Evidências de fenómenos de bubbling no maciço granítico de Ferreira de Aves (Viseu): análise estrutural e paragenética

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: X; e-issn: X Evidências de fenómenos de bubbling no maciço granítico de Ferreira de Aves (Viseu): análise estrutural e paragenética Bubbling evidence at Ferreira de Aves granitic pluton (Viseu, Central Portugal): structural and paragenetic analysis P. A. Dias 1*, P. Araújo 1, M. Pereira 1, B. Pereira 2, C. Leal Gomes LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Artigo Curto Short Article Resumo: No maciço de Ferreira de Aves, a Sul dos pegmatitos de Senhora de Assunção, reconhecem-se afloramentos de fácies graníticas com grão fino, contendo a expressão singular de bolhas pegmatíticas, que devem representar o efeito de um regime de degassing, desencadeado pela ascensão e arrefecimento de um magma granítico hidratado, enriquecido em boro. A sua distribuição no seio da estrutura do maciço granítico hospedeiro e os processos implicados na sua génese puderam ser inferidos com base na análise estrutural e paragenética dos enxames de bolhas. Palavras-chave: Granitos tardi-variscos, Bolhas pegmatíticas, Imiscibilidade fluida, Fluxo ascendente de bolhas, Distensão hidráulica. Abstract: At the Ferreira de Aves pluton, south of Senhora de Assunção pegmatite group, outcrops of fine grained granite with lithified bubbling evidences, as swarms of miarolitic spheroids and ellipsoids, might represent a degassing regime related to the ascending and cool down of a hydrated, boron-rich, granite magma. Bubbles distribution inside the granite and its genesis are suggested on the basis of a structural and paragenetic analysis of the bubble swarms. Keywords: Late-variscan granites, Pegmatite bubbles, Degassing, Bubble flow, Hydraulic stress release. 1 CIG-R; Escola de Ciências, Universidade do Minho, Gualtar, Braga. 2 Sinergeo Lda., Edíficio IEMINHO - Vila Verde Portugal. * Autor correspondente / Corresponding author: patriciasdias@gmail.com 1. Introdução Na implantação de alguns magmas graníticos hidratados, podem surgir cavidades miarolíticas, revestidas ou não por minerais. Estas representam a libertação de voláteis contidos no magma por mecanismos de degassing, quando a pressão destes componentes excede a pressão litostática (Pfl>Plit), em condições de sobressaturação. Geram-se assim bolhas de fases fluidas, que evoluem no sentido da formação de cavidades vacuolares à medida que os magmas ascendem e cristalizam. A ebulição que desencadeia imiscibilidade fluida pode ser relacionada primariamente com fenómenos de despressurização, quer por ascensão, quer por colapso mecânico da câmara plutónica. Outra parte do fluido é libertada após o início da cristalização, durante a ebulição secundária. As bolhas assim formadas, menos densas relativamente à matriz envolvente, podem ascender, quer por fluxo quer por flutuação (buoyant ascent), desde que se verifiquem condições de baixa viscosidade (p.ex. Candela,1997). No domínio de imiscibilidade, as possibilidades de escape ou enclausuramento volátil são afectadas pela temperatura. As possibilidades de enclausuramento, com preservação de bolhas na coluna granítica, são mais prováveis em condições de dissipação de calor mais rápida, simultaneamente favoráveis à ocorrência de fácies com grão fino hospedeiras. Evidências da acção de fenómenos similares constataram-se recentemente em campanhas de campo efectuadas no maciço granítico de Ferreira de Aves (Viseu), a sul dos pegmatitos de Senhora de Assunção. Identificaram-se aí fácies graníticas com enxames de miárolos preenchidos, sugerindo condições físico-químicas propícias à exsolução de fluidos durante a implantação dos granitos hospedeiros. Embora as condições de sobressaturação fluida em magmas graníticos sejam razoavelmente conhecidas, a preservação macroscópica de bolhas é um efeito raro, em consequência do habitual escape de voláteis para fora da câmara plutónica ou remoção das bolhas formadas. Assim, os contributos fundamentais sobre a composição dos fluidos aprisionados provêm do estudo de inclusões compósitas, de magma e fluido, e correspondentes emulsões, retidas em fases cristalinas da associação primária granítica (p.ex. Thomas et al., 2009). No maciço de Ferreira de Aves, existiram condições para a preservação e litificação de enxames de bolhas, concorrendo para isso uma conjugação provável e favorável entre temperatura, pressão, composição e viscosidade do magma granítico, conteúdo de voláteis em solução, taxa de cristalização, dimensão e densidade das bolhas de fases fluidas imiscibilizadas. A análise estrutural e paragenética dos conjuntos de bolhas bem preservadas no interior do maciço, são

2 256 P. A. Dias et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, objectivos principais deste trabalho. Procura-se assim, discriminar os principais dispositivos organizados no seio da estrutura do maciço granítico hospedeiro e deduzir diversos parâmetros críticos responsáveis pelas características das bolhas. Alguns dados aqui apresentados são retomados de Dias et al. (2013) e Sinergeo & CIG-R (2013). 2. Cartografia geológica e distribuição dos compartimentos graníticos com bolhas pegmatíticas O maciço granítico de Ferreira de Aves tem sido considerado tardi- a pós-tectónico relativamente à 3ª fase de deformação Varisca. Dados de geocronologia mais recentes apontam contudo, para algumas fácies deste maciço, idades compreendidas entre 321,8 ± 2,0 Ma e 317,0 ± 1,1 Ma, compatíveis com uma instalação sin-tectónica (Costa et al., 2014). Na carta geológica 14D na escala 1: (Teixeira et al., 1972) o maciço é descrito como biotítico porfiroide de grão médio com massas e filões aplito-pegmatíticos apresentando no seu interior afloramentos circunscritos de leucogranitos de duas micas com grão fino (Fig.1A). A partir de levantamentos geológicos recentes reconheceu-se uma maior proliferação daqueles retalhos no interior do maciço, sobretudo ao longo da cumeada que se propaga para Sul dos pegmatitos de Senhora de Assunção (Fig.1B). O contacto entre as duas fácies graníticas processa-se bruscamente, manifestando frequentemente relações de tipo tectónico. Em consequência, os afloramentos aparecem confinados a estreitas faixas de rumo N30-40ºE, limitadas, sobretudo a tecto, por estruturas de cisalhamento com cinemática esquerda. As bolhas pegmatíticas localizam-se na fácies de grão fino, em especial no sector designado de Fraga, compreendendo uma área com 0,2 km 2. Neste compartimento, as bolhas, aglomeradas em conjuntos, manifestam distribuição irregular, tendo-se observado uma abundância máxima de 12 bolhas por m 2 de afloramento granítico (Fig. 2). As bolhas ocorrem normalmente isoladas, raramente são coalescentes. A intersectá-las e consequentemente de implantação posterior, observam-se famílias de filonetes pegmatíticos e de quartzo com 1 a 3 cm de espessura e veios, mais possantes (até 20 cm), aplíticos e aplitopegmatíticos. Fig. 1. Elementos de enquadramento geográfico e geológico. A secção da carta geológica de Aguiar da Beira (folha 14-D) na escala 1:50 000; B mapa de levantamento geológico do sector de Assunção Sul com a localização do domínio restrito com manifestações de bubbling (Fraga) Fig. 1. Geographic and geological settings. A Section of the Aguiar da Beira geological map (14-D sheet) at 1: scale; B Geological map of the Assunção South sector, with the location of the restricted area with bubbling evidence (Fraga). 3. Análise morfológica, mineralógica, textural e cinemática das bolhas O âmbito da variabilidade dimensional, morfológica e composicional das bolhas pegmatíticas, estabeleceu-se por exame detalhado de uma população de 130 bolhas Dimensão e morfoscopia As bolhas têm dimensões compreendidas entre 5 cm 3 e 1 dm 3, com volume médio de 86 cm 3 (Fig.3A). Do ponto de vista morfológico, prevalecem as formas lenticulares, às quais se podem ajustar elipsoides de tipos

3 Evidências de bubbling em granitos Variscos 257 trimétrico, prolato e oblato (Fig. 3B). Cerca de 45% das bolhas têm forma elíptica trimétrica, 25% têm formas prolatas e 22% compõem arranjos oblatos. Apenas se contabilizaram 8% de formas esféricas. As tendências morfométricas sustentadas pela dimensão dos eixos dos elipsoides estão contempladas nas curvas de distribuição da figura 3B. A aquisição de morfologias elípticas pode compreenderse melhor invocando uma deformação de tipo visco-elástica em condições de fluxo magmático. Assim, atribui-se à direcção de maior alongamento (eixo a do elipsoide) o valor de uma lineação de fluxo ou estiramento magmático. O deslocamento processar-se-ia a baixa viscosidade e a análise cinemática dos eixos constitui critério útil ao estabelecimento do sentido de ascensão. As bolhas com maior volume apresentam por norma maior afastamento relativamente a formas esféricas, sugerindo também que sejam mais móveis (Fig. 2-P1). Fig. 2. Mapa geológico do sector de Fraga com informação sobre a distribuição e frequência de bolhas por afloramento granítico (densidade de nucleação). P1 e P2 afloramentos representativos; representação em P1 das formas observáveis: bolhas esféricas, de menor volume, e bolhas de contorno elíptico com dimensão superior. Fig. 2. Geological map of the Fraga sector with information about the distribution and frequency of bubbles per granite outcrop (nucleation density). P1 and P2 - representative outcrops; representation in P1 of observable bubble shapes: spherical bubbles with lower volumes, and bubbles with elliptical outline with increased dimension Associações minerais e texturas Tendo em conta a quantidade de paragéneses distintas observadas em bolhas independentes, a existência de cavidades abertas e a abundância de algumas fases tipomórficas, foi possível a seguinte sistemática (Fig. 4A): 1. bolhas com intercrescimentos de quartzo + biotite/clorite ± moscovite ± feldspato alcalino; 2. bolhas vazias com revestimento centrípeto de quartzo + moscovite ± feldspato potássico; 3. a) bolhas preenchidas por quartzo + moscovite ± feldspato potássico ± F-apatite ±intercrescimentos gráficos de quartzo + turmalina; clorite/chamosite + quartzo são fases tardias; b) revestimento das cavidades por feldspato potássico ± quartzo ± moscovite; clorite/chamosite ± moscovite ± goethite ± caulinite são fases tardias nucleares; 4. bolhas com fenocristais oclusos de feldspato potássico; 5. revestimento de cavidades por quartzo ± moscovite e preenchimento tardio por clorite± pirrotite; feldspato potássico escasso ou ausente; 6. bolhas preenchidas por schorl ou schorl+quartzo em intercrescimento de tipo gráfico. A distinção mais importante baseia-se na variabilidade do conteúdo normativo de feldspato potássico, turmalina e associações minerais tardias. As bolhas de tipo 1 são consideradas embrionárias do ponto de vista morfológico e paragenético. Apresentam menor dimensão e intercrescimentos que incluem a biotite. Em bolhas morfologicamente evoluídas, observam-se vacúolos pequenos e localizados com crescimento centrípeto de quartzo drúsico, moscovite ou feldspato potássico (tipo 2). É nas associações de tipo 3b que ocorrem maiores quantidades de feldspato potássico que surge a delinear preenchimentos nucleares por clorite/chamosite ± moscovite

4 258 ± goethite ± caulinite. Esta zonalidade sugere a existência de uma fraccionação primária, centrípeta, que evolui a partir do granito pelo estabelecimento de interfaces entre líquidos. Noutros casos o feldspato potássico ocorre sob a forma de 1 ou 2 fenocristais oclusos (tipo 4), sugerindo que a nucleação das bolhas lhes foi coalescente. Nas bolhas de tipo 5, o feldspato é escasso, ocorrendo o revestimento das cavidades por quartzo e moscovite e o preenchimento tardio, intersticial, por clorite/chamosite e eventualmente pirrotite. Em consequência do extraordinário enriquecimento em boro a turmalina é relativamente abundante. Frequentemente as bolhas que expressam esta fase apresentam uma associação pouco usual em que a turmalina e o quartzo são as únicas fases de preenchimento miarolítico mostrando intercrescimento gráfico (tipo 6). Na periferia da generalidade das bolhas, desenvolvem-se halos centimétricos, leucocratas, com enriquecimento em feldspato, e empobrecimento em constituintes ferromagnesianos. Do ponto de vista microtextural observam-se aqui intercrescimentos gráficos entre quartzo e feldspato potássico sugerindo uma cristalização ou fraccionação, em equilíbrio e primária. Por vezes, surge uma albite tardia e intersticial. Esta situação pode ter origem metassomática, por acção de um fluido residual peralcalino. É nas ocorrências de tipo 5, com feldspato potássico escasso ou ausente, que o halo feldspático envolvente é maior. Não obstante, o volume das bolhas, relativamente independente da composição mineralógica, parece constituir o principal factor determinante do tamanho dos halos (ver correlação na Fig. 4B). Fig. 3. Dimensão e morfoscopia. Distribuição estatística de volumes (A) e parâmetros de forma (B). Fig. 3. Size and morphoscopy. Statistical distribution of volumes (A) and shape parameters (B). P. A. Dias et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, Fig. 4. Associações minerais e texturas. A Exemplos de bolhas representativas das classes paragenéticas estabelecidas (ver texto). B Projecção em diagrama binário dos volumes e dimensões das respectivas auréolas leucocratas periféricas; considerou-se na determinação da espessura do halo, a medida, em cm, entre o seu limite exterior e a periferia do preenchimento miarolítico. Fig. 4. Mineral assemblages and textures. A - Examples of bubbles representative of established paragenetic classes. B - Binary projection of volumes vs dimensions of the peripheral feldspar-rich halos; was considered in the determination of the halo size, the measure, in cm, between the outer edge of the halo and the periphery of the miarolitic infill Análise cinemática fluxo ascendente A par da direcção de maior alongamento das bolhas, atrás entendida como uma lineação de fluxo, outras configurações fluidais incluem: - Superfícies basais marcadas pelo crescimento de cristais dirigido a tecto; - Cavidades abertas deslocadas no sentido de zonas apicais; - Disposição polarizada das associações minerais em preenchimento: maior persistência de fases refractárias (biotite ou clorite e intercrescimentos gráficos de turmalina e quartzo) na proximidade de superfícies basais e cristalização de fases menos densas a tecto (Fig. 5A). Estas observações sugerem que a cristalização ocorreu em condições de mobilidade e deslocamento ascensional fluxo ascendente segundo uma diferenciação gravítica, facilitada pelos gradientes de viscosidade e densidade. Um outro aspecto típico que concorre para sugerir mobilidade ascendente é o desenvolvimento de fracturas radiais, distensivas, na periferia das populações de bolhas (bem visíveis na Fig. 2-P2). Estas originam-se como resultado da libertação de tensão hidráulica e os seus planos subhorizontais deverão propagar-se ortogonalmente ao deslocamento ascensional. A análise cinemática destes planos e da direcção de maior alongamento dos elipsóides apresenta-se na figura 5B, mostrando: - direcção de maior alongamento das bolhas a medição em campo da atitude do eixo a de uma população de 11 bolhas proporcionou a lineação média 77º/50º (Lm), que se

5 Evidências de bubbling em granitos Variscos 259 verifica ser sub-paralela às principais estruturas transcorrentes envolventes identificadas na figura 1B; - fracturas distensivas (de tensão hidráulica) para 6 planos de fractura, obtiveram-se atitudes sub-horizontais (Ph=N15-20ºW; 5-18ºE) e verticais (Pv = N28-60ºE); as primeiras são sub-perpendiculares à lineação de estiramento das bolhas; as segundas, ortogonais, contêm aquela lineação. Fig. 5. Análise cinemática de configurações indiciadoras de mobilidade ascendente. A configurações paragenéticas indiciadoras de uma polaridade gravítica; usaram-se como marcadores da polaridade a distribuição de clorite e turmalina na proximidade das superfícies basais, gravíticas, das bolhas. B Projecção em diagrama estereográfico (rede de Schmidt) dos seguintes parâmetros: L eixo de maior alongamento das bolhas, equivalente a uma lineação de fluxo, P planos de fractura, subhorizontais e verticais, decorrentes de libertação de stress hidráulico - os primeiros propagam-se ortogonalmente ao deslocamento e os segundos subparalelamente a este. Fig. 5. Kinematic analysis of upward mobility configurations. A paragenetic dispositions indicative of a gravitational polarity; were used as polarity markers, the displacement towards basal surfaces of chlorite and tourmaline assemblages. B stereographic projection (Schmidt net) of the following parameters: L bubble long axis, equivalent to a melt flow lineation, P subhorizontal and vertical fracture planes, resulting from hydraulic stress release - the first are developed orthogonally to the displacement direction and the second are subparallel to this. 4. Discussão e principais conclusões Os dispositivos miarolíticos aqui abordados representam a ascensão na cúpula granítica de magmas muito enriquecidos em componentes voláteis e explicam-se por disrupção de constituintes higromagmáfilos, desencadeada primariamente por fenómenos de descompressão. A partir dos dados de análise estrutural e paragenética deduzse que: - A implantação do granito terá decorrido em condições de baixa pressão confinante, eventualmente a baixa profundidade; - O enclausuramento volátil e a preservação das bolhas no interior da coluna granítica terão sido fomentados por condições de arrefecimento relativamente rápido, de que é também evidência a baixa granulometria da fácies granítica hospedeira; - A organização cartográfica da fácies miarolítica no maciço de Ferreira de Aves e os padrões de desenvolvimento de bolhas no seu interior realçam a influência de estruturas de direcção N30º a 50ºE sobre a drenagem dos magmas e eventualmente sobre os processos de despressurização que vêm a desencadear a ebulição primária, consubstanciando a influência exercida por muitas zonas de cisalhamento na instalação dos granitos (p. ex. Mateus & Noronha, 2010); - Do ponto de vista paragenético, as bolhas apresentam conteúdos variáveis de quartzo, feldspato potássico, moscovite e turmalina e preenchimentos finais por clorite/chamosite, sulfuretos, goethite e por caulinite; em coerência com a diversidade de associações patentes em bolhas individuais e heterogeneidade da sua distribuição, deduz-se que a composição dos magmas e fluidos residuais seja heterogénea, tendo evoluído, pelo menos parcialmente, em sistema fechado; - A tendência morfométrica das bolhas é, marcadamente, elipsoidal, observando-se uma lineação de estiramento definida pela alta frequência dos alinhamentos dos elipsoides, que deverá expressar uma direcção de fluxo ascendente para o quadrante N50ºE. Subperpendicularmente a esta direcção desenvolveram-se por contrastes de pressão hidráulica entre bolhas e matriz granítica, fracturas de descompressão, com planos subhorizontais mais contínuos, orientados segundo N15-20ºW; Fig. 6. Representação esquemática dos principais atributos geométricos observados em bolhas independentes, identificando-se os seguintes processos: cristalização em equilíbrio e/ou metassomatismo / fraccionação interna seguida de cristalização centrípeta / libertação de stress hidráulico / fluxo a baixa viscosidade. Fig. 6. Schematic representation of the main geometric attributes observed in independent bubbles; the following processes were identified: equilibrium or fractional crystallization and/or metassomatism / inner fractionation followed by inward crystallization / hydraulic stress release (radial dilation) / low viscosity flow. - A mobilidade ascendente também é compatível com as polaridades gravíticas observadas internamente na zonalidade mineralógica e na localização dos vacúolos terminais; - O extraordinário enriquecimento em boro, determinando a abundância de turmalina nas paragéneses, terá sido favorável à persistência de condições de fluxo magmático a baixa viscosidade; ao ampliar a solubilidade da água e diminuir a temperatura de cristalização dos respectivos magmas também terá tido um papel fundamental sobre a extensão e o alcance da actividade de fluidos, em condições de se formarem enxames prolíferos de bolhas. (p.ex. Peretyazhko, 2010); - Relativamente à evolução da consolidação, é possível acrescentar que as transições granito/pegmatito, podem ser atribuídas inicialmente a interfaces reológicas entre líquidos, que se propagam à fraccionação, geradora da

6 260 P. A. Dias et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, zonalidade interna. Por outro lado, tendências primárias, de fraccionação ou cristalização em equilíbrio, ou então de metassomatismo, estão expressas no desenvolvimento periférico, relativamente à maioria das bolhas, de halos leucocratas, com dimensões que se correlacionam com o volume miarolítico (Fig. 6). Agradecimentos Alguns dados reunidos no presente trabalho foram adquiridos no âmbito do projecto PROSPEG ( ON.2 O Novo Norte e QREN). Referências Candela, P.A., A review of shallow, ore-related granites: textures, volatiles, and ore metals. Journal of Petrology, 38(12), Costa, M.M., Neiva, A.M.R., Azevedo, M.R., Corfu, F., Distinct sources for syntectonic Variscan granitoids: Insights from the Aguiar da Beira region, Central Portugal. Lithos, , Dias, P.A., Araújo, P., Pereira, M., Pereira, B., Azevedo, J., Oliveira, J., Carvalho, J., Leal Gomes, C., Structural and paragenetic analysis of swarms of bubble like pegmatites in a miarolitic granite from Assunção South Viseu Central Portugal. Proceedings of the 6th International Symposium on Granitic Pegmatites, New Hampshire, United States, Mateus, A., Noronha, F., Sistemas Mineralizantes epigenéticos na Zona Centro-Ibérica; expressão da estruturação orogénica Meso-a Tardi-Varisca. In: Ciências Geológicas- Ensino e Investigação e sua Hstória. Vol. II, Geologia Aplicada, Peretyazhko, I.S., Genesis of mineralized cavities (miaroles) in granitic pegmatites and granites. Petrology, 18, Sinergeo Lda, CIG-R, Prospeg: Projecto de Prospecção, Análise distanciada e Detecção Remota de Pegmatitos. Ed. Sinergeo Lda., Porto, 139 p. Teixeira (coord), Folha 14-D (Aguiar da Beira) da Carta Geológica de Portugal na escala 1: Serv. Geol. Portugal. Thomas, R., Davidson, P., Rhede, D., Leh, M., The miarolitic pegmatites from the Königshain: a contribution to understanding the genesis of pegmatites. Contributions to Mineralogy and Petrology, 157(4),