Estudo Re-Os dos basaltos continentais de alto Ti da ~ ' Bacia do Parana, Brasil./ /

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.- XLIII Congresso Brasileiro de Geologia Aracaju, 3 a 8 desetembro de 2006

Estud o

Re-

Os

dos basaltos

continentais

de

alto Ti da

~

/

'

Bacia do

Parana, Brasil

./

/

r"

J.D. Kirk',

C

T Correia',A.J.R.Nardi,CCG. Tassinari', VA. V Girardi'

&

L.A.PetronilllO' I Depto. cle Mineralogiae Geotcctonica. Institutocle Geociencias - USP. Rua clo Lago, 562, 05508-900, Sao Paulo, SP, Brasil. gmgigc@usp.br

2Depto.dePetrologia e Metalogcnia, Institutocle Geocienciase CienciasExatas - UNESP. Av.24. 1515. CEP 13500- 230,Rio Claro,SP, Brasil.narcly@rc.usnesp.br

ABST RACTTheRe-Osisotopic systematicsofUrubici-type and Paranapanema-typeHigh-Ti floodbasalts of thc Parana

Basin of Brazil were investigated.These samples represent someof the least contaminated basalts in the region and therefore offer thebest opportunityfor examining the potential sources for thesemagmas.ForbothHI-34 (Urubici) and KN.I-161 (Paranapanema) samples. different fractions of the same whole rockpowders exhibit a spread in Re and as concentrationsas wellas Rc/Os ratios andindicate bothsamples areofthesame age and derived fromthesamesource reservoir. within error. Together both samples yield an age of approximately 131 Ma. consistent with other isotopic sy stems,andcoincidentwith the age ofmaximum eruptionrateswithinthe ParanaBasin. An initial 1X70 s/ISS0 Sratio of approximately0.133doesnot give aunique solutionfor the sourcereservoir,butsuggests direct derivation froma plume sourceorcontaminationof a Sub-ContinentalLithosphericMantle(SCLM)derivedmagmaby crustalassimilation limited to1-2%t ,

Keywords: Re-Os,floodbasalt,ParanaBasin, geochemistry,geochronology.

CO NTEXTO GEOLOG IC O A Provincia

Magmatica clo Parana- Etendeka corresponcle na Ameri ca do Suiaos derr ames cle lavas cia formacao SerraGeraleasrochas intrusivasassociadas (diquese sills) que no conjunto recobrem cerca de 75'% cia superfic ie total cia Bacia clo Parana (cerca cle 1.200.000 knr'), ocupando lll11 volume cia orde m de 800.000 knr' , clos quais 98% sao repr esentados pOI' basaltos e 0 restante por rochas mais diferenciadas, andesites. rioclacitos e riolitos. Na Africa essa provincia esta representada pelos toleitos das Bacias deKwanza e NamibcemAngola.

Classilica cla entre as grandes provincias igneas continentais (PIC) carac terizadas por dcrram es de magmati sm o cfus ivo bas ico de natureza tolc itica, a fonte cnvolvicla na sua formacao e 0 manto terrestre. A cstreita correlacao temporal. entre a formacao das PIC c subseqllente fragmcntac ao continental, temsiclo objeto depesquisasqueprocurarnestabelecerrelacocs causais entre os processos geodinamicos envolvidos, as fontes mantelicas relacionadas, a instalacao da provincia e a subseqtiente Iragmentacao continental.

UIl1 numero considerave l cle datacoes radiometricas (40Ar/

<)

Ar), nos basaltos cia Provincia Paranarevelouque0 eventovulcanico principal deva tel' ocorriclo entre 128-136 Ma. eque seu periodo cle duracaonao cleva ter se estcncl iclo pOI' maisde alguns poucosmilhoescle anos (Renneet(/1. 1992, Emes toet

al. 1999, Stewartet ul. 1996). Segundoesses autores, omagmatismoque afetouaBaciacloParanaprecedcu emcercade 5Maarupturado Gondwa nae aabcrt ura do AtlanticoSuI.

POI' meio de clados geoqulmicos, dois grandes gru pos dessas rochas pod em SCI' reconh ecid os e denominadoscle altoe baixotitanic.para valorcs em Ti02respectivamenteacima ou abaixo da fronteira ao redor de 2'XI. De maneira geral, esses grupos nao ocorrem clispostos aleatoriarne nte na Provincia Magmaticado Parana,massimemlatitudesinferiorcs esupcriores a 26"carac ter iza ndo,respe ctivam cnt c,as regioessuienortedessa provincia(Fig. I). Esscsdois grupos de rochas pode m, ainda, SCI'subdiv id idos em varies outros. Seguindo os criterios ado ta dos pOI' Peate et al. (1992) 0 grupo alto em titan ic

c

rcpresentado pelos subg rupos Urubici (Ti02>3,3'%;

Sr>550;Ti/Y>500; Zr/Y>6,5), Pitanga (Ti02>2,9%; Sr>350; Ti/Y>500, Zr/Y>5,5%) e Paranapancm a (1,7<Ti02<3,2%; 200<Sr<450; Ti/Y>330, 4<Zr/Y<7). enquanto 0 grupo baixo em Iitanio

c

representado pelos subgrupos Gramado (0,75<Ti02<1,9%; 140<Sr<400 ; Ti/Y<300; 3,5<Zr/Y<6,5), Esmeralda (l,I<Ti02<2,3%; 120<Sr<250; Ti/Y<330; 2<Zr/Y<5) e Ribeira (1,5<Ti02<2,3%; 200<Sr<375; Ti/Y>300; 3,5<Zr/Y<7).

~.

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XLIIICongr essoBrasileir ode Geolog ia Aracaju, 3 a 8 desetem bro de2006

Figura I.,\fll pll,'s'/uell/ .ill ca COli/IIdistribuiciu:dos ditcrenu:»slI hg nl/IIJsdos tiposgctll/ llill/icosdenutgtnas basirosna Buciuc/oPllI"tIIU;:I Paranupancmul'Pitung«,/I

Urubici.1/1Esmeralda.IV Gnuuudo l' ,.. Ribeir«. Suhgnl//{}sIC{{correspundcmuogm , }(}tI/IO"11/ Ti(Ali)c'(IS

SlIhgmpos1/1.II'e I'cons titucmogm poba ixoemTi(11Ii).

Dados isotopi cos de Sr de Picirillo et al. (1989 ), Peateetal.(1992, 1999) ,Marqueset al.(199 9),Peate & Hawkesworth (1996) mostra m que os basaltos da

regiao sui da Provincia Magmatica do Parana foram fortementc afctados pOI' processes de contaminacao crustal. Nessa rcgi fio ocorre m prcdom inantemcnte

basaltosdosubgrupoGrarnado comrazoes iniciaisde Sr(Sr.> X7Srr'Sr) variandoentre 0,70 75 c0,7167.As

razoesde Ndmedidas (Ndlll:= J.14Nd/J4.1Nd)situam-se no intervalo de 0,51n e 0,5122 e as de Pb medidas

'01. '04 .

(- Pb/- Pblll) vana mentre 1R,33 e 1R,90.Osbasaltos do subgrupo Esmeralda aprese nta m valo res mail'

baixos de Sri:= 0.704 6 e 0,7086 , seguidos tambem

pelo Nd.> 0,51 26 e 0,5124 e Pblll := 1R,6 a 1R,8. Localizadamente nessa regiao tambem ocorre. de modomais restrito, basaltosdo subgrupo Urubiei de

alto Ti. que aprcsentam intervalos de razocs

isot6picas bem mais restritos. com Sri:= 0,7046 a 0,7066CNdlll:= 0,5125a0,5123, Pblll:= 15,46e 15,5R, que cOITespondcmaos menoseOlltaminadosdaBacia.

A regiao nortc da Provincia Magmatica do ParalHi

c

caracterizada quase quc excillsivamente pela presenc;adebasaltosdotipoaltotitaniodos subgrllpos Pitanga e Paranapanema. com raz5es isotopicas

variando em intervalos bastante restritos e pr6ximos

entre si, com Sri:= 0,7058 - 0,7062. Ndlll:= 0,512

4-0,5123 e Pblll:= 15,52- 15,54. evidenciandopeqllena illtluencia de processos de contaminac;no crustal.

Nessa regi ao, em areas muito restritas, ocorre a

presenca de basaltos baixos em titanic, do subgrupo Ribcira,que a exemplo dasrochasdo grupo alto em

titanic da regi ao, mostram estreita variacao nas

composicoes isot6picascomSri:= 0,705 5-0,7059;Nd.,

:= 0,5125 e 0,5124 e Pblll := 154,53 c 15,55, valores esses indicativos de pequenainfluencia de processos

decontam inacaocrustal.

Embora a Provincia Magmatica do Parana -Etendc ka tenha sido alvo de muitos cstudos geoqulmicos, pctrologicos. paleomagneticos e geocronologicos cxistern ainda controvcrsias acerca dos proccssos emaicriais progenitoresenvolvidosna genes e dessas rochas vulcanicas e da cxtc nsao c abrangencia dos processes de assimilacao crustaI. Tres modelosprincipalsaindaestao em discussao: a) atuacao da Pluma de Tristao cia Cunha fornccendo materialastenosferico(ex.: Gibsonetal. 1999,Milner & Le Roex 1996, Ewartetal. 1998 ),b)-fusa o parcial clo manto litosferic o (ex.: Turner & Hawkesworth

1995, Peat e etal. 1999, Marqueset al. 1999,Corn in -Chiaramonti et al. 1999 ) e c)- mistura de magmas

entre fontes mantelicas emespecialdos tipos 0113 c N-MORB(Peateet al. 1999 ).

No estudo de magmas derivad os do manto, em particular no que diz respeito a idade da

diferenciacao, ao tipo de reservatorio mantelicc c do

graude interacaoque tiveram com produtos crustais,

o sistema isotopico Re-Os tern se revelado particularmente eficaz em funcaodo antagonismodo comportamento geoquimico desses elementos nos

processos de fusao parcial: embora ambos os

elementos apresentc m ali nidadcs comfases sulfeto e ligas metalicas, 0 Re apresenta comportamcnto incornpative] concentrando-se na fase liquida

enquanto 0 Os permanece no residue. fazendo com que0 fracionamento entreelessej a0 maiorobservado quandoconfrontadoscomos demais pares isotopicos lit6filos(ex.: Rb-SreSm-Nd) normalm ente util izados

para fins geocronol6gicos e petrogeneticos. Em particular. quandocompa rados comisot op osde Ncl. a

maier difereuca de inclinacoes entre as curvas de evolucao dos isotopes de Os dos magmas derivados

em relacao ao manto leva as interseccoes melhor

delinidas fomeee ndo idades modelo Re-Os mais

robustas cm relac;ao ao momenta de scparac;ao do

manto, pennitindo melhoI' interpretar esse tipo de informac;ao.

A sistematica Re-Os temavaliado comsucesso 0 papelquedesempenharam na formac;ao dos magmas

progenitores a astenosfera, 0 manto litosfcrico

subcontinental(SCLM) ea crostacontinental.

l'vIerece ainda c1cstacar quc os sistcmas lit6ficos sao facilmentemoclificados pOI' nuidos magmMicosc metassomaticos resultando em significativa M.G.Silv a & W.J.S.Franca-Rocha (or g. ).Caletfmea detraba/ha scam p/et as,Salv ador:SSG, 2008. 472

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XLIII Congress oBrasile iro de Geologia Aracaju,3 a 8 de setembrode 2006

r

./v

I 1000 Pitongo Urubici HI.34* Sr (ppm)

-Poro noponemo ZOO - KNJ-161• Fez03(':I"peso) 0 to 1Z 14 16 18 20 400 600 800

-Figura2.Diagramude Sr XFcJ>,CO/l/a/oca /i::ilr ciodas umostras 111-34c K.lN-161 .rcsprrtivument«I/O.\"campos

composicionuis dosslIhgrtlfl OSUrubiciCPa rana panema. solucao, Adissolucaodasamostrase a rccqu ilibracao

spike-amostra processaram-se em tubos de vidro de

borossilicato do tipo Carius, a tempcraturas de

-2400_C _dur_ante _qu_atro _di_{as (e}_.g., _S_hirey _& _Walker 1995). Em seguida separou-se 0 Os usaudo as

tecnicasdeextracaopelo solventeCCI~4 de Cohen &

Waters (1996) seguida de purificacao pOI' micro

-destilacao (Birck 1'1 al. 1997). 0 Re foi separado c

purificado em colunas de toea i6niea segundo 0

procedim ento deWalker(1988).

sobreposicao das assinaturas mantelicas c dos

rcscrvatorios crustais. Em contrate, as elevadas

concentracoes em Osdas rochasdo manto prcscrvam sua assinatura isotopica de modificacoes posteriores. Isso e particularmen tc importante para sedeterrnin ar

quando as assinaturas "enriqu ecidas" de distintos

derrames basalticos resultantdeassimilacaodecrosta continental ou, alternat ivamente. sao herdadas do SCLM metassomatizado.

Tambern e possivel com esses isotope s sc obter

is6cron as apartir da analisededifercntcsaliquotasdo

po de umamesma arnostradevido ao efeito conhecido

como nugget 1'11('("1 (cfeito pepita) que

c

caracterist icamente maisproerni nente nosistema Re-Os em funcao das inomogeneidades na distribui cao dosPGEe do Renasfases sullctadas eIigasmetalicas (Shirey & Walker 1998), que nao se distribuem homogeneamente seja nas amostra s, sej a nas difcrentes fasesminerais, fazendo com quemesm oos

p6s de rocha total. nao se comportem como

hom ogeneospara aliquotas de algumasgramas, como

as analisadas.Enquanto esse comportamcnto dilic ulta medicoes representati vasde teores absolutos de Re e Os nos mater iais, ele possibilita a obtencao de isocronas por mcioda analise de razoes isot6picasda mesma amostrade rochatotaloudeuma determinada

rasemineral.

Neste trabalho serao apresentados os resultados prelimin arcs de analises Re-Os obtidas em duas amostras dos grupos de altoTi da Bacia do Parana,

aquelas que menos aprcsentam evidencias de

modificoes das composicoes dos magmas progcnitores, com obje tivo de confrontar os dados

obtidos com os resultados gcocronologicos c

pctrogcneticoscxistentesna literatura.

METODO, RESULTADOS E DISCUssAo As amostra s estudadas (Fig. I): H1-34 (26,381° S e 51,255° W, cota 835 m) e KJN-161(24.370° S c 51.669° W. cota 690 m), corresp ond ent a amostras

com estrutura macica com granulacao variando entre

muito fin a a afanlt ica (hipov itrea, HI-34) c tin a a media (KJN- 161).coletadas em afloramentos frescos desuperficic. quefazem partedo grupo altoem TiOl

aprcse ntando . respect]vamentc. caracteristicas gcoquimicas dos subgrupos Urubici e Paranapanema (vide Figs.2e3).

Os procedimento s analiticos exccutados no l.aboratorio Re/Os do Centro de Pesqu isas Geocrono l6gicas do Instituto de Geocienciasda USP (CPGeo) scguiram a scguinte sistemati ca: para cada

aliquota analisad a. aproximadamcnte entre 3 e 6

gramasdepode rochatotalforam dissolvidosem 12

-15 mL de 2:I HNOd-ICI em eonjunto com

.I 1 . I '1 'f, d IX'I) ' I'J°_O

quantl(ac es apropna(as (eSp l(1' e .'I.e e s em

Figura3.Diagrunutda/"tO IO TIIl".rS,.("II/ IIa!clca!i::a\'cio

dus amostr.t 111-34/11I campocmuposicionu!do.I'II"~rtll)(1

Urubici edaamo stra K.lN-16I I/OS!iII/ii I' Sdocampo c/llllllo~ic:illl/il/dos/lhgrt ll lOParunupancma.

Para espectromctria de massa das Iracocs purilicadas utilizou-se 0 equipamento Finnigan MAT

262 N-TIMS. Osprocedim cntosde amilise de braneo revclaram cOllcentrac;oes de aprox imadalllellte I pg

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XLIII Cong ressoBras ile iro de Geologia

Aracaju, 3a8 desetem br o de 2006

para Os comcomposicao isotopica de IX7Re/IRROs de

- 0,17 eentre 5-10 pg para0 Re. Asisocr on as for am

calc u ladas usando 0 programa lsoplol 3.0 (Ludwig

20( 3),comaconstantededecairncntopara0 IR7Rede

I,()()() x 1o-IIyr' (Smoliaretal. 1997 ).

Os resultadosobtidos (Tabela I) dcmonstram que

as concentracoes de Re para as allquotas analisadas

dos basaltos HI-34 (tipo Urubici) e KNJ-I()I (tipo

Paranapanerna) variam, rcspecti vamente , entre 5

29-55() ppt e 732-733 ppt. As concentracoes de Os

rcvclarn um intervalo,quese situa aproximadamente

entre 44-102 ppl (1-1 1-34) e entre 15-I R ppl (KNJ

-I()I). Ambas as amostras aprescntam razoes de

IX7R_e/IRRO_s _qu_e _van._a_m _s_{igni i}. .f_{cau vament}. _e_, _e_m _ca_caI

aliq uota analisada, em funcao do j{\ rcfcrido "efcito

pepita".

As medicoes indicant que as amostras estudadas

sao da mesma idade e derivadas do rnesmo

reservat6r io.paraos intervalosdeerros considerados.

AamostraH1-34forneceaidadede 13I ± 19 Ma(n=

7. MSWD de 28) com razao inicial IX70S/IXXOSde

0,133 ± 0.015. A amostra KNJ-161 produz uma

isocronade doispont escom idadede 136.4±9,5 Ma

e razao inicia l IR70S/IRROSde 0,II I ± 0.037. Esses

valores de idadc e de razao inicial se cncontram, de

modo reciproco,nos respectivos intervalosdeerro e.

quando com b ina dos, aprese nta m uma ida de de 130,9

:I: 2.5 Ma (n=9, MSWD de 21) com razao inicial

1R70 S/IRROSde 0.1328±0,0042(Fig.4).

Tabcla I.ValoresHe-U,\'dasdijercnt esIIliqI/O IIl.I'du»aniostras/1/-34 (' K./N-16/.Rcsultado«ohtulo» no lalmrat orio

RdO,\do Ct'Gcodotee-est: Sample 111-.1·1 DIIl'licalc IJIIl'ilC'ltC 1)III'III:aIC 1)1I1'1I"atc Duplrcutc I)lIl'llcatc KN,I-I(' I I luplicalc Mnumu type

l'ar.lltlpaIlCII1;1

RcIpphl Os(pphl Co111111011Os Ippo) I"Rc/ISS()~ "'( h,ISSOS

0,5 56 O.0.JJ7 O.O4 2!) 6J.33 .•. OJ,J 0.270 8 ,j O.OO:!!) 0.529 0.0720

o

.

o

zu

35.R2 n..16 n.21] 9 ± 0.000(, 0.5 29 O.05!)] lJ.05 85 43.57

..

0,44 0.2295 J 0.001/ n.529 0.04 82 OJ l4 74 53,75 _'" 0,54 n.2551 j ₀_.₀₀₂₄ 0,530 O.O.J% 0.0488 52.30 :.i;- 0.52 0.2414 ± 0.0010 0.532 0.0489 0,048 2 53.3I 0,53 0,2472 .1 ₀_._{00 13} 0.532 0.1024 0./017 25,23

,

.

0.2:> 0.1856 ;I. _O_._OOO_S 0.732 0.0180 0.0170 208.5 .~ ₂_.₁ ₀_.584₄ 0.00]I 0.733 0.014 7 n.lll.H, 260. 1 Hi 0.7017 ,le 0.01l18 0.11 til 0.6'

o

Q) Q) (;j

o

OA :0

Figura4.DiagratnaIso cr/inicoRe-Us1101'(((/.1'analises

c/IISdi/i1J"l'1I1eSlI//III/OIliSdas1I111OSII'((S111-34l'K.lN-/61.

Essa razao inicial IR70S/IRROSde 0,1328± 0.0042

para 131 Ma guarda estreita correlacao com 0 valor

medic dointervaledas raz6es IR70S/IRROSdosbasaltos

nao contaminados do tipo OIB (basalto de ilha

oceanica: 0.129 a 0,145; Wido m 1997)e situa-se no

limite inferior da laixa de crro para os valores

equivalcntes da font e mantelica dos basaltos tipo

MaRS em se considerando 0 valor atua l de

IR7Re/lxROs= 0,4353, IR70S/IRROS = 0,129() (Meiselct (II.2001).

Uma vez que nesse modele de manto em

conveccao,0 interv al e dasrazoes JR70S/IRROSdaIon tc

mantelica dos basaltos tipo MOR B deve equivalcr,

para idades corresponde ntes, ao intervalo esperado

para 0 SLCM, pode-se tecer consideracoes em sc

considerando0 SLCMpossivelfem eparaaderivacao

domagmatismobasalti co daBaci adoParana,

Nesse aspccto, em razao das razoes Rc/Os

cxtrcmamente baixas do SLCM, basaltos derivados

exclusivamenteapartirdessetipode font e mantelica,

aprcscntariam razoes IR70S/IRROSmuito menorcs que

asoraobtidaspara osbasaltosanalisadosda Baciado

Parana.Desse modo,paraexplicaros valores medidos

e

preciso modelar quanto os magmas der ivados do

SLCM teriam assimilado para alcancar as razoes

obtidas.

Ncsse contexte, para efeito da modelagem

realizada, considerou-se primeirarnente que as

unidades crustais subjacentes ,I Bacia do Parana

devem variar em terrnosde idades entre os limites de

2,1-0,6 Ga.Ad ic ionalrnente estimou-seque 0 SCLM

nas vizinhancas da Bacia do Parana pode apresentar

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XLIII Congresso Brasileiro de Geo logia Aracaj u,3 a 8 de setem brode 20 06 valores de IR70s/'xxOsentre 0,114 e 0,125, que se

aprcsentamconsistcntes com a base globalde dados (Carlsonet al.2005)paraperidotitoscratonicosenao cratonicos. Valcu-se ainda para os calculus. da utilizacao do valorzerocomocorrcspondente{I razao Re/Os do SCLM (Modelagem TRIl: Walker C1 al. 19R9),uma vezquedcvido ao extreme fracionamcnto dc Re para a crosta continental. essa razao de Iato tendeaozerono SCLM.

Considerando-se csscs parametros e os valoresda

- 187 0 /IXX_O .I' . I I

razao s s mecHI paraa crostaconunenta ce 50, comOs equivalentea 50 ppt: (Esser& Turckian 1993), a modelagcm pennitc concluir quc seria necessario a adicao de cerca de 1-2% de material continental sobrcjacente as unidades da Bacia do Paranaparaproduziros valoresmedidos.

Desse modo, lcvando-se em conta apenas os resultados preliminares de Os aqui aprcsentados, conclue-se que os basaltos de alto Ti da Bacia do

Parana derivaram-se provavelmente da fusao parcial

de uma fonte do tipo pluma de OIB au,

alternativamente, de uma fonte do tipo SCLM que teria assimilado nao mais que 2'% dc material continental paraproduzir os valoresmedid os,

Novas determinacoes Rc-Os em curso deverao permitir mclhor correlacionar as inforrnacoes dcssa sistematica comaquelasja existentes para os outros sistemas isot6picosdisponiveis,noesfo rcodemclhor estabeleccr 0 tipo de reservat6rio rnantelico que originou os diferentes grupos e subgrupos dos basaltos da bacia. e a cxtensao dos proccssos de eli ferenciacao que atuaram na sua cvolucao petrogenetica.

Agr ad cci m cntos Os autores agradecem as agencies

Fapcsp (Proj. de pcsq, 04/03032-6 e de pos-d outorad o

05/50391-0) e CNPq pelo suporte que viabiIiza esta pesquisa.

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