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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2022.tde-10022023-085905
Document
Author
Full name
Lynthener Bianca Takenaka de Oliveira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Basei, Miguel Angelo Stipp (President)
OReilly, Suzanne Yvette (President)
Almeida, Vidyã Vieira de
Malkovets, Vladimir
Nannini, Felix
Grégoire, Michel
Janasi, Valdecir de Assis
Title in English
Origin and composition of the Subcontinental Lithospheric Mantle (SCLM) along the lineament of 125° Azimuth, Brazil
Keywords in English
Diamonds
Kimberlites and related rocks
Metasomatism
Oxygen fugacity
SCLM
Abstract in English
The subcontinental lithospheric mantle (SCLM) plays an essential role in tectonic and metallogenetic processes affecting the continental lithosphere. Kimberlitic, kamafugitic and alkaline-carbonatitic (KKAC) magmas are probes of the SCLM; they may carry mantle xenoliths, xenocrysts and ore-forming elements. Over 700 KKAC intrusions are currently identified on the south-western margin of the São Francisco Craton (SWSFC), within the NW-SE lineament of 125° Azimuth (AZ125). However, the ages of the KKAC rocks and the nature of the SCLM are not well established. Moreover, the diamond content in these rocks is very low, while large volumes and individual gems, commonly >100ct, occur in secondary sources. A re-evaluation of the history of the KKAC magmas combines geochronology with mineralogical/chemical characterization of geochronometers. A critical literature review and new ages demonstrate that inherited xenocrysts and primary minerals occur in the same pipes. The compositions of resistate minerals carry clues on their parental magmas, and microstructural/chemical/isotopic features distinguish maximum vs intrusion ages, refining the main KKAC magmatism at 88-76 Ma. Geochemical data from garnet and spinel xenocrysts in the KKAC magmas reveal a SCLM with typical cratonic model geotherms (37.5-42.5 mW/m2 ) and a lithosphere 110-175 km thick; the mean depth for the Base of the Depleted Lithosphere (BDL) is ca 140 km. Ten unidimensional SCLM sections reveal that fertile lherzolites affected by varying degrees of melt-related metasomatism dominate the SCLM; a few depleted SCLM volumes remain both on- and off-craton. A newly recognized traceelement pattern, the Tecton-lherzolite trend, reflects physical mixing between asthenospheric and lithospheric materials in extensional and/or compressional regimes. The perovskite-based oxygen fugacity of KKAC magmas shows relatively low values, where perovskites with FMQ -2 or below probably represent shallow cumulates from deep-seated magmas. A new oxybarometer based on V/Sc in pyrope garnets (V/Scgnt) was calibrated and key trends of fO2 distribution in cratonic, reworked, and Tecton SCLM were defined. Below the SW-SFC, the V/Scgnt trend reflects a SCLM significantly more reduced than cratonic mantle. The chemical tomography is used for interpretation of seismic and MT data. Lithosphere-scale melt/fluid channels controlled the emplacement of magmas that sampled a relatively thin SCLM with large-scale short-range variability in degrees of depletion/fertility. Local differences in lithosphere thickness might explain the large variety of KKAC magmas in the area. The timing of KKAC magmatism in the AZ125, and perhaps in the Lucapa corridor (Angola), may represent a far-field response to the South Atlantic opening. The Archean SCLM below the SW-SFC was progressively modified by several tectonothermal events linked to intense metasomatism and refertilisation, representing craton-margin lithospheric erosion and asthenosphere-SCLM mixing during continental collision and post-rifting continental magmatism. Types I, II and CLIPPIR diamonds found in secondary sources are survivors of those processes, sampled by numerous low-grade, but potentially high-value, KKAC pipes. These findings imply new exploratory paradigms for diamond exploration and perhaps exploration for magmatic ores in the SW-SFC.
Title in Portuguese
Origem e composição do manto litosférico subcontinental (MLSC) ao longo do lineamento do azimute 125°, Brasil
Keywords in Portuguese
não disponível
Abstract in Portuguese
O manto litosférico subcontinental (MLSC) tem um papel fundamental em processos tectônicos e metalogenéticos da litosfera. Magmas kimberlíticos, kamafugíticos e alcalino-carbonatíticos (KKAC) podem carregar xenólitos e xenocristais do manto, e elementos formadores de depósitos. Mais de 700 intrusões KKAC foram identificadas na margem sudoeste do Craton São Francisco (SW-CSF), parte do lineamento NW-SE do Azimute 125° (AZ125). Entretanto, as idades das rochas KKAC e a natureza do MLSC não são bem estabelecidas. Além disso, o conteúdo de diamantes nessas rochas é muito baixo, enquanto grandes volumes e gemas individuais, comumente >100 ct, ocorrem em fontes secundárias. Uma reavaliação da história dos magmas KKAC combina geocronologia com caracterização mineralógica/química de geocronômetros. Revisão bibliográfica e novas idades demonstram que xenocristais herdados e minerais primários ocorrem em mesmos corpos. A composição de minerais resistatos carrega pistas sobre seus magmas parentais, e feições microestruturais/químicas/isotópicas permitem a distinção entre idades máximas e de intrusão, refinando o intervalo do magmatismo KKAC para 88-76 Ma. Dados geoquímicos de xenocristais de granada e espinélio revelam um MLSC com geotermas modelo tipicamente cratônicas (37.5-42.5 mW/m2 ) e litosfera de 110-175 km; a espessura média da Base da Litosfera Depletada (BLD) é ca 140 km. Dez seções unidimensionais do MLSC revelam que lherzolitos férteis afetados por variáveis graus de metassomatismo relacionado à melts são predominantes; pequenos volumes de MLSC depletado são encontrados on- e off-craton. Um novo padrão de elementos-traço foi reconhecido, o trend Tecton-lhezorlítico, reflete mistura física entre materiais litosféricos e astenosféricos em regimes extensionais e/ou compressionais. A fugacidade do oxigênio (O2) de magmas KKAC, baseada em perovskita, mostra valores relativamente baixos, onde FMQ -2 ou abaixo representam acumulações de magmas profundos em porções mais rasas da litosfera. Um novo oxibarômetro de V/Sc em granadas piropo (V/Scgnd) foi calibrado e trends específicos de O2 em MLSC cratônico, retrabalhado, e Tecton foram definidos. No SW-SFC, o trend de V/Scgnd reflete um MLSC significativamente mais reduzido do que o manto cratônico. A tomografia química é usada para interpretação de dados de tomografia sísmica e magnetotelúrico. Canais de melts/fluidos em escala litosférica controlaram o encaixe dos KKAC magmas que amostraram um MLSC relativamente fino e com grande variabilidade espacial em larga escala, com relação à graus de depleção/fertilidade. Diferenças locais na BLD podem explicar a grande variedade de magmas KKAC na região. A cronologia e posicionamento do magmatismo KKAC no AZ125, e no corredor Lucapa (Angola), representam respostas intracontinentais distais relacionadas à abertura do Atlântico Sul. O MLSC Arqueano abaixo do SW-CSF foi progressivamente modificado por vários eventos tectonotermais ligados à intenso metassomatismo e refertilização, representando erosão litosférica na margem do cráton e mistura astenosfera-MLSC durante colisão e magmatismo continental pós-rifteamento. Diamantes tipos I, II e CLIPPIR encontrados em fontes secundárias sobreviveram à estes processos e foram amostrados por inúmeros corpos KKAC de baixo-grau, mas com potencial alto valor. Estas descobertas implicam em novos paradigmas exploratórios para diamantes e outros depósitos magmáticos no AZ125.
 
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Release Date
2024-11-29
Publishing Date
2023-02-10
 
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