A presente tese tem como objetivo principal avaliar a proveniência sedimentar e a origem de concreções carbonáticas do Grupo Passa Dois na borda leste da Bacia do Paraná. Para alcançar esses objetivos, realizaram-se primeiramente levantamentos de campo para a análise faciológica detalhada das unidades estudadas. Foram selecionadas três áreas-alvo: o Domo de Lages e a Serra do Rio do Rastro em Santa Catarina; e a região de Porangaba, no estado de São Paulo. As análises de U-Pb e Lu-Hf em zircões detríticos das formações Serra Alta, Teresina e Rio do Rasto, aliadas aos seus dados de paleocorrentes, possibilitaram a elaboração de um modelo paleogeográfico complexo associado com os padrões de dispersão de sedimentos vigentes durante o Permiano da Bacia do Paraná e de áreas adjacentes do sudoeste de Gondwana. Neste contexto, o arco magmático Gondwanides, localizado na margem sul de Gondwana e ativo à época de deposição do Grupo Passa Dois, atuou como importante área-fonte, fornecendo sedimentos de idade permo-carbonífera. As faixas móveis brasilianas/pan-africanas (Ribeira, Dom Feliciano, Damara e Namaqua-Natal), cujas áreas expostas bordejavam a borda leste da Bacia do Paraná durante o Permiano e também atuaram como importantes áreas-fonte de sedimentos. A reciclagem de rochas metassedimentares e sedimentares pretéritas, como os quartzitos cambrianos e devonianos da Faixa Dobrada Ventania e os arenitos neosilurianos-devonianos da Formação Sierra Grande no Maciço Norte Patagônico, foi igualmente um dos importantes processos responsáveis pelo suprimento de sedimentos para a bacia. Outra importante área- fonte foi o Cinturão Namaqua-Natal na África do Sul e Namíbia, onde ocorrem rochas ígneas máficas a intermediárias grenvillianas. Desta maneira, aportaram na Bacia do Paraná durante o Permiano, sedimentos oriundos de regiões proximais e distais. A partir do Neopermiano, a intercalação de estratos eólicos e fluviais evidencia fortemente o processo gradual de continentalização registrado na Bacia do Paraná durante a transição das Eras Paleozoica e Mesozoica. Portanto, considera- se que durante o Neopermiano e Eotriássico, sistemas aluviais transcontinentais, com origem no arco magmático Gondwanides, progradaram de norte para sul no sentido da área subsidente da Bacia do Paraná, suprindo-a de sedimentos provindos de S, SE e SW. Os isótopos estáveis de carbono e oxigênio em concreções carbonáticas e diques clásticos da Formação Serra Alta evidenciam um sistema de exsudação de metano com origem nos folhelhos ricos em matéria orgânica da Formação Irati. A atividade sísmica intraplaca durante o Permiano, muito provavelmente associada à propagação de esforços compressivos atuantes na borda sul de Gondwana, reativou/formou falhas no embasamento pré-cambriano e na cobertura sedimentar permiana. A sismicidade penecontemporênea à sedimentação permiana induziu a fluidificação de sedimentos inconsolidados e sua posterior injeção forçada nas unidades superiores. Após os processos de falhamentos e injeção de diques clásticos, os caminhos de migração para o escape de metano (CH4) ocorreu principalmente por meio dessas estruturas. As assinaturas isotópicas de carbono das concreções sugerem que sua origem foi relacionada diretamente com o processo de oxidação anaeróbica de metano na zona de transição sulfato-metano na sucessão sedimentar da Formação Serra Alta. Adicionalmente, intercaladas entre os níveis de concreções, estruturas sedimentares induzidas por atividade de micro-organismos foram preservadas na base de brechas carbonáticas. A ocorrência de piritas framboidais nas concreções, com diâmetros entre 4 e 13 ?m, constitui forte evidência para nucleação e crescimento em ambiente anóxico a disóxico. As razões ?18O obtidas, combinadas com dados sedimentológicos, paleontológicos e paleogeográficos, indicam que o mar epicontinental eopermiano que recobriu a Bacia do Paraná durante a sedimentação da Formação Serra Alta possuía conexões restrita ou mesmo inexistente com o Panthalassa. O sistema de exsudação de metano ocorrido durante o Permiano da Bacia do Paraná constitui a mais antiga evidência deste tipo de processo em bacias paleozoicas do continente Sul-Americano. Os isótopos estáveis de oxigênio das concreções carbonáticas do Membro Serrinha (Formação Rio do Rasto), integrados aos dados sedimentológicos das rochas hospedeiras, reforçam a hipótese de que o mar epicontinental que recobriu a referida bacia durante o Neopermiano esteve fortemente influenciado por águas meteóricas. As razões ?13C indicam que os isótopos de carbono foram derivados de uma fonte levemente empobrecida em 13C, suportando ao menos em parte, uma contribuição organogênica, o que é esperado em ambientes oxigenados e influenciados por água meteórica.

The main goals of this thesis are the evaluation of the sedimentary provenance and the birth and growth of carbonate concretions from the Permian Passa Dois Group along the eastern border of the Paraná Basin. To achieve such objectives, detailed columnar sections from the distinct formations of the Passa Dois Group were measured in the Lages Dome, Rio do Rastro and Porangaba areas. The U-Pb and Lu-Hf isotopic signatures of detrital zircons coupled with paleocurrent data from the Serra Alta, Teresina and Rio do Rasto formations, allowed the elaboration of a paleogeographic model for the Paraná Basin and adjacent areas of southwestern Gondwana during the Permian. In this way, the Gondwanides Orogen, which was active during the Permo-Carboniferous, acted as an important source area providing immature detritus to the sediment-routing systems. The Brasiliano/Pan-African mobile belts such as the Ribeira, Dom Feliciano, Damara and Namaqua-Natal, which surrounded the eastern edge of Paraná Basin during Permian times, acted as important sediment source areas. The sedimentary recycling of the Cambrian and Devonian quartzites of the Ventania Fold Belt and the Siluro-Devonian sandstones of the Sierra Grande Formation of the North Patagonian Massif was also a striking process responsible for the sedimentary supply of the Paraná Basin during the Permian. Another significant source area was the Grenvillian igneous rocks of mafic to intermediate compositions from the Namaqua-Natal Belt in South Africa and Namibia. In this way, the sediments that reached the Paraná Basin during the Permian have been subjected to both, short and long distance travels. The stable isotope analyses of micritic calcite cements from carbonate concretions and clastic dikes of the Serra Alta Formation revealed an atypical methane seep system in the Permian Passa Dois Group of the basin. This seep was developed within an epicontinental sea and was fueled by the organic-rich shales of the Irati Formation. The intraplate seismic activity, probably related to the compressional stress along the southern margin of Gondwana, resulted in extensive faulting of Precambrian basement and Permian strata. This syn-sedimentary seismicity induced sediment liquefaction and upward forced injection of fluidized sediments within the Serra Alta sediments. After faulting and clastic dikes emplacement, these structures acted as the plumbing system for methane migration from the Irati organic-rich shales to the Serra Alta Formation. The subtle 13C-depleted carbonate matrix from the Serra Alta concretions suggests that the formation was mediated by microbially-induced anaerobic oxidation of methane coupled with sulfate reduction at the sulfate-methane transition zone. Furthermore, microbially-induced sedimentary structures are recorded in limestones between the concretion-bearing intervals. Unusually large pyrite framboid clusters (~1.5 mm) along the concretions rims indicate establishment of strongly reducing conditions, most likely associated to the expansion of an oxygen minimum zone triggered by increased primary productivity. The presence of the pyrite framboid clusters with 4 to 13 ?m of diameter indicates nucleation and growth under anoxic to lower dysoxic conditions, just below the sediment-water interface. The ? 18O signatures of the early diagenetic concretions, combined with paleontological and sedimentological data and paleogeographic reconstructions suggest that the Passa Dois methane seep system developed within a huge intracontinental basin probably with restricted or no marine connections to the south-southwestward Panthalassa. The Middle Permian seep system of the Paraná Basin is the oldest evidence of methane exudation in the Late Paleozoic basins of the South America continent. The ? 18O signatures suggest that the early diagenetic carbonate concretions precipitated in a shallow freshwater environment rather than in a marine setting. The ? 13C values suggest that the carbon isotopes were derived from a source with slightly depleted 13C, supporting at least a partial organogenic contribution with weak sulfate reduction rates typical of freshwater systems. Sedimentological analysis shows that the epicontinental water body in which the Serrinha Member was deposited was constantly supplied by rivers and meteoric waters, suggesting that an enormous freshwater basin with restricted marine connections to the Panthalassa once existed.