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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.2016.tde-05012016-153129
Documento
Autor
Nome completo
Beatriz Paschoal Duarte
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 1998
Orientador
Banca examinadora
Campos Neto, Mario da Costa (Presidente)
Candia, Maria Angela Fornoni
Ebert, Hans Dirk
Mcreath, Ian
Oliveira, Marcos Aurelio Farias de
Título em português
Evolução tectônica dos ortognaisses dos complexos Juiz de Fora e Mantiqueira na região de Juiz de Fora, MG: Geologia, petrologia e geoquímica
Palavras-chave em português
Brasil
Geologia
Geoquímica
Petrologia
Resumo em português
A área investigada (região de Juiz de Fora) está inserida no contexto do segmento central da Faixa Ribeira gerada no Neo-Proterozóico/Cambriano durante a Orogênese Brasiliana, na borda sul/sudeste do Cráton do São Francisco. Três escamas de empurrão, imbricads de SE para NW, cavalgam o domínio autóctone: Domínio Tectônico Andrelândia (escama inferior), Domínio Tectônico Juiz de Fora (escama intermediária); e Domínio Tectônico Paraíba do Sul (escama superior). As seguintes unidades litológicas ocorrem no Domínio Tectônico Andrelândia: a) rochas metassedimentares do Ciclo Deposicional Andrelândia com intrusões de metabasitos mesoproterozóicos; e b) seu embasamento constituído de ortognaisses e metabasitos associados do Complexo Mantiqueira, cuja história evolutiva remonta ao Arqueano. Quatro associações litológicas compõem o Domínio Tectônico Juiz de Fora: a) paragnaisses pelíticos e semi-pelíticos com paragêneses diagnósticas para a fácies granulito (Unidade Jardim Glória); b) ortognaisses e metabasitos na fácies granilito (Complexo Juiz de Fora); c) rochas metassedimentares (correlatas ao Ciclo Deposicional Andrelândia) e metabasitos associados; e d) ortognaisses da Suíte Quirino-Dorândia (Complexo Paraíba do Sul). Duas rochas granitóides/charnockitóides intrusivas ocorrem: a) biotita gnaisses da Suíte Intrusiva Matias Barbosa; e b) grandas charnockito. Com exceção de sua porção nororeste, onde predominam contatos normais entre as unidades litológicas, a grande maioria dos contatos deste domínio é tectônica, configurando uma interdigitação entre escamas de rochas ortogranulíticas e escamas de rochas metassedimentares. Em face dos limites geográficos da área investigada, o Domínio Tectônico Paraíba do Sul tem expressão areal bastante reduzida, não tendo sido possível seu detalhamento. Duas associações distintas de rochas, englobadas no Complexo Paraíba do Sul, ocorrem neste Domínio: a) ortognaisses da Suíte Quirino-Dorândia; e b) biotita gnaisse bandado de provável origem sedimentar. Os dois domínios tectônicos investigados em maior detalhe (Domínio Tectônico Andrelândia e Domínio Tectônico Paraíba do Sul) mostram evolução metamórfica e estrutural semelhantes. No entanto, importantes diferenças em estilo estrutural ocorrem, o que é interpretado como conseqüência da superposição de diferentes níveis crustais durante intenso encurtamento promovido pela Orogênese Brasiliana. A fase principal de deformação ('D IND.1' + 'D IND.2') foi responsável por: empilhamento estrutural dos domínios tectônicos; dobramentos apertados a isoclinais associados à foliação penetrativa ('S IND.2' ou 'S IND.1' + 'S IND.2'); zonas de cisalhamento associadas à formação de rochas miloníticas; e lineação de estiramento, ora mais, ora menos visível. A fase de deformação tardia ('D IND.3' e 'D IND.4') foi responsável pelo dobramento e arqueamento da foliação principal. Esta fase é bastante heterogênea, gerando zonas de cisalhamento dúcteis-rúpteis que giram e localmente transpõem a foliação penetrativa da fase principal. Falhamentos de componente de movimentação normal também ocorrem associados a esta fase tardia. Dois pulsos metamórficos foram identificados. O mais novo ('M IND.1'), impresso em todos os domínios tectônicos estudados, se desenvolveu contemporaneamente à fase principal de deformação, o que é caracterizado pela materialização de sua paragênese na foliação principal, gerada durante a Orogênese Brasiliana. 'M IND.1' evoluiu sob regime de pressão intermediária e teve ápice térmico durante o desenvolvimento de 'D IND.2'. Para cada domínio, este metamorfismo mostrou ter evoluído sob condições específicas de temperatura e/ou pressão de fluidos. O Domínio Tectônico Andrelândia é caracterizado pelo desenvolvimento de paragêneses da fácies anfibolito superior (zona da sillimanita). O Domínio Tectônico Juiz de Fora registra evidências de que durante 'M IND.1' houve gradientes de temperatura e/ou pressão de fluidos: as rochas metassedimentares sofreram reações de desidratação, enquanto que os ortogranulitos do Complexo Juiz de Fora foram hidratados, principalmente ao longo da foliação principal e zonas de cisalhamento referentes a 'D IND.2'. As rochas metapelíticas (s.s) do Domínio Tectônico Juiz de Fora, em geral não desenvolveram paragêneses inequívocas para fácies metamórfica. Entretanto, nas rochas meta-semipelíticas este metamorfismo desenvolveu paragêneses com ortopiroxênio e processo de fusão parcial a vapor ausente. Com base em dados de campo, análise petrográfica e cálculos geotermobarométricos, o metamorfismo 'M IND.1' evoluiu sob condições de T > 700 - 750 graus C, P entre 6 e 7 Kb e gradientes de 'P IND. H20'. A integração dos dados permitiu a elaboração de modelo metamórfico desenvolvido ao longo de caminho P-T-t horário, com período de descompressão isotérmica. O pulso metamórfico mais antigo ('M IND.o') é somente registrado do Complexo Juiz de Fora e em alguns litotipos do Complexo Mantiqueira, nos quais uma paragênese granoblástica, diagnóstica para a fácies granulito, é claramente anterior ao desenvolvimento da foliação principal Brasiliana e às paragêneses a ela associadas. Enquanto que no Domínio Tectônico Andrelândia ocorrem faixas de pequena espessura e extensão de rochas granulíticas, as paragêneses de 'M IND.o' são registradas em todos os litotipos do Complexo Juiz de Fora, inclusive em leucossomas e paleossomas de litotipos migmatíticos. Cálculos termométricos indicam temperaturas entre 'APROXIMADAMENTE' 800 e 895 graus C para as condições pico do metamorfismo 'M IND.o'.Em função da inexistência de barômetros adequados, as condições de pressão baixa a intermediária (?) deste pulso metamórfico foram avaliadas a partir da composição química do anfibólito em equilíbrio com a paragênese granulítica de 'M IND.o'. A integração dos dados levou à elaboração de um modelo de metamorfismo passivo para 'M IND.o', promovido por fluídos carbônicos e calor provenientes de magma básico acrescionado à base da crosta (underplating) durante um evento distensivo. Foi proposto um caminho P-T-t anti-horário para 'M IND.o', com período de resfriamento isobárico. Os Complexos Juiz de Fora e Mantiqueira são constituídos de rochas que podem ser agrupadas em três trends distintos: 1) rochas iontermediárias a ácidas calcioalcalinas; b) rochas básicas toleíticas; e 3) rochas básicas de afinidade alcalina. A análise quantitativa, dos dados de litogeoquímica mostrou que, para ambas as unidades, a petrogênese das rochas básicas é dissociada daquela das rochas intermediárias a ácidas. A partir de critérios estatísticos e/ou petrológicos, foi possível individualizar suítes e/ou grupos dentro de cada uma destas unidades e efetuar seu modelamento petrogenético com base nos ETR. As rochas calcioalcalinas do Complexo Mantiqueira formam quatro agrupamentos petrogeneticamente distintos e restritos em termos de variação de 'SiO IND.2'. A partir de modelamento geoquímico, processo de fusão parcial crustal é atribuído à gênese de cada uma destes agrupamentos. As rochas básicas toleíticas formam um agrupamento muito heterogêneo, o que é interpretado como geração a partir de fontes diversas. Foram encontradas assinaturas do tipo E-MORB e intra-placa continental. As rochas básicas alcalinas têm assinaturas típicas de ambiente intra-placa e dados de campo apontam para um contexto continental. Dentre as rochas calcioalcalinas do Complexo Juiz de Fora, pode ser individualizada uma suíte relativamente expandida de rochas cogenéticas. Sua gênese é atribuída a um complexo processo de diferenciação magmática, através da associação de cristalização fracionada e assimilação simples. As rochas básicas toleíticas desta unidade formam também um grupo petrogeneticamente heterogêneo entre si e em relação às rochas alcalinas. Esta heterogeneidade é interpretada como função do envolvimento de fontes distintas na gênese dos magmas geradores destas rochas. Dentre as rochas toleíticas ocorrem assinaturas de ambiente oceânico (N-MORB e E-MORB) e intra-placa continental (tipo platô e E-MORB).As rochas alcalinas caracterizam ambiente intra-placa oceânica ou continental. As assinaturas geoquímicas das rochas dos Complexos Juiz de Fora e Mantiqueira mostram-se análogas àquelas de ambientes tectônicos modernos. Ambas as unidades apresentam características químicas de ambientes extensionais (oceânicos e/ou continentais) para as rochas básicas e compressivos (arcos vulcânicos e/ou magmáticos) para as intermediárias e ácidas. Os dados obtidos sugerem que as rochas básicas de ambiente intra-placa representam um estágio tardio na evolução destes Complexos. A integração dos dados obtidos com os disponíveis na literatura mostra que os Complexos Juiz de Fora e Mantiqueira representam unidades litológicas distintas. As importantes diferenças geoquímicas e petrogenéticas identificadas são atribuídas à estabilidade do ambiente tectônico que gerou cada uma destas unidades. O ambiente de formação das rochas do Complexo Mantiqueira, de evolução Arqueana a Paleoproterozóica, era incapaz de gerar e manter câmaras magmáticas. Isto caracteriza grande instabilidade e um regime tectônico rápido, promovidos, provavelmente, por um alto fluxo térmico e um padrão turbulento de correntes de convecção mantélicas. Por outro lado, o ambiente de formação das rochas do Complexo de Juiz de Fora, de evolução Arqueana (?) a Paleoproterozóica, apresentava características tectônicas relativamente mais estáveis e, portanto, era capaz de gerar e manter câmaras magmáticas. Esta relativa estabilidade é atribuída a padrões mais organizados e estáveis de correntes de convecção mantélicas, provavelmente instalados no Paleoproterozóico, quando o fluxo térmico era mais baixo. Integrando os resultados obtidos, propõe-se que o Complexo Juiz de Fora tenha evoluído desde um ambiente compressivo de raiz de arco magmático até um ambiente distensivo que acolheu o metamorfismo granulítico destas rochas, promovido por underplating magmático. O cavalgamento do Domínio Tectônico Juiz de Fora (onde ocorre o Complexo Juiz de Fora) sobre o Domínio Tectônico Andrelândia (onde ocorre o Complexo Mantiqueira) ocorreu durante a Orogênese Brasiliana. Entretanto, suas posições relativas em períodos anteriores não são conhecidas.
Título em inglês
Not available.
Palavras-chave em inglês
Not available.
Resumo em inglês
The study area (Juiz de Fora region) is located within the central segment of the Late Proterozoic (Brasiliano-Panafrican), NE-SW oriented-Ribeira Belt which lies along the SSE border of the São Francisco Craton. Three NW-directed, thrust-driven tectonic domains with cratonward vergence were identified (from bottom to top): Andrelândia Tectonic Domain: Juiz de Fora Tectonic Domain; and Paraíba do Sul Tectonic Domain. The Andrelândia Tectonic Domain is characterised by the Medium Proterozoic metassediments of the so-called Andrelândia Depositional Cycle as well as the Archaeam to Early Proterozoic basement rocks of the Mantiqueira Complex, a typical high-grade metamorphic terrane. The Juiz de Fora Tectonic Domain includes tectonically bounded metasedimentary roks (partially correlated to the Andrelândia Depositional Cycle) and Early Proterozoic to Archaean granulitic orthogneisses of the Juiz de Fora Complex. The metasedimentary units are intruded by granitoid and charnockitoid rocks. The Paraíba do Sul Domain consists of metasedimentary rocks and orthogneisses of the Paraíba do Sul Complex. Owing to the geographic limits of the study area" this domain was not investigated in detail. The Andrelândia and juiz de fora tectonic Domains present similar structural and metamorphic evolution. However their structural styles vary greatly as a result of different crustal levels stacking caused by extreme crustal shortening during the Brasiliano-Panafrican Orogeny. The main phase of deformation ('D IND.1' +'D IND.2') is characterised by: a) structural stacking of tectonic domains; b) tight to isoclinal folding associated to penetrative foliation ('S IND.2' or 'S IND.1' + 'S IND. 2'); c) shear zones associated to the development of mylonitic rocks, and) d) unfrequent mineral lineation. A late phase of deformation ('D IND.3' + 'D IND.4') is related to folding and bending of the penetrative foliation as well as normal faulting and ductile-brittle shear zones which locally transpose the 'D IND.1'+ 'D IND.2' -related penetrative foliation. Two metamorphic events were identified in the study area. The late one ('M IND.1') can be identified in all the studied tectonic domains, being associated to the main phase of deformation. This is characterised by the growth of its mineral paragenesis within the penetrative foliation. 'M IND.1' has evolved under intermediate pressure conditions, reaching thermal peak during the development of 'D IND.2'. This metamorphic event evolved differently in each of the aforementioned domains as a result of distinctive temperature and/or fluid pressure conditions. As such, the Andrelândia Tectonic Domain is characterised by amphibolite facies parageneses (sillimanite zone), whereas The Juiz de Fora Tectonic Domain shows evidence for temperature and/or fluid pressure gradients. For instance, the metasedimentary rocks record dehydration reactions whereas retrogressive hydration reactions along the 'D IND.2' foliation and shear zones appear in the Juiz de Fora Complex granulites. Hardly did the metapelitic gneisses (s.s.) of the Juiz de Fora Tectonic Domain develop metamorphic facies diagnostic parageneses. Nevertheless, the relatively more inmature pelitic gneisses show 'M IND. 1' olthopyroxene-bearing mineral parageneses and evidence of the evolution of vapor-absent partial melting process. Field, petrographic and geothermobarometric data show that 'M IND.1' evolved under the following conditions: Temperature > 700 - 750°c, pressure between 6 and 7 Kb and gradients of fluid ('H IND. 2'O) pressure. A clockwise P-T-t path is proposed for the evolution of 'M IND. 1' metamorphic event The early metamorphic event ('M IND. 0') is recorded on the Juiz de fora Complex rocks and on some of the Mantiqueira Complex lithotypes Such rocks show a granoblastic mineral fabric and granulite facies parageneses are clearly prior to the Brasiliano-Panafrican-related penetrative foliation. Granulites occur as strips within the Mantiqueira Complex, wheareas 'M IND. 0' granulitic parageneses are recorded in all of the Juiz de Fora lithotypes, including leucossomes and paleossomes of migmatitic gneisses. Thermometry data indicate 'M IND.0' thermal peak conditions between ~ 800 - 895°C. Chemical composition of granulitic facies amphiboles point to 'M IND. 0' low to intemediate (?) pressure conditions. Overall, a 'M IND.0' passive metamorphic model seems to have resulted from the heat and 'CO IND. 2' fluids released during an extensional event by underplated basic magma. An anti-clokwise P-T-t path of 'M IND.0' Metamorphism is proposed on the basis of those observations. The Juiz de Fora and Mantiqueira Complexes comprise rocks that can be associated with three different trends: 1) intermediate to acid calc-alkaline rocks; 2) tholeitic basic rooks; and 3) alkaline to transitional basic rocks. Quantitative analysis of lithogeochemical data shows that the petrogenesis of the basic rocks is unrelated to those of the intermediate and acid rocks within both units. Statistical and/or petrological criteria made it possible to define suites and/or groups within each one of those units and to constrain petrogenetic models based mostly on their REE data. The calc-alkaline rocks of the Mantiqueira Complex comprise four petrogenetic different groups which are characterised by limited silica variation. Geochemical modelling suggests that each one of those groups was generated by partial melting of crustal material. Tholeitic basic rocks comprise a heterogeneous group supporting their generation by distinctive source materials as depicted by their E-MORB and intra-continental chondrite normalized REE patterns. The alkaline basic rocks display within-plate geochemical chondritenormalised REE patterns and field data point to a continental setting for this group. A relatively expanded suite of co-genetic rocks was identified among the calc-alkaline group of the Juiz de Fora Complex. lt is related to complex magmatic diffentiation processes, involving both fractional crystallization antl bulk assimilation. Tholeitic basic rocks comprise a heterogeneous petrogenetic group. This heterogeneity seems to the involvement of distinctive source materials since those tholeites display typical N-MORB and E-MORB as well as intra-continental chondrite-normalised REE patterns. Chondrite-normalised REE patterns of the alkaline rocks point to a within-plate (oceanic and/or continental) setting. The geochemical characteristics of the Juiz de Fora Complex and Mantiqueira Complex rocks and those found in modern tectonic settings are alike. Some of the basic rocks of both units display chemical signatures of extensional tectonic settings whereas intermediate to acid rocks present typical patterns of compressive settings (volcanic and/or magmatic arcs). Some tholeitic basic rocks of the Juiz de Fora Complex seem to be ocean floor basalts. Field data suggest that basic rocks of within-plate settings represent a late stage in the evolution of those complexes. As a result of this research, the Juiz de Fora and Mantiqueira Complexes were defined as distinctive Iithological and petrogenetic units. The main geochemical and petrogenetic differences may have largely resulted from differerences in their respective tectonic regimes. As such, the Archaean to Early Proterozoic Mantiqueira Clomplex seems to have been associated with a tectonic setting unable to maintain long-standing magma chambers. This relatively instability and dynamic tectonic setting could have resulted from high hat flow and a turbulent regime of mantle convection current patterns. On the other hand, the tectonic setting in which the Archaean (?) to Early Proterozoic rocks of the Juiz de Fora Complex were formed seems to have been associated to relatively stable tectonic conditions capable of maintaining longstanding magma chambers. This comparratively stable tectonic setting is thought to have resulted from a relatively more uniform and stable mantle convection current patterns (probably established during the Early Proterozoic, under lower heat flow conditions). Data indicate that the Juiz de Fora Complex evolved from a compressive magmatic arc tectonic setting to an extensional setting where granulite facies metamorphism was caused by magmatic underplating. Thrusting of the Juiz de Fora tectonic Domain over the Andrelândia Tectonic Domain occurred during the Brasiliano-Panafrican Orogeny. Wowever, the relative positions of the Juiz de Fora and Mantiqueira Complexes prior to the thrusting event are unknown.
 
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Data de Publicação
2016-01-06
 
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