análise do comportamento dos isótopos radiogênicos durante os processos de migmatização

308 Pages·2007·3.19 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - UNESP
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS
PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS – ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM
GEOLOGIA REGIONAL
“CAMPUS” DE RIO CLARO

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DOS ISÓTOPOS RADIOGÊNICOS
DURANTE OS PROCESSOS DE MIGMATIZAÇÃO
Ivaldo Rodrigues da Trindade

Orientador: Prof. Dr. Jean Michel Legrand
Có-Orientador: Prof. Dr. Elton Luiz Dantas
Tese de Doutoramento

Rio Claro, Julho de 2004
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - UNESP
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS
PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS – ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM
GEOLOGIA REGIONAL
“CAMPUS” DE RIO CLARO

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DOS ISÓTOPOS RADIOGÊNICOS
DURANTE OS PROCESSOS DE MIGMATIZAÇÃO
Ivaldo Rodrigues da Trindade

Orientador: Prof. Dr. Jean Michel Legrand
Có-Orientador: Prof. Dr. Elton Luiz Dantas

Tese de Doutoramento elaborada junto ao Curso de Pós-Graduação em Geociências
- Área de Concentração em Geologia Regional,
- Para obtenção do Título de Doutor em Geoquímica Isotópica

Rio Claro, Julho de 2004
COMISSÃO EXAMINADORA

Prof. Dr. Jean Michel Legrand

Prof. Dr. Luiz Sérgio Amarante Simões

Prof. Dr. Antenor Zanardo

Prof. Dr. Jaziel Martin Sá

Prof. Dr. Elson Paiva Oliveira

Ivaldo Rodrigues da Trindade
Aluno

Rio Claro 04 de Abril de 2005

Resultado: Aprovado com Distinção
AGRADECIMENTOS

Quero deixar meus agradecimentos a todos que contribuíram de uma forma direta e
indireta para o desenvolvimento da pesquisa aqui apresentada.
Agradeço especialmente ao CNPQ pelo financiamento das pesquisas bem como a
bolsa (Processo 141641/2000-2) sem a qual não seria possível a realização da Tese. Também
agradeço ao DPM da UNESP/Rio Claro por disponibilizar seus laboratórios de preparação de
amostras para análises químicas e concentrações de minerais pesados. Ao DG-UFRN por
disponibilizar o laboratório de preparação de amostras para análises químicas. Ao laboratório
de geocronologia da UNB e laboratório de geocronologia da USP pelas determinações
isotópicas Sm/Nd e Rb/Sr respectivamente. Ao laboratório de microssonda eletrônicas da
UNB por permitir que fizéssemos as análises químicas em minerais e ao laboratório de
geoquímica isotópica do DPM-UNESP/Rio Claro por permitir que fizéssemos as aberturas
químicas em amostras de rocha para análises Sm/Nd e Rb/Sr e em cristais de zircão e
monazita para análise isotópica U/Pb.
Agradeço ao meu Orientador Prof. Dr Jean Michel Legrand e Co-Orientador Prof.
Dr. Elton Luiz Dantas pela orientação nos trabalhos de campo, laboratórios, discussões e
dedicação ao desenvolvimento da tese, ao Prof. Peter C. Hackspacher por disponibilizar o
laboratório de geoquímica isotópica da UNESP/Rio Claro, ao prof. Allen H. Fetter pela
orientação e treinamento das técnicas laboratórias para análises isotópicas. Aos Profs. Márcio
Pimentel e Elton L. Dantas por agilizar as análises isotópicas e aos Doutores Simone Gioia e
Jorge Laux pelas análises isotópicas realizadas no laboratório de geocronologia da UNB. Ao
técnico Bruno e a profa. Margarita pelo apoio nos trabalhos laboratorias na UNESP/Rio
Claro.
Agradeço aos meus compadres Jair Furtunato Maia e Rielva Solimairy C. do
Nascimento pelo apóio de mais de 15 anos nessa jornada, pelas discussões técnicas e
momentos de lazer. Agradeço aos amigos da turma “Os nomar” Luiz, Leila, Laiz, Amarildo,
Larissa, Harrizon, Auxiliadora, Danni, Daniel, Washington e esposa, Márcia, Samuel e
Raquel pelos momentos de lazer e reflexão. Agradeço também aos funcionários do DPM-
IGCE da UNESP que muito contribuíram para o desenvolvimento das pesquisas, como o
Adilson, Junior, Vladimir, Laura, Nádia, Vânia, Neusinha, Mária Antônia e Fátima.
SUMÁRIO

Índice i
Índice de Figuras ii
Índice de Tabelas iii
Resumo iv
Abstract v
I – Introdução 01
II – Métodos e Sistemas Isotópicos 03
III – Geologia Regional 15
IV – Migmatização: Problemática e Modelamento 20
RESULTADOS 42
V – Migmatização em Rochas Metassedimentares 43
VI – Migmatização em Ortognaisses Graníticos no Maçico Rio Piranhas 78
VII – Migmatização em Ortognaisses Tonalíticos a Granodiorítico no Maçico
Rio Piranhas 122
VIII – Migmatização em Ortognaisses Tonalíticos Arqueanos do Maçico São
José de Campestre 170
IX – Resumo das Discussões Finais 214
X – Referências Bibliográficas 228
XI – Apêndices 240
i
ÍNDICE

CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 01
1.1 – APRESENTAÇÃO 01
1.2 – OBJETIVOS 02
CAPÍTULO II –MÉTODOS E SISTEMAS ISOTÓPICOS 03
2.1 –PROCEDIMENTOS DA AMOSTRAGEM 03
2.2 – GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES, TRAÇOS E
TERRAS RARAS ATRAVÉZ DO MÉTODO DE ISOCON (MESMA
CONCENTRAÇÃO) 03
2.3 - SISTEMA Rb-Sr 04
2.4 - SISTEMA Sm-Nd 06
2.5 - SISTEMA U-Pb 09
2.6 – TÉCNICAS ANALÍTICAS 12
2.6.1 – PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS 12
2.6.2 – PROCEDIMENTO DE DIGESTÃO DE AMOSTRAS PARA 12
ANÁLISE Rb-Sr E Sm-Nd
2.6.3.1 - ETAPAS DE SEPARAÇÃO E PESAGEM DE ZIRCÃO E 13
MONAZITA PARA ANÁLISE ISOTÓPICA U-PB
2.6.3.2 – DISSOLUÇÃO DE CRISTAIS DE ZIRCÃO E DE MONAZITA 13
CAPÍTULO III - GEOLOGIA REGIONAL 15
3.1 - HISTÓRIA ARQUENA 15
3.2 - HISTÓRIA PALEOPROTEROZÓICA 17
3.3 - HISTÓRIA MESOPROTEROZÓICA 17
3.4 - HISTÓRIA NEOPROTEROZÓICA 18
CAPÍTULO IV – MIGMATIZAÇÃO: PROBLEMÁTICA E
MODELAMENTO 20
4.1 – FORMAÇÃO DE MIGMATITOS ESTROMÁTICOS: SISTEMA 20
ABERTO VS SISTEMA FECHADO
4.2 – PETROGÊNESE E GEOQUÍMICA DE MIGMATITOS 24
4.2.1 – GERAÇÃO DE MIGMATITOS: FUSÃO PARCIAL 24
4.2.2 – MIGMATIZAÇÃO: SUBSOLIDUS VS SUPERSOLIDUS 29
4.2.3 - SEGREGAÇÃO E EXTRAÇÃO DA MASSA FUNDIDA 30
4.2.4 - PROCESSOS RETRÓGRADOS EM MIGMATITOS 31
4.2.5 – GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS TERRAS RARAS (ETRs) 32
4.2.6 - MIGMATIZAÇÃO E GEOQUÍMICA ISOTÓPICA 35
4.2.6.1 - MODELAMENTOS DAS SISTEMÁTICAS NA EVOLUÇÃO
ISOTÓPICA DE ROCHAS 37
CAPÍTULO V – MIGMATIZAÇÃO EM ROCHAS
METASSEDIMENTARES 43
5.1 – INTRODUÇÃO 43
5.2 – PETROGRAFIA 44
5.3 - QUÍMICA MINERAL 49
5.3.1 – BIOTITA 49
5.3.2 – PLAGIOCLÁSIO 50
5.3.3 – GRANADA 51
5.3.4 – CORDIERITA 52
5.3.5 – OPACOS 54
5.3.6 – GEOTERMOBAROMETRIA 54
5.4 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS 57
5.4.1 – MOBILIDADE DE ELEMENTOS QUÍMICOS 56
5.4.2 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS TERRAS RARAS (ETRs) 62
5.4.3 - GEOQUÍMICA ISOTÓPICA Rb-Sr e Sm-Nd. 64
5.5 – DISCUSSÕES. 69
QUÍMICA MINERAL, DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS. 69
QUÍMICA MINERAL, DE ELEMENTOS TRAÇOS Rb-Sr 70
QUÍMICA DE ELEMENTOS TRAÇOS Sm-Nd 74
DADOS GEOCRONOLÓGICOS 76
CAPÍTULO VI – MIGMATIZAÇÃO EM ORTOGNAISSES
GRANÍTICOS NO MACIÇO RIO PIRANHAS. 78
6.1 – ORTOGNAISSE MIGMATITO DO COMPLEXO CAICÓ –
AFLORAMENTO IL-11 78
6.2 – PETROGRAFIA 79
6.3 – QUÍMICA MINERAL. 84
6.3.1 – BIOTITA. 84
6.3.2 – FELDSPATOS. 85
6.3.3 – MINERAIS OPACOS. 86
6.3.4 – GEOTERMOBAROMETRIA. 87
6.4 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS. 90
6.4.2 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS TERRAS RARAS NO
AFLORAMENTO IL-11. 95
6.4.3 – GEOQUÍMICA ISOTÓPICA. 98
6.4.3.1 – DADOS Rb-Sr E Sm-Nd. 98
6.4.3.2 - DADOS ISOTÓPICOS DE U-PB EM ZIRCÃO. 107
6.4.3.2.1 - DADOS ISOTÓPICOS DE U-PB EM ZIRCÃO POR
DILUÍÇÃO ISOTÓPICA. 107
6.4.3.2.1 - DADOS ISOTÓPICOS DE U-PB EM ZIRCÃO POR SHRIMP. 100

6.5 – DISCUSSÕES, 112
QUÍMICA MINERAL, DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS. 112
QUÍMICA DE ELEMENTOS TRAÇOS Rb-Sr e Sm-Nd. 113
DADOS GEOCRONOLÓGICOS 119
CAPÍTULOVII – MIGMATIZAÇÃO EM ORTOGNAISSES
TONALÍTICO A GRANODIORÍTICO NO MAÇICO RIO PIRANHAS. 122
7.1. – GRANODIORITO DO COMPLEXO CAICÓ – AFLORNTO IL-13. 122
7.2 PETROGRAFIA. 123
7.3 – QUÍMICA MINERAL 128
7.1.3 – BIOTITA 128
7.3.2 – FELDSPATOS 129
7.3.3 – ANFIBÓLIO 131
7.3.4 – GEOTERMOBAROMETRIA 133
7.4. GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES E TERRA RARAS
(ETRs) 138
7.4.1 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS DO
AFLORAMENTO IL-13. 138
7.4.2 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS TERRAS RARAS NO
COMPLEXO CAICÓ 144
7.4.3 - GEOQUÍMICA ISOTÓPICA 147
7.4.3.1 - GEOQUÍMICA ISOTÓPICA Rb-Sr e Sm-Nd 147
7.4.3.2 - GEOQUÍMICA ISOTÓPICA U-Pb 155
7.5 – DISCUSSÕES 159
QUÍMICA MINERAL, DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS 159
QUIMICA DE ELEMENTOS TRAÇOS Rb-Sr 159
QUÍMICA DE ELEMENTOS TRAÇOS Sm-Nd. 164
DADOS GEOCRONOLÓGICOS 167
CAPÍTULO VIII – MIGMATIZAÇÃO EM ORTOGNAISSES
TONALÍTICOS ARQUEANOS DO MACIÇO SÃO JOSÉ DE
CAMPESTRE. 170
8.1 - AFLORAMENTO IL-14 (AFLORAMENTO DA SERRA PRETA) 170
8.2 - APECTOS PETROGRÁFICOS 170
8.3 – QUÍMICA MINERAL 175
8.3.1 – BIOTITA 175
8.3.2 – PLAGIOCLÁSIO 176
8.3.3 – OPACOS 178
8.3.4 – GEOTERMOBAROMETRIA 179
8.4 – GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES, TRAÇOS E TERRAS
RARAS (ETRs) 182
8.4.1 – GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS 182

8.4.2 - GEOQUÍMICA DE ELEMENTOS TERRAS RARAS DO 187
AFLORAMENTO IL-14.
8.4.3 – GEOQUÍMICA ISOTÓPICA 189
8.4.3.1 – GEOQUÍMICA ISOTÓPICA Rb-Sr e Sm-Nd 189
8.4.3.2 - GEOQUÍMICA ISOTÓPICA U-Pb 195
8.5 – DISCUSSÕES 201
QUÍMICA MINERAL, DE ELEMENTOS MAIORES E TRAÇOS 201
QUIMICA DE ELEMENTOS TRAÇOS Rb-Sr 203
QUÍMICA DE ELEMENTOS TRAÇOS Sm-Nd. 208
DADOS GEOCRONOLÓGICOS 211

CAPÍTULO IX – RESUMO DAS DISCUSSÕES FINAIS 215

CAPÍTULO X – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 228

APÊNDICES 240
ii
INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 – Arcabouço geológico regional da Província Borborema e
localização dos afloramento no Domínio Rio Grande do Norte 16
Figura 4.1 – Modelos teóricos de processos de migamatização 22
Figura – 4.2. Projeção da linha cotética P-E e isotermas situadas nas três
5
superfícies cotéticas do sistema Qz-Ab-Or-An-água para pressão de 5 kb. 25
Figura – 4.3. Projeção da linha cotética P-E e isotermas situadas nas três
5
superfícies cotéticas do sistema Qz-Ab-Or-An-água para pressão de 7 kb. 26
Figura 4.4 – Diagrama mostrando a quantidade de massa fundida formada por
reações na ausência de fluidos em rochas pelíticas e quartzo feldspática. (a) em
pressão de 5 kb. (b) em pressão de 10 kb. 27
Figura 4.5 – Diagrama das isotermas dependentes da pressão e os volumes de
massa fundida formada nas reações na ausência de fluidos em fontes como
rochas metapelíticas e rochas quartzo feldspáticas. O conteúdo de água nas
rochas sendo de 1%. 27
Figura 4.6 – Diagrama com as curvas de liquidus. Linhas cheias = curva de
liquidus de Holtz et al.,(2001). Linha pontilhada = liquidus de Clemens &
Vielzeuf (1987). 29
Figura 4.7 – Coeficientes de distribuição dos Elementos Terras Raras (ETRs) 34
para Mineral/massa fundida de dacitos e riolitos
Figura 4.8 – Evolução do sistema Rb-Sr numa suíte de rochas ígneas cogenéticas 37
Figura 4.9 – Migmatização em sistema aberto, sistemática Rb/Sr 38
Figura 4.10 - Migmatização em sistema aberto, sistemática Rb/Sr 39
Figura 5.1 – Fotos do amostras do afloramento de Parelhas e fotomicrografias 47
Figura 5.2 -Fotos das afloramento de Parelhas e fotomicrografias 48
Figura 5.3 – Dados das amostras do afloramento de Parelhas no Diagramas com
a projeção da linha cotética P-E e isotermas situadas nas três superfícies
5
cotéticas do sistema Qz-Ab-Or-An-H O. 55
2
Figura 5.4 – Gráficos isocon do paleossoma vs rocha total do migmatito do
afloramento de Parelhas. (A) Diagrama com os dados de elementos maiores. (B)
Diagrama com elementos traços. 58
Figura 5.5 – Gráfico isocon do paleossoma vs neossoma do migmatito do
afloramento de Parelhas. 59
Figura 5.6 – Gráfico isocon do paleossoma vs melanossoma do migmatito do
afloramento de Parelhas. 60
Figura 5.7 - Gráficos isocon do paleossoma vs leucossoma do migmatito do
afloramento de Parelhas. 61
Figura 5.8 – Padrões de elementos Terras raras normalizados pelo condrito C1. 63
Figura 5.9 – Diagramas de variação de elementos terras raras com Kd
semelhantes. (A) Diagrama La vs Ce. (B) Diagrama Yb vs Lu. 63