Petrografia e litoquímica do enxame de diques máficos eocretáceos Transminas (Minas Gerais, Brasil): implicações geodinâmicas

Transcrição

1 Versão online: Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: X; e-issn: X Petrografia e litoquímica do enxame de diques máficos eocretáceos Transminas (Minas Gerais, Brasil): implicações geodinâmicas Petrography and lithochemistry of the Early Cretaceous mafic dyke swarm Transminas (Minas Gerais, Brazil): geodynamic implications A. Oliveira Chaves LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Artigo Curto Short Article Resumo: Atravessando todo o Estado de Minas Gerais (Brasil) com mais de 500 km de extensão e direção geral NW, um expressivo enxame de diques máficos eocretáceo (130 Ma), denominado Transminas, guarda as mesmas características petrográficas e litoquímicas dos diques dos enxames eocretáceos adjacentes do sulsudeste do Brasil, denominados Florianópolis, Ponta Grossa, Serra do Mar e Vitória-Colatina e dos basaltos Serra Geral da Província Vulcânica Paraná-Etendeka (134 Ma). Os diques Transminas são diabásios com textura intergranular a ofítica/subofítica, essencialmente com plagioclásio, augita/pigeonita e alguma olivina, aparecendo acessoriamente ilmenomagnetitas, apatita e sulfetos. Em termos litoquímicos, são basaltos toleíticos intra-placa de baixo- e principalmente alto-titânio, com ampla variação no Mg#, e guardam assinatura OIB típica de plumas mantélicas. O enxame Transminas constitui um ramo adicional representativo do magmatismo básico fissural eocretáceo do sudeste da América do Sul aparentemente ligado à atividade da pluma mantélica de Tristão da Cunha. Palavras-chave: Petrografia, Litoquímica, Diques máficos, Eocretáceo, Minas Gerais. Abstract: Across the State of Minas Gerais (Brazil) with more than 500 km long, a significant Early Cretaceous (130 Ma) NW trend mafic dyke swarm, called Transminas, keeps the same petrographic and lithochemical characteristics not only of the adjacent Early Cretaceous dyke swarms from south-southeastern Brazil, called Florianópolis, Ponta Grossa, Serra do Mar and Vitoria- Colatina as well as Serra Geral basalts of the Paraná-Etendeka Volcanic Province (134 Ma). The Transminas dykes are diabases with intergranular to ophitic/subophitic texture, with plagioclase, augite/pigeonite and some olivine, and minor ilmenite, magnetite, apatite and sulphides. Lithochemistly, they are low- and high-titanium intra-plate tholeiitic basalts, with wide variation in Mg #, and keep typical OIB signature of mantle plumes. The Transminas swarm is an additional representative branch of the Early Cretaceous fissure basic magmatism from southeastern South America apparently connected to the Tristan da Cunha mantle plume activity. Keywords: Petrography, Lithochemistry, Mafic dykes, Early Cretaceous, Minas Gerais. 1 Centro de Pesquisas Manoel Teixeira da Costa - Departamento de Geologia Instituto de Geociências Universidade Federal de Minas Gerais. Av. Antonio Carlos, 6627, Belo Horizonte MG, Brasil. CEP alex2010@ufmg.br 1. Introdução No sudeste da América do Sul, ocupando territórios do Brasil, Uruguai, Argentina e Paraguai, a Formação Serra Geral é encontrada no interior da Bacia do Paraná sobre rochas sedimentares paleo-mesozóicas e sob rochas sedimentares cretáceas. Esta formação é caracterizada por rochas vulcânicas essencialmente basálticas, com andesitos, riodacitos e riolitos subordinados. O campo de lavas basálticas, com idades eocretáceas U-Pb entre 135 e 133 Ma (Pinto et al., 2011) se estende, segundo Almeida et al. (1996), em direção às bacias marginais (offshore) da porção oriental da Plataforma Sul Americana e costa oeste do continente africano (Etendeka). White e McKenzie (1989) sugeriram que o Oceano Atlântico Sul surgiu da ruptura local do Gondwana quando ele derivou por sobre a pluma mantélica termal Tristão da Cunha. Essa anomalia térmica, hoje ainda ativa na região do arquipélago homônimo, teria disparado os processos de fusão parcial do manto que geraram os derrames de quase um milhão de quilômetros cúbicos de lavas basálticas da Província Paraná-Etendeka e as elevações vulcânicas submarinas do Rio Grande e Walvis. Nestas elevações, as idades são decrescentes desde os derrames basálticos continentais até a posição atual do arquipélago nas proximidades da Cordilheira Meso-Atlântica (Fig. 1). Outros autores, como Ussami et al. (2012), por sua vez, desvinculam a origem das elevações Rio Grande e Walvis da atividade da pluma. Os basaltos da Formação Serra Geral são rochas holo ou hipocristalinas afaníticas, de coloração cinza, com tons esverdeados e avermelhados, textura intergranular a intersertal (presença de vidro), às vezes vesiculares e amigdaloidais. Sua mineralogia é constituída por plagioclásio, piroxênio (augita e pigeonita) e olivina. Magnetita, ilmenita, sulfetos e apatita são acessórios. Litoquimicamente, são basaltos toleíticos de alto e baixo titânio (Bellieni et al., 1984).

2 164 A. de Oliveira Chaves / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, Turner et al. (1994) apresentaram um mecanismo de abertura do Oceano Atlântico Sul no Eocretáceo caracterizado pela rotação, no sentido horário, da porção Sul da América do Sul, com o desenvolvimento de distensão NE-SW (direção do esforço mínimo sigma3 horizontal), materializada nos extensos enxames de diques máficos eocretáceos brasileiros NW-SE de Ponta Grossa (134 Ma - idade média de dados K-Ar/Ar-Ar da literatura calculada por Tomba, 2012) e Vitória-Colatina ( Ma, Ar-Ar, Novais et al., 2003), mostrando que a atividade da pluma Tristão da Cunha extrapola os limites da Bacia do Paraná. Os enxames de diques máficos eocretáceos de Florianópolis (134 Ma, U-Pb, Florisbal et al., 2011) e da Serra do Mar (ou Santos - Rio de Janeiro, 134 Ma - idade média de dados K-Ar/Ar-Ar da literatura calculada por Tomba, 2012) também estariam relacionados à atividade da pluma Tristão da Cunha, porém sua intrusão se deu na direção NE-SW ao aproveitar zonas de fraqueza de mesma direção registradas em lineamentos estruturais das suas rochas encaixantes brasilianas ( Ma) da Província Mantiqueira (Fig. 1). Fig. 1. Arcabouço geológico da era Mesozóica no sudeste da América do Sul envolvendo os basaltos eocretáceos (134 Ma) da Formação Serra Geral e diversos enxames de diques máficos de idade similar aos basaltos (modificado de Tomba, 2012). Na porção superior direita da figura aparece o Oceano Atlântico Sul, cuja abertura esteve provavelmente ligada à atividade da pluma de Tristão da Cunha (White & McKenzie, 1989). As relações de corte com as encaixantes do enxame de diques Transminas, no Estado brasileiro de Minas Gerais, encontram-se na porção inferior direita da figura. Fig. 1. Mesozoic geological setting in southeastern South America involving eocretaceous basalts (134 Ma) of the Serra Geral Formation and several mafic dyke swarms of similar age (modified from Tomba, 2012). Upper right: South Atlantic Ocean, with opening probably linked to the Tristan da Cunha plume activity (White & McKenzie, 1989). Lower right: Transminas swarm cut relations with the host rocks in the Brazilian state of Minas Gerais. Os diques dos enxames referidos acima são quimicamente basaltos subalcalinos toleíticos de alto e baixo Ti. Petrograficamente, são diabásios cinzaesverdeados de granulação fina a média e textura intergranular a subofítica, às vezes intersertal com vidro vulcânico na matriz dos tipos de granulação mais fina. A mineralogia essencial é formada por plagioclásio, augita/pigeonita e alguma olivina, às vezes com quartzo intersticial. Como acessórios, ocorrem apatita, magnetita, ilmenita e sulfetos (Coutinho, 2008). Este trabalho apresenta as características petrográficas e litoquímicas de mais um importante enxame de diques máficos brasileiro eocretáceo (130 Ma, Ar-Ar, Rosset et al., 2007) também relacionado à atividade da pluma mantélica de Tristão da Cunha. Com direção NW-SE e mais de 500 km de extensão (largura média dos corpos de 40 metros), este enxame é denominado Transminas (Chaves & Neves, 2005; Chaves, 2013) pelo fato de atravessar todo o estado brasileiro de Minas Gerais. Em termos geológicos, os diques do Enxame Transminas atravessam não só o Craton do São Francisco e suas coberturas pré-neocretáceas, como também as Faixas Móveis brasilianas Brasília, Ribeira e Araçuaí (Fig. 1). 2. Metodologia Foram selecionadas 7 amostras de diferentes diques Transminas em Minas Gerais (Fig. 1). Nos laboratórios do Centro de Pesquisas Manoel Teixeira da Costa (IGC/UFMG), foram feitas lâminas delgadas das amostras, as quais foram utilizadas nos estudos micropetrográficos em microscópio polarizador. Também nestes laboratórios, as amostras escolhidas a partir da micropetrografia, sendo duas delas (8 e 13) com maiores conteúdos de olivina (menor grau de evolução magmática) que as demais, foram pulverizadas em moinho de panela e, em seguida, enviadas ao Laboratório SGS-Geosol. Ali, os elementos maiores (incluindo Cr) e cinco elementos traços (Ba, Nb, Sr, Y, Zr) foram analisados por ICP-OES (espectrometria de emissão ótica e plasma acoplado indutivamente). Ni, Rb e elementos terras-raras foram analisados por ICP-MS (espectrometria de massas e plasma acoplado indutivamente). A perda ao fogo ocorreu por diferença de peso após aquecimento a 1000ºC. 3. Petrografia dos diques Transminas Do ponto de vista mineralógico/textural, os diques Transminas são semelhantes aos diques dos enxames Florianópolis, Ponta Grossa, Serra do Mar e Vitória- Colatina. São diabásios acinzentados de granulação fina a média, com textura variando de intergranular a ofítica/subofítica (Fig. 2A), sendo às vezes intersertal com vidro vulcânico na matriz dos tipos de granulação mais fina. A mineralogia essencial é formada por plagioclásio, augita/pigeonita e alguma olivina (esta última às vezes encontrada englobada pelo clinopiroxênio poiquilítico), e eventualmente quartzo intersticial. Como acessórios, ocorrem apatita, magnetita, ilmenita e sulfetos. Nos corpos mais ricos em olivina (menor grau de evolução magmática) é possível perceber que, quando o magma se resfriou até a temperatura cotética, os já cristalizados grãos de olivina reagiram com a sílica da parte líquida e parcialmente hidratada do magma residual, transformando-se em piroxênio (provavelmente ortorrômbico) e, a seguir, em tremolita-actinolita. A

3 Petrografia e litoquímica dos diques Transminas 165 textura que se desenvolveu, preservada no dique da figura 2B, foi a quelifítica, com cristais de piroxênio e principalmente de tremolita-actinolita (produtos finais da reação mencionada) bordejando cristais de olivina. Fig. 2. Fotomicrografias dos diques Transminas. (A) Textura ofítica. (B) Textura quelifítica, com borda de reação ao redor da olivina (piroxênio na borda interna e tremolita-actinolita na borda externa). AUG - augita, OL - olivina, PL - plagioclásio, MT - magnetita, PX - piroxênio, TR-AC - tremolita-actinolita. Apesar de ser encontrado um dique de baixo titânio (amostra 13 com menos de 2% de TiO 2 - dique mais rico em olivina), a maioria é de alto titânio. Os valores do número de magnésio (Mg#) variam de 61 nos diques magmaticamente menos evoluídos até 34 nos mais evoluídos. Com base no diagrama TAS (Fig. 3A), praticamente todos os diques Transminas são basaltos subalcalinos e, segundo o diagrama AFM (Fig. 3B), são toleíticos. Em termos tectônicos, são intra-placa de acordo com o diagrama Zr-Ti-Y (Fig. 3C). De acordo com o diagrama Zr versus Zr/Y (Fig. 3D), a fonte dos diques Transminas teria caráter enriquecido em elementos incompatíveis do tipo dos basaltos de ilhas oceânicas - OIB (oceanic island basalts). Fig. 2. Photomicrographs of the Transminas dykes. (A) - Ophitic texture. (B) - Keliphitic texture with rim reaction around the olivine (pyroxene at the inside edge and tremolite-actinolite at the outer edge). AUG - augite, OL - Olivine, PL - plagioclase, MT - magnetite, PX - pyroxene, TR-AC - tremolite-actinolite. 4. Litoquímica dos diques Transminas As composições químicas dos diques Transminas estão apresentadas na tabela 1. Tabela 1. Composição química dos diques máficos Transminas. Ferro total expresso como FeO t. Elementos maiores expressos em % peso e elementos traços e terras-raras em ppm. Número de magnésio (Mg#) calculado pela razão molar [(MgO)/(MgO+0,85FeO t )]. Table 1. Chemical composition of the Transminas mafic dykes. Total iron expressed as FeO t. Major elements expressed in weight %. Trace elements and rare earths in ppm. Number of magnesium (Mg #) calculated from the molar ratio [(MgO)/(MgO FeO t )]. Amostra SiO TiO Al2O FeOt MgO MnO CaO K2O Na2O P2O Cr2O PF Total Mg# Rb Sr Ba Ni Nb Zr Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Fig. 3. Diagrama Total Álcalis versus Sílica (TAS Le Maitre, 2002). Os diques Transminas caem essencialmente no campo dos basaltos -B- e se classificam ainda como subalcalinos. Linha tracejada de Irvine & Baragar (1971) separa as rochas subalcalinas das alcalinas. (B) - Diagrama ternário AFM (álcalis-feo t -MgO Irvine & Baragar, 1971). Os diques Transminas são toleíticos. (C) - Diagrama ternário Zr-Ti/100-Y*3 (Pearce & Cann, 1973). Os diques Transminas se classificam como basaltos intraplaca (campo D). A = toleítos de baixo K, B = basaltos de assoalho oceânico, C = basaltos cálcio-alcalinos. (D) - Diagrama binário Zr versus Zr/Y (Sun & McDonough, 1989). Os diques Transminas seriam provenientes de fonte enriquecida tipo OIB. PM - manto primitivo. Simbologia: círculos fechados diques mais ricos em olivina (menos evoluídos), círculos abertos diques mais pobres em olivina (mais evoluídos). Fig. 3. Total Alkalis versus Silica diagram (TAS - Le Maitre, 2002). The Transminas dykes plot mainly in the basalt field - B - and are still classified as subalkaline. Dashed line by Irvine & Baragar (1971) separates subalkaline and alkaline rocks. (B) - AFM ternary diagram (Alkalis - FeO t - MgO - Irvine & Baragar, 1971). The Transminas dykes are tholeiitic. (C) - Zr-Ti/100-Y*3 ternary diagram (Pearce & Cann, 1973). The Transminas dykes are classified as intra-plate basalts (field D). A = low-k tholeiites, B = ocean floor basalts, C = calc-alkaline basalts. (D) - Diagram Zr versus Zr/Y (Sun & McDonough, 1989). The Transminas dykes would come from enriched OIB source type. PM primitive mantle. Symbols: closed circles olivine-rich dykes (less evolved), open circles - olivine-poor dykes (more evolved). Os padrões de terras-raras (ETR) normalizados ao condrito (Fig. 4A) mostram para os diques Transminas um forte enriquecimento geral em ETR, em molde comparável aos dos basaltos de ilhas oceânicas (OIB), corroborando esta assinatura que fora mostrada na figura 3D. Segundo Campbell (2001), assinaturas OIB são típicas de magmatismo basáltico toleítico associado a plumas

4 166 A. de Oliveira Chaves / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, mantélicas. Anomalias positivas de európio podem ser verificadas nos diques menos evoluídos (ricos em olivina, maior Mg#) e elas passam a ser levemente negativas nos diques mais evoluídos (pobres em olivina, menor Mg#), o que sugere que processos de cristalização fracionada envolvendo o plagioclásio produziram os diques magmaticamente mais evoluídos. No aracnograma de elementos incompatíveis normalizados ao manto primitivo (Fig. 4B), os padrões dos diques Transminas também acompanham o tipo OIB. Pronunciadas anomalias negativas de Nb são verificadas nos diques magmaticamente mais evoluídos (menor Mg#), apontando para retenção de nióbio nas ilmenitas cristalizadas nos diques menos evoluídos, não ficando este elemento disponível nos magmas residuais que originaram os diques mais evoluídos. Anomalias negativas de K aparecem nos diques menos evoluídos (maior Mg#), sugerindo que ficaram isentos de contaminação crustal. Anomalias negativas de Ti, P e Sr aparecem nos diques Transminas e devem estar relacionadas respectivamente ao fracionamento da ilmenita, apatita e plagioclásio durante a evolução magmática. Fig. 4. (A) - Aracnograma de elementos terras-raras dos diques Transminas normalizados ao condrito (normalização segundo Sun & McDonough, 1989). (B) - Aracnograma de elementos incompatíveis dos diques Transminas normalizados ao manto primitivo (normalização segundo Sun & McDonough, 1989). Notar a semelhança dos diques Transminas com os padrões dos basaltos de ilhas oceânicas (OIB) em A e B. Os padrões de N-MORB (basalto normal de cadeia meso-oceânica) e E-MORB (basalto enriquecido de cadeia meso-oceânica) estão apresentados também para comparação. Simbologia: círculos fechados diques mais ricos em olivina, círculos abertos diques mais pobres em olivina. Fig. 4. (A) - Rare-earth elements spidergram of the Transminas dykes normalized to chondrite (normalization after Sun & McDonough, 1989). (B) - Incompatible elements spidergram of the Transminas dykes normalized to primitive mantle (normalization after Sun & McDonough, 1989). Note the similarity of the Transminas dykes with the pattern of the oceanic islands basalts (OIB) in A and B. Patterns of N-MORB (normal basalt of mid-ocean ridge) and E-MORB (enriched basalt of mid-ocean ridge) are also shown for comparison. Symbols: closed circles olivinerich dykes (less evolved), open circles - olivine-poor dykes (more evolved). 5. Considerações finais As características petrográficas dos diques do enxame Transminas são as mesmas dos demais diques dos enxames eocretáceos Florianópolis, Ponta Grossa, Serra do Mar e Vitória-Colatina descritos por Coutinho (2008), e se assemelham às feições mineralógicas dos basaltos Serra Geral descritos por Bellieni et al. (1984). Assim como os demais enxames eocretáceos Florianópolis, Ponta Grossa e Serra do Mar geoquimicamente estudados por Marques (2001), os diques Transminas são basaltos toleíticos intraplaca de baixo e alto-titânio, com ampla variação no Mg#, que guardam assinatura OIB típica de plumas mantélicas. Portanto, as similaridades petrográficas e geoquímicas, em adição às similaridades geocronológicas do Enxame Transminas com os demais enxames mencionados o tornam de fato um ramo adicional representativo do magmatismo básico fissural eocretáceo do sudeste da América do Sul aparentemente ligado à atividade da pluma mantélica de Tristão da Cunha. Encerrando, cabe ainda uma observação geodinâmica adicional: quando os enxames Ponta Grossa, Transminas e Vitória-Colatina perpendiculares à costa sul-sudeste do Brasil são visualizados em conjunto, eles descrevem um padrão NW radial (Fig. 1) que poderia ser compreendido como o resultado do fraturamento crustal vinculado ao domeamento (e regimes tensionais a ele associados) causado pela interação da cabeça da referida pluma termal eocretácea ascendente com a base do Gondwana, na região que viria a se tornar o Oceano Atlântico Sul. Agradecimentos À Pró-Reitoria de Pesquisa da Universidade Federal de Minas Gerais (PRPq-UFMG) pelo apoio financeiro concedido e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de produtividade em pesquisa concedida ao autor. À estudante de Geologia Carolina B. Menezes pelo apoio na coleta de amostras e nos laboratórios. Referências Almeida, F.F.M, Carneiro, C.D.R., Mizusaki, A.M.P., Correlação do magmatismo das bacias da margem continental brasileira com o das áreas emersas adjacentes. Revista Brasileira de Geociências, 26(3), Bellieni, G., Comin-Chiaramonti, P., Marques, L.S., Melfi, A.J.,Piccirillo, E.M., Nardy, A.J.R., Roisenberg, A., High and low-ti flood basalts from the Paraná plateau (Brazil): petrology and geochemical aspects bearing on their mantle origin. Neues Jahrbuch für Mineralogie, 150, Campbell, I.H., Identification of ancient mantle plumes. In: E. Buchan (Eds). Mantle plumes: their identification through time. Geological Society of America. Special Paper Chaves, A.O., Enxames de diques máficos de Minas Gerais o estado da arte. Geonomos, 21(1), Chaves, A.O., Neves, J.M.C., Radiometric ages, aeromagnetic expression, and general geology of mafic dykes from southeastern Brazil and implications for African-South American correlations. Journal of South American Earth Sciences, 19, Coutinho, J.M.V., Dyke Swarms of the Paraná Triple Junction, Southern Brazil. Geologia USP - Série Cient., 8(2), Florisbal, L.M., Janasi, V.A., Heaman, L.M., Nardi, L.V.S., Bitencourt, M.F., O enxame de diques de Florianópolis na região de Garopaba, SC: idade U-Pb TIMS em badeleita e relação com o vulcanismo Serra Geral. V Simpósio de vulcanismo e ambientes associados. Cidade de Goiás. Brasil. Resumos. Irvine, T.N., Baragar, W.R.A., A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences, 8, Le Maitre, R.W., Igneous rocks: a classification and glossary of terms: recommendations of the International Union of

5 Petrografia e litoquímica dos diques Transminas 167 Geological Sciences, Sub-commission on the Systematics of Igneous Rocks, Cambridge University Press, 236 p Marques, L.S., Geoquimica dos diques toleíticos da costa sulsudeste do Brasil: contribuição ao conhecimento da Província Magmática do Paraná. Tese (livre-docência), IAG-USP, São Paulo-Brasil. 86 p. Novais, L.C.C., Teixeira, L.B., Neves, M.T., Rodarte, J.B.M., Almeida, J.C.H., Valeriano, C.M., Novas ocorrências de diques de diabásio na faixa Colatina ES: estruturas rúpteis associadas e implicações tectônicas para as bacias de Campos e do Espírito Santo. Boletim de Geociências da Petrobrás, 12 (1), Pearce, J.A., Cann, J.R., Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses. Earth and Planetary Science Letter, 19, Pinto, V.M., Hartmann, L.A., Santos, J.O.S., Mc Naughton, N.J, Wildner,W., Zircon U Pb geochronology from the Paraná bimodal volcanic province support a brief eruptive cycle at ~135 Ma. Chemical Geology, 281, Rosset, A., De Min, A., Marques, L.S., Macambira, M.J.B., Ernesto, M., Renne, P.R., Piccirillo, E.M., Genesis and geodynamic significance of Mesoproterozoic and Early Cretaceous tholeiitic dyke swarms from the Sao Francisco Craton (Brazil). Journal of South American Earth Sciences, 24, Sun, S., McDonough, W., Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. In: A.D. Saunders, M.J. Norry, (Eds). Magmatism in the Ocean Basins. London: Geological Society Special Publication, Tomba, C.L.B., Análise estrutural dos enxames de diques máficos eocretáceos do Sul-Sudeste do Brasil. Dissertação de Mestrado. IG-USP São Paulo, Brasil. 133 p. Turner, S., Regelous, M., Kelly, S., Hawkesworth, C., Mantovani, M., Magmatism and continental break-up in the South Atlantic: high precision Ar Ar geochronology. Earth and Planetary Science Letters, 121, Ussami, N., Chaves, C. A. M., Marques, L. S., Ernesto, M., Origin of the Rio Grande Rise-Walvis Ridge reviewed integrating palaeogeographic reconstruction, isotope geochemistry and flexural modelling. Geological Society, London, Special Publications, 369(1), White, R.S., McKenzie, D., Magmatism at rift zones: the generation of volcanic continental margins and flood basalts. Journal of Geophysical Research, 94,