Table Of ContentUNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
DEPARTAMENTO DE GEOFÍSICA
Paleomagnetismo e petrogênese de unidades
Paleoproterozóicas do evento Uatumã no norte do
Craton Amazônico
Paul Yves Jean Antonio
Orientadores: Prof. Dr Manoel Souza D’Agrella Filho
Prof. Dr Anne Nédélec
São Paulo
Novembro de 2016
Resumo
Paul Yves Jean Antonio
Paleomagnetismo e petrogênese de unidades
Paleoproterozóicas do evento Uatumã no norte do
Craton Amazônico
Tese de Doutorado apresentada ao
Instituto de Astronomia Geofísica e
Ciências Atmosféricas da Universidade de
São Paulo (IAG-USP) para a obtenção do
título de Doutorado em Geofísica.
Orientadores: Prof. Dr Manoel Souza D’Agrella Filho
Prof. Dr Anne Nédélec
São Paulo
Novembro de 2016
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Resumo
Paul Yves Jean Antonio
Paleomagnetism and petrogenesis of
Paleoproterozoic units from the Uatumã event in the
northern Amazonian Craton.
PhD thesis presented to the Instituto de
Astronomia Geofísica e Ciências
Atmosféricas da Universidade de São
Paulo (IAG-USP) to obtain a PhD. In
Geophysics.
Supervisors: Prof. Dr Manoel Souza D’Agrella Filho
Prof. Dr Anne Nédélec
São Paulo
November, 2016
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Resumo
AGRADECIMENTOS - REMERCIEMENTS
Eu gostaria iniciar o manuscrito para agradecer em prioridade meus orientadores da
tese para a orientação e a confiança para terminar este trabalho. O Prof. Manoel Souza
D’Agrella Filho que me orientou desde o campo até o laboratorio e a redação. Foi ele (e seus
braços) quem me deu a força para amostrar a Provincia Carajás. Je tenais aussi remercier le
Prof. Anne Nédélec grâce à qui j’ai pu réaliser ce projet de recherche entre le Brésil et la
France. Elle a toujours été présente dans ces 4 années de thèse pour prendre du temps afin
de répondre à toutes mes questions. Gostaria agradecer também o Prof. Ricardo I.F Trindade
(meu terceiro Professor). Ele estava sempre lá para me ajudar, durante minha adaptação na
vida brasileira, uma “casa”, minhas questões científicas e ainda mais...Agradeço vocês por
estes quatro anos de tese que me ensinaram muito, cientificamente e humanamente (mesmo
se ainda meu português não é muito bom).
Também gostaria agradecer todas as pessoas do laboratorio do IAG. As pessoas do
secretaria que perdiram muito tempo com meus documentos (Marcel, Ana, Teca,....). Os
tecnicamigos do laboratorio que são sempre presente quando nada funciona e para beber um
cervejinha (Dani, Plinio, Giovanni). Também a todo os estudantes do laboratorio que ficam as
noites trabalhando para a ciencia (a lista é longa...). Agradeço especialmente Franklin Bispo
dos Santos que sempre me ayudou para responder a minhas perguntas (quase meu quarto
professor) e para todas discussões no escritorio.
Agradeço todos os Professores que me ayudaram durante los campos em Amazônia,
o Prof. Davis Carvalho, o Prof. Marcia Barros, o Prof. Elming, o Prof. Roberto Dall’Agnol, e
também os estudantes, Mayara Fraeda, Fernando Fernandes Da Silva, Bhrenno
Marangoanha, Jão, Mariana... Também todas as pessoas do laboratorio de Ouro Preto (Prof.
C. Lana, Ana que me ayudaram para datar meus zircões e os estudantes (Carmen, Capucine,
Léo...) para descubrir esta cidade maravilhosa e minha Carmen (mi amor que me ayudou até
o final).
Agradeço todos os amigos que não são do IAG que encontrei em São Paulo com
quiem eu descubri a vida brasileira (Jean Seb, Guigui, Nanahide, André, Vagner, Joelson,
Ricardo, Pedro Sangafé e o O’ doborogodo, e o CEPE USP...). Agredeço também todas la
pessoas com quiem eu descubri o canionismo no Brasil.
De temps à autres j’étais au laboratoire du GET à Toulouse donc je remercie encore
toutes les personnes du laboratoire qui m’ont beaucoup aidé. Je remercie bien sûr Philippe et
Sophie du service microsonde, Thierry du service MEB, Jo et Manu en salle blanche, et
Stéphanie du TIMS
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Resumo
Je remercie notamment tous les thésards et post-doc que j’ai cotoyé de près et de loin en
passant par le père Boutin, Adrien, Thomas, Léandre, Damien, Arno, Bryan, Florent,
Baptiste, Mathieu, Jing, Laetitia, Nicolas ; Sofia… et bien sûr Caro avec qui je partage cette
fin de thèse et nos petits soucis sud-américains.
Je dédicace bien sûr cette thèse à mes parents, ma grand-mère, ma famille, et mes
amis qui m’ont toujours soutenus et supportés dans les moments difficiles ainsi qu’à mon papi
qui est parti trop tôt et qui n’aura jamais pu voir la fin...
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Resumo
Resumo
Um grande magmatismo intraplaca cobriu várias áreas (1.500.000 km2) do Cráton
Amazônico há 1880 Ma, o qual define uma grande província ígnea (SLIP) chamada
coletivamente de "evento Uatumã". O objetivo deste trabalho é estudar o paleomagnetismo e
a petrologia dessas rochas para definir o contexto espaço-temporal do evento Uatumã e a
posição do cráton Amazônico dentro do Supercontinente Columbia. Duas áreas de estudo
foram escolhidas para a amostragem, localizadas no sudoeste do cráton Amazônico (Pará):
(1) A região de Tucumã, onde 16 diques félsicos, 7 diques máficos, um dique de gabro e 3
sítios da granodioritos do embasamento Arqueano foram coletadas. (2) A região de São Felix
do Xingu, onde 7 sitios de lavas riolíticas, 2 sitios de ignimbritos, um dique felsico e um de
brechas vulcânicas da Formação Santa Rosa foram amostrados. Seis sitios da Formação
Sobreiro (rochas vulcanoclásticas andesíticas) e um dique felsico da Suite Velho Guilherme
foram também coletados. O estudo petrológico em amostras dos diques felsicos de Tucumã
(1880.9 ± 6.7 Ma U-Pb zrn) mostra que eles representam um sistema de siques associado à
Formação vulcânica Santa Rosa. A magnetização remanente dos diques felsicos é portada
por magnetita PSD e hematita. A hematita é sin- a pós-magmática e a mineralogia magnética
pode ser usada para quantificar esta alteração hidrothermal. Desmagnetizações AF, térmica,
LTD + AF e LTD + térmica mostram uma componente característica com direção noroeste e
inclinação positiva (Componente A) para amostras de 16 sítios, cuja direção média é Dm =
325,6, Im = 28,4 (N= 16, α95= 11.2, R = 14.7, k = 11.8). O pólo paleomagnético calculado com
a média dos PGVs está localizado em 49.2 °N, 251.7 °E (A95 = 10.2°, K = 14.1). Entretanto,
esta componente parece ser decorrente de uma remagnetização, provavelmente ocorrida
durante o final do Neoproterozoico. Outra componente (chamada de Componente B) foi
também isolada para estas rochas, a qual foi associada a uma remagnetização regional
ocorrida durante a formação da Província Magmática do Atlântico Central (PMAC). Ainda, uma
Terceira componente (C), representada por direções sudoeste e inclinações positivas baixas
foi isolada para amostras de alguns sítios. Esta componente foi interpretada como sendo
relacionada ao evento magmático da Suíte Intrusiva Velho Guereiro com idade de ~1860 Ma.
Os melhores resultados, entretanto, foram obtidos para a região de São Felix do Xingu. Dois
novos polos paleomagnéticos, considerados de origem primária, foram encontrados para o
Craton Amazônico: O polo SF1 (319.7°E; 24.7°S; N=10; A95=16.9°) foi obtido para rochas
félsicas e andesíticas, as quais foram datadas em 1877.4 ± 4.3 Ma (U-Pb zrn, LA-ICP-MS),
sendo que sua origem primária é embasada em um teste de contato cozido inverso. A
investigação petrográfica mostra que o portador magnético desta componente é atribuído à
hematita, formada por processos hidrotermais tardi- a pós-magmáticos. O polo SF2 (220.1°E;
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Resumo
31.1°S; N=15; A95=9.7°) foi determinado para a componente de magnetização revelada para
o dique da Suíte Velho Guilherme, Esta componente é também encontrada como componente
secundária em amostras das formações Santa Rosa e Sobreiro, além de algumas amostras
de sítios coletados na região de Tucumã (Componente C). Uma idade de 1853.7 ± 6.2 Ma (U-
Pb zrn, LA-ICP-MS) foi atribuída à componente SF2 e sua origem primária é confirmada pelo
teste de contato cozido positivo realizado para este dique. Os polos SF1 e SF2 são bem
discrepantes, embora a diferença de idade destes polos seja de apenas 25 Ma. Resultados
similares têm sido obtidos para polos de mesma idade de outros blocos cratônicos (India,
Superior (Laurentia), Slave (Laurentia), Kalahari, Baltica e Sibéria), os quais podem ser
explicados por um evento de deriva polar verdadeira (DPV) ocorrido nesta época, em
decorrência de uma reorganização do Manto. Esta época (1880 Ma) é marcada por uma alta
atividade do Manto, a qual culminou com a formação do Supercontinente Columbia, por volta
de 1850-1800 Ma. A formação de superplumas e o isolamento térmico causado pela
consequente formação do Columbia podem ter sido causas de perturbações de densidades
que alteraram o tensor inercial da Terra e, consequentemente, um evento de DPV pode ter
deslocado os continente e as superplumas para a região do equador. Estas condições podem
estar ligadas a uma inteira reorganização mantélica que seguiu um período de pouca atividade
magmática, ocorrido entre 2400 e 2200 Ma.
Palavras chaves : Cráton Amazônico, Paleomagnetismo, Columbia, Deriva polar verdadeira,
Uatumã.
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Abstract
Abstract
An anorogenic magmatism covered a large part (1.500.000 km2) of the Amazonian
Craton at ca. 1880 Ma and defined a Silicic Large Igneous Province (SLIP) called the Uatumã
event. The aim of this work is to study the paleomagnetism and petrology of these rocks to
define the space-time framework of the Uatumã event and to try to elucidate the Amazonian
Craton evolution during the Columbia supercontinent amalgamation. Two regions were
selected in the southwestern Amazonian craton (Pará) for sampling: (1) The Tucumã area
where 16 felsic dikes, 7 mafic dikes, a gabbroic dike and 3 sites of the Archean basement were
collected, and (2) the São Felix do Xingu area where, 7 sites of rhyolitic lava flows, 2 sites of
ignimbrites, a felsic dike and a volcanic breccia belonging to the Santa Rosa Formation were
sampled, and also 6 sites of the Sobreiro Formation (volcanoclastic rocks, andesitic) and one
felsic dike of the Velho Guilherme Suite were collected. Petrology of the felsic dikes of Tucumã
(1880.9 ± 6.7 Ma U-Pb zrn) showed that they represent the sheeted dike system associated
with the Santa Rosa volcanic Formation. The remanent magnetization of the felsic dikes is
carried by PSD magnetite and hematite. This hematite is syn- to post magmatic derived from
hydrothermal fluids. Magnetic mineralogy can be used as a proxy to quantify the hydrothermal
alteration. AF, thermal, LTD + AF and LTD + thermal demagnetizations show a northwest
direction with a positive inclination (component A), whose site mean directions gives a
paleomagnetic pole located at 49.2 ° N, 251.7 ° E A95 = 10.2 °, K = 14.1). However, this
component seems to represent a remagnetization, probabily occurred at Neoproterozoic times.
Another magnetic component (named component B) was also isolated for these rocks, and it
was associated to a Mesozoic regional remagnetization related to the Central Atlantic
Magmatic Province (CAMP). Yet, a third southwestern direction with low positive inclination
(component C) was also isolated for some sites. This component was interpreted to be related
with the ca. 1760 Ma Velho Guilherme magmatic intrusion. The best paleomagnetic results
were obtained in the São Felix do Xingu area. Two new primary paleomagnetic poles have
been determined: (i) SF1 pole (319.7 ° E, 24.7 ° S, N = 10; A95 = 16.9 °) was obtained for
andesites and rhyolites dated to 1877.4 ± 4.3 Ma (U-Pb zrn, LA-ICPMS), and its primary origin
is confirmed by an inverse baked contact test (> 1853 Ma). Petrography shows that the
magnetic mineralogy of this component is hematite formed by hydrothermal fluids syn- to post
magmatic. (Ii) SF2 pole (220.1 ° E, 31.1 ° N, N = 15 ° A95 = 9.7 °) was determined by the
remanent magnetization of the felsic dike of the Velho Guilherme Suite but also as secondary
magnetizations in samples of the Santa Rosa and Sobreiro Formations. An age of 1853.7 ±
6.2 Ma (U-Pb zrn, LA-ICPMS) is calculated for the felsic dike carrying SF2, whose primary
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Abstract
origin is confirmed by a positive baked contact test. The SF1 and SF2 poles have a significate
difference in angular distance, for a time interval of only ~ 25 Ma.
Similar coeval paleomagnetic discrepancies were observed for other cratons (India, Superior
(Laurentia), Slave (Laurentia), Kalahari, Baltica and Siberia), which can be explained by a True
Polar Wander (TPW) event at ca. 1880 – 1860 Ma. This period is marked by a high mantle
activity, which results in the amalgamation of the Columbia supercontinent, formed at ca. 1850-
1800 Ma. Amalgamation of supercontinent may cause the formation of superplume and
thermal insulation which can disturb mass distribution in mantle and alter the inertial gravity
tensor of the Earth. A True Polar Wander (TPW) event may thus have taken place, which will
move the cratons and the superplumes towards the equator. These conditions may be related
to a reorganization of the whole mantle following a global magmatic quiescence between 2400
and 2200 Ma.
Keywords: Amazonian craton, Paleomagnetism, Columbia, True polar wander, Uatumã.
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Résumé
Résumé
Un volumineux magmatisme anorogénique a recouvert une large partie (1.500.000
km2) du Craton Amazonien à 1880 Ma et définit une province magmatique felsique qu’on
appelle l’évènement Uatumã. L’objectif de ce travail est d’étudier le paléomagnétisme ainsi
que la pétrologie de ces roches afin de préciser le cadre spatio-temporel de cet évènement et
de définir la place du Craton Amazonien au sein du Supercontinent Columbia. Deux régions
d’études localisées dans le sud-ouest du craton Amazonien (Pará) ont permis de collecter les
échantillons nécessaires : (1) la région de Tucumã où 16 dykes felsiques, 7 dykes mafiques,
un dyke gabbroïque et 3 sites du socle archéen ont été collectés. (2) la région de São Felix do
Xingu où on a échantillonné 7 sites de laves rhyolitiques, 2 sites d’ignimbrites, un dyke felsique
et un site de brèches volcaniques qui appartiennent à la formation Santa Rosa. 6 sites de la
formation Sobreiro (roches volcanoclastiques andésitiques) ainsi qu’un dyke felsique de la
suite Velho Guilherme ont aussi été collectés. Un des résultats majeurs de la pétrologie des
dykes felsiques de Tucumã (1880.9 ± 6.7 Ma U-Pb sur zircon) a été de montrer qu’ils
représentent le système filonien associé à la formation volcanique Santa Rosa. L’aimantation
rémanente des dykes felsiques est portée par la magnétite et l’hématite. Cette hématite est
syn- à post-magmatique et sa formation, à partir des fluides hydrothermaux, peut être
quantifiée grâce certaines propriétés magnétiques. Les désaimantations (en champ alternatif,
thermiques) montrent une composante A caractéristique de direction nord-ouest avec une
inclinaison positive dont la moyenne par site donne un pôle paléomagnétique localisé à 49.2
°N, 251.7 °E (A95 = 10.2°, K = 14.1). Une réaimantation régionale mésozoïque en relation
avec les dykes de la CAMP (Central Atlantic Magmatic Province) est observée dans cette
région. Les meilleurs résultats paléomagnétiques ont été obtenus dans la région de São Felix
de Xingu. Deux nouveaux pôles paléomagnétiques primaires, ont été déterminés: (i) Le pôle
SF1 (319.7 ° E, 24.7 ° S, N = 10; A95 = 16.9 °) est obtenu pour des andésites et des rhyolites
datés à 1877.4 ± 4.3 Ma (U-Pb zrn, LA-ICPMS), son origine primaire est confirmée par un test
de contact inverse (> 1853 Ma). La pétrographie montre que la minéralogie magnétique de
cette composante est l'hématite formée par des fluides hydrothermaux syn- à post-
magmatiques. (ii) Le pole SF2 (220.1 ° E, 31.1 ° N, N = 15; A95 = 9.7 °) est déterminé par
l’aimantation rémanente du dyke felsique de la Suite Velho Guilherme, mais aussi par
l’aimantation secondaire dans les échantillons de la formation Santa Rosa et Sobreiro. Un âge
de 1853.7 ± 6.2 Ma (U-Pb zrn, LA-ICPMS) est calculé pour le dyke felsique portant SF2, dont
l’origine primaire est confirmée par un test de contact positif. Les pôles SF1 et SF2 sont très
différents, malgré une différence d'âge de seulement ~25 Ma. Des résultats paléomagnétiques
similaires ont été obtenus pour les pôles de même âge dans d'autres cratons (Inde, Supérieur
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Description:professor) e para todas discussões no escritorio ignimbrites, a felsic dike and a volcanic breccia belonging to the Santa Rosa Formation were.
