UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE
JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE GEOLOGIA
Título do Trabalho
“Caracterização do Metamorfismo e Modelagem
Geoquímica para os Ortognaisses do Morro do
Sandá , Rio de Janeiro, RJ, Brasil”
Aluno: Marcelo Gomes de Lima
Curso de Geologia
Matrícula: 200704023-7
Orientação
Prof. Dr. Rubem Porto Jr.
IA/DG/UFRuralRJ
Julho / 2011
Obra
para
I
1 – GOMES DE LIMA, MARCELO
Caracterização do Metamorfismo e Modelagem Geoquímica para os Ortognaisses do Morro do Sandá , Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Curso de Geologia / Departamento de Geociências
Instituto de Agronomia / Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro – UFRRJ
[Seropédica] Ano 2011
Trabalho de Graduação Monografia
Área de Concentração: Petrografia
Obra
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AGRADECIMENTOS
A realização deste trabalho foi possível graças à colaboração de uma série de pessoas e instituições, as quais tenho a mais profunda gratidão e reconhecimento:
Em primeiro lugar a Deus, que me iluminou e me guiou nesta jornada. A meu orientador, Prof. Dr. Rubem Porto Jr, pela paciência, dedicação, sugestão, crítica e constante presença e acompanhamento em todas as etapas desta pesquisa. A minha família, pelo incentivo e pela constante demonstração de afeto e carinho, em especial a minha tia, Telma Fernandes de Lima Oliveira, e meus avós, Maria Fernandes de Lima e Martinho Gusman de Lima, que sempre me apoiaram e acreditaram em mim. A todos os meus amigos e colegas de turma, Felipe Tinaglia, Alex Uema (Japa), Vitor Fulanete (Ipatinga), Hélder, Juliana (Ju), Nicole Manes (Roots), Natália Seabra, Renato, Leda Miranda, Bianca (Bia), Tia Cida, por tornarem meus dias mais felizes. E ao Departamento de Geociências da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, funcionários, professores e alunos.
II
Obra
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RESUMO
O presente estudo foi realizado em continuidade a trabalhos anteriores elaborados em Porto Jr.(2004), com o objetivo principal de caracterizar as condições do metamorfismo a qual as rochas ortoderivadas ocorrentes no Morro do Sandá, Bangu, foram submetidas. Para tal foram utilizadas duas técnicas: a determinação das paragêneses metamórficas a partir de estudo petrográfico e modelagem geoquímica para tentar estabelecer os níveis de remobilização ocorrentes durante o processo metamórfico a qual estas rochas foram submetidas.
A área estudada está situada na porção central do Município do Rio de Janeiro. Esta se encontra inserida no Segmento Central da Faixa Ribeira (Heilbron et al. 2000) que equivale, em parte, ao Cinturão Móvel Ribeira (Almeida et al., 1973). Localiza-se na porção norte do Maciço da Pedra Branca, no município do Rio de Janeiro, RJ. Onde ocorrem gnaisses e migmatitos de composições variadas.
Hembold et al. (1965) subdividiu as rochas do maciço em duas séries distintas, a Superior, paragnáissica, e a Inferior, ortognáissica. No Morro do Sandá os gnaisses e migmatitos estão localizados na Série Inferior, sendo representados por gnaisses de composição granodiorítica, sem granada ou outro mineral metamórfico índice, com diferentes granulações e texturas, fortemente deformadas, com dobras muito apertadas e planos de cisalhamento associados (Porto Jr. & Valente, 1988). Em nível de afloramento, esses gnaisses apresentam aspecto migmatítico.
Para a realização da pesquisa foram analisadas 7 lâminas delgadas para estudos petrográficos e destas, 4 foram submetidas a análises químicas para a realização do estudo da modelagem geoquímica.
O estudo visou contribuir com o refinamento e geração de novos dados geoquímicos para o Maciço da Pedra Branca, em especial para o Morro do Sandá. Além da possibilidade de treinamento de alunos de graduação e repasse de experiências.
III
Obra
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ÍNDICE GERAL
Agradecimentos Resumo Índice Geral Índice Figuras Índice de Tabelas 1 - Introdução ...1 1.1 - Localização da Área ...1 1.2 – Objetivo ...1 2 – Metodologia ...1 2.1 - Etapa Pré-Campo ...1 2.2 - Etapa de Campo ...1 2.3 - Etapa de Laboratório: ...1 a) Petrografia ...1 b) Modelagem...2 2.4 - Etapa de Gabinete ...3 3 - Geologia Regional ...34 - Aspectos Gerais da Geologia da Cidade do Rio de Janeiro ...6
4.1 - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro ...6
4.2 - Geologia do Maciço da Pedra Branca ...7
5 - Geologia Local ...9
5.1 – Pedreira Bangu, Morro do Sandá: introdução...9
5.2 – As Rochas do Morro do Sandá : ...9
a) Rochas Encaixante...9
b) Rochas Granitóide ...13
5.4 - Petrografia dos Gnaisses Ortoderivados ...17
5.5 – Análise Geoquímica dos Gnaisses Ortoderivados ...30
6- Caracterização do Metamorfismo ...35
7- A Modelagem Geoquímica ...36
7.1- Introdução ao Modelamento Petrogenético...36
7.2- Modelamento Petrogenético ...38 8 - Considerações Finais ...40 9 - Referências Bibliográficas ...42 IV
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Consulta
Índice de Figuras
Figura Legenda Página
Figura 1a Localização e vias de acesso ao Morro do Sandá 2 Figura 1b Localização e vias de acesso ao Morro do Sandá 2 Figura 2 Mapa geológico simplificado da Faixa Ribeira 4 Figura 3 Seção estrutural composta do Orógeno Ribeira com a relação entre os
diferentes terrenos e domínios estruturais.
5 Figura 4 Mapa Geológico esquemático do Maciço Pedra Branca 8 Figura 5 Ortognaisse migmatizado de composição diorítica. 10 Figura 6 Ortognaisse de composição granodiorítica. 11 Figura 7 Dobra isoclinal/recumbente, indicando que essas rochas sofreram uma
deformação bastante intensa
11 Figura 8 Planos de cisalhamentos associados à deformação geradora da dobra 12 Figura 9 Porfiroblasto de microclina sobressaindo à matriz de granulação fina 12 Figura 10 Anfibolito ocorrendo sob a forma de enclaves. 13 Figura 11 Contato do Granito Pedra Branca com o ortognaisse encaixante. 13 Figura 12 Dique subconcordante próximo ao contato com a rocha encaixante. 15 Figura 13 Aspecto textural do Granito Favela. 15 Figura 14 Contato da intrusão tabular do Granito Favela com o gnaisse encaixante. 16 Figura 15 Dique fino fazendo um contato brusco com a encaixante. 16 Figura 16a Mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis descruzados. 18 Figura 16b Mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis cruzados. 18 Figura 17 Hornblenda sofrendo um retrometamorfismo e transformando-se em
biotita.
19 Figura 18 Paragênese mineral da rocha. Formada principalmente por titanita,
hornblenda, biotita e minerais opacos.
19 Figura 19 Mineralogia diagnóstica da rocha (sob nicóis cruzados). 20 Figura 20 Plagioclásio saussurizado e com inclusões de biotita. 21 Figura 21 Crescimento mirmequítico no contato entre o plagioclásio e o ortoclásio,
com formação de quartzo secundário.
21 Figura 22 Hornblenda transformando em biotita. 22 Figura 23a Paragênese mineral e mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis
descruzados.
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Figura 23b Paragênese mineral e mineralogia diagnóstica da rocha. 23 Figura 24 Quartzo recristalizado. 24 Figura 25 Plagioclásio com inclusão de quartzo e biotita. 24 Figura 26 Contato entre o leucossoma e o melanossoma. 25 Figura 27 Pórfiro de plagioclásio deformado, saussurizado e com inclusões de
biotita, quartzo e plagioclásio
25 Figura 28 Mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis cruzados. 26 Figura 29 Pórfiro de microclina apresentando inclusão de quartzo, plagioclásio e
microclina.
26 Figura 30 Mirmequita no contato da microclina com o plagioclásio. 27 Figura 31a Mineralogia típica da rocha (sob nicóis descruzados). 28 Figura 31b Mineralogia típica da rocha sob nicóis cruzados 28 Figura 32 Plagioclásio com inclusão de biotita e quartzo. 29 Figura 33 Paragênese mineral principal da rocha. 29
Figura 34 Diagrama TAS. 32
Figura 35 Diagrama AFM mostrando os dois “trends” de evolução. 32 Figura 36 Classificação química segundo Le Maitre (1989). 33 Figura 37 Padrão dos ETRs para os litotipos estudados. 33 Figura 38 Diagrama de classificação de ambiente tectônico (Rb x (Y+Nb). 34 Figura 39 Diagrama de classificação de ambiente tectônico. 34 Figura 40 Quartzo diorito gnaisse migmatizado. Observar o volume de
remobilizado representando o leucossoma.
41 Figura 41 Quartzo diorito gnaisse migmatizado. Observar as feições
referentes a leucossoma e melanossoma.
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Índice de Tabelas
Tabela Legenda Página
Tabela 1 Composição química das rochas analisadas- Elementos maiores (% peso). 30 Tabela 2 Composição química dos elementos menores das rochas analisadas (ppm). 30 Tabela 3 Composição química dos elementos terras rara (ppm). 30 Tabela 4 Valores dos ETRs utilizados na modelagem (para o leucossoma). 38 Tabela 5 Valores dos ETRs utilizados na modelagem (para o melanossoma). 38 Tabela 6 Valores dos Coeficientes de Partição (Kd) utilizados na modelagem do
leucossoma.
38 Tabela 7 Valores dos Coeficientes de Partição (Kd) utilizados na modelagem do
melanossoma.
39 Tabela 8 Fatores de normalização. 39 Tabela 9 Mineralogia da Fonte Residual do leucossoma. 39 Tabela 10 Mineralogia da Fonte Residual do melanossoma. 39 Tabela 11 Tabela com o resultado numérico para a modelagem do leucossoma. 39 Tabela 12 Tabela com o resultado numérico para a modelagem do melanossoma. 40
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1 - Introdução
1.1 - Localização da Área
A área de estudo está localizada na cidade do Rio de Janeiro, no Maciço da Pedra Branca, mais precisamente no bairro de Bangu, na região do Morro do Sandá. Na parte norte do Morro do Sandá, está localizado a Pedreira Bangu (entrada pela Rua Maravilha), onde foi realizada a amostragem para este estudo (Figuras 1a e 1b).
1.2 – Objetivo
A pesquisa tem por objetivo caracterizar as condições do metamorfismo a qual as rochas ortoderivadas ocorrentes no Morro do Sandá, Bangu, foram submetidas. Para tal serão utilizadas duas técnicas: a determinação das paragêneses metamórficas a partir de estudo petrográfico e modelagem geoquímica para tentar estabelecer os níveis de remobilização ocorrentes durante o processo metamórfico a qual estas rochas foram submetidas.
2 - Metodologia
A pesquisa utilizou uma metodologia em parte tradicional, no que tange à recuperação dos dados geológicos de campo e na revisão dos dados petrográficos e em parte inovadora, no que se refere ao processo de modelamento geoquímico aplicado às rochas estudadas no intuito de compreender o processo metamórfico. Pode-se descrever tal metodologia a partir das etapas descritas a seguir.
2.1 - Etapa Pré-Campo
Envolveu o levantamento dos dados já disponíveis acerca da Geologia da região, referente às unidades geológicas locais, levantamento bibliográfico, objetivando preparar a discussão dos resultados obtidos no estudo, além da compilação e avaliação qualitativa dos dados geoquímicos disponíveis na literatura e escolhidos para efeito da modelagem pretendida.
2.2 - Etapa de Laboratório:
a) Petrografia
Consistiu no estudo de lâminas delgadas das amostras selecionadas a partir do acervo existente para o conjunto litológico ocorrente no Morro do Sandá. Para estas amostras, foram realizadas descrições petrográficas que visaram à caracterização textural, mineralógica e das paragêneses metamórficas. Para este estudo, foram utilizados os microscópios Olimpus BX-40 do Laboratório de Mineralogia Ótica do Departamento de Geociências da UFRuralRJ.
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2 Figura 1b: Localização da Pedreira Bangu no Morro do Sandá (Modifcado do Google Maps, acessado em 10/06/2011).
b) Modelagem Geoquímica
Outra atividade desenvolvida nesta etapa da pesquisa consistiu no manuseio de equipamentos computacionais e de programas específicos para interpretação petrológica. Toda
Figura 1a: Localização e vias de acesso ao Morro do Sandá- Bangu, Rio de Janeiro- RJ, Brasil (Modificado de Google Maps, acessado em 10/06/2011). Av. Brasil
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Consulta
3 essa atividade foi integralmente realizada nas dependências do Setor de Petrologia do Departamento de Geociências da UFRuralRJ. Nesta fase foi desenvolvido ainda o estudo relacionado à modelagem geoquímica propriamente dita. Antes da realização da modelagem, uma avaliação qualitativa dos dados geoquímicos selecionados foi realizada.
2.3 - Etapa de Gabinete
Todos os dados obtidos nas etapas anteriores foram trabalhados e interpretados de maneira integrada nesta etapa para que fossem atingidos os objetivos propostos. Nesta fase se deu a produção, tanto da monografia como de eventuais publicações advindas desta pesquisa.
3 - Geologia Regional
A área estudada está situada na porção central do Município do Rio de Janeiro. Esta se encontra inserida no Segmento Central da Faixa Ribeira (Heilbron et al. 2000) que equivale, em parte, ao Cinturão Móvel Ribeira (Almeida et al., 1973) (Figura 2).
A Faixa Ribeira é constituída por rochas de idade Neoproterozóica/Cambriana, dobradas e empurradas, associada a rochas magmáticas intrusivas, formadas em diferentes estágios tectônicos evolutivos durante o Ciclo Brasiliano, se estendendo pelos os estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais, margeando o Cráton do São Francisco (Figuras 2 e 3).
Os litotipos predominantes são os ortognaisses e paragnaisses metamorfisados em alto grau e estruturados durante o Neoproterozóico.
Vários estudos foram feitos ao longo das últimas décadas na tentativa de se entender a evolução tectono-estrutural, metamórfica e petrológica destas rochas (Heilbron et al 1993; 1995 e 1998). Apesar da existência de diferentes modelos tectônicos para a Faixa Ribeira, destacam-se os modelos baseados em processos de evolução tectono-transpressivos, com zonas de cisalhamento dúctil, no mecanismo de encurtamento crustal.
Campos Neto & Figueiredo, (1990), definem dois domínios crustais distintos, correspondendo a terrenos suspeitos amalgamados durante o Cambriano. Um granulítico-granítico-migmatítico e outro gnáissico-migmatítico. Estes autores acreditam que essas rochas foram submetidas a um metamorfismo de alto grau e baixa pressão, com profusa anatexia e granitogênese.
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4 Figura 2: Mapa geológico simplificado da Faixa Ribeira, extraído de Heilbron et al , 2004. Legenda 1-Sedimentos quaternários, 2-1-Sedimentos terciários, 3-Rochas alcalinas cretáceas/terciárias, 4-Granitóide Brasilianos sin a pós-colisionais (4-9)- 4-Biotita granitos póscolisionais (510-480 Ma, G5), 5-Granitos contemporâneos às ZCs D3 (535-520 Ma,G4), 6-granitos e charnockitos tardi-colisionais (ca. 560Ma, G3); 7-Granitos porfiróides sin-colisionais (590-560 Ma); 8-Leucogranitos e charnockitos tipo S ou híbridos sin-colisionais (ca. 580 Ma, G2); granitóides com idade indeterminada (9-10): 9-Hornblenda granito gnaisse; 10-Suítes Anta e São Primo; 11-Arco magmático Rio Negro (790-620 Ma); Terreno Ocidental (12-17): Megasseqüência Andrelândia (12-14): 12-Seqüência Rio do Turvo em fácies granulito de alta P; 13-Seqüência Rio do Turvo; 14-Seqüência Carrancas; 15-Complexo Mantiqueira; 16-Fácies distais da Megasseqüência Andrelândia no Domínio Juiz de Fora; 17-Complexo Juiz de Fora; 18-Complexo Embu indiviso; Terreno Paraíba do Sul (19-20): 19- Grupo Paraíba do Sul; 20-Complexo Quirino; Terreno Oriental (21-22): 21-Sucessão metassedimentar Italva; 22-Sucessão metassedimentar Costeiro; Terreno Cabo Frio (23-24): 23-Sucessão Búzios e Palmital; 24-Complexo Região dos Lagos.
A evolução tecno-metamórfica do setor central da Faixa Ribeira se deu principalmente por empurrões dúcteis e dobras da fase de deformação principal (Heilbron et al.,1993). A partir de estudos entre a relação temporal, a deformação e o metamorfismo, esses autores interpretaram que estas etapas estão relacionadas aos períodos sin e pós-colisional da Orogênese Brasiliana.
Para um melhor entendimento do quadro evolutivo da Orogênse Brasiliana no Segmento Central da Faixa Ribeira , foi definido quatro Domínios Tectônicos: 1) embasamento pré 1,8 Ga, compreendido por rochas formadas e/ou retrabalhadas no Evento Transamazônico; 2) ortognaisses indivisos sem dados cronológicos e assumidos como integrantes do
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5 embasamento; 3) cobertura metassedimentar pós 1,8 Ga; 4) rochas granitóides formadas na Orogênese Brasiliana (Heilbron et al.,1995)
Figura 3: Seção estrutural composta do Orógeno Ribeira com a relação entre os diferentes terrenos e domínios estruturais. Legenda: Terreno Ocidental (1-6): 1 a 3- Megasseqüência Andrelândia nos domínios Autóctone, Andrelândia e Juiz de Fora, Terreno Ocidental; 4 a 6- Associações do embasamento (Complexos Barbacena, Mantiqueira e Juiz de Fora); Terreno Paraíba do Sul (7-8): 7- Grupo Paraíba do Sul; 8- Complexo Quirino; Terreno Oriental (9-13): 9- Seqüência Cambuci; 10- Seqüência Italva; 11- Seqüência Costeiro; 12-Arco Magmático Rio Negro; 13- Granitos colisionais; Terreno Cabo Frio(14-15): 14-Seqüências Búzios e Palmital; 15-Complexo Região do Lagos. (Figura extraída de Heibron et al, 2004)
O Segmento Central da Faixa Ribeira pode ser definido como um orógeno colisional de idade neoproterozóica/cambriana, muito erodido, com três associações de expressão regional: 1) embasamento paleoproterozóico/arqueano; 2) cobertura sedimentar deformada meso a neoproterozóica com episódios magmáticos; e 3) granitóides gerados durante a Orogênese Brasiliana (635-480 Ma) (Heilbron et al.,1998). Também neste trabalho, foram definidos para este segmento, dois terrenos distintos: a) Terreno Ocidental, referente à margem retrabalhada do Cráton do São Francisco, sendo compreendido pelas unidades litotectônicas Andrelândia, Juiz de Fora e Paraíba do Sul e b) Terreno Oriental, onde se encontra a área de estudo deste trabalho, composto pelo Complexo Costeiro (ou microplaca Serra do Mar) e Complexo Rio Negro (Tupinambá et al. 1996).
Tupinambá (1999) define que as rochas do Complexo Rio Negro evoluíram a partir de
uma série cálcica gerada em ambiente de ilhas oceânicas ativo entre 600- 630 Ma. (Arco Rio Negro). Este arco, posteriormente, colidiu-se com uma margem passiva, Terreno Oriental, gerando espessamento crustal, migmatização e formação de magmas graníticos do tipo S (Mattos, 2007).
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6 Porto Jr., (2004), define no Domínio Costeiro, o Arco Magmático Guanabara, estudado a partir de uma modelagem litogeoquímica além de uma geocronologia isotópica para as rochas do Maciço da Pedra Branca, cujas idades U/Pb em zircão disponíveis, assinalam idade de 792 Ma para os tipos menos diferenciados(Heilbron e Machado, 2003). Ainda segundo este autor, é possível fazer várias correlações positivas entre o Arco Magmático Guanabara e o Arco Rio Negro (Tupinambá, 1999), com similaridades no que diz respeito à evolução geral dos conjuntos, mas com significativas diferenças no conteúdo composicional e nas idades das rochas relacionadas à etapa pré-colisional.
4 - Aspectos Gerais da Geologia da Cidade do Rio de Janeiro
4.1 - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro
Em virtude de sua complexa história evolutiva, as rochas gnáissicas e graníticas da Cidade do Rio de Janeiro vêm despertando o interesse de muitas gerações de geólogos, constituindo um verdadeiro desafio àqueles que se dedicam ao seu estudo petrográfico, estrutural e litoestratigráfico. Desde os primeiros estudos realizados por vários pesquisadores até a metade do século XIX, o conhecimento acerca da geologia destas rochas, vem sendo desenvolvido gradativamente.
Entretanto, somente a partir do início do século XX, com os estudos mais acurados de caracterização petrográfica, estrutural e metamórfica, foi que as rochas gnáissicas da Cidade do Rio de Janeiro tiveram suas questões estratigráficas e evolutivas levantadas discutidas.
Beckheuser (1926), foi o primeiro a apresentar um estudo detalhado da área correspondente à cidade do Rio de Janeiro, incluindo o primeiro mapa da região numa escala 1:100.000.
Lamego (1937), ao divulgar a sua "Teoria do Protognaisse”, inicia sua profícua contribuição à geologia da cidade. O autor sugeriu que o plagioclásio gnaisse (protognaisse), deveria ser considerado como uma relíquia da crosta arqueana primitiva, que ao passar pelos vários estágios metamórficos, daria origem a todos os demais gnaisses encontrados na região.
Helmbold et al., (1965), apresentaram o resultado de um mapeamento geológico de semi-detalhe em escala 1:50.000, do antigo Estado do Guanabara. Eles foram responsáveis pelo mais completo conjunto de dados até então produzidos para a geologia da cidade do Rio de Janeiro. Neste trabalho, os autores definiram duas Séries: a Série Superior (“paragnaisses de facies geossinclinal”), que englobaria os biotita- gnaisse, microclina gnaisses, leptinitos e plagioclásio gnaisse; e a Série Inferior composta por gnaisses homogêneos de granulação grossa, desprovidos de granada, mas ricos em titanita além de migmatitos com melanossomas anfibolíticos.
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7 A Cidade do Rio de Janeiro se insere no que Heilbron et al., (1998) definem como segmento central da Faixa Ribeira, um orógeno colisional de idade neoproterozóica/cambriana, muito erodido, apresentando embasamento paleoproterozóico/arqueano, cobertura sedimentar deformada meso a neoproterozóica com episódios magmáticos e granitóides gerados durante a Orogênese Brasiliana (635-480 Ma) (Mattos, 2007). Também foi proposto para este seguimento a subdivisão em dois terrenos, Terreno Ocidental e Terreno Oriental.
As rochas do Município do Rio de Janeiro se inserem no Terreno Oriental que apresenta ortognaisses tonalítico a granodiorítico, gnaisses leucograníticos, corpos quartzo-dioríticos que compõe o denominado Complexo Rio Negro. O quadro litológico é completado por ortognaisses granodioríticos a graníticos, que intrudem o Complexo Rio Negro, e rochas metassedimentares de alto grau que correspodem ao Grupo Paraíba do Sul e corpos de rochas graníticas não foliadas (Mattos, 2007).
4.2 - Geologia do Maciço da Pedra Branca
O Maciço da Pedra Branca era até o final dos anos 80 do século XX, caracterizado como um corpo ígneo intrusivo de composição quartzo diorítica a granodiorítica, nas porções mais internas, gradando lateralmente em direção às bordas (norte e sul) para tipos mais ácidos de composição granítica, com exceção de sua porção oriental, onde é formado por gnaisses e migmatitos (Penha 1984) (Figura 4).
Posteriormente, (Porto Jr. 1993), o conjunto intrusivo foi dividido em quatro grandes Unidades Litoestratigráficas: Unidade tonalítica (UTn); Unidade Granito Pedra Branca (UGPB); Unidade Biotita Granito (UBg) e Unidade Leucogranito (ULg).
Esteves et al., (2001) reconheceram e caracterizaram quatro fases de deformação que afetaram as rochas gnáissicas da porção oriental do Complexo Granítico Pedra Branca (termo introduzido primeiramente por Porto Jr. (1993), para referenciar o conjunto de rochas gnáissicas e graníticas que compõem o Maciço da Pedra Branca).
Ainda tratando da porção oriental do maciço, Porto Jr. et al., (2002a) identificaram uma sequência de gnaisses polideformados que, devido às diferentes composições e texturas associadas a corpos granitóides intrusivos em diferentes estágios de evolução tectônica, foram subdivididos em duas seqüências: uma unidade mais antiga, de caráter paraderivado, formada por gnaisses kinzigíticos (UGK), e outra mais jovem, de caráter ortoderivado, composta por gnaisses à plagioclásio e à microclina (UGO).
Os gnaisses ocorrentes na área do Maciço da Pedra Brancaforam subdivididos, através de interpretação geoquímica, em tipos ortoderivados de composições variadas, classificados
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8 como pertencentes a um grupo de rochas subalcalinas evoluídas ao longo de uma tendência calcioalcalina e de caráter mataluminoso (Porto Jr. et al., 2002b). Ainda, segundo esses autores, os gnaisses à plagioclásio presentes na região, caracterizam-se como rochas pré-colisionais e intraplacas, enquanto, os gnaisses à microclina são francamente sin-pré-colisionais, apontando, assim, para processos de evolução distintos.
O ambiente de formação para o conjunto de rochas do Maciço da Pedra Branca, segundo Porto Jr., (2004), pode ser associado à ambientes de arcos de ilha, com evolução típica para arcos magmáticos continentais, relacionando-se a uma longa etapa de subducção, o que implicaria consequentemente na maturidade significativa do arco.
Figura 4: Mapa Geológico esquemático do Maciço da Pedra Branca (Extraído de Penha, 1984).
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5 - Geologia Local
5.1 – Pedreira Bangu, Morro do Sandá: introdução
O Morro do Sandá localiza-se na porção norte do Maciço da Pedra Branca, no município do Rio de Janeiro, RJ. Onde ocorrem gnaisses e migmatitos de composições variadas.
Hembold et al. (1965) subdividiu as rochas do maciço em duas séries distintas, a Superior, paragnaíssica, e a Inferior, ortognaíssica. No Morro do Sandá os gnaisses e migmatitos estão localizados na Série Inferior, sendo representados por gnaisses de composição granodiorítica, sem granada ou outro mineral metamórfico importante, com diferentes granulações e texturas, fortemente deformadas, com dobras muito apertadas e planos de cisalhamento associados (Porto Jr. & Valente, 1988). Em nível de afloramento, esses gnaisses apresentam aspecto migmatítico.
Recentemente essas rochas foram avaliadas em Porto Jr. (2004), passando a ocupar, não mais a base da base da coluna estratigráfica da região, mas sim a base da unidade ortoderivada ( Mattos, 2007).
5.2 – As Rochas do Morro do Sandá
A região do Morro do Sandá no Maciço da Pedra Branca é uma das áreas desse Maciço melhor estudadas no âmbito da geologia do Maciço da Pedra Branca. Vários trabalhos já foram publicados acerca de suas características geológicas podendo ser citados: Porto Jr. & Valente (1988); Porto Jr (1989);Porto Jr. (1993) e Porto Jr (2004). Numa evolução do conhecimento, os primeiros trabalhos mostram a caracterização geral das rochas ocorrentes (tipos, mineralogia, texturas, formas de ocorrência e estruturas), passando pelos aspectos geoquímicos gerais e inserção da área no contexto tectônico e modelagem geoquímica.
Basicamente, a área pode ser individualizada em dois conjuntos litológicos distintos: gnaisses ortoderivados de variados tipos como encaixantes e granitos tardios intrusivos. Em menor escala, diques basálticos e fonolíticos também ocorrem e se relacionam a eventos ligados a quebra continental e atuação de magmatismo alcalino.
a) Rochas Encaixantes
São gnaisses fortemente bandados, deformados, migmatizados com granulação variando de fina a média, geralmente escuros ou acinzentados. São caracteristicamente ortognáissicos e variam desde tipos dioríticos a tipos granodioríticos (Figura 5). (Porto Jr. & Valente, 1988).
Também são encontrados gnaisses de composição granodiorítica a granítica. São rochas leucocráticas com sua foliação menos definida do que nas rochas anteriores, que é
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10 denotada por débil arranjo de grãos de biotita, alinhamento de grãos de microclina e segregação de bandas quartzosas (Figura 6).
A presença de dobras muito apertadas, isoclinais/recumbentes, denota que essas rochas sofreram uma deformação bastante intensa (Figura 7). Planos de cisalhamento associados a essa deformação, principalmente rompendo os flancos da dobra, são comuns (Figura 8). Nas proximidades do contato com as rochas intrusivas de maior ocorrência, o Granito Pedra Branca, aparecem veios félsicos associados aos gnaisses, compostos principalmente por quartzo e feldspato, além de magnetita (Porto Jr. & Valente, 1988).
Baseado na estratigrafia e caracterização apresentada em Porto Jr (2004); Nogueira
(2006) e Mattos (2007), temos que da base para o topo ocorre um quartzo-plagioclásio-biotita
gnaisse (composição quartzo diorítica a diorítica) intensamente deformado e migmatizado, com dobras intrafoliais apertadas, com padrões de interferência de dobramentos e transposição da foliação. É uma rocha fortemente bandada, migmatizada. A paragênese metamórfica mais comum é composta de quartzo + plagioclásio + hornblenda + biotita ( ortoclásio/microclina). Feições de anatexia são evidentes em associação a este litotipo. Cisalhamentos são bastante comuns, estando, em geral, seus planos preenchidos por material pegmatítico ou aplítico proveniente da intrusão Pedra Branca, bem como por leucossomas produzidos durante a migmatização Porto Jr. (2004).
Figura 5: Ortognaisse migmatizado de composição diorítica.
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Segue um microclina-quartzo gnaisse de composição granodiorítica, de tons acinzentados, cuja paragênese metamórfica principal é quartzo + microclina + plagioclásio + biotita com eventual granada. É um tipo ortoderivado, pois são observados diversos enclaves em seu domínio de ocorrência (Nogueira, 2006). Aparentemente menos deformado, ainda assim apresenta uma foliação evidente. Apresenta esparsos porfiroblastos de microclina (Figura 9) que apresentam sombras de pressão e sobressaem a uma matriz de granulação média e homogênea, onde predominam o quartzo e o plagioclásio com biotita e ortoclásio em volumes subordinados, não apresentando anfibólio. Apresenta xenólitos do litotipo anterior.
Figura 7: Dobra isoclinal/recumbente, indicando que essas rochas sofreram uma deformação bastante intensa.
Figura 6: Ortognaisse de composição granodiorítica. 20 cm 1 m
Obra
para
Consulta
12 Figura 8: Planos de cisalhamentos associados à deformação geradora da
dobra. Notar que eles rompem os flancos da dobra, não o plano axial da mesma.
Como enclaves nos litotipos anteriormente descritos, ocorrem rochas anfibolíticas (Figura 10). Estas ocorrem sob duas formas distintas: a) como melanossoma de migmatitos; e b) sob forma de pequenos diques e soleiras intrusivos nas rochas migmatizadas interestratificadas nos gnaisses mais antigos (Porto Jr. 2004). As paragêneses metamórficas mais comuns a este litotipo são: plagioclásio + hornblenda ( quartzo) e quartzo + plagioclásio + hornblenda + biotita ( ortoclásio/microclina).
Figura 9: Porfiroblasto de microclina sobressaindo à matriz de granulação fina.
Obra
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13 b) Rochas Granitóides
Na área ocorrem granitóides, com diversas texturas e estruturas, com destaque para o Granito Pedra Branca (Porto Jr. & Valente, 1988), que, dentre os tipos graníticos, é aquele que apresenta a maior distribuição superficial. Esta rocha é leucocrática, inequigranular, porfirítica, com granulação variando de fina a grossa, fazendo contato direto com os ortognaisses encaixantes (Figura 11)
Figura 11: Contato do Granito Pedra Branca com o ortognaisse encaixante.
Figura 10: Anfibolito ocorrendo sob a forma de enclaves.
Obra
para
14 A intrusão destes corpos varia de permissiva a forçada, o que fica evidenciado pela presença de diques subconcordantes e de áreas ricas em xenólitos angulosos próximo ao contato com a encaixante (Figura 12), respectivamente. (Porto Jr. & Valente, 1988). Uma fase aplítica e outra pegmatítica estão relacionadas a este evento ígneo. Os veios pegmatíticos são formados, principalmente, por microclina e quartzo, com biotita subordinada.
O Granito Pedra Branca possui uma notável estrutura planar e/ou linear, com mergulhos variáveis e direção geral aproximadamente E-W (Porto Jr. & Valente, 1988). Algumas observações de campo sugerem que esta estrutura é originada por fluxo ígneo e não por esforços tectônicos, sendo assim, uma estrutura primária.
Outro granito que ocorre no Morro do Sandá, e que possui características muito distintas do Granito Pedra Branca, é o denominado Granito Favela (Pires et al., 1982). Trata-se de um biotita-granito, com uma foliação de fluxo muito incipiente. É leucocrático, com textura inequigranular hipidiomórfica, formado basicamente por microclina, ortoclásio, plagioclásio, quartzo e biotita (Figura 13). Ocorre como intrusões tabulares, discordantes e que cortam o Granito Pedra Branca e os veios a ele relacionados, sendo, portanto, representante do magmatismo mais jovem encontrado na região.
O Granito Favela, no Morro do Sandá, não possui fase aplítica desenvolvida ou fase pegmatítica correlacionável diretamente. Estruturalmente encontra-se uma orientação linear, preferencialmente planar, de megacristais de microclina (Mattos, 2007).
A intrusão tabular do Granito Favela é sub-horizontal e desloca pouco os xenólitos dos gnaisses encaixantes (Figura 14). É comum observarmos a concentração de xenólitos angulosos nas margens da intrusão. As intrusões possuem geometria complexa, com inflexões abruptas e acunhamentos, e apresentando apófises mais verticalizadas. Um dique fino, zonado, vertical, parece alimentar o dique horizontal e possui contatos bruscos em relação às encaixantes gnáissicas (Figura 15) (Porto Jr. & Valente, 1988).
Obra
para
15 Figura 13: Aspecto textural do Granito Favela.
Figura 12
:
Dique subconcordante próximo ao contato com a rocha encaixante.Obra
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16 Figura 14: Contato da intrusão tabular do Granito Favela com o
gnaisse encaixante.
Figura 15: Dique fino fazendo um contato brusco com a encaixante.
Obra
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17
5.4 - Petrografia dos Gnaisses Ortoderivados
Foram analisadas 7 lâminas delgadas (6c; 10; 35a; 40; 40a; BG-42, PB-8a) e classificadas segundo o diagrama de classificação QAP (Streckeisen , 1976), por se tratarem de rochas ortoderivadas.
Para a obtenção dos valores modais, foram feitas estimativas visuais (mínimo de 8 visadas por lâmina) de campos distintos da seção delgada. Os valores obtidos foram recalculados para 100% e plotados no referido diagrama.
A seguir será feito uma breve descrição petrográfica dos litotipos estudados. No anexo 2 encontra-se a descrição mais completa das 7 lâminas estudadas.
# Granodiorito a granito gnaisse
É uma rocha de granulação fina, aproximadamente 0,1mm, formada por quartzo, plagioclásio, ortoclásio, biotita, titanita, zircão, hornblenda e minerais opacos (Figuras 16a e 16b). Possui textura equigranular e poiquiloblástica, esta muito comum nos cristais de plagioclásio. O bandamento metamórfico individualiza bandas ricas em material máfico (biotita, hornblenda, titanita e minerais opacos) e outras ricas em material félsico (quartzo, plagioclásio e ortoclásio).
O quartzo ocorre principalmente nas bandas félsicas, possui granulação fina, é xenoblástico, límpido, e por vezes é encontrado incluso em cristais de plagioclásio. O plagioclásio também se encontra praticamente restrito às bandas félsicas, é hipidioblástico, é geminado pela lei da albita e possui granulação fina. O ortoclásio encontra-se disperso pela seção delgada, mas aglomera-se principalmente nas bandas félsicas, é hipidioblástico e possui granulação fina.
A biotita possui hábito tabular, cor marrom, forte pleocroísmo e granulação fina. Associa-se principalmente aos cristais de hornblenda e titanita. A hornblenda possui granulação fina, cor verde oliva e é pleocróica.
É comum a presença de uma interação entre os cristais de hornblenda e de biotita, onde a hornblenda se transforma em biotita, evidenciando um retrometamorfismo (Figura 17). A titanita ocorre nas bandas máficas, é xenoblástica e possui granulação fina. Os minerais opacos são xenoblásticos e possuem granulação fina e encontram-se associados aos cristais de biotita e titanita. O zircão possui hábito arredondado e ocorrem em pequeno volume disperso pela matriz da rocha.
Obra
para
18 Figura 16a: Mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis
descruzados.
Figura 16b: Mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis cruzados.
0,5 mm
0,5 mm
Obra
para
19 Figura 17: Hornblenda sofrendo um retrometamorfismo e
transformando-se em biotita.
Figura 18: Paragênese mineral da rocha. Formada principalmente por titanita, hornblenda, biotita e minerais opacos.
#Granodiorito gnaisse
Este litotipo possui granulação fina a média e é inequigranular (os cristais possuem em média 0,3mm, na matriz, e os porfiroblastos, quase 1 cm de diâmetro). Possui textura porfiroblástica e poiquiloblástica, muito comum nos cristais de plagioclásio. É formado por quartzo, ortoclásio, plagioclásio, biotita, hornblenda, titanita, granada, apatita, zircão e minerais opacos (Figura 19). A foliação da rocha não é tão marcante como a do tipo descrito
Hornblenda Biotita 0,5 mm 0,5 mm
Obra
para
Consulta
20 anteriormente, mas é bem definida e orientada principalmente, pelos cristais de biotita e plagioclásio.
O plagioclásio possui granulação de 1,5 mm, em média, é hipidioblástico, com o eixo de maior comprimento alinhado à superfície definida pela foliação. Os porfiroblastos podem chegar a ter mais de 5 mm e geralmente são poiquiloblásticos, podendo apresentar saussurização em seus núcleos (Figura 20). No contato com alguns cristais de ortoclásio, nota-se um crescimento mirmequítico com a formação de quartzo nota-secundário (Figura 21).O quartzo é granuloblástico, quase sempre intersticial e por vezes apresentando padrão poligonal. Possui granulação variando de 0,5 a 2 mm. O ortoclásio é hipidioblástico a xenoblástico com uma granulação variando de 0,5 a 1 mm e encontra-se comumente associado aos cristais de plagioclásio.
A biotita tem hábito tabular, possui em média uma granulação de 1 mm, é pleocróica e tem coloração marrom. A hornblenda possui granulação de fina a média, cor verde oliva e é pleocróica. Da mesma forma que acontece com o litotipo descrito anteriormente, alguns cristais de hornblenda estão se transformando em biotita, indicando um retrometamorfismo (Figura 22). A titanita é xenomórfica e associa-se comumente à biotita e aos minerais opacos formando pequenos aglomerados. A granada possui relevo alto e encontra-se disseminada pela seção delgada associada preferencialmente à biotita e à titanita. Os minerais opacos são xenoblásticos, com granulação fina e encontram-se fortemente associados à titanita. A apatita e o zircão ocorrem em pequenos volumes e disperso pela rocha.
Figura 19: Mineralogia diagnóstica da rocha (sob nicóis cruzados).
0,5 mm
Obra
para
21 Figura 20: Plagioclásio saussurizado e com inclusões de biotita.
Figura 21: Crescimento mirmequítico no contato entre o plagioclásio e o ortoclásio, com formação de quartzo secundário.
Ortoclásio Plagioclásio Mirmequita 0,5 mm 0,5 mm
Obra
para
Consulta
22 Figura 22: Hornblenda transformando em biotita.
#Tonalito a granodiorito gnaisse
É uma rocha de granulação fina (granulação média de seus cristais é de 0,4mm), inequigranular, podendo apresentar blastos com mais de 5,0 mm de eixo maior. É formada por quartzo, plagioclásio, ortoclásio, biotita, hornblenda, granada, titanita, apatita, zircão e minerais opacos (Figuras 23a e 23b). Possui textura poiquiloblástica e porfiroblástica, encontrado em alguns blastos de plagioclásio. Também nota-se uma textura recristalizada, que fica evidenciado pela presença de cristais de quartzo com granulação inferior aos minerais formadores da rocha(Figura 24).
O plagioclásio é hipidioblástico, podendo ser xenoblástico quando alterado, é geminado segundo a lei da albita, possui granulação fina, em média, mas apresenta porfiroblastos com mais de 5,0 mm de eixo maior. O ortoclásio é xenoblástico e possui granulação variando de 0,4 a 0,8 mm. O quartzo é xenoblástico, granuloblástico, intersticial, possui granulação fina e encontra-se intimamente associado ao plagioclásio.
A biotita ocorre sob a forma de cristais de hábito tabular, tem cor marrom, é pleocróica e possui granulação variando de 0,2 a 1,0 mm. Encontra-se associada aos minerais opacos, à hornblenda, à titanita e a granada, formando aglomerados máficos. A hornblenda possui coloração verde oliva, também é pleocróica, possui granulometria fina e em geral apresenta biotita crescendo em suas bordas. A granada é hipidioblástica, encontra-se comumente associada à biotita e a titanita, nos aglomerados máficos. A titanita é xenoblástica e é comumente encontrada nos aglomerados máficos. Os minerais opacos são xenoblásticos, com granulação fina e encontram-se associados à titanita. A apatita e o zircão ocorrem em pequenos volumes e dispersos pela rocha.
Hornblenda Biotita 0,5 mm
Obra
para
Consulta
23 Figura 23a: Paragênese mineral e mineralogia diagnóstica da
rocha sob nicóis descruzados.
Figura 23b: Paragênese mineral e mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis cruzados.
0,5 mm
0,5 mm
Obra
para
24 Figura 24: Quartzo recristalizado.
Figura 25: Plagioclásio com inclusão de quartzo e biotita.
#Granito
É uma rocha que representa o leucossoma de algumas lâminas e geralmente possui granulação média. É inequigranular, apresentando pórfiros que chegam a ter mais de 5,0 mm de eixo maior. Possui textura porfirítica e poiquilítica, comum nos pórfiros de plagioclásio e/ou ortoclásio e/ou microclina. É formada por quartzo, plagioclásio, biotita, ortoclásio ou microclina.
O quartzo é xenomórfico, possui granulação fina, por vezes encontra-se recristalizado, evidenciado pela presença de grãos poligonais e com granulação inferior aos outros grãos de quartzo formador da rocha. Ocupa espaços intersticiais entre o plagioclásio e a biotita, principalmente. A biotita é marrom, é pleocróica, encontra-se associada principalmente ao
0,5 mm
0,5 mm
Obra
para
25 plagioclásio, possui hábito tabular, e geralmente, granulação fina. O plagioclásio é hipidiomórfico, possui granulação de fina a média, mas podendo apresentar pórfiros com mais de 5 mm de eixo maior, pode encontrar-se saussurizado e com inclusões de biotita e/ou quartzo (Figura 27). Os alcalifeldspatos encontrados podem ser o ortoclásio ou a microclina. O ortoclásio é xenomórfico, possui granulação fina a média e por vezes encontra em associação com o plagioclásio formando a textura mirmequítica. A microclina quando aparece é hipidiomórfica a xenomórfica, porfirítica, poiquilítica, saussurizada e podendo apresentar pertitas.
Figura 26: Contato entre o leucossoma e o melanossoma.
Figura 27: Pórfiro de plagioclásio deformado, saussurizado e com inclusões de biotita, quartzo e plagioclásio. Notar a deformação na parte inferior da foto.
Leucossoma Melanossoma 0,5 mm 0,5 mm
Obra
para
Consulta
26 Figura 28: Mineralogia diagnóstica da rocha sob nicóis cruzados.
Figura 29: Pórfiro de microclina apresentando inclusão de quartzo, plagioclásio e microclina.
0,5 mm
0,5 mm
Obra
para
27 Figura 30: Mirmequita no contato da microclina com o plagioclásio.
#Granodiorito
É uma rocha inequigranular, com granulação fina a média, possui textura porfirítica e poiquilítica, comum nos cristais de plagioclásio e ortoclásio. É formada por plagioclásio, ortoclásio, biotita, hornblenda, quartzo, titanita, zircão e minerais opacos (Figuras 31a e 31b).
A biotita possui hábito tabular, é marrom, pleocróica e possui granulação variando de 0,3 a 1,4 mm de eixo maior. Encontra-se associada aos minerais opacos, à hornblenda e à titanita. A hornblenda é xenomórfica, possui coloração verde oliva, também é pleocróica e possui granulação média de 1,2 mm. Em geral apresenta biotita crescendo em suas bordas, evidenciando um retrometamorfismo. A titanita é xenoblástica, possui relevo alto e granulação variando de 0,2 a 1,0 mm. Os minerais opacos são xenomórficos, com granulação variando de 0,5 a 1,5 mm, e encontram-se associados à titanita.
O quartzo é xenomórfico, apresentando textura de recristalização em alguns grãos, e é intersticial. Possui granulação fina, cerca de 0,3 mm em média. O plagioclásio é hipidiomórfico, geminado segundo a lei da albita, os grãos possuem em média, 1,0 mm de eixo maior, mas apresenta pórfiros com mais de 3,0 mm. São porfirítico e poiquilítico, evidenciado pela presença de inclusões de biotita e/ou quartzo (Figura 32). Por vez, alguns pórfiros encontram-se saussurizados. O ortoclásio é xenomórfico, possui granulação variando de 0,2 a 0,8 mm, encontra-se associado, principalmente, com grãos de quartzo e plagioclásio. No contato de alguns grãos de ortoclásio com o de plagioclásio, pode ocorrer a formação de mirmequita. . O zircão ocorre em pequeno volume disperso pela lâmina.
A paragênese mineral principal da rocha é formada por biotita, hornblenda, titanita, plagioclásio e minerais opacos.
0,5 mm
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para
28 Figura 31a: Mineralogia típica da rocha (sob nicóis
descruzados).
Figura 31b: Mineralogia típica da rocha sob nicóis cruzados.
0,5 mm
0,5 mm
Obra
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29 Figura 32: Plagioclásio com inclusão de biotita e quartzo.
Figura 33: Paragênese mineral principal da rocha.
0,5 mm
0,5 mm
Obra
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30 5.5 – Análise Geoquímica dos Gnaisses Ortoderivados
As rochas estudadas foram submetidas a análises litogeoquímicas para melhor caracterização dos exemplares coletados em campo. Com estes dados foi possível realizar a complementação das descrições petrográficas e ainda a tentativa de inserção destas rochas em um ambiente geotectônico apropriado, através dos diversos diagramas de interpretação petrológica presentes na literatura. Foram selecionadas 5 amostras representativas para o conjunto de rochas estudados. A composição química delas está apresentada nas tabelas 1, 2 e 3. As amostras foram inicialmente utilizadas em Porto Jr. (2004)
Tabela 1: Composição química das rochas analisadas- Elementos maiores (% peso).
Sample SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI Total
PBG 4
43,61 3,61 14,92 11,67 5,2 0,24 5,73 8,52 3,37 1,59 0,89 0,23 99,58BG-42
56,94 1,24 14,34 3,56 4,77 0,13 3,25 7,96 3,42 2,54 0,54 0,84 99,53BG-10
62,14 1,23 16,09 3,78 3,54 0,16 1,67 4,21 3,98 2,02 0,13 0,88 99,83BG35a
65,56 0,89 15,45 4,21 1,20 0,12 1,74 3,15 4,24 2,21 0,19 0,78 99,74PB-8a
58,96 1,10 16,29 4,45 3,72 0,23 2,05 5,56 4,04 1,45 0,29 1,39 99,53Tabela 2: Composição química dos elementos menores das rochas analisadas (ppm).
Amostra Rb Ba Sr Nb Zr Y
PBG 4
58 358 596 29 174 30BG-42
165 943 420 25 280 45BG-10
186 1123 267 12 378 34BG-35a
156 816 285 13 225 37PB-8a
154 958 387 21 235 31Tabela 3: Composição química dos elementos terras rara (ppm).
Amostra La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu PBG 4 23,5 52,3 7,11 30,5 7,0 2,82 7,5 1,1 5,8 1,1 3,1 0,40 2,4 0,37 BG-42 36,8 67,9 7,80 32,1 6,1 1,95 4,3 1,1 4,7 0,9 3,1 0,36 2,4 0,31 BG-10 27,8 58,4 7,45 32,9 6,9 2,54 5,8 1,1 4,8 1,1 3,3 0,22 2,2 0,36 BG-35a 29,3 59,0 7,51 30,2 6,8 2,30 6,9 1,1 6,6 1,0 3,9 0,55 2,2 0,48
PB-8a
39,2 69,4 8,35 35,2 6,5 2,12 5,2 1,2 5,9 0,8 3,0 0,45 2,6 0,36Obra
para
Consulta
31 Com base nos diagramas de classificação química, podemos afirmar que os litotipos estudados se enquadram no campo subalcalino (Figura 34) e mostram duas tendências de evolução: uma toleítica (PB-4) e outra, cálcio-alcalina (BG-10, PB-8a, BG-42 e BG-35a) sendo que duas amostras encontram-se no limite dos campos (Figura 35). Do ponto de vista da classificação geoquímica as rochas distribuem-se por tipos que variam de dioritos até granodioritos (Figura 36).
O padrão dos elementos terras raras (ETRs) está indicado na figura 37, onde é possível perceber o comportamento destes elementos nos diferentes litotipos.
Os litotipos estudados são enriquecidos em ETRs leves em comparação as pesadas, e não apresentam grandes anomalias. Com exceção parao elemento Túlio, que apresenta uma anomalia negativa na rocha representada pela amostra BG-10. Outra anomalia, entretanto positiva, é observada na rocha representada pela amostra BG-35a para os ETRs leves. Isso indica que os ETRs leves têm comportamento mais incompatível para nesta rocha (Figura 37). A inclinação apresentada pelas curvas que compõe o diagrama aponta para um conjunto de rochas diferenciado.
A análise tectônica é indicativa de que estes litotipos são sin-colisionais posicionados em crosta atenuada. (Figuras 38 e 39).
Legenda PB-4 Paleossoma BG-42 Melanossoma BG-10 Leucossoma BG-35a Leucossoma PB-8a Melanossoma
Legendas para as figuras 34 até 39
Obra
para
32 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 SiO2 (wt %) N a2 O + K 2O ( w t % )
Irvine & Baragar 1971
Alkaline
SubAlkaline
Figura 34: Diagrama TAS.
Na2O + K2O MgO
FeO*
Irvine & Baragar(1971 )
Tholeiitic
Calc-Alkaline
Figura 35: Diagrama AFM mostrando os dois “trends” de evolução.
Obra
para
33 35 45 55 65 75 0 5 10 15 SiO2 (wt %) N a2O + K2O ( w t %) Le Maitre (1989 ) Pc B O1 O2 O3 U1 U2 U3 F Ph S1 S2 S3 T R
Figura 36: Classificação química segundo Le Maitre (1989).
Norm: SUN
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
10
100
Figura 37: Padrão dos ETRs para os litotipos estudados.
Obra
para
34 1 10 100 1000 1999 1 10 100 1000 1999 Y + Nb (ppm) R b ( p pm ) Pearce et al (1984) ORG VAG WPG syn-COLG
Figura 38:Diagrama de classificação de ambiente tectônico (Rb x (Y+Nb) 1 10 100 1000 1999 1 10 100 1000 Y (ppm) N b ( pp m ) Pearce et al (1984 ) ORG WPG VAG + syn-COLG
Figura 39: Diagrama de classificação de ambiente tectônico.
Obra
para
35
6- Caracterização do Metamorfismo
A deformação para o conjunto de rochas do Morro do Sandá é entendida como fruto da composição de três fases de deformação dúctil (Pires et al 1986;Silva & Silva, 1987; Porto Jr & Valente, 1988; Pires et al, 1983; Porto Jr, 2004 e Nogueira, 2006). As estruturas foram agrupadas por esses autores em Fases de Deformação sin-metamórficas (D1 e D2) e Fases de Deformação pós-auge do metamorfismo (D3 e D4). D1 e D2 resultam de tectônica compressiva e originaram a foliação principal S1, que é paralela ao bandamento metamórfico. A este evento relacionam-se dobras apertadas a isoclinais, recumbentes a reclinadas. Ocorrem ainda zonas de cisalhamento, principalmente associadas aos flancos das dobras (Porto Jr., 2004). As etapas D3 e D4 são responsáveis pela geração de dobras suaves a abertas sendo pós-auge do metamorfismo
Entende-se para a Faixa Ribeira que existam duas etapas de desenvolvimento de paragêneses metamórficas. Tal fato já foi reportado por diversos autores, inclusive no âmbito da Cidade do Rio de Janeiro (Pires et al., 1986; Heilbron et al., 1993; Porto Jr, 2004; Porto Jr. et.al., 2005).
O metamorfismo principal, denominado M1, atingiu seu ápice de temperatura durante a ocorrência da deformação principal (D1 e D2). Ao metamorfismo M2 é atribuído o crescimento de minerais metamórficos contemporâneos à etapa de deformação D3. Seu estudo está baseado essencialmente nas paragêneses das rochas supracrustais que representam o limite entre a fácies anfibolito alto - granulito, sendo o mesmo referenciado, inicialmente, como do tipo Abukuma em regime de P-T com valores entre 6000 e 8000C e 4-5 Kbars, com gradiente geotérmico de 600 C/Km (Leonardos Jr, 1973). Trouw (1992) reportou que as condições gerais do metamorfismo foram de pressão variando de média a alta, seguindo-se uma etapa de pressão mais baixa. Os valores máximos obtidos, a partir de dados geotermobarométricos, são da ordem de 700-9000C e 8-10 Kb. Estes estudos privilegiaram a região de Andrelândia no sul de Minas Gerais.
As paragêneses metamórficas diagnósticas para as rochas do Morro do Sandá podem ser agrupadas em quatro associações: a) quartzo + plagioclásio + hornblenda + biotita ( ortoclásio/microclina); b) quartzo + plagioclásio + biotita + microclina; c) plagioclásio + hornblenda ( quartzo); d) quartzo + plagioclásio + biotita ( ortoclásio/microclina)
O metamorfismo principal (M1), estudado e bem caracterizado para a região da Cidade do Rio de Janeiro, foi realizado em um conjunto de rochas supracrustais que não ocorrem no Morro do Sandá. O estudo das paragêneses permitiu a definição das condições de P-T para o
Obra
para
36 metamorfismo: pressão e temperaturas elevadas em seu início, com posterior diminuição dos valores relativos à pressão com manutenção dos valores relativos à temperatura. Pires et al (1983) sugerem um caminho PT horário e afirmam que este tipo de caminho para o metamorfismo é bastante comum em áreas colisionais, onde a tectônica de baixo ângulo resulta em espessamento crustal, com conseqüente refusão crustal.
Segundo Porto Jr (2004), na área estudada, condições de anatexia puderam ser atingidas, implicando na geração de migmatitos de injeção e veios leucossomáticos associados à primeira etapa de deformação (D1 e D2). Entretanto, o auge do metamorfismo ocorreu ao fim de D1 ou concomitantemente a D2.
As paragêneses que puderam ser especificamente definidas para as rochas do Morro do Sandá foram:
1) para o quartzo-plagioclásio-biotita gnaisse de composição quartzo diorítica a diorítica: quartzo + plagioclásio + hornblenda + biotita ( ortoclásio/microclina).
2) para o microclina-quartzo gnaisse de composição granodiorítica: quartzo + microclina + plagioclásio + biotita ( titanita) ( granada).
3) para os anfibolitos (plagioclásio-anfibólio gnaisses): plagioclásio + hornblenda ( quartzo).
Essas paragêneses colocam estes gnaisses dentro dos parâmetros que os definem como sendo rochas associadas à facies anfibolito alto com eventual passagem a fácies granulito.
7- A Modelagem Geoquímica
7.1-Introdução ao Modelamento Petrogenético.
A distribuição dos elementos maiores e traços em diagramas de variação, principalmente os definidos em planos xy, permitem que sejam desenvolvidos estudos relativos aos processos petrogenéticos ocorridos durante a evolução do(s) magma(s) dentro de uma mesma suíte de rochas O estudo petrológico tradicional referente às rochas magmáticas, aponta, como processos de diferenciação (evolução magmática) mais efetivos, os seguintes processos: mistura magmática (hibridização); cristalização fracionada; assimilação (contaminação simples) e cristalização fracionada com assimilação associada (AFC) (Porto Jr., 2004).
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37 a) Modelagem Petrogenética
A modelagem petrogenética envolve uma enormidade de cálculos, nem sempre complicados, mas, quase sempre repetitivos. É, essencialmente, um método de tentativa e erro. São conhecidos programas de computador que facilitam o trabalho de cálculo e executam o modelamento a partir de dados de elementos maiores e traços. Entretanto, esses programas não foram criados exclusivamente para a modelagem petrogenética variada, não sendo muito amigáveis no sentido de facilitar a mudança das variáveis envolvidas. Outro problema é o fato de não cobrirem todo o espectro de processos que devem ser testados durante a modelagem. Basicamente, para efeito do modelamento de processos petrogenéticos, são necessários cálculos que envolvam o balanço das massas envolvidas por regressão, além dos cálculos que envolvam fusão parcial (fusão em equilíbrio, fusão não modal seqüencial e fusão de Reyleigh), cristalização fracionada em equilíbrio e cristalização de Rayleigh (Porto Jr., 2004). Para os processos entendidos como de fusão parcial estes mecanismos petrogenéticos cobrem a grande maioria das situações naturalmente observadas. Para este caso são várias as formulações apresentadas (Arth, 1976), a maior parte delas desenvolvidas durante os anos 70, mostrando-se, entretanto, extremamente complexas do ponto de vista do cálculo e de pouco uso comum. Wilson (1989) afirma que os resultados obtidos por quaisquer destes métodos, tendem a ser muito similares.
b) Procedimento Utilizado
Para o estudo aqui desenvolvido, optou-se pela utilização de planilhas de cálculo programadas no software MSExcel 97. Trata-se de um software de amplo uso e de relativa simplicidade quanto a sua manipulação, e caracteristicamente preparado para uso mais específico na geração de planilhas de cálculo. Dentre suas variadas funções, uma particularmente importante para o desenvolvimento dos cálculos petrogenéticos é aquela que permite a geração de variadas curvas de regressão, função essa de muita simplicidade (Porto Jr., 2004).
Neste software foram, portanto, criadas e calibradas planilhas que atendessem a cada uma das situações naturais mais comuns: mistura magmática, assimilação, cristalização fracionada, cristalização fracionada e assimilação, e fusão parcial, utilizando-se as equações tradicionalmente aceitas para cada processo. As planilhas aqui utilizadas foram, originalmente, calibradas e utilizadas em Porto Jr (2004).
Para cálculos referentes à fusão parcial em equilíbrio utilizou-se a planilha cálculo denominada fusãoparcialeq.xls. O modelamento neste caso é baseado na equação
CL/CO=1/F+DRS-FDRS, onde Cl corresponde a concentração de elementos traços no líquido, Co
a concentração de elementos traços na fonte sólida original, Drs o coeficiente de partição total
no sólido residual, F o grau de fusão parcial (f=0.2 20% de fusão parcial), (Porto Jr., 2004).
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7.2- Modelamento Petrogenético.
Os valores medidos através de análise química para os elementos modelados estão apresentados nas tabelas 4 e 5. A rigor, a pergunta que deve ser respondida é: qual o valor de remobilização necessário para a geração da amostra BG-10 (leucossoma) e da amostra BG-42 (melanossoma) a partir da amostra PBG-4 representante de nosso paleossoma?
Os valores dos coeficientes de partição e os valores dos fatores de normalização utilizados, foram aqueles apresentados nas tabelas 6, 7 e 8, respectivamente. Estes coeficientes foram obtidos na literatura disponível. A mineralogia da fonte residual escolhida está apresentada nas tabelas 9 e 10. Este valor escolhido foi baseado nos valores estimados na descrição petrográfica.
O resultado numérico pode ser observado na tabela 11, e aponta como possível, a geração de um líquido correspondente a amostra BG-10 (leucossoma), a partir de mobilizados gerados da rocha PBG-4 (paleossoma), da ordem de 20% (± 1%).
Na tabela 12 está o resultado numérico da modelagem para o melanossoma, onde mobilizados gerados da rocha PBG-4, também da ordem de 20% (± 1%), geraram a rocha correspondente a amostra BG-42 (melanossoma).
Tabela 4: Valores dos ETRs utilizados na modelagem (para o leucossoma).
Elemento La Ce Nd Sm Eu Yb Lu
Amostra
PBG-4 23,5 52,3 30,5 7,0 2,82 2,4 0,37 BG-10 27,8 58,4 32,9 6,9 2,54 2,2 0,36
Tabela 5: Valores dos ETRs utilizados na modelagem (para o melanossoma).
Elemento La Ce Nd Sm Eu Yb Lu
Amostra
PBG-4 23,5 52,3 30,5 7,0 2,82 2,4 0,37 BG-42 36,8 67,9 32,1 6,1 1,95 2,4 0,31
Tabela 6: Valores dos Coeficientes de Partição (Kd) utilizados na modelagem do leucossoma. Elemento La Ce Nd Sm Eu Yb Lu Fase Mineral plagioclásio 0,3916 0,27 0,115 0,0394 0,3468 0,067 0,06 biotita 5,713 4,357 2,56 2,2 2,02 1,473 1,67 hornblenda 0,6442 1,52 2,89 2,731 1,5565 1,473 0,5133 granada 0,39 0,69 0,603 2,035 1,52 30.587 57
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Consulta
39 Tabela 7: Valores dos Coeficientes de Partição (Kd) utilizados na modelagem do
melanossoma. Elemento La Ce Nd Sm Eu Yb Lu Fase Mineral plagioclásio 0,38 0,27 0,115 0,0394 0,35 0,067 0,06 biotita 7,3961 4,2571 2,56 2,117 2,02 1,473 1,67 hornblenda 0,6442 1,52 1,826 1,309 0,291 1,473 1,67 granada 0,39 0,69 0,603 2,035 1,52 48,1742 6,934
Tabela 8: Fatores de normalização.
La Ce Nd Sm Eu Yb Lu
0,31 0,81 0,6 0,195 0,07 0,21 0,03
Tabelas 9 e 10: Mineralogia da Fonte Residual do leucossoma e do melanossoma, respectivamente. Mineral % de Volume Plagioclásio 61,9 Biotita 14,6 Hornblenda 22,5 Granada 1 Total 100
Tabela 11: Tabela com o resultado numérico para a modelagem do leucossoma.
ETR 10% 20% 30% PBG-4 BG-10 PBG-4* BG-10* La 91,18 89,47 87,76 23,5 27,8 75,8 89,6774 Ce 73,59 72,61 71,62 52,3 58,4 64,5 72,2649 Nd 55,46 54,95 54,44 30,5 32,9 50,8 54,8333 Sm 35,26 35,53 35,41 7 6,9 35,8 35,3846 Eu 34,05 34,53 35,01 2,82 2,54 40,2 34,5578 Yb 10,39 10,51 10,63 2,4 2,2 11,4 10,5263 Lu 11,14 11,18 11,22 0,37 0,36 12,3 11,1801 Mineral % de Volume Plagioclásio 51,48 Biotita 18 Hornblenda 30 Granada 0,52 Total 100 * Valores normalizados.
