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Título: Geoquímica e geologia isotópica (U-Pb, Lu-Hf) do Complexo Belo Horizonte : implicações para evolução crustal arqueana no Cráton São Francisco.
Autor(es): Martins, Lorena Cristina Dias
Orientador(es): Lana, Cristiano de Carvalho
Novo, Tiago Amâncio
Palavras-chave: Geologia isotópica
Geocronologia
Geoquímica
Crátons
Data do documento: 2022
Membros da banca: Lana, Cristiano de Carvalho
Barbuena, Danilo
Alkmim, Fernando Flecha de
Cipriano, Ricardo Augusto Scholz
Bersan, Samuel Moreira
Referência: MARTINS, Lorena Cristina Dias. Geoquímica e geologia isotópica (U-Pb, Lu-Hf) do Complexo Belo Horizonte: implicações para evolução crustal arqueana no Cráton São Francisco. 2022. 159 f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
Resumo: O Complexo Belo Horizonte (CBH), exposto na porção norte do distrito mineral do Quadrilátero Ferrífero, no setor meridional do Cráton São Francisco, é composto por um ortognaisse bandado, migmatizado, exibindo estrutura estromática e ou schlieren, nos quais enclaves máficos e intrusões de granitoides são comuns. Apesar das intensas investigações na década passada, as informações detalhadas sobre a geoquímica e a evolução isotópica do respectivo complexo está limitada a um pequeno número de amostras, dificultando o entendimento a respeito de sua conexão com outros complexos que compõem o embasamento do Cráton São Francisco. Na presente tese, foram realizados estudos no CBH, a partir de observações de campo, geoquímica de rocha total e investigações de isótopos (U-Pb, Lu-Hf). Neste trabalho, apresentou-se pela primeira vez os processos de tratamento térmico e abrasão química implementados na Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) que foram realizados com o intuito de limpar as áreas danificadas e fraturadas e homogeneizar as porções dos fragmentos, por meio de uma lavagem ácida nos cristais de zircão promovendo a remoção destes domínios e resultando em um grão menos alterado. A partir da técnica de CA-LA-ICP- MS investigou-se em detalhe as características texturais em aproximadamente 300 zircões, além da obtenção de idades U-Pb e dados isotópicos de Hf de 15 amostras coletadas ao longo do complexo, com o objetivo de revelar detalhes sobre os eventos de fusão parcial que precederam a estabilização do cráton. A integração das observações de campo, idades U-Pb obtidas de zircões através de CA-LA-ICP-MS e composições isotópicas de Hf obtidas de ortognaisses migmatíticos e de granitoides do CBH, indicam um período intenso de fusão parcial e produção de rochas félsicas durante o Neoarqueano. Nossas observações mostram que o complexo é um local importante para o estudo de processos de fusão parcial do embasamento cristalino da crosta Arqueana. Grande parte do CBH expõe migmatitos estromáticos de granulação fina intrudidos por diversos veios leucograníticos e diques. Tanto os migmatitos quanto os leucogranitos são cortados transversalmente por diversas fases de granitoide e pequenos corpos graníticos; ambos fortemente associados com o gnaisse bandado hospedeiro, por meio de intrusões. A aplicação de abrasão química seguida de catodoluminescência revelou ampla variedade textural dos zircões, consistente com um longo período de fusão parcial e remobilização crustal. Os resultados dos isótopos de U-Pb e Hf revelam o complexo como parte de um segmento crustal muito mais amplo, abrangendo toda a porção meridional do Cráton São Francisco. A compilação de idades U-Pb disponíveis sugere que este segmento crustal foi consolidado entre 3000 e 2900 Ma e que ele experienciou três principais episódios de fusão parcial antes da estabilização em 2600 Ma. Os episódios de fusão parcial ocorreram entre 2750 e 2600 Ma como resultado de acreção tectônica e delaminação por “peeling off” do manto litosférico e da crosta inferior. O processo de fusão parcial e delaminação por “peeling off”, provavelmente é responsável pelo posicionamento de volumosa granitogênese potássica ao longo de todo o Cráton São Francisco. Nesse sentido, compreender a composição de terrenos arqueanos leva ao entendimento substancial da evolução do planeta. As análises de elementos traços foram feitas em pó prensado via LA-ICP-MS para investigar a evolução do CBH. Essa técnica pode ser usada para restringir o grande conjunto de elementos traço relevantes com alta precisão e acurácia. Dados obtidos do CBH indicam dois principais grupos de granitoides: gnaisses de médio-K e granitos com alto-K. Ambas as rochas de médio e alto-K possuem composição com ampla variação nas concentrações de elementos traços e maiores, com características geoquímicas similares aos TTGs e granitos a duas-micas, gerados pelo retrabalhamento de crosta continental antiga. As rochas com alto-K possuem composição de elementos traços distintos, com maior conteúdo de LREE, maior teor de elementos incompatíveis, Ba, Sr, LaN/YbN, além de anomalias negativas de Eu significante. Os resultados geoquímicos obtidos para o CBH vão de encontro com as investigações anteriores, em que as xvii rochas de médio-K tiveram origem a partir da mistura de um membro obtido da fusão parcial de rochas metamáficas e de um componente resultante do retrabalhamento de um TTG antigo. A composição química de granitos de alto-K, por outro lado, indica que esses granitos foram formados através da fusão parcial de protólitos TTG, incluindo metassedimentos Arqueanos. Dados deste estudo corroboram interpretações anteriores de que o magmatismo está ligado a uma mudança fundamental da tectônica do cráton, com a produção de rochas de alto-K em substituição às rochas de médio-K. O magmatismo e tectônica foram responsáveis pela intrusão difundida de grandes corpos sieníticos na porção norte do cráton e pela construção de intrusões máficas-ultramáficas no Complexo Campo Belo a sul do CBH.
Resumo em outra língua: The Belo Horizonte Complex (BHC), exposed in the northern part of the Quadrilátero Ferrífero district, in the southern São Francisco craton, is composed of a migmatitic banded gneiss with schlieren and stromatic structures and mafic enclaves, and intrusive granitoid bodies. Despite intense investigations in the last decade, detailed information regarding geochemistry and isotopic evolution of the complex is limited to a few samples, making it difficult to understand its connection with other basement complexes of the craton. In the present thesis, studies were conducted in the Belo Horizonte Complex (BHC), exposed in the basement of the Quadrilátero Ferrífero district, in the southern São Francisco craton, from new field observations, whole rock geochemistry and isotope (U-Pb, Lu-Hf) investigations. In this work, the heat treatment and chemical abrasion processes implemented at the Federal University of Ouro Preto (UFOP) were presented for the first time, which were carried out in order to clean the damaged and fractured areas and homogenize the parts of the fragments, by means of an acid wash in the zircon crystals promoting the removal of these domains and resulting in a less altered grain.We take advantage of the CA-LA-ICP-MS technique to investigate in great detail the textural features of approximately 300 zircons, and to provide U-Pb ages and Hf isotopic data for 15 samples collected throughout the complex, aiming to reveal details of the partial melting events that preceded the cratonic stabilization. Field observations and CA-LA-ICP-MS U–Pb zircon ages and Hf isotope compositions obtained from migmatitic orthogneisses and granitoids from the Belo Horizonte Complex, southern São Francisco Craton, indicate a major period of partial melting and production of felsic rocks in the Neoarchean. Our observations show that the complex is an important site for studying partial melting processes of Archean crystalline crust. Much of the complex exposes fine-grained stromatic migmatites that are intruded by multiple leucogranitic veins and sheeted dikes. Both migmatites and leucogranite sheets are crosscut by several phases of granitoid batholiths and small granitic bodies; both of which are closely associated with the host banded gneisses. Chemical abrasion followed by detailed cathodoluminescence imaging revealed a wide variety of zircon textures that are consistent with a long-lived period of partial melting and crustal remobilization. Results of U-Pb and Hf isotopes disclose the complex as part of a much wider crustal segment, encompassing the entire southern part of the São Francisco Craton. Compilation of available U-Pb ages suggests that this crustal segment was consolidated sometime between 3000 and 2900 Ma and that it experienced three main episodes of partial melting before stabilization at 2600 Ma. The partial melting episodes took place between 2750 and 2600 Ma as a result of tectonic accretion and peeling off the lithospheric mantle and lower crust. This process is likely responsible for the emplacement of voluminous potassic granitoids across the entire São Francisco Craton. In this sense, understanding the composition of Archean terrains leads to substantial understanding of the evolution of the planet. We apply LA-ICP-MS trace element analyses on pressed powders to investigate the evolution Belo Horizonte Complex. This technique can be used to constrain the large suite of geologically relevant trace elements with high precision and accuracy. Data from the Belo Horizonte Complex indicated two main groups of granitoids: medium-K gneisses and granitoids and high-K granites. Both the medium- and high-K granites have a wide range of major and trace element compositions, with geochemical characteristics that are similar to TTGs and biotite and two-mica granites, generated by reworking of ancient continental crust. High-K rocks display a distinct trace element composition with higher LREE content, higher incompatible element content, higher Ba, Sr, and LaN/YbN content, and significant Eu anomalies. Our study aggress with previous investigation that Medium-K rocks were created by mixing an end-member obtained from partial melting of metamafic rocks and a component resulting from reworking of older TTG. The chemical composition of high-K granites, on the other hand, indicates that these granites were formed by partial melting of TTG protoliths xix including some Archean metasediments. Data from this study support previous interpretations that the magmatism is linked to a fundamental shift in the tectonics of the craton. Such magmatism and tectonics were responsible for the widespread intrusion of large syenitic bodies in the northern part of the craton, and the construction of layered mafic-ultramafic intrusions to the south of the BHC.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15200
Licença: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 24/08/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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