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Title: Archean evolution of the southern São Francisco craton (SE Brazil).
Authors: Albert, Capucine
metadata.dc.contributor.advisor: Lana, Cristiano de Carvalho
Farina, Federico
Keywords: Quadrilátero Ferrífero - MG
Geologia estratigráfica - arqueano
Geologia isotópica
Issue Date: 2017
metadata.dc.contributor.referee: Lana, Cristiano de Carvalho
Gerdes, Axel
Storey, Craig Darryl
Cipriano, Ricardo Augusto Scholz
Pimentel, Márcio Martins
Citation: ALBERT, Capucine. Archean evolution of the southern São Francisco craton (SE Brazil). 2017. 269 f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2017.
Abstract: Os continentes modernos são fundamentalmente diferentes de suas contrapartes Arqueanas, devido à influência de um manto substancialmente mais quente sobre a produção e as propriedades reológicas da crosta no início da Terra. Particularmente, a natureza e a composição do registro de rochas ígneas sofreram modificações significativas no final do eon Arqueano, atestando mudanças importantes nos processos geodinâmicos. Este trabalho concentra-se nas rochas granitóides posicionadas na porção sul do craton São Francisco no sudeste do Brasil. Uma combinação de observações de campo e petrográficas, geoquímica de rocha total e análises de isotópicas (U-Pb, Lu- Hf, O e B) foram realizadas para um melhor entendimento nos mecanismos que levaram à formação e estabilização deste bloco cratônico, além de compreender as modificações geodinâmicas globais ocorridas durante esse período. O embasamento do Quadrilátero Ferrífero, no sul do cráton São Francisco, consiste em ortognaisses, intrudidos por abundantes plútons granitóides e associados produtos magmáticos (veios pegmatíticos/aplíticos, por exemplo). O embasamento do Quadrilátero Ferrífero registra três períodos principais de magmatismo, denominados de Rio das Velhas I (RVI) e II (RVII) de 2.92-2.85 e 2.80-2.76 Ga, respectivamente, e o último evento Mamona (2.75-2.68 Ga). Granitóides e gnaissses dos três complexos do embasamento estudados (Bação, Belo Horizonte e Bonfim) foram subdivididos em dois grupos, refletindo diferentes processos petrogenéticos e/ou fontes: rochas de médio- e alto-K. Os gnaisses e granitóides de médio-K foram formados durante os eventos Rio das Velhas I e II. Essas rochas apresentam algumas semelhanças com os TTG Arqueanos, apesar de possuírem um pequeno enriquecimento em SiO2 e K2O e depleção em Al2O3, e foram interpretadas como o resultado da mistura entre um membro final derivado da fusão parcial de uma rocha metabasáltica e um fundido resultante da reciclagem de uma crosta mais antiga de composição TTG. Por outro lado, os granitos de alto-K colocados na crosta durante subsequente evento Mamona, assemelham-se aos típicos granitóides à biotita do Arqueano tardio, com origem interpretada da fusão parcial de metassedimentos imaturos. O envolvimento de metassedimentos na petrogênese destes magmas de alto-K Neoarqueanos é ainda suportado por: (i) uma tendência para valores pesados de δ18O(Zrc), indicando equilíbrio isótopico de O em condições de subsuperfície, e (ii) a presença fundidos magmáticos ricos em boro e fluídos intrudidos em 2.70-2.60 Ga, provavelmente derivados de um protólito metassedimentar rico em boro. Em geral, propomos que a evolução magmática e geodinâmica da porção sul do craton São Francisco ocorreu da seguinte maneira. De ~ 3.50 a 2.90 Ga, fragmentos de crosta juvenil (possivelmente TTGs) foram produzidos, formando o protólito do atual sul do cráton São Francisco. Este é um período de crescimento crustal, como evidenciado pela modelagem isotópica de hafnium à partir de zircões detríticos. Em ~ 2.90 Ga, a crosta sofreu significativas modificações, devido ao início de uma tectônica colisional. Diversos fragmentos crustais com histórias distintas foram acrescidos progressivamente, construindo, por fim, um núcleo continental rígido e soerguido. Isto é suportado por: (i) a transição para um regime dominado por reciclagem crustal, com diminuição de contribuição mantélica em magmas recém-gerados, (ii) o envolvimento de componentes TTG mais antigos na geração de magmas de médio-K durante os eventos RVI e RVII e a simultânea ausência de materiais crustais preservados mais velhos que ~ 2.90 Ga na porção sul do craton São Francisco, (iii) a abundância de sistemas hidrotermais na porção superior da crosta evidenciados por valores leves de δ18O(Zrc), indicando o soerguimento de grandes porções da crosta continental durante o Neoarqueano, (iv) a progressiva maturação crustal, registrada por uma tendência para o magmatismo mais potássico e rico em HFSE (High Field Strength Element). O soerguimento e rápido soterramento de grandes bacias sedimentares dominadas por componentes clásticos no Neoarqueano (~ 2.75 Ga) levaram à produção de granitóides de alto-K durante o evento Mamona. Fluidos magmáticos diferenciados portadores de turmalina percolaram a crosta e interagiram de forma generalizada com o greenstone belt adjacente. A presença de turmalina hidrotermal de origem magmática (e Neoarqueana) em associação espacial próxima aos complexos do embasamento sugere que a formação das estruturas domo e quilhas ocorreu antes do último evento magmático (ou seja, antes de 2.70 Ga), o que está em desacordo com a idéia de que a região adquiriu sua arquitetura atual durante o Paleoproterozóico.
metadata.dc.description.abstracten: Modern continents are fundamentally different from their Archean counterparts, owing to the influence of a substantially hotter mantle on the production and rheological properties of the crust in the early Earth. Particularly, the nature and composition of the igneous rock record underwent significant modifications at the end of the Archean eon, attesting to important changes in geodynamic processes. This work focuses on the granitoid rocks that were emplaced in the southern tip of the São Francisco craton in southeast Brazil. Combined field and petrographic observations, whole rock geochemistry and isotope (U-Pb, Lu-Hf, O and B) analyses were performed in order to place better constraints on the mechanisms that led to the formation and stabilization of this cratonic block, and understand the global geodynamic modifications that occurred during this period. The basement of the Quadrilátero Ferrífero district, in the southern São Francisco craton, consists of orthogneisses, intruded by abundant granitoid plutons and associated products of granitic magmatism (i.e. pegmatitic/aplitic veins). The basement in the Quadrilátero Ferrífero records three main periods of magmatism, namely the Rio das Velhas I (RVI) and II (RVII) events at 2.92-2.85 and 2.80-2.76 Ga respectively, and the latest Mamona event (2.75-2.68 Ga). Granitoids and gneisses of the three studied basement complexes (Bação, Bonfim and Belo Horizonte) have been subdivided into two groups, reflecting different petrogenetic processes and/or sources: medium- and high-K rocks. Medium-K gneisses and granitoids were formed during the Rio das Velhas I and II events. These rocks have some similarities with Archean TTGs, despite a small enrichment in SiO2, K2O and depletion in Al2O3, and are thought to result from mixing between an end-member derived by partial melting of a metabasaltic rock and a melt resulting from recycling of older TTG crust. On the other hand, high-K granites emplaced during the later Mamona event resemble typical late Archean biotite- granites, and are inferred to result from the partial melting of immature metasediments. The involvement of metasediments in the petrogenesis of the Neoarchean high-K magmas is further supported by: (i) a trend towards heavy δ18O(Zrc) values, indicating O isotope equilibration at near-surface conditions, and (ii) the presence of boron-rich magmatic melts and fluids emplaced at 2.70-2.60 Ga, likely derived from a boron-rich metasedimentary protolith. Overall, we propose that the magmatic and geodynamic evolution of the southern São Francisco craton unfolded in the following way. From ~ 3.50 to 2.90 Ga, fragments of juvenile crust (possibly TTGs) were produced, forming the protolith of the present-day southern São Francisco craton. This period is one of net crustal growth, as evidenced by hafnium isotope modelling from detrital zircons. At ~ 2.90 Ga, the crust witnessed significant modifications, owing to the onset of collisional tectonics. Several crustal fragments with distinct histories were progressively assembled, ultimately building a strong and emerged continental nucleus. This is supported by: (i) the transition into a regime dominated by crustal reworking, with decreasing mantle input into newly generated magmas, (ii) the involvement of older TTG components in the generation of medium-K magmas during the RVI and RVII events, and the paralleled absence of preserved crustal materials older than ~ 2.90 Ga in the southern São Francisco craton, (iii) the abundance of upper-crustal hydrothermal systems evidenced by light δ18O(Zrc) values, indicating the emergence of large portions of the continental crust in the Neoarchean, (iv) the progressive crustal maturation, recorded by a trend towards more potassic and HFSE (High Field Strength Element)-rich magmatism. The emergence and rapid burial of large clastic sedimentary basins in the Neoarchean (~ 2.75 Ga) led to the production of high-K granitoids during the Mamona event. Contemporaneous widespread tourmaline-bearing differentiated magmatic fluids percolated the crust and interacted with the nearby greenstone belt. The presence of hydrothermal tourmaline of magmatic (and Neoarchean) origin in close vicinity of the basement complexes suggests that the formation of the dome-and-basin structures occurred prior to the last magmatic event (i.e. before 2.70 Ga), which is at odds with the current idea that the region acquired its present-day architecture in the Paleoproterozoic.
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/123456789/8478
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 07/03/2017, 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 mas permite a alteração desta desde que compartilhem pela mesma licença.
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