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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.2018.tde-26042018-093309
Documento
Autor
Nome completo
Mauricio Pavan Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Moraes, Renato de (Presidente)
Araujo, Carlos Eduardo Ganade de
Duarte, Beatriz Paschoal
Florisbal, Luana Moreira
Martins, Lucelene
Título em português
Modelagem termodinâmica de fusão parcial e metamorfismo em condições de fácies granulito: exemplo do complexo Itatins, SP
Palavras-chave em português
Geocronologia
Geologia
Petrologia metamórfica
Resumo em português
No presente trabalho são apresentados os resultados da modelagem da fusão parcial a partir de composições químicas ideais de grauvaca, folhelho e granodiorito visando estabelecer uma metodologia para o estudo de rochas da fácies granulito submetidas à fusão parcial usando o programa THERMOCALC. Os resultados são comparados à rochas ortoderivadas do Complexo Itatins, Faixa Ribeira Meridional, SP. O complexo está localizado na junção dos terrenos tectono-estratigráficos Embu, Curitiba e Costeiro e é constituído por dois tipos principais de rochas: (i) biotita granulito félsico e (ii) paragnaisse migmatítico estromático, ambos apresentando alta taxa de fusão parcial, registrado pela alta proporção de leucossoma observado no campo e com a presença frequente de rafts de granulito máfico. A estimativa da variação composicional do líquido anatético e das condições de metamorfismo foi feita através da modelagem metamórfica usando o programa THERMOCALC. As composições do líquido anatético e do resíduo correspondente foram calculadas a partir de duas composições ideais de rochas sedimentares. Essa técnica permitiu avaliar como ocorre a variação composicional dos produtos de fusão parcial ao longo do aquecimento isobárico em duas condições: sistema aberto (com extração do líquido anatético e modificação da composição modelada) e sistema fechado (com acumulação do líquido anatético e sem modificação da composição modelada). Os resultados indicam que o líquido gerado possui composição granodiorítica a granítica, com teores de K2O aumentando progressivamente conforme K-feldspato e biotita são consumidos. No sistema aberto, o K-feldspato permanece estável em um intervalo maior de temperatura. As associações minerais de fácies granulito variam de acordo com o protolito, tendo ortopiroxênio como fase diagnóstica para a grauvaca. No caso do folhelho, não há uma fase que seja diagnóstica no intervalo P-T estudado, pois ortopiroxênio é estável só em condições de pressão inferiores a 0,3 GPa. Porém no sistema aberto, a presença de espinélio marca as condições de metamorfismo granulítico. A alta taxa de fusão parcial registrada e os indícios de que houve extração do líquido anatético indicam que a composição do protolito não foi preservada, sendo necessária a adoção de uma composição ideal. A partir de critérios petrográficos foi selecionada a composição de um granodiorito (material de referência JG-1 - Imai et al., 199) para a modelagem. Como a composição dos minerais analisados no biotita granulito félsico eram distintas daquelas geradas no modelo, foi feito um ajuste na razão XFe (Fe²+/Fe²++Mg) da composição modelada de 0,550 para 0,649. As condições P-T de pico metamórfico para o Complexo Itatins são de 0,86 ± 0,14 GPa e 858,5 ± 13,5 °C, o que corresponde a um evento dínamo-termal ocorrido na base da crosta continental, com geoterma aparente de 25 °C.km-1. Como a quantidade de líquido anatético necessária para a formação da proporção de leucossoma observado no campo é maior do que aquela prevista pelo modelo (com uma diferença de aproximadamente 40%), interpretase que houve a entrada de aproximadamente 7,21 mol. % de H2O na rocha (cerca de 2,0 % em peso), o que tornou a composição mais fértil para geração de líquido anatético. As composições de líquido anatético e do resíduo modeladas possuem valores inferiores de K2O e de XFe e superiores de CaO+Na2O que as amostras do biotita granulito félsico e do leucossoma. Essa tendência pode ser explicada pela atuação da cristalização fracionada na formação dos leucossomas, fracionando K2O no líquido e cristalizando plagioclásio na fração não segregada. Dados de ETRs e U-Pb em zircão indicam que os núcleos tem assinatura ígnea e foram formados durante o Paleoproterozoico, entre 2.158 e 2.139 Ma (intercepto superior), com idade concórdia de 2.137,2 ± 4,6 Ma. As bordas sobrecrescidas apresentam padrão ETR leves sem anomalia negativa de Pr e Nd, a qual é descrita na literatura como relacionada a recristalização em ortognaisses. Dados U-Pb nas bordas do zircão forneceram resultados entre 628 e 594 Ma (intercepto inferior), com idade concórdia 628,2 ± 4,6 Ma. Os resultados obtidos para o biotita granulito félsico permitem a interpretação de que o Complexo Itatins possa ser correlacionado ao Complexo Serra Negra, integrante do Cráton Luis Alves. Dessa forma o Complexo Itatins corresponderia à margem do cráton, retrabalhada no Neoproterozoico, durante a colagem de terrenos que consolidou o continente Gondwana Ocidental.
Título em inglês
not available
Palavras-chave em inglês
not available
Resumo em inglês
This thesis presents the results of metamorphic modeling of the partial melting of ideal bulk compositions of graywacke, shale, and granodiorite, to establish a methodology for the study of granulite facies rocks using the software THERMOCALC. The results are compared to ortho-derived rocks from Itatins Complex, Southern Ribeira Belt, State of São Paulo. The complex is located at the junction of the tectonostratigraphic terranes Embu, Curitiba, and Costeiro, being composed of two main types of rocks: (i) biotite felsic granulite and (ii) stromatic migmatite paragneiss. Both rocks show a high degree of partial melting, marked by the widespread presence of leucosome, and frequent occurrence of rafts of mafic granulite. The estimated variation of the composition of the anatectic melt and the calculation of the P-T conditions of the metamorphism were calculated using THERMOCALC. The compositions of the anatectic melt and the residue counterpart were calculated for two ideal compositions of sedimentary rocks. This approach allowed the evaluation of how the composition of the products from partial melting changes during an isobaric heating path in two scenarios: opensystem (with the extraction of the anatectic melt and modification of the bulk composition) and closed-system (with the accumulation of the anatectic melt and no changes in bulk composition). The results indicate the anatectic melt has granodiorite to granite composition, with increasing content of K2O, as melting reactions consume K-feldspar and biotite. In opensystem, K-feldspar becomes stable up to higher temperatures. The mineral assemblage of granulite facies metamorphism changes in response to the protolith, with orthopyroxene as the main phase of the graywacke bulk composition. For the shale bulk composition, there is not a diagnostic phase for the P-T interval modeled, as orthopyroxene is stable only at pressure below 0.3 GPa. However, for the open-system, the presence of spinel marks the conditions for granulite facies metamorphism. The high degree of partial melting recorded in the rocks of Itatins Complex and the indications of the extraction of the anatectic melt suggest a modification of the protolith's bulk composition. Because of this modification, it is necessary to adopt an ideal composition (reference material JG-1, from a granodiorite), selected by petrographic criteria. As the composition of the minerals from the biotite felsic granulite is different from those calculated modeled from the JG-1 bulk composition, the XFe (Fe²+/Fe²++Mg) was modified from 0.550 to 0.649. The P-T conditions of the metamorphic peak are 0.86 ± 0.14 GPa, and 858.5 ± 13.5 °C, which corresponds to a dynamo-thermal event occurred in the lower continental crust, with an apparent geotherm of 25 °C.km-1. As the proportion of anatectic melt necessary to generate the amount of leucosome observed in the outcrops is higher than the predicted by the model (a difference of at least 40 %), we interpret that an influx of 7.21 mol. % of H2O (around 2.0 wt. %) in the rock, making it more fertile. The composition of the modeled anatectic melt and residue shows lower values for K2O and XFe and higher values of CaO+Na2O than the samples of biotite granulite and leucosome. The fractional crystallization can explain this difference in compositions during leucosome formation, with the fractionation of K2O from the anatectic melt during plagioclase crystallization in the non-segregated part. REE and U-Pb data in zircon indicate that the core of the crystals had an igneous signature and was formed during the Paleoproterozoic, 2158-2139 Ma (superior intercept), with concordia age of 2137.2 ± 4.6 Ma. The overgrowth rims present LREE composition without the negative anomaly in Pr and Nd, which is related to zircon recrystallization in orthogneiss. Dates from zircon rims are in the interval of 628-594 Ma (lower intercept), with concordia age of 628.2 ± 4.6 Ma. The results from biotite felsic granulite allow the assumption that the Itatins Complex can be related to the Serra Negra Complex, part of the Luis Alves Craton. In this scenario, the Itatins Complex could represent the margin of the craton, reworked in the Neoproterozoic, during the collage of terranes in the assembly of West Gondwana.
 
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Data de Publicação
2018-04-27
 
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