Accepted manuscript. Análise espacial estatística aplicada aos Aplito-Pegmatitos do Barroso-Alvão

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2017) 104, 1, XX-XX ISSN: X; e-issn: X Análise espacial estatística aplicada aos Aplito-Pegmatitos do Barroso-Alvão Spatial Statistical Analysis applied to the Aplite-Pegmatite veins from Barroso-Alvão C. Dias 1,2*, S. Leal 1,2, A. Lima 2, F. Noronha 1, LNEG Laboratório Nacional de Energia e Geologia IP Resumo: Nos últimos anos, tem-se dado um aumento da prospeção e pesquisa de pegmatitos com elementos raros, enriquecidos em Li, Nb, Ta e Sn. Este tipo de elementos, nomeadamente o lítio, tem sido fortemente procurado com vista a ser usado nas chamadas tecnologias verdes, como as baterias para os veículos elétricos. Neste trabalho foi realizada uma análise espacial estatística, com o objetivo de estudar a relação espacial entre as antigas explorações de estanho e os filões de aplitopegmatito. Dada a sua relevância geoeconómica, o estudo dos pegmatitos, bem como das suas características geológicas, é importante. Tendo em conta que os filões foram explorados para estanho, essa relação mostrouse positiva, como era previsível. Posteriormente, foi inferida a relação entre as antigas explorações de estanho e a orientação preferencial dos filões. A análise permitiu concluir que as explorações de Sn foram preferencialmente realizadas em filões NS a NNE-SSW e NNW-SSE a NS. Palavras-chave: Sistemas de Informação Geográfica, Lítio, Estanho, Pegmatitos. Abstract: In the last years, there has been an increase of the exploration of rare-elements pegmatites enriched in Li, Nb, Ta and Sn. This type of elements, especially lithium, has been strongly sought with the aim of being used in the new green low-carbon technologies, as electric vehicles. In this work, it was made a spatial statistical analysis with the purpose of verifying the connection between old tin mines and aplite-pegmatite veins. Given their geo-economic relevance, the study of both pegmatites and their geological characteristics are important. This connection was proved once the veins were dismantled to extract the tin. Later, it was inferred the connection between the tin mines and the preferential orientation of the veins. This analysis led us to the conclusion that the Sn exploitation was preferentially realized in NS to NNE-SSW and NNW- SSE to NS veins. Keywords: Geographic Information System, Lithium, Tin, Pegmatites 1 Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Rua do Campo Alegre, Porto, Portugal. 2 Insituto de Ciências da Terra, Polo do Porto, Rua do Campo Alegre, Porto, Portugal. *Autor correspondente/corresponding author: diasgcatia@gmail.com 1. Introdução Recentemente, tem-se dado um aumento da prospeção e pesquisa de pegmatitos com elementos raros, enriquecidos em Li, Nb, Ta e Sn. Este tipo de elementos, nomeadamente o Li, tem sido fortemente procurado com vista a ser usado nas chamadas tecnologias verdes, como é o caso das baterias para os veículos elétricos. Segundo Christmann et al. (2015), os principais tipos de depósito de Li são: salmouras, que representam 58% dos recursos globais; alguns depósitos sedimentares aos quais se encontra associada atividade hidrotermal; e granitos e pegmatitos diferenciados ( hard-rock lithium deposits ). Relativamente aos teores de Li, os pegmatitos são o segundo tipo mais importante, representando 32% do total de recursos medidos. Os pegmatitos com elementos raros, enriquecidos em Li, Nb e Ta representam, uma fonte considerável de minerais de lítio, sendo os pegmatitos de Greenbushes (Austrália), de Tanco (Canadá) e Comechingones (Argentina) exemplos de referência mundial (Dill, 2015). A par destes, também os aplito-pegmatitos do Barroso-Alvão são uma importante fonte de Li (Farinha e Lima, 2000). Como tal, o seu estudo é de máxima relevância, dado o contexto nacional e internacional e a sua crescente procurar. O estudo dos aplito-pegmatitos é, em geral, de cariz geoquímico e mineralógico. No entanto, nas últimas duas décadas, a caracterização espacial tem vindo a tomar lugar na comunidade científica. Vários autores (Carranza, 2009a; Deveaud et al., 2013 e Silva, 2014) têm desenvolvido trabalhos, onde é realizada uma análise da distribuição espacial e a sua relação com unidades litológicas e outras características geológicas envolventes, sendo uma forma rápida e relativamente pouco dispendiosa, no que respeita à prospeção. Este trabalho foca essencialmente a relação estatística espacial entre os filões e as antigas explorações de estanho a eles associadas, com o objetivo de inferir a orientação do corpo mineralizado associado às referidas explorações. 2. Enquadramento Geológico Artigo original Original article O Campo Aplito-Pegmatítico do Barroso-Alvão localiza-se na zona oeste da Península Ibérica, no nordeste de Portugal. Este inclui centenas de filões de aplito-pegmatito. Segundo Martins (2009), foram identificados três grupos de aplito-pegmatitos com mineralização de lítio: pegmatitos com lepidolite, espodumena e petalite. Neste último grupo, observa-se, por vezes, a presença de duas fases mineralógicas distintas descritas recentemente: petalite primária e espodumena secundária (espodumena + quartzo) (Lima et al., submetido) resultante da alteração isoquímica da petalite (Černý e Ferguson, 1972). Grande parte destes filões encontra-se instalada em rochas metassedimentares de baixo a médio grau metamórfico, de idade Ordovícico-Silúrica (Ribeiro et al. 2000), localizados na Zona Galiza Trás-os-Montes, próximos do limite com a Zona Centro Ibérica (Fig. 1). Nas rochas metamórficas da região verifica-se o registo de três fases

2 2 Dias et al. / Comunicações Geológicas (2017) 104, 1, XX-XX de deformação Varisca (D1, D2 e D3), sendo reconhecidas três xistosidades superimpostas (S1 a S3) (Noronha et al. 1981). A instalação dos filões aplito-pegmatitos com cassiterite e petalite foi controlada por estruturas relacionadas com D3 (Borges et al. 1979; Noronha et al., 2013). Intruídos nos metassedimentos, ocorrem, na região, diferentes tipos de granitos, os quais diferem na sua mineralogia e geocronologia, relativamente a D3. Estes são granitos biotíticos e de duas micas sin-tectónicos e granitos biotíticos pós-tectónicos (Ferreira et al., 1987). 3. Metodologia Em temas dedicados às Geociências, são vários os métodos propostos para a análise espacial de modelos de pontos, nomeadamente a Análise de Fry (Fry, 1979) e a Análise Fractal (Carranza, 2009b). Tendo em vista a caracterização e quantificação da distribuição dos pegmatitos relativamente às antigas explorações de estanho na região, foi usado um método alternativo, denominado por Distance to Nearest Neighbor (DNN). Este método, primeiramente desenvolvido por (Clark e Evans, 1954), permite a medição das relações espaciais, podendo ter várias aplicações, nomeadamente na prospeção geológica (Carranza, 2009a). No método DNN é usada a distância euclidiana que é calculada entre cada ponto e o seu ponto vizinho mais próximo, obtendo-se desta forma o valor da DNN. Na análise de pontos, é essencial saber qual o tipo de distribuição que seguem, podendo esta ser aleatória, agrupada ou regular. As distribuições agrupada ou regular são as distribuições que melhor traduzem a distribuição dos pontos associados aos fenómenos geológicos (Carranza, 2009b). Neste trabalho foram utilizados 906 filões de aplitopegmatito e 137 pontos de antigas explorações de estanho (figura 1), ambos os ficheiros digitalizados a partir das folhas 6C e 6D da Carta Geológica de Portugal à escala 1:50 000, cujas localizações foram comprovadas recorrendo à observação de fotografia aérea, com o objetivo de inferir se este conjunto de dados geológicos se encontra espacialmente associados.neste trabalho seguiu-se a metodologia apresentada por Deveaud et al. (2013), que consiste na análise da relação espacial entre várias estruturas geológicas, e em que os autores definiram três classes tendo por base a razão (a) entre a distribuição amostrada (minas de estanho) e a distribuição de referência (pontos aleatórios): a 1 < 1,2, 1,2 < a < 1,5 e a > 1,5, ou seja, distribuição normal, distribuição anormal moderada e distribuição anormal elevada, respetivamente. Contudo Antes de se efetuar a análise espacial entre explorações e filões, realizamos a análise de distribuição dos filões, a qual revelou que estes seguiam uma distribuição agrupada (clusters), como mostra a figura 2. Seguidamente realizou-se uma análise de distâncias, sendo requeridos ficheiros de pontos. A análise foi efetuada entre todos os pegmatitos, convertidos para o seu ponto médio, e as explorações de estanho. Para além disso, foi gerada uma rede aleatória de pontos, que serve de base comparativa na análise de distância entre os filões e as explorações de estanho figura 1. Delimitação da área usada na análise estatística espacial entre os filões de aplito-pegmatito e as antigas explorações de estanho. Posto isto, realizou-se primeiramente a distância euclidiana utilizando todos os filões. Posteriormente, estes foram divididos Figura 1. Delimitação da área usada na análise estatística espacial entre os filões de aplito-pegmatito e as antigas explorações de estanho. Figure 1. Study area used in spatial statistical analysis between aplite-pegmatite dykes and old tin mines. 1 Razão hipotética.

3 SIG aplicado aos pegmatitos do Barroso-Alvão Grupo A (Aplito-Pegmatitos com orientação 0º a 30ºE) A análise dos valores de distâncias demonstra que existe uma distribuição anormal elevada a moderada até aos 750 metros, localizando-se aqui cerca de 80 % dos pontos amostrados. Isto significa dizer que 80% das explorações de estanho estão a menos de 750 metros de um aplito-pegmatito com orientação entre N0º e N30ºE, podendo dizer-se estes estão espacialmente associados. Acima dos 750 metros, observa-se uma distribuição normal, cuja barra dos pontos amostrados é inferior à barra da referência. Figura 2. Análise da distribuição espacial do aplito-pegmatitos do Barroso-Alvão, evidenciando distribuição em clusters (ArcGIS, v.10.3). Figure 2. Aplite-pegmatite Spatial Distribution Analysis of Barroso-Alvão District, showing a clustered pattern (ArcGIS, v.10.3). em 6 classes tendo em conta a sua orientação, com intervalos de 30º, de modo a obter classes aleatórias. Foi repetido o processo anterior, obtendo-se um mapa de distâncias euclidianas para todas as classes, com o objetivo de se verificar qual a orientação preferencial espacialmente associada às explorações de estanho. Cada mapa de distâncias é composto por pixéis, que apresentam os valores de distâncias à exploração de estanho mais próxima. Estes valores foram extraídos e tratados estatisticamente, sendo os resultados apresentados sob a forma de gráficos de barras, comparando-se a distribuição amostrada (explorações de estanho) e a distribuição de referência (pontos aleatórios), apresentados na Fig. 3. Este trabalho foi realizado num sistema de informação geográfica, nomeadamente, o ArcGIS Apresentação e análise dos resultados Para que a comparação entre todos os gráficos fosse facilitada, a escala das distâncias é igual, sendo discriminados intervalos de 250 m até a uma distância de 5000 m (Fig. 3). A partir deste limite, os dados de distância superiores são agrupados no intervalo Mais.4.1. Todas as orientações No primeiro gráfico da figura 3 observa-se que, no primeiro intervalo, [0 a 250 m[, a distribuição das explorações de estanho possui um valor superior (94,16%) ao da referência (26,47%), com uma razão de 3,56. Este resultado permite concluir que até aos 250 metros existe uma relação espacial entre explorações de estanho e aplito-pegmatitos. Enquanto que, a partir dos 250 metros, observa-se uma distribuição normal, na qual a barra da referência é superior à barra relativa às explorações. Este resultado significa que a maioria das explorações de estanho coincide assim com filões de aplito-pegmatito, que foram desmontados de forma parcial anteriormente, tal como esperado no início deste trabalho. Partindo desse pressuposto, os aplito-pegmatitos foram divididos tendo em conta as suas orientações, ou seja, em classes de 30º, formando assim 6 classes, com o objetivo de inferir qual a orientação que mais se associa às explorações de estanho Grupo B (Aplito-Pegmatitos com orientação 31º a 60ºE) Relativamente às ocorrências de aplito-pegmatito com orientações entre os N31ºE e os N60ºE, a análise dos valores de distâncias demonstra que existe uma relação espacial até aos 1000 metros entre os aplito-pegmatitos e as explorações de Sn. Nos 1000 metros envolventes aos aplito-pegmatitos com esta orientação, encontram-se 75% dos pontos amostrados, contra cerca de 8% da referência. A partir dos 1000 metros a relação espacial não se verifica, verificando-se uma distribuição normal 4.4. Grupo C (Aplito-Pegmatitos com orientação 61ºE a 90º) Quanto aos filões com orientações entre os N61ºE e os E-W, a análise dos valores de distâncias, o gráfico apresentado na figura 3 demonstra que apenas cerca de 7% das explorações de estanho se encontram a uma distância igual ou inferior a 250 metros de um filão com estas orientações. Os intervalos seguintes apresentam também valores baixos. Apesar da barra das explorações se sobrepor à da referência, isto não significa que este tipo de filão esteja espacialmente associado às explorações, visto as suas percentagens em cada classe serem muito baixas (inferiores a 9%) Grupo D (Aplito-Pegmatitos com orientação 91º a 120ºE) A análise de distâncias entre filões com orientações entre os N91ºE e os N120ºE demonstra que no primeiro intervalo, [0 a 250 m[ apenas estão localizadas 6% das explorações. À semelhança do grupo anterior, também aqui existe uma distribuição relativamente uniforme, quando comparada com outros grupos (por exemplo, o grupo A ou B). Deste modo, devido às baixas percentagens existentes nas classes de distâncias iniciais, considera-se que este grupo de filões não se encontra espacialmente associado às explorações de estanho Grupo E (Aplito-Pegmatitos com orientação 121º a 150ºE) Quanto às ocorrências com orientações entre os 121º e os 150º, a análise dos valores de distâncias demonstra que até aos 750 metros, existe uma distribuição de 67,88% das explorações de estanho, enquanto que para a distribuição aleatória de pontos no terreno verifica-se apenas 31%, apresentando-se uma distribuição anormal elevada a moderada. Acima dos 750 metros, a frequência dos pontos de referência sobrepõe-se à frequência dos pontos amostrados, verificando-se uma distribuição normal. Como tal, pode-se dizer que existe uma relação espacial entre explorações de estanho e filões com a orientação referida para este grupo.

4 4 Dias et al. / Comunicações Geológicas (2017) 104, 1, XX-XX Figura 3. Resultados obtidos na análise estatística espacial entre os pegmatitos e as antigas explorações de estanho. Figure 3. Results of the spatial statistical analysis between aplite-pegmatite dykes and old tin mines Grupo F (Aplito-Pegmatitos com orientação 151º a 180º) Por último, a análise entre a relação espacial dos filões com orientações entre os 151º e os N-S e as explorações de estanho, bem como a malha de referência, demonstra que até aos 500 metros, estão distribuídos cerca de 74% dos pontos amostrados, existindo apenas 20% dos pontos aleatórios até esta distância. Como tal, diz-se que existe uma distribuição anormal elevada, pelo que é possível afirmar que existe uma relação espacial entre as explorações de estanho e os aplito-pegmatitos com a referida orientação. A partir dos 500 metros verifica-se uma distribuição normal 5. Discussão e conclusões A análise espacial estatística realizada, teve como objetivo selecionar a orientação preferencial dos filões associados a explorações de estanho, sendo evidente uma relação positiva entre filões com orientação entre N0º a N30º (Grupo A) e N150º a N180º (Grupo F). As orientações N0º a N30º (NS a NNE-SSW) e N150º a N180º (NNW-SSE a NS), correspondem a fases de fracturação relacionadas com fases tardias da orogenia Varisca (Marques et al., 2002) e facilitaram a instalação dos corpos pegmatíticos. A informação atualmente existente sobre a mineralogia dos filões da região analisada, no que diz respeito a minerais portadores de Li, permite afirmar que existem, principalmente, dois minerais: a espodumena e a petalite. Já foi reportada por (Martins et al., 2011) numa abordagem de cariz geoquímico e mineralógico, a associação preferencial entre a petalite e a cassiterite. Os filões com esta associação mineralógica geralmente apresentam orientações correspondente às dos grupos A e F. Neste grupo foram também identificados filões com petalite e espodumena + quartzo, não havendo indicação de nenhum filão com espodumena primária, corroborando o estudo realizado por Lima et al (submetido). A identificação de mineralizações de cassiterite poderá, eventualmente, ser utilizada como guia de prospeção para a ocorrência de filões petalite e/ou espodumena + quartzo. São necessários mais dados sobre a mineralogia dos filões para que se possa comprovar estatisticamente esta relação, pelo que será de todo o interesse abordar de forma mais aprofundada este último tópico em trabalhos futuros. Referências Borges, F. S., Noronha, F., Pereira, E. e Ribeiro, A., Ocorrência de filões aplíticos deformados, com mineralização estanífera (Nota prévia). Publicações do Museu e Laboratório Mineralógico e Geológico da Faculdade de Ciências do Porto, 4ª.Sér., 91, Carranza, E., 2009a. Controls on mineral deposit occurrence inferred from analysis of their spatial pattern and spatial association with geological features. Ore Geology Reviews, 35, 3 4, Carranza, E., 2009b. Geochemical Anomaly and Mineral Prospectivity Mapping in GIS, Handbook of Exploration and Environmental Geochemistry, Elsevier Science B.V., 11, Černý, P., e Ferguson, R. B., The Tanco Pegmatite at Bernic Lake, Manitoba; IV, Petalite and Spodumene relations. The Canadian Mineralogist, v.11, p Christmann, P., Gloaguen, E., Labb, J. F., Melleton, J. e Piantone, P., Global Lithium Resources and Sustainability Issues. In book: Lithium Process Chemistry. Resources, Extraction, Batteries, and Recycling, Chapter: 1, Publisher: Elsevier, Editors: Alexandre Chagnes, Jolanta Swiatowska, Clark, P. J. e Evans, F. C., Distance to nearest neighbor as a measure of spatial relationships in population. Ecology, 35, Deveaud, S., Gumiaux, C., Gloaguen, E. e Branquet, Y., Spatial statistical analysis applied to rare-element LCT-type pegmatite fields: an original approach to constrain faults-pegmatites-granites relationships. Journal of Geosciences, 58, 2, Deveaud, S., Millot, R. e Villaros, A., The genesis of LCT-type granitic pegmatites, as illustrated by lithium isotopes in micas. Chemical Geology, 411, Dill, H. G., Pegmatites and aplites: Their genetic and applied ore geology. Ore Geology Reviews, 69, Farinha J. e Lima A., Estudo dos filões aplitopegmatíticos litiníferos da Região do Barroso-Alvão (Norte de Portugal). Estudos, Notas e Trabalhos, 42, 3-50, IGM, Lisboa. Ferreira, N., Iglesias, M., Noronha, F., Pereira, E., Ribeiro, A. e Ribeiro, M. L., Granitoides da Zona Centro Ibérica e o seu enquadramento geodinâmico: Geologia de los Granitoides y Rocas Asociadas del Macizo. Libro Homenage a L. C. Garcia de Figuerola, Fry, N., Random point distributions and strain measurement in rocks. Tectonophysics, 60, Lima, A., Vieira, R., Martins, T., Farinha, J., Noronha, F. e Charoy, B., Os Filões Aplitopegmatíticos Litiníferos da Região Barroso-

5 SIG aplicado aos pegmatitos do Barroso-Alvão 5 Alvão (Norte de Portugal). Memórias e Notícias. Publ. do Dep. Ciên. Terra e do Mus. Mineral. Geol., Univ. Coimbra, 2 (Nova Série), Lima, A., Leal, S., Dias, C., Dias, F., Martins, T., Vieira, R. e Noronha, F., 2016 (submetido). A GIS approach to lithium exploration: results from stream sediment analysis in the Barroso-Alvão area, northern Portugal. EMC Meeting 2016 Critical Metals Special issue. Mineralogical Magazine. Marques, F. O., Mateus, A. e Tassinari, C., The Late-Variscan fault network in central northern Portugal (NW Iberia): a re-evaluation. Tectonophysics, 359, 3 4, Martins, T., Multidisciplinary study of pegmatites and associated Li and Sn-Nb-Ta mineralisation from the Barroso-Alvão region. Tese de Doutoramento, Universidade do Porto, Portugal, 196. Martins, T., Lima, A., Simmons, W. B., Falster, A. U. e Noronha, F., Geochemical Fractionation of Nb Ta oxides in Li-Bearing Pegmatites from the Barroso Alvão Pegmatite Field, Northern Portugal. The Canadian Mineralogist, 49, 3, Noronha, F., Ramos, J. M. F., Rebelo, J., Ribeiro, A. e Ribeiro, M. L., Essai de corrélation des phases de déformation hercyniennes dans le NW de la P.I. Leid. Geol. Meded, 56 (1), Noronha, F., Carta Geológica de Portugal na escala 1:50 000, folha 6C-Cabeceiras de Basto. Instituto Geológico e Mineiro. Noronha, F., Ribeiro, M. A., Martins, H. C. e Lima, J., Carta Geológica de Portugal na escala escala 1:50 000; folha 6D-Vila Pouca de Aguiar. Instituto Geológico e Mineiro. Noronha, F., Ribeiro, M. A., Almeida, A., Dória, A., Guedes, A., Lima, A., Martins, H.C., Sant Ovaia, H., Nogueira, P., Martins, T., Ramos, R. e Vieira, R., Jazigos filonianos hidrotermais e aplitopegmatíticos espacialmente associados a granitos (Norte de Portugal). In: R. Dias, A. Araújo, P. Terrinha, J.C. Kullberg (Eds). Geologia de Portugal, 1, Escolar Editora, Ribeiro, M. A., Martins, H. C., Almeida, A. e Noronha, F., Notícia Explicativa da Carta geológica de Portugal na escala 1:50000, folha 6C-Cabeceiras de Basto, Instituto Geológico e Mineiro, 48. Silva, D., Spatial analysis applied to the Barroso-Alvão rareelements pegmatite field (Northern Portugal). Tese de Mestrado, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto.