Fraccionação geoquímica nas rochas encaixantes do Campo Pegmatítico do Licungo, Moçambique

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: X; e-issn: X Fraccionação geoquímica nas rochas encaixantes do Campo Pegmatítico do Licungo, Moçambique Geochemical Fractionation in host-rocks of Licungo Pegmatite Field, Mozambique M. Moiana 1*, P. Dias 2, C. Leal Gomes LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Artigo Curto Short Article Resumo: Gnaisses graníticos encaixantes no Campo Pegmatítico de Licungo (CPL) apresentam conteúdos relativamente elevados de terras raras leves (TRL=257 ppm em média), empobrecimento em terras raras pesadas (TRP=18 ppm em média) e anomalias negativas de Eu. Padrão similar verifica-se em granitos com relativamente menor conteúdo de terras raras (TRL=74 ppm e TRP=5 ppm em média) e sem anomalias negativas de Eu. Trata-se de rochas de tendência subalcalina, metaluminosa a peraluminosa, com a composição a projectar-se entre os campos de granitos tipo A e I & S. O conteúdo de terras raras em anfibolitos é variável (TRL= ppm, TRP=12-28 ppm), mostrando padrões característicos de cristas meso-oceânicas (N-MORB), com provável variação para ambiente de arco vulcânico. Estas variações dos espectros geoquímicos das rochas félsicas e máficas parecem sugerir a formação das rochas encaixantes do CPL em contexto de transição entre ambiente de fundo oceânico com expansão, para um ambiente de arco vulcânico após subducção, o que é consentâneo com as variações de conteúdos de Ga e Ta+Nb. Palavras-chave: Pegmatito, Minerais portadores de terras raras, Contexto transicional anorogénico-orogénico, Fraccionação. Abstract: Granitic gneisses hosting the Licungo Pegmatite Field (LPF) show, relatively, high light rare earth elements contents (LREE=257 ppm average), low heavy rare earth contents (HREE=18 ppm) and negative Eu anomalies. Similar patterns are displayed by granites with relatively low content of rare earth elements (LREE=74 ppm, HREE=5 ppm average), but without Eu negative anomalies. The compositional range of these rocks with metaluminous to peraluminous and subalkaline trends, plots between A and I&S type granites fields. The REE content of amphibolites is variable (LREE= ppm, HREE=12-29 ppm) and presents characteristic patterns of normal mid ocean ridge basalts (N-MORB) with variations probably corresponding to an arc volcanic setting. These geochemical variation patterns of felsic and mafic rocks suggest that the LPF country rocks were formed in transitional context between mid ocean ridge with expansion and volcanic arc settings following subduction, which is coherent with the variability of Ga and Ta+Nb contents. Keywords: Pegmatite, Rare earth bearing minerals, Transitional anorogenic-orogenic setting, Fractionation. 1 Museu Nacional de Geologia, Maputo, Moçambique. 2 CIG-R, DCT, Universidade do Minho, Braga, Portugal. * Autor correspondente / Corresponding author: moiana2000@yahoo.com.br 1. Introdução O Campo Pegmatítico do Licungo (CPL) em Mocuba, Província da Zambézia-Moçambique, integra uma grande diversidade de corpos pegmatíticos com expressão regular de água-marinha (Moiana et al., 2012), os quais apresentam dimensões e formas que dependem do acolhimento em estruturas de carreamento (corpos possantes com orientação WNW-ESE) ou em estruturas frágeis mais tardias (caixas pouco possantes de rumo NNE-SSW e NNW-SSE) (Dias et al., 2008). Os terrenos hospedeiros incluem as várias formações gnáissico migmatíticas, metavulcanosedimentares, dos complexos de Mugeba e Nampula e os granitos da sequência Culicui (Fig. 1), estruturados pela evolução do Orógeno Moçambicano (Pinna, 1995). Em termos composicionais, os pegmatitos podem ser considerados da classe de elementos raros, família NYF (Černý & Ercit, 2005), atendendo à expressão mais regular de óxidos de Nb>Ta, Ti e Sc e à presença de minerais portadores de terras raras (TR) nas paragéneses acessórias. O enrubescimento e carácter amazonítico de alguns feldspatos pertíticos, também abonam a favor de uma especialização NYF mais marcada. A caracterização mineralógica e estudo sobre a geometria e zonografia destes corpos são detalhados em Moiana (2010). Aos pegmatitos da família NYF atribui-se, habitualmente, uma filiação em granitos subaluminosos a metaluminosos, do tipo A ou, localmente do tipo I, sendo, predominantemente, pós-tectónicos ou anorogénicos (Martin & De Vito, 2005). As sequências granito-pegmatito são acompanhadas de um empobrecimento em B, Li, Cs, Ta e Sn e os pegmatitos mais evoluídos pertencem ao subtipo alanite-monazite com terras raras leves (TRL), U, Th, Be, Nb>Ta, F e P (Černý & Ercit, 2005). Os granitos parentais revelam espectros empobrecidos em terras raras pesadas (TRP), mas somatórios de TR relativamente elevados e anomalias negativas de Eu relativamente mais pronunciadas. Uma alta percentagem de fusão de protólitos primariamente empobrecidos em elementos

2 152 M. Moiana et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, litófilos de grande raio iónico e, possivelmente, a adição de constituintes e partes do magma derivados do manto, seguidas de pequenos intervalos de diferenciação parecem ser os responsáveis por estes espectros. A informação sobre concentração de terras raras na composição global dos pegmatitos de elementos raros é muito limitada porque a composição global destes pegmatitos é muito difícil de analisar e dados de terras raras raramente são obtidos. Em linha com estes pressupostos, apresenta-se, aqui, um estudo de geoquímica de amostras provenientes de materiais litológicos encaixantes dos pegmatitos no CPL. Procura-se através da geoquímica, reunir indicações sobre o enquadramento geodinâmico representado nos terrenos de Mocuba, testando-se a possibilidade de uma filiação anorogénica poder vir a originar os pegmatitos ai hospedados. Fig. 1. Localização na carta geológica publicada na escala 1: (Direcção Nacional de Geologia de Moçambique, 2006) dos corpos pegmatíticos investigados e dos locais de amostragem de encaixantes representativos, no sector do Campo Pegmatítico do Licungo (CPL). Fig. 1. Geological map of the Licungo Pegmatite field taken from the 1: geological map of Mozambique (Direcção Nacional de Geologia de Moçambique, 2006), with the locations of the pegmatite bodies and host rocks sampled for geochemistry study. 2. Expressão mineralógica dos principais portadores de terras raras em pegmatitos Através de análise em microscópio electrónico de varrimento e microssonda electrónica operada sobre a fracção mineralógica densa dos pegmatitos, obtida por concentração à bateia, foi possível discriminar as principais fases portadoras de elementos de TR (Fig. 2). Alguns minerais correspondem a portadores principais destes elementos (monazite e xenotima), outros incorporam-nos de forma vestigial na sua estrutura. Detectaram-se, por exemplo, em granadas, concentrações de TR leves de 10% de Ce 2 O 3, 4% de La 2 O 3 e 0,8% de Y 2 O 3 ; estas hospedam inclusões de fergusonite com 3,7% de Yb 2 O 3 (Fig. 2A). A uranothorite revelou valores de Y 2 O 3 até 0,8% e a columbite 0,9%. O zircão também o comporta de forma mais significativa, até 10%. Em microanálise de superfície detectou-se cerite (Ce 9 Fe(SiO 4 ) 6 SiO 3 (OH) 4 ) como mineral acessório com expressão frequente, hospedando fases do grupo da lanthanite ((La, Ce,Nd)2(CO 3 ) 3.8H 2 O) com os seguintes conteúdos em TR leves: 31% de Ce 2 O 3, 15% de La 2 O 3, 13% de Nd 2 O 3 e 3% de Pr 2 O 3 (Fig. 2B). 3. Métodos Vinte amostras representativas da diversidade de rochas encaixantes do CPL foram pulverizadas e submetidas a análise química da rocha total. Os elementos maiores foram quantificados por fluorescência de raios X (XRF) e os elementos traço e terras raras por espectrometria de massa acoplada a plasma indutivo (ICP-MS). De um

3 Litogeoquímica no Campo Pegmatítico do Licungo 153 testemunho de cada amostra foram preparadas lâminas delgadas para análise petrográfica. Os locais de amostragem estão identificados no mapa da figura 1. Fig. 2. Principais minerais portadores de terras raras (TR) e intercrescimentos representativos observados em microssonda electrónica (modo electrões retro-difundidos), identificados nos diversos pegmatitos investigados (localização dada na figura 1). Fig. 2. Rare-earth element bearing minerals and representative intergrowths (backscattered electron microprobe images) recognized in the Licungo pegmatites (location in figure 1). 4. Descrição petrográfica e enquadramento de litótipos encaixantes As litologias consideradas mais representativas das rochas encaixantes dos pegmatitos foram organizadas sob os seguintes agrupamentos: anfibolitos, ortognaisses félsicos e granitos mais ou menos equigranulares, sem evidências de deformação. A amostragem das rochas gnáissicas realizou-se sobre fácies ortoderivadas de composição granítica do Complexo de Nampula (1123±14 Ma, Fig. 1). Estas apresentam aparência bandada com leitos de quartzo de dimensão grosseira e domínios filíticos microgranulares constituídos por microclina, biotite e quartzo com textura hipidiomórfica a alotriomórfica, inequigranular, porfiróide a porfiroblástica. Os indícios deformacionais mais relevantes incluem estiramentos e orientações preferenciais dos grãos de quartzo e biotite e extinções ondulantes a afectar o quartzo. Os granitóides contêm quartzo, microclina, plagioclase, biotite, moscovite e horneblenda como minerais essenciais e granada, turmalina e zircão como fases acessórias. Também correspondem a fácies do Complexo de Nampula. A amostragem contemplou, ainda, anfibolitos de aparência maciça, microcristalinos, constituídos essencialmente por anfíbola, clorite, quartzo, plagioclase, biotite, granada e, raramente, por piroxena. Observam-se alterações secundárias manifestadas pela cloritização das anfíbolas e por uma mobilização de ferro para a sua periferia. A paragénese indicia a transição metamórfica da fácies anfibolítica para a de xistos verdes. Os anfibolitos considerados pertencem aos grupos Molócue e Mocuba no Complexo de Nampula (1123±14 Ma) e ao Complexo de Mugeba (591±3 Ma), segundo as divisões da carta geológica publicada (Fig. 1). 5. Resultados e discussão de dados de geoquímica Para classificação petrogenética e dedução do ambiente geotectónico de filiação, utilizou-se a variação de alguns elementos considerados tipomórficos e fundamentalmente imóveis nos processos de metassomatismo. A tabela 1 apresenta as composições médias para alguns elementos maiores e traço. A projecção destes conteúdos em diagramas discriminantes (Fig. 3), vulgarmente utilizados no tratamento geoquímico, proporcionou os resultados que aqui se discutem. Os anfibolitos têm composição basáltica. Nos diagramas discriminantes para o contexto tectónico (Wood, 1980) projectam-se em campos representativos de basaltos N-MORB e arco vulcânico (Fig. 3F). No diagrama de Barrett & MacLean (1999) projectam-se em campos toleíticos, transicionais a calcoalcalinos (Fig. 3D). Na figura 4 considera-se a distribuição dos elementos de TR em perfis normalizados ao condrito (Boynton, 1984). Alguns perfis, caracterizados por enriquecimento relativo em TRM e empobrecimento em TRL (Fig. 4C), apoiam uma correspondência com a tipologia N-MORB. Variações do espectro geoquímico parecem indicar a transição de um ambiente de fundo oceânico com expansão, para um ambiente de arco vulcânico após subducção. Na figura 3A, ortognaisses e granitos projectam-se nos campos correspondentes a granodioritos, granitos e granitos alcalinos (De La Roche et al., 1980). São metaluminosos a peraluminosos no diagrama de Shand (1943) (Fig. 3B). No diagrama de Whalen et al. (1987), que utiliza o Ga como conteúdo discriminante da filiação, os dados são projectados na transição dos campos representativos de granitos de tipo A para os granitos do tipo I e S (Fig. 3C). Os conteúdos de Y e Nb, utilizados como discriminantes no diagrama de Pearce et al. (1984), permitem considerar um contexto orogénico de arco vulcânico para a maioria das amostras (Fig. 3E). Não obstante, algumas amostras com conteúdo mais elevado de Ta+Yb projectam-se no campo intra-placa.

4 154 M. Moiana et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, Os conteúdos totais de TR determinados em ortognaisses situam-se entre 172 e 636 ppm. Os granitos apresentam valores mais baixos com variação no intervalo de 39 a 111 ppm. Na figura 4 (A e B) observam-se anomalias negativas de Eu nos ortognaisses que não se verificam na maior parte dos granitos. O quociente (La/Yb)N também é mais alto nos gnaisses (valor médio igual a 16) relativamente aos granitos (valor médio igual a 12). A evidência de perfis paralelos com correspondente diminuição sucessiva do conteúdo total de TR, parece sugerir uma tendência de fraccionação no sentido dos ortognaisses para os granitos. Esta tendência é corroborada na maior parte dos gráficos que confrontam a variação dos elementos menores. Embora prevaleçam no espectro geoquímico das rochas félsicas composições calcoalcalinas, mais ou menos peraluminosas, atribuídas a ambientes orogénicos, a identificação menos regular de composições menos evoluídas, de carácter metaluminoso, e apresentando conteúdos de Ga consentâneos com a variação observada em granitos de tipo A, permite supor, tal como para as rochas básicas, a transição de um ambiente anorogénico para um contexto orogénico. Fig. 3. Projecção em diagramas classificativos (autores identificados na figura) de conteúdos geoquímicos relativos a ortogneisses, granitos e anfibolitos, encaixantes dos pegmatitos do CPL. Fig. 3. Classification diagrams (references within the figure) for orthogneisses, granites and amphibolites of the Licungo Pegmatite field. Fig. 4. Perfis de terras raras obtidos por normalização à composição condrítica de Boynton (1984), relativos a ortogneisses (A), granitos (B) e anfibolitos (C). Fig. 4. Chondrite-normalized REE patterns of orthogneisses (A), granites (B) and amphibolites (C).

5 Litogeoquímica no Campo Pegmatítico do Licungo 155 Tabela 1. Conteúdos geoquímicos de rocha total e quocientes médios discriminantes, representativos de gneisses, granitos e anfibolitos do CPL. Table 1. Whole-rock average compositions and discriminant ratios of the main host-rocks (gneisses, granites and amphibolites) to the Licungo pegmatites. SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O TR L TR P TRt Nb Hf Rb Ga Y Zr (La/Yb) N Gnaisse 71,9 0,33 13,7 2,7 1,7 3,7 4, ,8 3, Anfibolito ,42 13,7 14,2 10,6 2,2 0, ,4 3, Granito ,34 15,6 2,04 2,3 4,6 3, ,7 1, Lista de Símbolos: CPL/LPF Campo Pegmatítico de Licungo ER Electrões retrodifundidos TR/REE Elementos de terras raras TRL/LREE Elementos de terras raras leves TRM Elementos de terras raras de médio número atómico TRP/HREE Terras raras pesadas (La/Yb)N Quociente La/Yb, no qual La e Yb encontram-se normalizados à composição de condritos 6. Conclusões Os dados de geoquímica obtidos para as rochas encaixantes do CPL sugerem condições de génese que envolveram a passagem de um ambiente extensional anorogénico para um ambiente orogénico de arco vulcânico. Os ortognaisses félsicos apresentam enriquecimento em TR e perfis que podem sugerir uma evolução por fraccionação, podendo inclusivamente evoluir a partir destes as composições graníticas observadas. Estes dois grupos mostram afinidades metaluminosas a subalcalinas do tipo A, o que é coerente com a, inicialmente suposta, afinidade com diferenciados geradores de pegmatitos com assinatura NYF enriquecidos em minerais de TR. A observação de feldspatos amazoníticos típicos de alguns corpos desta família é também consistente com esta possibilidade O papel determinante de F em sistemas NYF sugere que a complexação com F é um importante mecanismo capaz de preservar quantidades significativas de TR até estágios tardios da consolidação dos pegmatitos, causando um incremento das abundâncias com o progresso da fraccionação de granito a pegmatito. Agradecimentos O presente trabalho recebeu apoio da Fundação Calouste Gulbenkian, através de uma bolsa de doutoramento (P (M)). Está inserido no âmbito das actividades desenvolvidas no CIG-R da Universidade do Minho, financiadas pela Fundação para a Ciência e Tecnologia de Portugal. Referências Barrett, T.J., MacLean, W.H., Volcanic sequences, lithogeochemistry, and hydrothermal alteration in some bimodal volcanic-associated massive sulfide systems. Reviews in Economic Geology, 8, Boynton, W.V., Cosmochemistry of the Rare Earth Elements: Meteorite studies. In: P. Henderson (Ed.). Rare Earth Element Geochemistry, Černý, P., Ercit, T.S., Classification of Granitic Pegmatites Revisited. The Canadian Mineralogist, 43, De La Roche, H., Leterrier, J., GrandClaud, P., Marchal, M., A Classification of Vulcanic and Pluonic Rocks Using R1R2 Diagram and Major element Analysis Its Relationship with Current Nomenclature. Chemical Geology, 29, Dias, P., Leal Gomes, C., Marques, J., Caracterização Estrutural e Paragenética do Campo Pegmatítico do Licungo (Mocuba, Moçambique) - Identificação de Recursos Base Associados. 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia/2º Congresso de Engenharia de Moçambique, Direcção Nacional de Geologia de Moçambique, Carta Geológica de Moçambique na escala 1: , Folha 1637 (Errego). Martin, R.F., De Vito, C., The Pattern of Enrichment in Felsic Pegmatites Ultimately Depend on Tectonic Setting. The Canadian Mineralogist, 43, Moiana, M., Certeza Geológica de Ocorrência e Viabilidade Económica para o Aproveitamento dos Berilos True Blue de Licungo, Zambézia, Moçambique. Tese de mestrado, Universidade do Minho (não publicada), 120 p. Moiana, M., Leal Gomes, C., Dias, P., Panorâmica sobre Estrutura, Mineralogia e Recursos dos Pegmatitos do Licungo em Moçambique. Memórias e Notícias de Geociências no Espaço Lusófono, Imprensa Universidade de Coimbra, Pearce, J.A., Harris, N.B., Tindle, A.G., Trace Element Discrimination Diagrams for the Tectonic Interpretation of Granitic Rocks. Journal of Petrology, 25(4), Pinna, P., On the dual nature of the Mozambique Belt, Mozambique to Kenya Journal of African Earth Science, 21(3), Shand, S.J., Eruptive Rocks. Their Genesis, Composition, Classification and Their relation with Ore-Deposits with a Chapter on Meteorites. New York, John Wiley and Sons, 460 p. Whalen, J.B., Currie, K.L., Chappel, B.W., A-Type Granites: Geochemical Characteristics, Discrimination and Petrogenesis. Contributions to Mineralogy and Petrology, 95, Wood, D.A., The Application of Th-Hf-Ta Diagram to Problems of Tectono-Magmatic Classification and to Establishing the Nature of Crustal Contamination of Basaltic Lavas of British Tertiary Volcanic Province. Earth and Planetary Sciences Letters, 50,