Geodynamic and metamorphic evolution of the Araçuaí orogen (SE Brazil).

Abstract

Ciclos repetidos de amalgamação e quebra de supercontinentes influenciaram profundamente a evolução da crosta, atmosfera, hidrosfera e biosfera da Terra a partir do final do Arqueano. A formação de supercontinentes é caracterizada pela formação de margens convergentes, que por fim resultam em colisão continental. Espessamento crustal e produção de calor devido a acumulação de elementos produtores de calor e/ou aumento da contribuição de calor mantélico em margens convergentes resultam em fusão parcial de litologias pré-existentes e produção de grandes volumes de magma granítico, contribuindo para a diferenciação da crosta terrestre. Este trabalho tem como foco o orógeno Araçuaí no sudeste brasileiro, o qual é um dos diversos cinturões colisionais do ciclo Brasiliano/Pan-Africano, edificados durante a convergência dos proto-continentes Sul-Americano e Africano ao final do Neoproterozóico, resultando na formação do supercontinente Gondwana Ocidental. A colisão entre os crátons São Francisco e Congo resultou em um prolongado magmatismo granítico, agora exposto na porção interna do orógeno Araçuaí. Enquanto este magmatismo é bem caracterizado, a evolução metamórfica do orógeno e a evolução geodinâmica relacionada aos blocos continentais que antecederam a amalgamação do Gondwana Ocidental são menos estudados, apesar da grande exposição de rochas metassedimentares. Um estudo combinado de trabalhos de campo, petrografia, geoquímica de rocha total e análises isotópicas de U–Pb–Hf em zircões detríticos foi realizado em rochas metassedimentares de forma a melhor entender a evolução geodinâmica dos blocos continentais pré-Gondwana Ocidental. Processos de retrabalhamento crustal durante a formação de supercontinentes foram estudados utilizando análises isotópicas U–Pb–Hf em zircões de intrusões graníticas e rochas do embasamento. Além disso, geocronologia U–Pb in situ em granadas e modelamento metamórfico foram aplicados na reconstrução da evolução metamórfica do orógeno Araçuaí de forma a compreender os processos orogenéticos e fontes de calor que produziram fusões parciais durante a colisão continental. Análises isotópicas U–Pb–Hf e dados de elementos traço em zircões detríticos de rochas metassedimentares do orógeno Araçuaí forneceram evidências da quebra do cráton Congo-São Francisco. O espectro de idades U–Pb dos zircões detríticos variou de 900–650 Ma e definiram uma idade máxima de deposição de ca. 650 Ma. Elementos traço dos zircões e química de rocha total indicaram um arco de ilhas como fonte dos protólitos dos metassedimentos. Valores positivos de εHf(t) dos zircões indicam uma fase extensional Neoproterozóica e formação de crosta oceânica em uma bacia precursora ao orógeno Araçuaí. A natureza juvenil, espectro de idades e composição de elementos traço dos zircões detríticos correspondem com zircões de rochas metassedimentares e restos crosta oceânica dos cinturões orogênicos Brasilianos adjacentes. Isto sugere o rifteamento e geração de crosta oceânica em um grande sistema orogênico conectado e de forma contemporânea, provavelmente relacionado à abertura de um grande oceano. Isto também implica que os blocos cratônicos envolvidos nesta evolução orogenética estavam conectados há 900 Ma. Gnaisses migmatíticos Paleoproterozóicos do embasamento do orógeno Araçuaí representam adição de crosta juvenil em um cenário de acreção orogenética entre 2.2–2.0 Ga, evidenciado pelos valores positivos de εHf de seus zircões. A composição isotópica de Hf dos zircões dos granitóides pré-colisionais definem um grande intervalo de valores negativos de εHf, consistente com a mistura ineficiente de fusões derivadas de fontes máficas e félsicas Paleoproterozóicas. Grãos de zircão de intrusões máficas contemporâneas exibem composição isotópica de Hf enriquecida, indicando fusão de anfibolitos Paleoproterozóicos ao invés de adições mantélicas. O magmatismo do orógeno Araçuaí relacionado à amalgamação do Gondwana Ocidental é, desta forma, dominantemente um evento de retrabalhamento crustal. Observações petrográficas, química mineral e modelamento metamórfico restringe o pico metamórfico das rochas metassedimentares não-anatéticas do domínio central do orógeno em 640 ± 20 °C e 8.75 ± 0.75 kbar. Sem precedentes, geocronologia U-Pb in-situ em granadas de baixo-U (<1 μg/g) produziram idades consitentes para o pico metamórfico entre 585–570 Ma. Zircões metamórficos com idades de ca. 630 Ma. são relacionados à um evento de acreção de um terreno não exposto atualmente antes da orogênese, enquanto as idades U–Pb em granada registram o pico metamórfico devido à orogênese, revelado pelo desequilíbrio entre o particionamento de elementos terras raras (ETR) entre os dois minerais. A combinação das condições metamórficas define uma evolução P–T em sentido horário para o orógeno Araçuaí, caracterizado pelo lento soterramento a profundidades de 26–30 km, seguido por descompressão praticamente isotérmica de ~10 a 6 kbar. Diferenças substanciais entre as temperaturas de pico metamórfico nos diversos domínios do orógeno Araçuaí são consistentes com diferentes litologias em diferentes seções crustais, causando uma maior concentração de elementos produtores de calor no domínio anatético, causando fusão parcial das rochas metassedimentares. Isto sugere que os elementos produtores de calor foram uma fonte significativa de calor para o retrabalhamento crustal durante a tectônica convergente do Gondwana Ocidental.