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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2022.tde-19082022-081700
Documento
Autor
Nombre completo
Mariana Robertti Ambrosio
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2022
Director
Tribunal
Azzone, Rogério Guitarrari (Presidente)
Chmyz, Luanna
Vilalva, Frederico Castro Jobim
Andrade, Sandra
Ruberti, Excelso
Título en inglés
The crustal assimilation in alkaline basic magmas: the Ponte Nova mafic-ultramafic massif and dikes/plugs of the Mantiqueira Range (SP-MG), Brazil
Palabras clave en inglés
Alkaline magmas
Crustal assimilation
Sr isotope analyses
Thermodynamic model
Resumen en inglés
This study aimed to investigate the impact of crustal assimilation on the SiO2- undersaturated Cretaceous alkaline rocks emplaced in the Mantiqueira mountain range in the northern sector of the Serra do Mar alkaline Province, southeastern Brazil. The focus was the most contaminated intrusions of the Ponte Nova alkaline massif, PNAM, the cumulate western intrusion (WI) and the porphyritic southern satellite intrusion (SSA), as well as the nearby basic/intermediate dikes and plugs. The study of disequilibrium textures, mineral chemistry and Sr isotope ratio in plagioclase and alkali feldspar crystals were employed to infer the processes occurred in different stages of magma evolution of PNAM in shallow crustal depths. The mineral isotope analyses were carried out using polytetrafluoroethylene filter and holder device to combine Laser Ablation (LA) as the sampling technique with Thermal Ionization Mass Spectrometry (TIMS). The chemical patterns observed in crystals were interpreted as the effect of AFC in the main stage of the evolution and the competition between AFC and magma recharge in the following stage. The sharp transition between core and rim of feldspar crystals and the disequilibrium textures of the respective cores reinforce mainly the abrupt chemical change of the system during their crystallization. SSA (represented by nepheline-bearing monzogabbros and nephelinebearing melamonzonites) may represent a magma recharge that came after the SSA-nph-mz (nepheline-bearing monzonites) emplacement, however the intrusion did not achieve the complete homogeneity as the petrographic and chemical data indicate. Assimilation of partial melt of crustal xenoliths and from the wall rock were pointed out as two mechanisms responsible for the PNAM contamination in agreement with previous studies. According to the results of modeling by Magma Chamber Simulator (MCS), the presence of Ba-rich minerals in the PNAM, especially Ba-rich feldspars, may be resultant of extensive fractional crystallization of enriched primitive melts and increase of SiO2 activity by crustal assimilation. The patterns of Ba and Sr composition observed in plagioclase corresponds to those simulated using logDBa or Sr pl/melt as a function of 1/T rather than constant coefficient values. The degree of scattering of trace element data in the analyzed crystals may be related to the disequilibrium crystallization and chemical heterogeneities in the magma chamber. The studied basic/intermediate dikes and plugs varies from phonotephrite to tephriphonolite or trachyandesite to trachyte. The interaction of them with the acid wall rock in shallow depth of the crust is observed by their sinuous contacts and the presence of rounded crustal xenolith hosted in the alkaline rocks. The dikes and plugs are emplaced mainly in Precambrian batholith of Serra da Água Limpa and subordinately in the PNAM or in the medium-grained hololeucogranite which age (579.5 Ma) was obtained with U-Pb dating of zircon crystals. The occurrence of (open or closed) monomineralic or polymineralic glomerocrysts in dikes and plugs suggests that magmas were stored in a magma chamber environment before ascending. Major- and trace-element contents of whole rock show that the magmas passed by extensive fractional crystallization of mafic minerals before reaching the shallower depth of the crust. The data fall in the field limited by magma mixing curves (basanite x silicic melts) constructed with ratios of highly incompatible elements (e.g., Nb/Pb, Th/Pb x Rb/Sr) or isotopes ((87Sr/86Sr)i x (143Nd/144Nd)i). AFC modeled by thermodynamic software (MCS) starting with a basanite magma supports that the crustal contamination has taken place mainly in upper crust (granitoid) where the partial melting could be greater under specific circumstances (e.g., earlier crustal heating, steep geotherm) rather than in lower crust (granulite). Likewise, part of data for major element oxides lies on the field formed with AFC and FC/magma mixing curves obtained by MCS. On other hand, AFC curves constructed using trace-element ratios (e.g., Nb/Pb, Th/Pb) do not reach most sample data likely due to the effect of mineral crystallization on the ratios used and the model uncertainties added in the selection of starting composition of the subsystems (main magma and wall rock) and trace-element partition coefficients. This study proposes that the crustal assimilation of dikes and plugs may have occurred during the magma ascent and possibly in a magma chamber in the upper crust. Among the factors that may have caused the lower level of crustal contamination of dikes and plugs compared to that found in WI and SSA/SSA-mz, it is cited the laminar regime of magma flow, the presence of chilled margin and the lower time of contact between magma and wall rock.
Título en portugués
Assimilação crustal de magmas básicos alcalinos: O maciço alcalino máfico-ultramáfico Ponte Nova e diques/plugs da Serra da Mantiqueira (SP-MG), Brasil
Palabras clave en portugués
Análises isotópicas de Sr
Assimilação crustal
Magmas alcalinos
Modelo termodinâmico
Resumen en portugués
Este estudo investigou o impacto da contaminação crustal em rochas cretáceas alcalinas e subsaturadas em sílica intrudidas na Serra da Mantiqueira no setor norte da Província alcalina da Serra do Mar, no sudeste do Brasil. A investigação abordou as intrusões mais contaminadas do maciço alcalino Ponte Nova, PNAM, a intrusão cumulática do oeste (WI) e a área satélite porfirítica do sul (SSA), como também os diques a plugs básicos a intermediários intrudidos na região. O estudo textural, de química mineral e da razão isotópica de Sr em cristais de plagioclásio e feldspato alcalino foram empregados para inferir os processos ocorridos em diferentes estágios da evolução magmática de PNAM, alojado em uma região rasa da crosta. O método aplicado para as análises isotópicas dos minerais consistiu em armazenar o material amostrado por laser ablation (LA) em um filtro de politetrafluoretileno dentro de um suporte e analisar o material digerido por espectrometria de massa por ionização térmica (TIMS). Os padrões químicos observados em cristais foram interpretados como efeitos de AFC no principal estágio de evolução magmática das duas intrusões estudadas de PNAM e uma competição entre AFC e a recarga de magma no estágio seguinte. A transição abrupta entre o núcleo e a borda dos cristais de feldspato alcalino e a textura de desequilíbrio desses núcleos reforçam, principalmente, a mudança química repentina ocorrida nos sistemas estudados entre a cristalização das duas zonas. SSA, representado por monzogabros com nefelina a melamonzonitos com nefelina, consiste em uma recarga de magma máfico que sucedeu a colocação do SSA-nph-mz (monzonitos com nefelina), entretanto, não houve a mistura completa entre os dois eventos intrusivos de acordo com a interpretação realizada por meio da petrografia e dos dados químicos dos minerais. A assimilação da fusão parcial de xenólitos crustais e da parede da encaixante são apontados como os dois mecanismos responsáveis pela contaminação crustal no PNAM, corroborando com estudos prévios. De acordo com os resultados da simulação realizada com o software Magma Chamber Simulator (MCS), a presença de minerais ricos em Ba no PNAM pode ser resultante da elevada cristalização fracionada do magma primitivo e do aumento da atividade de SiO2 pela assimilação crustal. Os padrões da variação composicional de Ba e Sr observados nos cristais de plagioclásio correspondem aos respectivos padrões simulados pelo uso da relação de logDBa or Sr pl/fundido em função d 1/T em vez de valores constantes de coeficiente de partição. O grau de dispersão nos dados de elementos-traço nos cristais analisados deve estar relacionado à cristalização fora da condição de equilíbrio e à heterogeneidade da câmara magmática. Os diques e os plugs variam entre fonotefrito e tefrifonolito ou entre traquiandesito e traquito. A interação deles com a encaixante ácida em profundidade rasa da crosta é observada pelos contatos sinuosos e a presença de xenólitos crustais arredondados hospedados nas rochas alcalinas estudadas. Os diques e plugs intrudem, principalmente, o batólito Pré-Cambriano da Serra da Água Limpa e, subordinadamente, no PNAM ou no granito com granulação média do qual a idade (579.5 Ma) foi obtida pela datação U-Pb em grãos de zircão. A ocorrência de glomerocristais monominerálicos ou poliminerálicos (fechados ou abertos) sugere que os magmas estudados foram estocados em um reservatório de magma antes da sua ascensão na crosta até a colocação. Conteúdos de elementos maiores e traços na rocha total mostram que os magmas passaram por um elevado fracionamento cristalino de minerais máficos antes de alcançar uma profundidade mais rasa da crosta. Os dados se inserem no limite do campo formado pelas curvas de mistura de magmas (basanítico x magma ácido) construídas com razões de elementos altamente incompatíveis (e.g., Nb/Pb, Th/Pb x Rb/Sr) ou de isótopos ((87Sr/86Sr)i x (143Nd/144Nd)i). O AFC modelado por um software termodinâmico (MCS) a partir do magma basanítico indica que a contaminação crustal ocorreu, principalmente, na crosta superior (granitoide) onde a fusão parcial é maior do que na crosta inferior (granulito) sob circunstâncias específicas como processos prévios de aquecimento da crosta. O campo composicional formado pelas curvas de AFC e FC/ mistura de magma obtidas por meio do software MCS se sobrepõe aos dados em óxidos de elementos maiores. Por outro lado, as curvas de AFC construídas usando razões de elementos-traço (e.g., Nb/Pb, Th/Pb) não atingem a maioria dos dados das amostras, possivelmente, devido ao efeito dos minerais cristalizados nas razões utilizadas e às incertezas do modelo aplicado relacionadas à seleção da composição inicial dos subsistemas (magma principal e encaixante) e do coeficiente de partição de elementos-traço. Este estudo sugere que a assimilação crustal dos diques e plugs deve ter ocorrida durante a ascensão do magma e, provavelmente, em uma câmara magmática na crosta superior. Entre os fatores que podem ter causado o nível mais baixo de assimilação crustal nos diques e plugs comparado àquele observado em WI e SSA/SSA-mz, podem ser citados o predomínio de um fluxo laminar de magma, a presença de margem resfriada no contato e o menor tempo de interação entre o magma e a encaixante.
 
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Fecha de Liberación
2024-06-07
Fecha de Publicación
2022-08-19
 
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