tectônicos: o interno (a leste) e o externo (a oeste) (Alkmim et al. 2007; Noce et al. 2007a) (Fig. 3.1b). O domínio interno corresponde ao núcleo cristalino do orógeno e é caracterizado por condições metamórficas de fácies anfibolito superior a granulito. O embasamento é representado pelo Complexo Juiz de Fora, de idade paleoproterozóica. As demais unidades presentes são suítes graníticas pré- a pós-colisionais, além de sequências metavulcanossedimentares e metassedimentares correspondentes ao Grupo Rio Doce (Alkmim et al. 2007).

O domínio externo, correlacionado à Faixa Araçuaí, é constituído de rochas de fácies xisto-verde a anfibolito. Na região sudeste de Minas Gerais, essa faixa compreende um embasamento paleoproterozóico, representado pelo Complexo Mantiqueira, além de unidades supracrustais (Grupo Dom Silvério) (Peres et al. 2004) (Figura 3.1b). O Complexo Mantiqueira é constituído majoritariamente por ortognaisses de fácies anfibolito (Noce et al. 2007b). As principais exceções consistem de dois terrenos granulíticos que afloram entre as cidades de Mariana e Abre Campo: o Complexo Acaiaca (Jordt-Evangelista 1984, 1985; Jordt-Evangelista & Muller 1986a, 1986b; Medeiros Júnior 2009; Medeiros Júnior & Jordt-Evangelista 2010), a oeste, e o Granulito Pedra Dourada (Brandalise 1991; Jordt-Evangelista 1996; Peres 2000), a leste, sendo este o objeto de investigação da presente pesquisa.

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O contexto geológico da área estudada compreende unidades litoestratigráficas definidas por Brandalise (1991) durante o mapeamento geológico da folha Ponte Nova (SF.23-X-B-II), em escala 1:100.000, realizado pelo consórcio DNPM/CPRM (Fig. 3.2). Neste trabalho serão abordadas especificamente as unidades espacialmente associadas ao Granulito Pedra Dourada.

Figura 3.1 - Contexto geotectônico do Granulito Pedra Dourada. a) Orógeno Araçuaí e unidades geotectônicas adjacentes (Cráton do São Francisco e Orógeno Ribeira). O retângulo hachurado corresponde à localização da figura 3.1b. Modificado de Pedrosa-Soares et al. (2007); b) Mapa geológico regional com a localização do Granulito Pedra Dourada (retângulo pontilhado) na Faixa Araçuaí. Modificado de Peres et al. (2004).

3.2.1. Granulito Pedra Dourada

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Jordt-Evangelista et al. (1994) e Jordt-Evangelista (1996) denominam essa unidade de Charnockito Pedra Dourada e a descrevem como uma associação de rochas félsicas das séries charnockito-enderbito e granito-tonalito com textura magmática preservada, intrusivas em granulitos máficos desprovidas de feições ígneas. Segundo os autores, os contatos entre os granulitos félsicos e máficos variam de claramente intrusivos a gradacionais do tipo migmatítico.

As condições P-T do metamorfismo de fácies granulito foram estimadas por Jordt-Evangelista (1996) a partir da geotermobarometria convencional. Segundo a autora, os cálculos termobarométricos indicam temperaturas entre 605 e 716 °C e pressão de 7,3 kbar, o que corresponde a aproximadamente 27 km de profundidade. As temperaturas consideravelmente baixas para as paragêneses de alto grau são atribuídas ao reequilíbrio das composições químicas dos minerais durante a exumação.

Peres (2000) e Peres et al. (2004) adicionaram granulitos de protólito sedimentar pelítico a essa unidade. Melo & Maia (2010) também descrevem associações minerais características de granulitos paraderivados contendo ortopiroxênio, granada, sillimanita e espinélio, que sugerem condições metamórficas de média pressão.

Segundo Peres et. al. (2004), os granulitos experimentaram as mesmas fases deformacionais registradas no Grupo Dom Silvério e nos gnaisses regionais (vide subitem 3.3). Esses autores destacam a ausência de dados geocronológicos como fator limitante ao entendimento do significado geotectônico dessa unidade.

3.2.2. Complexo Mantiqueira

O termo Série Mantiqueira foi introduzido por Barbosa (1954) para nomear os gnaisses que ocorrem a sul e a leste da Serra do Espinhaço. Brandalise (1991) foi o precursor da denominação Complexo Mantiqueira (CM) à sequência de gnaisses ortoderivados, de composição granito-tonalítica, intercalados por anfibolitos, além de pequenos corpos de rochas granulíticas (Granulito Córrego Pedra Dourada) (Fig. 3.2). No contexto geotectônico, o CM compõe uma extensa faixa de ortognaisses de composição TTG (tonalito-trondhjemito-granodiorito), empurrados sobre a margem meridional do Cráton do São Francisco (Silva et al. 2002; Noce et al. 2007).

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Figura 3.2 - Mapa geológico regional com a localização do Granulito Pedra Dourada e unidades adjacentes. Modificado de Brandalise (1991).

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3.2.3. Suíte Metamórfica São Sebastião Do Soberbo

A Suíte Metamórfica São Sebastião do Soberbo é constituída de rochas de fácies anfibolito, dominantemente paraderivadas, que incluem gnaisses bandados, anfibolitos, quartzitos, xistos e rochas ferruginosas (Brandalise 1991) (Fig. 3.2). Segundo o autor, esses litotipos encontram-se tectonicamente justapostos ao Grupo Dom Silvério e ao CM. Peres (2000) não considera possível a distinção entre os gnaisses dessa unidade e os do CM por meio de relações de campo e estudos petrográficos. Esse autor salienta que alguns litotipos outrora associados a essa suíte possuem paragêneses minerais indicativas de fácies granulito e, portanto, devem ser correlacionados ao Granulito Pedra Dourada.

3.2.4. Grupo Dom Silvério

O Grupo Dom Silvério (GDS), conforme definido por Lima et al. (1973), é constituído de quartzo-mica xistos sobrepostos por quartzitos. Essa unidade define um cinturão NNE-SSW, com aproximadamente 10 km de largura e 150 km de comprimento, que se se estende desde as cidades de Ipatinga, a norte, até Senador Firmino, a sul, na região leste de Minas Gerais (Brandalise 1991; Jordt-Evangelista 1992; Dürkop et al. 1997) (Fig. 3.1b).

Brandalise (1991) subdividiu o GDS em três unidades litoestratigráficas (Fig. 3.2). A unidade 1 (basal) é constituída de anfibolitos, xistos e níveis subordinados de rochas calciossilicáticas. A unidade 2 tem a maior distribuição areal e é composta principalmente por xistos, além de quartzitos, rochas calciossilicáticas, gonditos, mármores, anfibolitos, formação ferrífera e gnaisses laminados. A unidade 3 (de topo) é formada por moscovita quartzito e moscovita-quartzo xisto.

Segundo Peres (2000) o litotipo mais comum do GDS corresponde ao biotita xisto com granada. O mesmo autor descreve uma diferença substancial na sucessão estratigráfica dos segmentos norte e sul da faixa Dom Silvério (Fig. 3.3). No segmento sul, a sequência é composta por intercalações de clorita xisto e rochas metaultramáficas (talco xisto) na base, sobrepostas por uma espessa pilha de mica xistos granatíferos, por vezes com cianita e/ou estaurolita, intercalada por volumes subordinados de xisto gnaissificados, grafita xisto, anfibolitos e quartzitos. No segmento norte, os anfibolitos e as rochas metaultramáficas são mais abundantes na base do pacote, enquanto volumes subordinados de mármores, gonditos e formações ferríferas intercalam os mica xistos do topo. De acordo com o mesmo autor, os contatos entre as camadas de composições distintas são, em geral, abruptos.

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Figura 3.3 - Empilhamento estratigráfico do Grupo Dom Silvério nas porções norte e sul da faixa. Destaque para a localização do Granulito Pedra Dourada (retângulo vermelho). Modificado de Peres et al. (2004).

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associações minerais com granada + estaurolita + cianita + moscovita, presente em metapelitos dessa unidade. Essa associação permite inferir temperaturas entre 520-640 °C e pressões superiores a 4 kbar, caracterizando a fácies anfibolito. Jordt-Evangelista & Roeser (1988) realizaram cálculos geotermobarométricos baseados no par granada-biotita e obtiveram temperaturas de 550 ± 50 °C sob pressões de 5 kbar para esse episódio metamórfico.

Benevides (2003) estimou as condições P-T de metamorfismo do GDS por meio do software TWQ (Berman 1991) e propôs a atuação de dois eventos metamórficos. O primeiro evento (M1) está registrado no núcleo de minerais como granada e indica temperaturas em torno de 580 °C e pressões de até 7 kbar, característico de metamorfismo de fácies anfibolito inferior com pressão intermediária (Barrowiano). O segundo evento (M2) resultou de um aquecimento e de um aumento de pressão que atingiu seu pico térmico em 750 °C sob pressões entre 7 e 12 kbar, correspondentes à fácies anfibolito superior, também de regime Barrowiano.

O GDS foi datado por Brueckner et al. (2000), que obtiveram para os granada xistos uma idade isocrônica Sm-Nd de 547 ± 29 Ma, interpretada por Peres et al. (2004) como correspondente ao evento metamórfico M1. Brueckner et al. (op.cit.) obtiveram ainda idades modelo de 2,1 Ga (TCHUR) e

2,3 Ga (TDM), indicando que os sedimentos do GDS derivam de fontes paleoproterozóicas ou de uma

mistura de fontes paleoproterozóicas e arqueanas.

3.2.5. Coberturas Cenozoicas

As coberturas cenozoicas correspondem a depósitos detrítico-lateríticos e aluvionares (Fig. 3.2). Os depósitos detrítico-lateríticos são caracterizados por superfícies aproximadamente planas, com solo vermelho intenso, pouco espesso, concentrados dominantemente sobre a Suíte Metamórfica São Sebastião do Soberbo. Os depósitos aluvionares são formados por cascalhos grossos, areias e níveis argilosos e se encontram assentados sobre os gnaisses do CM (Brandalise 1991).

3.3. GEOLOGIA ESTRUTURAL

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Tabela 3.1 - Comparativo entre as fases deformacionais e principais elementos estruturais descritos na área de estudo.

Fase deformacional

Principais características e elementos estruturais

Brandalise (1991) Peres et al. (2004)

D1 Dobras intrafoliais em gnaisses do CM. _{Ciclo Transamazônico.}

Foliação gnáissica/ Xistosidade de baixo ângulo (S1). Transporte tectônico para N (Lineação L1).

Metamorfismo de fácies anfibolito (M1). Ciclo Brasiliano

D2 _{ZC dúcteis de baixo a médio ângulo.}Foliação/ Bandamento gnáissico. Dobramentos e empurrões vergentes para W. _{Metamorfismo de fácies xisto verde (M} 2).

D3 Dobras abertas e ZC dúcteis de alto _{ângulo. Ciclo Brasiliano.} Redobramento coaxial das dobras da fase D2.