O ARQUEANO DO MACIÇO SÃO JOSÉ DE CAMPESTRE, LESTE DO RIO GRANDE DO NORTE Zorano Sérgio de Souza 1 Elton Luiz Dantas 2 1 Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica e Departamento de Geologia da UFRN, zorano@geologia.ufrn.br 2 Instituto de Geociências da UnB elton@ig.unb.br RESUMO O Maciço São José de Campestre (extremo NW do Brasil) é dos mais antigos núcleos cratônicos da Plataforma Sul-Americana. Ele compõe-se principalmente de rochas variando em composição de quartzo dioritos a tonalitos e monzogranitos (3,4 a 3,2 Ga) e sienogranitos (2,7 Ga) e ocorrências menores de metanoritos e anortositos (3,0 Ga). Paragnaisses em alto grau metamórfico, contendo cordierita, silimanita e granada, além de lentes de mármores e gnaisses cálcio-silicáticos também são encontrados e interpretados como mais antigos do que essas metaplutônicas. Os ortognaisses seguem seja a linhagem de diferenciação cálcio-alcalina clássica, ou seja, enriquecimento em K (gnaisses monzograníticos de Serra Caiada ca. 3.3 Ga e sienograníticos de São José de camesptre ca. 2,7 Ga), ou trondhjemítica, ou de enriquecimento em Na (gnaisses tonalíticos de Bom Jesus ca. 3,4 Ga e metanoritos / anortositos Senador Elói de Souza ca. 3,0 Ga). Concentrações em óxidos, elementos traços, terras raras e isótopos de Sr e Nd sugerem contribuição tanto de crosta oceânica quanto do manto superior na gênese destas rochas. Palavras Chave: Maciço São José do Campestre; Arqueano, Plataforma da América do Sul; Magmatismo Cálcio-alcalino Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008 122
O Arqueano Do Maciço São José De Campestre, Leste Do Rio Grande... ABSTRACT The São José de Campestre Massif (northeasternmost part of Brazil) is one of the oldest Archean cratonic units of the South America platform. It is composed mainly of metaplutonic rocks ranging from quartz diorite to tonalite and monzogranite (3.4 to 3.2 Ga) and syenogranites (2.7 Ga) and small occurrences of metanoritos e meta-anorthosites (3.0 Ga). High-grade cordierite-sillimanitegarnet-bearing paragneisses, marble and calc-silicate gneisses are also found and supposed to be older than the metaplutonics. They follow either the classic calc-alkaline K-enrichment (the 3.3 Serra Caiada monzogranitic gneisses and the 2.7 São José de Campestre syenogranite gneisses) or the trondhjemitic Na-enrichment (the 3.4 Ga Bom Jesus tonalitic gneisses and 3.0 Ga Senador Elói de Souza anorthositic / noritic gneisses) differentiation trends. Major, trace and rare earth element concentrations and Sr and Nd isotopes suggest contributions from both oceanic crust and depleted and undepleted Archean mantle in the generation of magma precursors of these metaplutonic rocks. Keywords: São José do Campestre Massif; Archean; South American Platform; Calc-alkaline magmatism. 123 Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008
Zorano Sérgio de Souza et. al. OBJETIVO DA EXCURSÃO Os zircões mais antigos datados até hoje foram encontrados no gnaisse Acasta (NW do Canadá), com ~4,0 Ga (Bowring et al., 1989). Na América do Sul, são registradas ocorrências de gnaisses tonalíticos de ~3,42 Ga no Maciço Sete Voltas, SE da Bahia (Martin et al., 1997) e gnaisses tonalíticos a quartzo dioríticos do Maciço São José de Campestre, leste do Rio Grande do Norte, com ~3,41 Ga (Dantas et al., 2004). O objetivo desta excursão é apresentar os componentes principais do núcleo arqueano São José de Campestre, visitando ortognaisses de ca. 3,41 Ga e demais unidades, mais jovens (até 2,7 Ga), e discutir sucintamente os processos petrogenéticos envolvidos em sua gênese. LITOESTRATIGRAFIA O Maciço São José de Campestre (MSJC) representa um fragmento de crosta arqueana com área aflorante de aproximadamente 1300 km 2 situado no leste do Rio Grande do Norte. A figura 1 representa o mapa geológico da área (Viegas, 2007). Os limites SW e SE do MSC são marcados por zonas de cisalhamento dúcteis de alta temperatura. O MSJC compõe-se de duas grandes unidades litoestratigráficas, uma volumetricamente dominante, de natureza ortoderivada, e outra paraderivada. A primeira inclui rochas de diferentes idades de intrusão (3,45 a 2,7 Ga), de acordo com resultados U/Pb em zircão obtidos por Dantas (1996) e Dantas et al. (2004): (1) suíte Bom Jesus (3,45 Ga) - gnaisses tonalíticos a granodioríticos com enclaves máficos (Foto 1); (2) suíte Serra Caiada (anteriormente denominada Presidente Juscelino, 3,25 Ga) - gnaisses monzograníticos; (3) suíte Brejinho (3,2 Ga) gnaisses tonalíticos a granodoríticos; (4) suíte Senador Elói de Souza (3,0 Ga) - hedembergita-grossulária anortosito, granada anfibolitos; (5) suíte São José de Campestre (2,7 Ga) - gnaisses monzo a sienograníticos. A unidade paraderivada aflora na porção SW, sendo formada por cordierita-silimanita-granada-biotita paragnaisses, podendo ter lentes de mármores, granada anfibolitos e gnaisses calciossilicáticos. As relações da seqüência paraderivada com as demais unidades ainda não estão bem definidas; todavia, os ortognaisses monzograníticos de Serra Caiada aparentam serem intrusivos, o que indicaria uma idade >3.25 Ga para as metasupracrustais. PETROGRAFIA DOS ORTOGNAISSES Os ortognaisses tonalíticos têm biotita como ferromagnesiano principal. Os monzogranitos têm sua melhor exposição na Pedreira do Teixeira (sul de Serra Caiada); contêm biotita marrom (raros clinopiroxênio e hornblenda), proporções equivalentes de plagioclásio (albita-oligoclásio) e ortoclásio mesopertítico. Os sienogranitos possuem ortoclásio, plagioclásio (oligoclásio), hornblenda hastingsítica e biotita rica em ferro. No diagrama Q-A-P, os complexos Bom Jesus e Elói de Souza seguem o trend de diferenciação de baixo potássio, enquanto os complexos Serra Caiada e São José de Campestre seguem o trend de potássio médio (Fig. 2). GEOQUÍMICA E PETROGÊNESE DOS ORTOGNAISSES Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008 124
O Arqueano Do Maciço São José De Campestre, Leste Do Rio Grande... No diagrama K-Na-Ca (Fig. 3), os gnaisses arqueanos do MSJC se alinham Os espectros de elementos terras raras (ETR, Fig. 4) da suíte Serra Caiada são paralelos à Figura 1 Mapa geológico simplificado do Leste do Rio Grande do Norte, destacando o núcleo arqueano (modificado de Barbosa et al., 1974; DNPM/UFRN/PETROBRAS/CRM, 1998; Dantas et al., 2004) e Viegas (2007) aproximadamente paralelos ao trend de diferenciação cálcio-alcalina. Algumas amostras das suítes Bom Jesus, Serra Caiada e Brejinho plotam na terminação do trend trondhjemítico, mas não parecem fazer parte de uma série propriamente dita. média de TTGs arqueanos, tendo anomalias variadas de Eu (Eu*=0,77-1,76). As suítes Bom Jesus, Brejinho e São José de Campestre distinguem-se por serem menos fracionadas, forte anomalia negativa de Eu (exceto uma amostra de Brejinho) e forte enriquecimento 125 Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008
Zorano Sérgio de Souza et. al. em ETRP, deste modo assemelhando-se ao padrão de granitóides fanerozóicos. Comparados à média de TTGs arqueanos, os monzogranitos são empobrecidos em MgO e CaO, e enriquecidos em K 2 O, o que requer fonte toleítica enriquecida tanto em Na 2 O como em K 2 O na sua gênese. Portanto, o complexo Serra Caiada apresenta parâmetros geoquímicos (forte intermediários (quartzo dioríticos ou granodioríticos) que, por sua vez, fracionariam diferentes combinações de anfibólio, clinopiroxênio e plagioclásio, resultando em magmas tonalíticos a graníticos que compõem os ortognaisses atualmente observados no MSJC. Diversas ocorrências de rochas metamáficas e metaultramáficas no interior do MSJC podem representar os líquidos ou Figura 2 Composição modal no diagrama Q-A-P de ortognaisses arqueanos do MSJC. To = tonalito, Gd = granodiorito, Gr = granito, QM = Quartzo monzonito, QMD = Quartzo monzodiorito. As setas correspondem a trends de diferenciação clássicos (Lameyre & Bowden 1982): T - toleítica; A - alcalina; trends cálcio-alcalinos são subdivididos em a = baixo K, b = médio K and c = alto-k. fracionamento de ETRL, baixo Yb N, A/CNK < 1,1, e Nd (t) variando de +0,1 a -3,9) condizentes com origem por fusão parcial de crosta toleítica transformada em anfibolito ou granada anfibolito, a exemplo de TTGs clássicos. Por outro lado, os complexos Bom Jesus (tonalitos), Brejinho (tonalitos) e São José de Campestre (granitos) não apresentam qualquer afinidade com TTGs; suas composições geoquímicas (altos K 2 O, Yb N e Sc) requerem fonte enriquecida em potássio e sem granada, de modo a deixar o líquido de fusão enriquecido em Yb. Isto permite descartar fontes do tipo granada anfibolito, eclogito e a crosta continental inferior. Uma possibilidade aqui admitida seria a fusão parcial do manto astenosférico ou litosférico; cumulados básicos referidos. Estudos geocronológicos se encontram em andamento por um dos autores (ELD) para posicionar a intrusão destas rochas. A hipótese manto e crosta oceânica como fontes de magmas no Mesoarqueano do MSJC deixa em aberto a presença de ambiente de subducção com o mais adequado para explicar o contexto geológico e geoquímico. representar os líquidos ou cumulados básicos referidos. Estudos geocronológicos se encontram em andamento por um dos autores (ELD) para posicionar a intrusão destas rochas. A hipótese manto e crosta oceânica como fontes de magmas no Mesoarqueano do MSJC deixa em aberto a presença de ambiente Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008 126
O Arqueano Do Maciço São José De Campestre, Leste Do Rio Grande... de subducção com o mais adequado para explicar o contexto geológico e geoquímico. AFLORAMENTOS A SEREM VISITADOS A Tabela 1 corresponde aos afloramentos que serão visitados na excursão de campo, enquanto que as figuras 5 e 6 representam exemplos de campo das rochas do Arqueano do Maciço São José de Campestre. Figura 3 Diagrama catiônico K-Na-Ca mostrando as linhagens de diferenciação cálcio-alcalina (CA) e trondhjemítica (Tdh) de acordo com Nockolds & Allen (1953) e Barker & Arth (1976), respectivamente. Tabela 1 Localização dos afloramentos a serem visitados. Figura 4 Espectros de elementos terras raras, normalizados, com respeito ao condrito de Sun & McDonough (1989) para ortognaisses arqueanos do MSJC. Também foram plotados para comparação médias de granitóides fanerozóicos e TTGs arqueanos [Martin, 1994, In Condie, K. C. (ed.) The Archean crustal evolution, Amsterdam, Elsevier, p. 205-259]. Figura 5 Gnaisse tonalítico a granodiorítico, com idade U/Pb zircão de 3,45 Ga (Dantas et al., 2004). 127 Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008
Zorano Sérgio de Souza et. al. Figura 6 Serra Caiada (antiga Presidente Juscelino), com idade U/Pb zircão de 3,25 Ga (Dantas et al., 2004). Referências Barbosa, A.J.; Braga, P.G.; Bezerra, M.A.; Gomes, J.A.V., 1974. Projeto Leste da Paraíba e Rio Grande do Norte. Mapa Geológico, escala 1:250.000. MME/DNPM. Barker, F.; Arth, J.G., 1976. Generation of trondhjemite-tonalite liquids and Archean bimodal trondhjemite-basalt suites. Geology, 4: 596-600. Bowring, S.A.; Williams, I.S.; Compston, W., 1989. 3.96-Ga gneisses from the Slave province, Northwest Territories, Canada. Geology, 17: 971-975. Dantas, E.L., 1996. Geocronologia U-Pb e Sm-Nd de terrenos arqueanos e paleoproterozóicos do Maciço Caldas Brandão, NE do Brasil. Ph. D. Thesis, Universidade Estadual Paulista (Unesp), Rio Claro, 206 p. Dantas, E.L.; Van Schmus, W.R.; Hackspacher, P.C.; Fetter, A.H.; Brito Neves, B.B.; Cordani, U.G.; Nutman, A.P.; Williams, I.S., 2004. The 3.4-3.5 Ga São José do Campestre massif, NE Brazil: remnants of the oldest crust in South America. Precambrian Research, 130: 113-137. DNPM/UFRN/PETROBRAS/CRM, 1998. Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Norte na escala 1:500.000. Lameyre, J.; Bowden, P., 1982. Plutonic rock type series: discrimination of various granitoid series and related rocks. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 14: 169-186. Martin, H., 1994. The Archean grey gneiss and the genesis of continental crust. In: Condie, K. C. (ed.) The Archean crustal evolution. Amsterdam: Elsevier, 205-259. Martin, H.; Peucat, J.J.; Sabaté, P.; Cunha, J.C., 1997. Crustal evolution in the early Archean of South America: example of the Sete Voltas Massif, Bahia State, Brazil. Precambrian Research, 82: 35-62. Nockolds, S.R.; Allen, R., 1953. The geochemistry of some igneous rock series. Geochimica et Cosmochimica Acta, 4: 105-142. Sun, S.S.; McDounough, W.F., 1989. Chemical and isotopic systematic of ocean basalts: implications for mantle composition and processes. In: Saunders, A.D. & Norry, M.J. (eds) Magmatism in the ocean basins. Geological Society Special Publication, 42" 313-345. Viegas, M.C.D., 2007. Síntese geológica do Leste do Rio Grande do Norte na escala 1:250.000. Monografia de Graduação, Curso de Geologia, UFRN, Natal, 78 p. + mapas. Estudos Geológicos v. 18 (1), 2008 128