Geoquímica das rochas ígneas aflorantes na região de S. Matias, Cuba (Alentejo)

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: X; e-issn: X Geoquímica das rochas ígneas aflorantes na região de S. Matias, Cuba (Alentejo) Geochemistry of the igneous rocks from S. Matias region, Cuba (Alentejo) P. Ferreira 1*, R. Caldeira 1, R. Calvo LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Artigo Curto Short Article Resumo: Neste trabalho apresentam-se algumas características geoquímicas das rochas ígneas aflorantes no bordo SW da Zona de Ossa Morena, na região de S. Matias: a) os Pórfiros de Baleizão e rochas plutónicas de natureza gabro-diorítica, ambas pertencentes ao Complexo Ígneo de Beja, evidenciam um magmatismo calco-alcalino cuja origem deverá ter sido condicionada por um ambiente tipo arcovulcânico; b) os metavulcanitos básicos pertencentes ao complexo Vulcano-sedimentar de Ficalho correspondem a antigos basaltos que apresentam uma geoquímica com carácter de transição subalcalinoalcalino, corroborado pelas elevadas razões do tipo elementos altamente incompatíveis/elementos moderadamente incompatíveis. Este facto associado a outras características químicas, poderá indiciar uma génese magmática em segmentos de crista oceânica, enriquecidos nos elementos mais incompatíveis, muito provavelmente sob a influência de uma pluma mantélica. Palavras-chave: Zona de Ossa Morena, Geoquímica, Rochas ígneas; Paleozóico, Ambiente geodinâmico. Abstract: In this work some geochemical characteristics of igneous rocks outcropping in the Ossa Morena Zone s SW limit (S. Matias region) are presented: a) Baleizão porphyries and gabbro-dioritic rocks, both from the Beja Igneous Complex, show a calc-alkaline fingerprint that can be ascribed to a volcanic-arc type magmatism; b) basic metavolcanic rocks from the Ficalho Volcano-Sedimentary complex, correspond to meta-basalts with geochemical characteristics transitional between subalkali and alkali, as supported by high more-to-less incompatible element ratios. This feature, together with other geochemical characteristics, suggest magmatic genesis in sectors of mid-ocean ridge, enriched in highly incompatible elements, probably by the influence of a mantle plume. Keywords: Ossa Morena Zone, Geochemistry, Igneous rocks, Paleozoic, Geodynamic setting. 1 Laboratório Nacional de Energia e Geologia, I.P., Estrada da Portela, Apartado Alfragide, Amadora. 2 Laboratório Nacional de Energia e Geologia, I.P., Rua da Amieira, Apartado 1089, S. Mamede de Infesta. * Autor correspondente / Corresponding author: pedro.ferreira@lneg.pt 1. Introdução Em 2013, a realização de cartografia sistemática para a edição da Folha 43-A, Cuba, enquadrada no projecto Investigação da Infraestrutura Geológica e da Base de Recursos Geológicos-Cartas Geológicas de Portugal do LNEG, incidiu na região da Carta Topográfica 1: do IGeoE número 510 (S. Matias). Esta área já tinha sido objecto de cartografia geológica no passado, mas à escala 1: (Andrade, 1983) tendo sido adaptada e incluída para a edição da Folha 8, à escala 1: (Oliveira, 1992). Na quase totalidade da área abrangida pela carta 510 afloram diversas litologias pertencentes ao Complexo Ígneo de Beja (CIB). Contudo, no seu sector NE (Fig. 1) cartografaram-se litologias pertencentes às formações meta-sedimentares e vulcano-sedimentares do designado Sector de Montemor-Ficalho (SMF) definido para a Zona de Ossa Morena (ZOM). As litologias do CIB cartografadas incluem-se nas seguintes unidades definidas por Andrade et al. (1992): a) Pórfiros de Baleizão unidade com maior distribuição espacial pela região, tipicamente constituída por rochas de carácter silicioso, de cor avermelhada e matriz afanítica com fenocristais dispersos de plagioclase e anfíbola. b) Dioritos de Monte Novo unidade não só constituída por dioritos, mas também por gabros. Contrariamente ao representado na Folha 8 (escala 1: ), a cartografia à escala 1: revela a existência de vários corpos individualizados de natureza gabrodiorítica no seio dos Pórfiros de Baleizão. Os principais objectivos deste trabalho são: 1) Caracterizar do ponto de vista geoquímico (elementos maiores e alguns elementos traço) as diversas rochas ígneas cartografadas. Com esta caracterização pretende-se igualmente esclarecer se: a) a geoquímica será uma ferramenta capaz de destrinçar as relações genéticas entre as diversas manchas de rochas gabrodioriticas cartografadas; b) os Pórfiros de Baleizão, que apresentam diversas características texturais e mineralógicas, possuirão, ou não, distintas assinaturas geoquímicas. 2) Integrar e comparar os dados obtidos com outros já publicados para as mesmas unidades, avaliando as semelhanças ou diferenças resultantes das interpretações petrológicas obtidas. Assim, os dados analíticos para os Pórfiros de Baleizão serão comparados com os obtidos para as mesmas rochas aflorantes num sector mais a NW,

2 94 entre Alvito, Torrão e Alcaçovas (Caldeira et al., 2007) e com os publicados para as rochas filonianas ácidas da região entre Odivelas e Alfundão (Santos et al., 1990). Estes novos dados obtidos para os pórfiros suportarão a existência de um quimismo calco-alcalino no Carbónico superior inferido para esta região? Por outro lado, interessa avaliar as relações geoquímicas entre os metavulcanitos básicos pertencentes ao Complexo vulcano-sedimentar de Ficalho - CVSF (designados por Vβ3 na Folha 8 à escala 1: ) que afloram na área sob estudo e aqueles que P. Ferreira et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, afloram na região de Ficalho (Ribeiro et al., 1992); terão estes metavulcanitos o mesmo quimismo e indiciarão o mesmo ambiente geotectónico em que foram formados? Para este estudo foram seleccionadas 21 amostras (localização na figura 1): 9 Pórfiros de Baleizão e 7 gabrodioritos do CIB e 5 metavulcanitos básicos (do CVSF). As análises dos elementos maiores e traço (Rb, Ba, Sr, Y, Zr, Nb, Th, Sc, Ni, Cu, Zn, Pb, V, Cr, Co e Ga) foram efectuadas num espectrómetro de FRX, no Laboratório do LNEG em S. Mamede de Infesta, Porto. Fig. 1. Mapa geológico da região de S. Matias (Cuba, Alentejo), abrangido pela carta topográfica 1:25 000, nº 510 (S. Matias). Levantamentos de campo efectuados durante o ano de O círculo negro marca a povoação de S. Matias. Os quadrados cinzentos representam os locais de amostragem. Fig. 1. Geological map of S. Matias area (Cuba, Alentejo), included in the topographic sheet nº 510 (S. Matias) at 1: scale. Field work performed during Black circle points S. Matias village. Grey squares represent sampling locations. 2. Resultados 2.1. Pórfiros de Baleizão Os pórfiros são caracterizados pela sua cor róseaavermelhada que exibem nos afloramentos dispersos da região, mas podem apresentar cores cinzentas escuras a creme-claro. São rochas de carácter silicioso com uma textura porfirítica, heterogénea quer na matriz (granularidade média/fina a afanítica) quer na mineralogia fenocristalina. Por vezes, a textura é claramente mais granular, e constitui uma rocha semelhante a um granito de grão fino. Constituem a unidade com maior distribuição na região de S. Matias. As amostras dos Pórfiros de Baleizão apresentam uma variação nas concentrações em sílica entre os 64% e 74,5% e na maioria podem ser quimicamente classificados de dacitos e riólitos (Figs. 2 e 3). Os dados geoquímicos obtidos nestas rochas enquadram-se na variabilidade produzida pelos outros dados já publicados e que foram aqui considerados para comparação. Os diagramas de variação do tipo Harker para os elementos maiores (não representados) produzem correlações negativas com o TiO2, P2O5 (bem correlacionadas), Al2O3, Fe2O3T, CaO e MgO (moderadamente correlacionadas), ligeira correlação positiva com o Na2O e ausência de variação sistemática com o K2O. Os diagramas de variação para os elementos traço em função da sílica são mais complexos, não se identificando correlações evidentes (a única excepção é Sr que claramente diminui com a diferenciação). Estas características são igualmente aplicáveis aos restantes dados publicados e indicia que, pelo menos na gama de

3 Geoquímica das rochas ígneas na região de S.Matias 95 intervalo das concentrações de sílica para os pórfiros (entre os 63,5 e os 77,5%), a cristalização fraccionada (óxidos de Fe-Ti, plagioclase, anfíbola) deve ter tido um papel importante na diferenciação magmática que originou estas lavas. A utilização de alguns diagramas discriminantes dos ambientes tectono-magmáticos (Fig. 4) permite constatar que a maioria dos pórfiros está incluída no campo dos arcos vulcânicos (apesar de algumas destas rochas se projectarem, em ambos os diagramas, nos campos dos granitos intraplaca, com um posicionamento junto à fronteira com o campo dos granitos de arco vulcânico ). No entanto, o facto de a geoquímica destas rochas ter revelado certas características típicas dos magmas gerados em ambiente de arco vulcânico (e.g. anomalias negativas no Nb e Ti nos diagramas multi-elementares normalizados relativamente ao manto primordial - figura 5) leva a considerar que os episódios magmáticos que geraram os pórfiros terão sido fortemente condicionados por um ambiente geotectónico tipo arco vulcânico, o que está de acordo com as conclusões de Caldeira et al. (2007) e Santos et al. (1990). Assim, e tendo em conta que as idades obtidas para os Pórfiros de Baleizão se situam à volta dos 320 Ma (e.g. Moita et al., 2012) poder-se-á inferir que a geração desta sequência félsica estará relacionada com a actividade magmática mais tardia associada à subducção entre a Zona Sul Portuguesa e a ZOM durante o ciclo varisco. Fig. 3. Diagrama Nb/Y vs. Zr/TiO 2 (Winchester & Floyd, 1977) para as rochas ígneas da região de S. Matias. Notar o posicionamento de quase todas as rochas no domínio subalcalino (Nb/Y<0.64), com excepção de alguns metavulcanitos básicos que se projectam no campo dos basaltos alcalinos. Simbologia: igual à referida na figura 2, porém com duas diferenças: os dados publicados por Andrade (1983) não puderam ser incluídos porque não abrangem o Zr, Nb e Y; os valores para os gabrodioritos de Caldeira et al. (2007) e Santos et al. (1990) foram considerados em conjunto e representados por traços horizontais. Campos composicionais: a) basalto subalcalino; b) basaltos alcalinos; c) andesitos/basaltos; d) andesitos; e) riodacitos/dacitos; f) riólitos. Fig. 3. Nb/Y vs. Zr/TiO 2 (Winchester & Floyd, 1977) for all sampled igneous rocks in S. Matias region. Note the position of almost all rocks in the subalkali domain (Nb/Y<0.64), with the exception of some basic metavolcanics that are plotted in the alkali basalts. Symbology: the same as in figure 2, but with two differences: the published data of Andrade (1983) are not included, because Zr, Nb and Y were not quantified; the data values for the gabbro-diorites of Caldeira et al. (2007) and Santos et al. (1990) were considered altogether and represented by horizontal ticks. Compositional fields: a) sub alkali basalts; b) alkali basalts; c) andesites/basalts; d) andesites; e) rhyodacites; f) rhyolites. Fig. 2. Diagrama SiO 2 vs. álcalis (TAS) para as rochas analisadas neste trabalho, com inclusão de outros dados publicados. Campos composicionais de Le Bas et al. (1986) para rochas vulcânicas e separação das séries alcalinas das subalcalinas através da linha a tracejado definida por MacDonald & Katsura (1964). A classificação das rochas plutónicas baseada nos campos composicionais de Cox et al. (1979), adaptados por Wilson (1989). Campos composicionais das rochas vulcânicas: a) basaltos picríticos; b) basaltos; c) dacitos; d) traquidacitos; e) riólitos. Fig. 2. Total alkalis vs. SiO 2 diagram (TAS) for studied rocks and including other published data. Compositional fields from Le Bas et al. (1986) for volcanic rocks with a dashed line (from MacDonald & Katsura, 1964) separating the alkali and sub alkali fields. Plutonic rocks classification from compositional fields defined by Cox et al. (1979), adapted by Wilson (1989). Compositional volcanic fields: a) picritic basalts; b) basalts; c) dacites; d) traquidacites; e) rhyolites Dioritos de Monte Novo Cartografaram-se várias manchas individualizadas de rochas plutónicas no seio dos Pórfiros de Baleizão na região em estudo (Fig. 1). Os dioritos foram divididos com base na dimensão dos seus minerais constituintes em: a) dioritos de grão grosseiro e b) dioritos de grão médio a fino. Na mancha designada por gabrodioritos não foi possível separá-los cartograficamente, devido ao efeito conjunto resultante da grande variedade na proporção minerais máficos/félsicos das amostras observadas e das más condições de afloramento existentes. Os gabrodioritos apresentam uma mineralogia constituída por clinopiroxena, anfíbola, plagioclase e óxidos (biotite e esfena como acessórios) e os dioritos são idênticos, com uma maior proporção de plagioclase (labradoriteoligoclase) relativamente à anfíbola e piroxena; o quartzo e a biotite podem igualmente ocorrer nos dioritos e, por vezes, em significativa proporção.

4 96 P. Ferreira et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, Fig. 4. Diagramas discriminantes de ambiente tectónico de Pearce et al. (1984) para as rochas vulcânicas ácidas da região de S. Matias: a) Y+Nb vs. Rb; b) Y vs. Nb. Simbologia: igual à referida na figura 2. Fig. 4. Tectonic environment discriminant diagrams of Pearce et al. (1984) for acid volcanic rocks from S. Matias region: a) Y+Nb vs. Rb; b) Y vs. Nb. Symbology: the same as in figure 2. Em termos de geoquímica de elementos maiores, a relação sílica vs. álcalis (Fig. 2) permite a distinção destas rochas ígneas, que se distribuem pelos campos dos dioritos (as rochas mais evoluídas) e dos gabros (SiO 2 < 52%). Integrando os dados obtidos com os publicados para a região (Caldeira et al., 2007; Santos et al., 1990), verificase existir uma clara separação entre os 2 tipos de rochas e que os gabros apresentam maior dispersão nos valores de sílica e álcalis, comparativamente a uma variação mais restrita para os dioritos (Fig. 2). Relativamente à afinidade magmática, a maioria das amostras aqui analisadas são de carácter subalcalino (Nb/Y<0,30), do tipo calco-alcalino. As relações interelementares traduzidas pelos diagramas de variação tipo Harker (não representados), não produzem correlações bem definidas entre a sílica vs. óxidos e sílica vs. elementos traço, possivelmente como resultado das diversas proporções modais dos minerais cristalizados em cada uma das rochas ígneas analisadas. Diferentes razões do tipo elementos altamente incompatíveis/ elementos moderadamente incompatíveis, não produzem valores com diferenças sistemáticas entre os gabros e os dioritos. Assim, as concentrações em sílica serão aquelas que poderão contribuir para uma melhor separação cartográfica neste complexo gabrodiorítico na região de S. Matias. Finalmente, verifica-se que a distinção dos dioritos efectuada com base textural, não se traduz na sua composição geoquímica Metavulcanitos básicos do Complexo vulcanosedimentar de Ficalho No sector NE da folha 510 (Fig. 1), aflora um conjunto de rochas que macroscopicamente são melanocráticas e afaníticas, que foram separadas cartograficamente com base na sua cor e grau de recristalização em: 1) Metavulcanitos básicos, de cor esverdeada, com uma paragénese correspondente ao grau metamórfico dos xistos verdes (quartzo, clorite, epídoto, plagioclase, anfíbola, óxidos de ferro), são análogos às designadas rochas verdes por Barros et al. (1972) para a Carta Geológica de Portugal 40-C, Viana do Alentejo, e estão associados espacialmente aos xistos de Moura, apresentando, por vezes, uma xistosidade bem desenvolvida; 2) Metavulcanitos básicos de cor cinzenta (com muita anfibola, biotite, clinopiroxena, epídoto, esfena, plagioclase, clorite e opacos), por vezes bandados, que em raros afloramentos é possível observar estarem dobrados; estas rochas foram, nesta fase, associadas aos metavulcanitos básicos Vβ 3 (Oliveira, 1992). Os metavulcanitos básicos apresentam concentrações em SiO 2 entre 43% e 51,6%, e excepto uma amostra, projectam-se no campo dos basaltos definido por Le Bas et al. (1986) (Fig. 2). O teor elevado em álcalis leva à projecção das amostras no campo alcalino. Contudo, este carácter alcalino deixa de ser tão evidente no diagrama de Nb/Y vs. Zr/TiO 2 de Winchester & Floyd (1977) (Fig. 3), suportando a hipótese de modificação dos teores em álcalis por alteração secundária (igualmente evidenciado pelos elevados valores de perda ao rubro). No entanto, existem duas amostras com Nb/Y > 0.64 projectando-se no campo alcalino. Estas amostras são as que apresentam as razões mais elevadas de (Nb/Y) PM, (Nb/Zr) PM e (Zr/Y) PM (PM- Normalizadas relativamente ao Manto Primordial de Sun & McDonough (1989)), respectivamente 4,2-5,7, 2,3-3,0 e 1,9 (Fig. 5). Estes valores são inferiores aos apresentados pelos típicos basaltos alcalinos, mas são superiores aos que caracterizam os MORB-E, colocando-os, deste modo, numa posição intermédia em termos de enriquecimento em elementos incompatíveis e no grau de fraccionação entre os elementos altamente incompatíveis/elementos moderadamente incompatíveis. Assim, e com o restrito leque de elementos analisados, parece excluir-se a possibilidade destes metavulcanitos estarem relacionados com magmatismo orogénico. Apesar de algumas diferenças geoquímicas encontradas comparativamente aos vulcanitos básicos de Ficalho, os dados apresentados não invalidam a geração destes magmas numa ambiência continental anarogénica defendida por Ribeiro et al. (1992), mas também não excluem a possibilidade de corresponderem a antigos MORBs de carácter enriquecido (dados obtidos projectados nos campos dos MORB-E e basaltos alcalinos do diagrama de Meschede (1986), não representado). Neste caso, os dados obtidos poderiam estar de acordo com o quimismo tipo MORB descrito por Araújo et al. (2005), evidenciando, porém, uma crusta oceânica ainda mais enriquecida, gerada num rift sob influência de uma pluma mantélica. Para esclarecer esta ambiguidade prevê-se a análise futura de outros elementos químicos imóveis e importantes indicadores petrogenéticos (REE, Ta, Th) nestas e noutras amostras destes metavulcanitos básicos.

5 Geoquímica das rochas ígneas na região de S.Matias 97 Fig. 5. Diagrama multielementar para as concentrações normalizadas (relativamente ao Manto Primordial) de alguns elementos-traço dos pórfiros de Baleizão (a) e rochas metavulcânicas ácidas (b) aflorantes na região de S. Matias. Para comparação é projectado um padrão normalizado produzido pelos riólitos tipicamente associados a zonas de subdução (dados de Hoernle et al., 1999), dando enfâse à semelhança obtida na forma dos padrões. Em (b), para comparação, são projectados três outros padrões normalizados correspondentes aos valores típicos dos MORB-E (linha a ponteado), dos OIB (linha com os traços menores) e dos basaltos calco-alcalinos associados a arcos vulcânicos (linha com os traços maiores) (dados de Sun & McDonough, 1989; Pearce et al., 1992). Notar a variação significativa nos valores de Rb, Ba e K 2 O para os metavulcanitos, provavelmente reflectindo variáveis graus de alteração destas rochas. Fig. 5. Primitive mantle-normalised (Sun & McDonough, 1989) trace element patterns for Baleizão porphyries (a) and basic metavolcanic rocks (b) from S. Matias region. For comparison, the grey dotted line in (a) refers to typical normalized values correspondent to rhyolites associated to subduction zones (data from Hoernle et al., 1999), emphasizing the similitude of both patterns shape. In (b), typical normalized values for E- MORB (dotted line), OIB (line with small ticks) and calc-alkali basalts from volcanic arcs (line with large ticks) are plotted for comparison (data from Sun & McDonough, 1989; Pearce et al., 1992). Note the significant variation in the Rb, Ba and K 2 O values for the metavolcanic rocks, probably associated to variable degrees of secondary alteration. Referências Andrade, A.S., Contribuition à l Analyse de la Suture Hercynienne de Beja (Portugal), Perspectives Métallogéniques. Tese INPL (não publicada), 137 p. Andrade, A.S., Castro, P., Santos, J.F. Munhá, J., Maciço de Beja. In: J.T. Oliveira, (Coord.). Carta Geológica de Portugal à escala 1: , Notícia explicativa da folha 8. Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa, Araújo, A., Fonseca, P., Munhá, J., Moita, P., Pedro, J., Ribeiro, A., The Moura Phyllonitic Complex: An Accretionary Complex related with obduction in the Southern Iberia Variscan Suture. Geodinamica Acta, 18(5), Barros, A., Carvalhosa, A.B., Zbyszewski, G., Carta Geológica de Portugal na escala de 1:50 000, Notícia explicativa da folha 40-C: Viana do Alentejo. Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa, 24 p. Caldeira, R., Ribeiro, M.L., Moreira, M.E., Geoquímica das sequências máficas e félsicas entre Alvito, Torrão e Alcáçovas (SW da ZOM). Comunicações Geológicas, 94, Cox, K.G., Bell, J.D., Pankhurst, R.J., The Interpretation of Igneous Rocks. George Allen & Unwin, London, 450 p. Hoernle, K., Bogaard, P., Duggen, S., Mocek, B., Schonberg, D., Evidence for miocene subduction beneath the alboran sea: 40Ar/39Ar dating and geochemistry of volcanic rocks from holes 977A and 978A. Proceed. Ocean Drill. Program, 161, Le Bas, M.J., Le Maitre, R.W., Streckeisen, A., Zanettin, B., A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali silica diagram. Journal of Petrology, 27, Meschede, M., A method of discriminating between different types of mid-ocean ridge basalts and continental tholeiites with the Nb-Zr-Y diagram. Chemical Geology, 56, Moita, P., Santos, J.F., Marques, J., Sr and Nd isotope composition of Alcáçovas calc-alkaline rocks (SW border of the Ossa-Morena Zone, Portugal. Goldschmidt 2012 abstract. Oliveira, J.T. (coord.), Carta Geológica de Portugal à escala 1: , Notícia explicativa da folha 8. Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa, 91 p. Ribeiro, M.L., Mata, J., Piçarra, J.M., Vulcanismo bimodal da região de Ficalho: características geoquímicas. Comunicações dos Serviços Geológicos de Portugal, 78, Santos, J.F., Andrade, A.S., Munhá, J., Magmatismo orogénico Varisco no limite meridional da Zona de Ossa-Morena. Comunicações dos Serviços Geológicos de Portugal, 76, Sun, S.-S., McDonough, W.F., 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. Geological Society, London, Special Publications, 42, Wilson, M., Igneous Petrogenesis. A Global Tectonic Approach. Unwin Hyman, London, 466 p. Winchester, J.A., Floyd, P. A., Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chemical Geology, 20,