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Title: Repeated partial melting events in polymetamorphic Carlos Chagas Batholith : implications for tectono-metamorphic evolution of the Araçuaí orogen, southeastern Brazil.
Authors: Melo, Marilane Gonzaga de
metadata.dc.contributor.advisor: Lana, Cristiano de Carvalho
Stevens, Gary
Keywords: Orogenia - Araçuai
Granada - mineral
Isotopos
Minerios de zirconio e monazita
Issue Date: 2016
metadata.dc.contributor.referee: Lana, Cristiano de Carvalho
Queiroga, Gláucia Nascimento
Nalini Júnior, Hermínio Arias
Hartmann, Leo Afraneo
Basei, Miguel Ângelo Stipp
Citation: MELO, Marilane Gonzaga de. Repeated partial melting events in polymetamorphic Carlos Chagas Batholith : implications for tectono-metamorphic evolution of the Araçuaí orogen, southeastern Brazil. 2016. 202f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.
Abstract: O orógeno Araçuaí (OA) localizado no sudeste do Brasil e sua contraparte africana (cinturão Congo Ocidental) constituem o sistema orogênico Brasiliano Pan Africano desenvolvido entre as paleocontinentes Congo e São Francisco. O orógeno Araçuaí registra uma sucessão notável de eventos de produção de granitos no espaço e no tempo, que engloba desde os primeiros plútons pré-colisionais (~ 630 Ma) até as mais recentes intrusões pós-colisionais (~ 480 Ma). Este estudo investiga a petrogênese do batólito Carlos Chagas (BCC), um enorme corpo (~ 14.000 km2) composto por granitos do tipo S atribuídos ao plutonismo colisional (supersuíte G2) na região de retro arco do OA, a leste do arco magmático Rio Doce. BBC estende-se em uma direção N-S entre as latitudes 17 ° S e 19°30'S, nos estados de Espírito Santo, Minas Gerais e Bahia. BBC inclui predominantemente granitos ricos em granada que em biotita, em que três assembleias minerais podem ser identificadas: 1) Qz + Pl + KFS + Bt + Grt + Ilm ± Rt; 2) Qz + Pl + KFS + Bt + Grt + Ilm + Sil; e 3) Qz + Pl + KFS + Bt + Grt + Ilm + Sil + Spl. As rochas que contêm as assembleias 2 e 3 contêm duas gerações de granadas. Evidências microestruturais para a presença de melt são identificadas em todas as amostras estudadas, tais como: inclusões de melt silicático em granadas poiquiloblásticas, finos filmes de melt pseudomorfizados ao redor de ambas gerações de granada, “piscinas” de melt adjacentes a granada e biotita, além de plagioclásio e quartzo com formas cuspade a lobulados que ocorrem entre os grãos da matriz. Ambas gerações de granada (Grt1 e Grt2) não apresentam zoneamento em termos de elementos maiores e contêm pequenas inclusões arredondadas de biotita rica em Ti. Além disso, os cristais Grt2 também contêm inclusões de remanescentes agulhas de sillimanita. Evidências microestruturais, em combinação com a química mineral, indicam que os cristais de granada cresceram durante dois eventos metamórficos/anatéticos distintos, como produtos peritéticos de reações de fusão parcial em regime de fluido ausente que consumiram biotita, quartzo e plagioclásio, no caso de Grt1, e que consumiram biotita, quartzo, plagioclásio e silimanita, no caso de Grt2. Pseudoseções calculadas via Theriak-Domino forneceram novas condições metamórficas para a região do retro arco do OA. Dados da assembleia mineral 1 sugerem que o primeiro evento metamórfico de fácies granulito (M1) ocorreu a temperaturas de 790-820 ºC e pressões de 9.5-10.5 kbar, enquanto a assembleia mineral 2 registra condições PT para um segundo metamorfismo de fácies granulito (M2) a aproximadamente 770 ºC e 6.6 kbar. Dados do termômetro Ti em zircão são consistentes com modelamento metamórfico, indicando que os dois eventos metamórficos no batólito atingiram condições de fácies granulito. Variadas idades foram encontradas em grãos de monazita e zircão (> 825 Ma a 490 Ma) das rochas do BCC, registrando uma complexa história de reciclagem crustal e herança, cristalização magmática e anatexia durante a evolução do OA. Os zircões magmáticos (~ 582 Ma) mostram composição isotópica de Hf e padrões de ETR similar aos dos núcleos herdados (825-600 Ma), indicando que a assinatura química destes cristais provavelmente foi herdada da fonte. Idades U-Pb e razões iniciais 176Hf/177Hf dos domínios de zircões anatéticos e/ou metamórficos são consistentes com dois estágios metamórficos caracterizados por processos de crescimento/sobrecrescimento e recristalização de grãos de zircão durante a orogenia. O episódio metamórfico mais antigo (570-550 Ma) é caracterizado pelo sobrecrescimento anatético em núcleos mais velhos e pelo crescimento de novos cristais de zircão anatético. Ambos os domínios têm elevados valores iniciais de 176Hf/177Hf em comparação com núcleos mais antigos e exibem padrões de ETR típicos de zircão que cresceu simultaneamente com granada peritética (Grt1) através de reações de fusão parcial em regime de fluido ausente. Idades U-Pb obtidas em grãos de monazita e zircão (569-552 Ma) inclusos na Grt1, corroboram a interpretação de que os cristais Grt1 cresceram durante o primeiro episódio anatético. Composição isotópica de Hf e evidências químicas indicam que um segundo episódio anatético (535-500 Ma) é registrado em parte das rochas do batólito (assembleias 2 e 3). Nestas rochas, o crescimento e/ou sobrecrescimento de novos zircões anatéticos é marcado por elevada razão inicial de 176Hf/177Hf e também pela geração da Grt2, como indicado pelas observações petrográficas e padrões de ETR. Por outro lado, algumas rochas têm grãos de zircão formados por processos de recristalização no estado sólido de zircão préexistente, que exibem composição isotópica de Hf similar àqueles domínios magmáticos/herdados. O evento M1 é associado ao espessamento crustal e anatexia no batólito. O evento M2 pode ser associado a ascensão da astenosfera durante o colapso gravitacional do orógeno. Isto produziu anatexia em partes do BCC que tinham sido refertilizado ao longo de zonas de cisalhamento após o primeiro evento de fácies granulito.
metadata.dc.description.abstracten: The Araçuaí orogen (AO), located in the southeastern Brazil, and its African counterpart, the West Congo belt, is part of the Pan-African-Brasiliano orogenic system developed between the Congo and São Francisco paleocontinents. From the earliest (ca. 630 Ma) pre-collisional plutons to the latest (ca. 480 Ma) post-collisional intrusions, the Araçuaí orogen records an outstanding succession of granite production events in space and time. This study investigates the petrogenesis of the Carlos Chagas batholith (CCB), a very large body (~ 14,000 km2) composed of S-type granites ascribed to the collisional plutonism (G2 supersuite) in the back-arc region of the AO, to the east of the Rio Doce magmatic arc. CCB extends in a N-S direction between latitudes 17°S and 19°30’S in the states of Espírito Santo, Minas Gerais and Bahia. The CCB includes a dominant granite richer in garnet than in biotite, in which three mineral assemblages can be identified: 1) Qz + Pl + Kfs + Bt + Grt + Ilm ± Rt; 2) Qz + Pl + Kfs + Bt + Grt + Ilm + Sil; and 3) Qz + Pl + Kfs + Bt + Grt + Ilm + Sil + Spl. Rocks which contain mineral assemblage 2 and 3 all contain two generations of garnet. Textural evidence for the presence of former melt, recognized in all studied CCB samples, includes: silicate melt inclusions in poikiloblastic garnet, pseudomorphed thin films of melt surrounding both generations of garnet, pseudomorphed melt pools adjacent to garnet and biotite, and plagioclase and quartz with cuspatelobate shapes occurring among matrix grains. Both generations of garnet crystals (Grt1 and Grt2) are unzoned in terms of major element concentration, contain small rounded inclusions of Ti-rich biotite and, in addition, the Grt2 crystals also contain inclusions of remnant sillimanite needles. Microstructural evidence, in combination with mineral chemistry, indicates that the garnet crystals grew during two distinct metamorphic-anatectic events, as the peritectic products of fluid-absent melting reactions which consumed biotite, quartz and plagioclase, in the case of Grt1, and which consumed biotite, quartz, plagioclase and sillimanite in the case of Grt2. P-T pseudosections calculated via Theriak-Domino, in combination with U-Pb monazite and zircon dating, provide new constraints on the thermal evolution of the back-arc region of the Araçuaí orogen. Data from assemblage 1 suggests P-T conditions for the first granulite-facies metamorphic event (M1) at 790-820 ºC and 9.5- 10.5 kbar, while the assemblage 2 records P-T conditions for a second granulite-facies metamorphism (M2) of around 770 ºC and 6.6 kbar. Ti-in-zircon thermometry is consistent with the phase equilibrium modelling, indicating that the two metamorphic events in the batholith reached granulite facies conditions. A wide range of monazite and zircon ages (> 825 Ma to ca. 490 Ma) have been found in CCB rocks, recording a complex history of crustal recycling and inheritance, magmatic crystallization and anatexis during the evolution of the AO. 582 Ma magmatic zircons are marked by similar Hf isotope compositions and REE patterns to those of inherited cores (ca. 825-600 Ma), indicating that the chemical signature of these crystals has likely been inherited from the source. The U-Pb ages and initial 176Hf/177Hf ratios from anatectic and/or metamorphic zircon domains are consistent with a two stage metamorphic evolution marked by contrasting mechanisms of zircon growth and recrystallization during the orogeny. The oldest metamorphic episode (ca. 570-550 Ma) is recorded by development of thin anatectic overgrowths on older cores and by growth of new anatectic zircon crystals. Both domains have higher initial 176Hf/177Hf values compared to relict cores and display REE patterns typical of zircon that grew contemporaneously with peritectic Grt1 through biotite-absent fluid partial melting. U-Pb ages obtained in monazite and zircon (ca. 569-552 Ma) included in Grt1, further support the interpretation that the Grt1 crystals grew during the first anatectic episode. Hf isotopic and chemical evidences indicate that a second anatectic episode (ca. 535-500 Ma) is only recorded in part from the CCB rocks (assemblage 2 and 3). In these rocks, the growth of new anatectic zircon and/or overgrowth is marked by high initial 176Hf/177Hf values and also by generation of Grt2, as indicated by petrographic observations and REE patterns. On the other hand, some rocks have zircon grains formed by solid-state recrystallization of pre-existing zircon, which exhibit similar Hf isotope composition those to inherited/magmatic core domains. The M1 event likely corresponds to the striking crustal thickening and widespread anatexis in the CCB. The M2 event can be associated to asthenosphere upwelling during extensional thinning and gravitational collapse of the orogen, this produced anatexis in parts from the CCB that had been re-fertilized by retrogression along shear zones following the first granulite facies event.
Description: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/7136
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor, 17/01/2017, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta.
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