GEOQUÍMICA DE FORMAÇÕES FERRÍFERAS BANDADAS (2.86 GA) DO GREENSTONE BELT

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1 GEOQUÍMICA DE FORMAÇÕES FERRÍFERAS BANDADAS (2.86 GA) DO GREENSTONE BELT PITANGUI: EVIDÊNCIA DE UM POSSÍVEL EVENTO DE OXIGENAÇÃO Brando Soares, Mariana 1 ; Corrêa Neto, Atlas V. 2 ; Zeh, Armin 3 ; Cabral, Alexandre R. 3 ; Pereira, Larissa F. 1 ; Bueno do Prado, Milton G. 4 ; Almeida, Antônio M. 4 ; Manduca, Luedson G. 4 ; Montenegro, Pedro H.S. 4 ; Mabub, Ricardo O.A. 4 ; Schlichta, Thiago M Programa de Pós-Graduação em Geologia (PPGL), Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil; 2 - Departamento de Geologia, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil; 3 - KIT- Karlsruhe Institute of Technology, Institute of Applied Geosciences, Adenauerring 20b, Karlsruhe, Germany; 4 - IAMGOLD Brasil Resumo Com base na descrição de testemunhos de sondagem do depósito aurífero São Sebastião e arredores é possível apresentar mapa geológico e coluna estratigráfica detalhada inéditos para o greenstone belt Pitangui (2.86 Ga), que se localiza a noroeste do Quadrilátero Ferrífero. Esta faixa greenstone é o registro da evolução geológica de uma bacia sedimentar antiga que tem em sua base uma sucessão espessa de rochas metavulcânicas máficas e ultramáficas intercaladas a intervalos metassedimentares de BIFs e turbiditos. Ao normalizar os elementos terras-raras destes BIFs em relação ao Post-Archean Australian Shale (PAAS), observa-se que algumas amostras apresentam anomalias negativas de cério (Ce). Estas anomalias podem ser interpretadas como evidência para o mais antigo pulso de oxigenação já documentado no Brasil ( Ga), enfatizando a presença de períodos episódicos de oxigenação dos oceanos anteriormente ao Grande Evento de Oxidação (GOE). Palavras-chave: Pitangui greenstone belt; Quadrilátero Ferrífero; oxigenação mesoarqueana Geochemistry of a 2.86 Ga banded iron formation from the Pitangui greenstone belt: evidence of a possible oxygenation event Abstract: BIF samples from the Pitangui Greenstone belt display negative cerium (Ce) anomalies, which may be interpreted as evidence for the oldest oxygenation pulse documented in Brazil to date ( Ga). Keywords: Pitangui greenstone belt; Quadrilátero Ferrífero; Mesoarchean oxygenation Introdução O Quadrilátero Ferrífero, localizado na porção sul do cráton São Francisco é conhecido por seus depósitos gigantes de minério de ferro hospedados em formações ferríferas bandadas (BIFs) da Formação Cauê, Supergrupo Minas (2,65 Cabral et al., 2012). Por sua vez, BIFs mais antigos de idade meso- a neoarqueana (2,9 2,7 Ga) do greenstone belt Rio das Velhas são conhecidos por hospedar depósitos de ouro orogênico de classe mundial assim como os da mina Cuiabá, Lamego e Raposos. Este belt é composto por uma diversidade de rochas metaígneas e metassedimentares com idades que variam de 2,90 a 2,67 Ga (Baltazar e Zucchetti, 2007). As relações de campo mostram que as rochas metavulcanossedimentares do greenstone belt Pitangui, localizado a cerca de 100 km a noroeste, possuem idades e origem semelhantes ao greenstone belt Rio das Velhas (Romano, 2007; Romano et al. 2013). Com base em descrições e amostras de testemunhos de sondagem do depósito aurífero São Sebastião e arredores, apresentamos um novo mapa além de idade isotópica e colunas estratigráficas inéditas para o greenstone belt Pitangui. Sua estratigrafia basal mostra uma espessa intercalação de rochas máficas e ultramáficas com BIFs e turbiditos, conjunto denominado aqui de Unidade Inferior. Presente na maior parte dos terrenos greenstone, as formações ferríferas bandadas depositaram-se sob condições bastante diferentes daquelas que hoje predominam (Basta et al., 2011). A deposição de BIFs teve seu clímax entre 2,7 e 2,4 Ga, quando a Terra experimentou mudanças profundas no estado redox das águas dos oceanos e também da atmosfera, assim como o ocorrido durante o Grande Evento de Oxigenação (GOE) entre 2,45 e 2,2 Ga (Bekker et al. 2004). Frei et al. (2009) enfatizam que o GOE não se originou de uma elevação estável e uniforme da quantidade de oxigênio, mas sim de várias flutuações dos níveis de oxigenação dos mares e atmosfera. As BIFs guardam assinaturas químicas relacionadas a estes processos e que têm sido interpretadas como uma tentativa de entender a evolução pré-cambriana da Terra (Wang et al., 2014). Neste sentido, a análise da sucessão de rochas do greenstone belt Pitangui juntamente à interpretação de dados geoquímicos de BIFs não mineralizadas são chave para revelar as condições ambientais que prevaleceram durante o Meso- a Neoarqueano.

2 Figura 1: (a) Mapa geológico do greenstone belt Pitangui e arredores. 1 Batólito Pequi; 2 Complexo Belo Horizonte; 3 Batólito Florestal; 4 Stock Jaguara; 5 Domo Itaúna. (b) Seção geológica A B ao longo do greenstone belt Pitangui, veja o mapa para a localização. (c) Inset mostrando a área do depósito São Sebastião e localização dos furos de sondagem a partir dos quais foram coletadas amostras de BIF (FJG-12, FJG-13 e FJG-14) e meta-arenito (FJG-02). (d) S0 e Sn com eixo de dobra Dn + 1 calculado (314/15) e plano axial (dashed line), excluindo-se a área na porção leste do belt, próximo ao contato com o batólito Florestal e com o Complexo Belo Horizonte, que aparece em (e). Experimental Todas as amostras deste estudo foram coletadas de testemunhos de sondagem diamantada orientados, executados pela empresa IAMGOLD Brasil. O mapa geológico e a seção do greenstone belt Pitangui resultam do mapeamento de novos afloramentos, interpretação de dados de aquisição geofísica aérea e descrição de testemunhos, onde os testemunhos foram essenciais para acessar rochas frescas abaixo do limite de intemperismo. As novas colunas estratigráficas são baseadas na descrição de 28 testemunhos de sondagem diamantada do depósito São Sebastião. As análises químicas de rocha total foram feitas a partir de 21 amostras de BIFs de 3 diferentes furos de sondagem (FJG-12, FJG-13 and FJG-14, veja a Fig. 1c para a localização). Todas estas análises foram executadas no Bureau Veritas Mineral Laboratories (ACME labs), em Vancouver no Canadá. O pó de rocha foi obtido através da moagem de amostras de 15 cm de metade de testemunhos de 5-7 cm de diâmetro, estas foram coletadas abaixo da zona de intemperismo. Os valores normalizados de ETRs + Y para as BIFs são indicados pelo subscrito SN para o qual o valor de referência é o PAAS (Post-Archean Australian Shale McLennan, 1989).

3 Uma amostra de meta-arenito do furo FJG-02 (veja a Fig. 1c para a localização) foi selecionada para análise isotópica combinada de U-Pb e Lu-Hf em grãos de zircão detríticos. Urânio, Th e Pb foram analisados na Goethe University Frankfurt (GUF), Alemanha, utilizando-se um ICP-MS ThermoScientific Element 2 sector field acoplado a um sistema de lasers Resolution M-50 (Resonetics) 193 nm ArF excimer (CompexPro 110, Coherent), seguindo o método descrito em Gerdes e Zeh (2006, 2009), com modificações em Zeh e Gerdes (2012). As medições de isótopos de Hf foram feitas em um ICP-MS multicoletor Thermo-Finnigan Neptune também na GUF, acoplado ao mesmo sistema de lasers utilizado para o método U-Pb. Resultados e discussão Idade do greenstone belt Pitangui e correlação com o greenstone belt Rio das Velhas A idade da Unidade Inferior do greenstone belt Pitangui é definida por duas linhas de evidências indiretas: (i) a cronoestratigrafia define uma idade máxima de deposição para os meta-arenitos turbidíticos associados com aos BIFs em 2,86 Ga (U-Pb presente trabalho) e (ii) a litoestratigrafia estabelece uma idade mínima para esta unidade baseando-se na correlação estratigráfica com estratos similares do greenstone belt Rio das Velhas. Dados predominantemente subcondríticos de εhft a partir de grãos detríticos de zircão revelam que a área fonte das rochas metassedimentares clásticas do greenstone belt Pitangui foi afetada for retrabalhamento crustal interno durante vários eventos magmáticos paleoarqueanos (3,44 Ga; 3,25 Ga) e mesoarqueanos (3,13-3,03 Ga e 2,85 Ga). As idades modelo de Hf entre 3,78 e 3,59 Ga sugerem que a crosta mais antiga derivou-se de fontes mantélicas depletadas durante o Eo- e Paleoarqueano. A partir de todas as evidências registradas em zircões detríticos, tem-se que a deposição dos meta-arenitos da Unidade Inferior do greenstone belt Pitangui ocorreu entre 2,86 e 2,78 Ga. A correlação entre Pitangui e Rio das Velhas indica provavelmente que os dois cinturões são agora partes desmembradas de um único e maior domínio tectônico antigo. Geoquímica de rocha total em BIFs As BIFs na localidade do depósito São Sebastião apresentam uma forte correlação entre Al2O3 e TiO2, onde amostras com as maiores concentrações destes dois óxidos têm presença significativa de componentes detríticos implicando contribuição clástica ao precipitado químico (Basta et al. 2011; Ewers e Morris, 1981). A grande contribuição detrítica de algumas BIFs se dá pela presença de microbandas-s compostas por clorititos com assinatura máfica/ultramáfica onde seu protólito é provavelmente alóctone de origem tufácea ou mista clástica-vulcanoclástica, em analogia ao proposto por Kotschoubey et al. (2016), estando relacionado com atividade vulcânica subaquática explosiva. O estudo geoquímico de BIFs tem sido usado como um proxy para identificar trends na química do mar pré-cambriano (Wang et al., 2014), onde as concentrações de ETRs e Y são comparadas com aquelas presentes nos mares de hoje (água do mar moderno). Estes são os elementos mais comumente utilizados para este propósito, uma vez que são considerados imóveis durante a maioria dos processos geológicos incluindo metamorfismo e hidrotermalismo (Bau, 1993). As BIFs São Sebastião exibem uma anomalia positiva forte e bem definida de (Eu/Eu*)SN (média de 1,98). Anomalias positivas de (Eu/Eu*)SN são comuns e características de rochas marinhas arqueanas (Klein, 2005), em especial de BIFs do tipo Algoma. Metade das amostras de BIF São Sebastião com baixo input detrítico e hidrotermal apresentam anomalia negativa verdadeira de Ce. O desenvolvimento de anomalias negativas de Ce é restrito a ambientes oxidantes (Bau e Dulski, 1996), resultando da oxidação do Ce +3, trivalente, para Ce +4. Tais processos geralmente levam a uma anomalia negativa pronunciada de CeSN em águas marinhas oxigenadas pós-goe (2,45-2,20). No entanto, na Unidade Inferior do greenstone belt Pitangui (2,86-2,78 Ga), as anomalias negativas de Ce são proeminentes e se tornam mais significativas ao subirmos na estratigrafia. A figura 2 mostra todas as amostras analisadas para ETRs (SN) amarradas à correlação estratigráfica entre os 3 furos da onde foram coletadas. A anomalia negativa é consistente lateralmente em todos os furos. Portanto, as anomalias negativas de Ce das BIFs São Sebastião corroboram com o conceito de ambientes suavemente oxidantes, mesmo que de forma episódica e/ou localizada, antes do GOE (Anbar et al., 2007).

4 Figura 2: Correlação estratigráfica entre os três furos de sondagem amostrados para este estudo (FJG-12, FJG-13 e FJG-14). A seta indica o nível de meta-arenito amostrado para geocronologia. Os gráficos de (Ce/Ce ) SN mostram a variação das anomalias de Ce através da sequência de BIFs sugerindo oxigenação progressiva em direção ao topo. Conclusões O greenstone belt Pitangui contém uma coluna estratigráfica similar àquela do greenstone belt Rio das Velhas. Grãos de zircão detríticos extraídos de meta-arenito intercalado com BIFs revelam uma idade máxima de deposição de 2859 ± 11 Ma, o que auxilia a correlação entre a Unidade Inferior do greenstone bet Pitangui e a porção mais basal (2,9 2,78 Ga) do greenstone belt Rio das Velhas. As BIFs São Sebastião são produto de sedimentação química após metamorfismo, preservando assinaturas específicas relacionadas à hidrosfera do final do Mesoarqueano. A contribuição detrítica nas BIFs está relacionada a fontes máficas/ultramáficas e possivelmente à atividade vulcânica subaquática explosiva, expressa como lâminas e bandas de cloritito. Anomalias negativas significativas de Ce estão presentes, o que é raro para BIFs depositados anteriormente ao Grande Evento de Oxigenação (GOE). Estas anomalias negativas indicam que as BIFs foram depositadas em um ambiente geológico onde a água do oceano era, ao menos localmente, suavemente oxigenada. Este evento de elevação dos níveis de oxigênio no final do Mesoarqueano e início do Neoarqueano (2,86-2,78 Ga) é, até o presente momento, o mais antigo já registrado no Brasil. Agradecimentos Este trabalho foi apoiado e financiado pela IAMGOLD Corporation, que autorizou a publicação dos dados e das interpretações feitas a partir destes. Somos muito gratos ao Sr. Craig McDougall (SVP da exploração da IAMGOLD) e a todos da IAMGOLD que apoiaram este estudo ajudando que se tornasse possível. Este trabalho é parte da tese de doutorado de Mariana Brando Soares patrocinada por bolsa de estudo do CNPq. Agradecemos também aos técnicos da IAMGOLD Vander Lúcio e Janderson Muniz por preparar nossas amostras. Armin Zeh e Alexandre Raphael Cabral agradecem ao Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) pelo suporte financeiro (concessões ZE /1-2 e CA 737/1-1 respectivamente). Referências bibliográficas Anbar, A. D., Duan, Y., Lyons, T.W., Arnold, G.L., Kendall, B., Creaser, R.A., Kaufman, A.J., Gordon, G.W., Scott, C., Garvin, J., Buick, R., A whiff of oxygen before the Great Oxidation Event? Science 317:

5 Baltazar, O.F., Zucchetti, M., Lithofacies associations and structural evolution of the Archean Rio das Velhas greenstone belt, Quadrilátero Ferrífero, Brazil: a review of the regional setting of gold deposits. Ore Geology Reviews 32: Basta, F.F., Maurice, A.E., Fontboté, L., Favarger, P. Petrology and geochemistry of the banded iron formation (BIF) of Wadi Karim and Um Anab, Eastern Desert, Egtpt: Implications for the origin of Neoproterozoic BIF. Precambrian Research 187: Bau, M., Effects of syn- and post-depositional processes on the rare-earth element distribution in Precambrian Iron-formations. Europian. Journal of Mineralogy 5: Bau, M., Dulski, P., Distribution of yttrium and rare-earth elements in the Pengeand Kuruman iron-formations, Transvaal Supergroup, South Africa. Precambrian Research 79: Bekker, A., Holland, H.D., Wang, P.-L., Rumble III, D., Stein, H.J., Hannah, J.L., Coetzee, L.L., Beukes, N.J., Dating the rise of atmospheric oxygen. Nature 427: Cabral, A.R., Zeh, A., Koglin, N., Seabra Gomes Jr., A.A., Viana, D.J., Lehmann, B., Dating the Itabira iron formation, Quadrilátero Ferrífero of Minas Gerais, Brazil, at 2.65 Ga: depositional U Pb age of zircon from a metavolcanic layer. Precambrian Research : Ewers, W.E., Morris, R.C., Studies of the Dales Gorge Member of the Brockman Iron Formation, Western Australia. Economic Geology 76: Frei, R., Gaucher, C., Poulton, S.W., and Canfield, D.E., Fluctuations in Precambrian atmospheric oxygenation recorded by chromium isotopes. Nature 461: Klein, C., Some Precambrian banded iron-formations (BIFs) from around the world: their age, geologic setting, mineralogy, metamorphism, geochemistry, and origins. American Mineralogist 90: Kotschoubey, B., Villas, R.N., Aires, B., Chloritites of the Tocantins Group, Araguaia fold belt, central-northern Brazil: Vestiges of basaltic magmatism and metallogenetic implications. Journal of South American Earth Sciences 69: McLennan, S.M., Rare earth elements in sedimentary rocks: influence of provenance and sedimentary processes. Geo-chemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements, Reviews in Mineralogy 21: Romano, A., Programa Geologia do Brasil. Folha Pará de Minas, SE- 23-Z-CI. Escala 1: , relatório final. UFMG - CPRM, Belo Horizonte. 72p. Romano, R., Lana, C., Alkmim, F.F., Stevens, G., Armstrong, R., Stabilization of the southern portion of the São Francisco craton, SE Brazil, through a long-lived period of potassic magmatism. Precambrian Research 224: Wang, C., Lianchang, Z., Caiyun, L., Yanpei, Dai., Petrology and geochemistry of the Wangjiazhuang banded ironfor mation and associated supracrustal rocks from the Wutai greenstone belt in the North China Craton: Implications for their origin and tectonic setting. Precambrian Research 255: