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Revista de Geologia, Vol. 18, nº 2, 167-173, 2005 www.revistadegeologia.ufc.br
Características litogeoquímicas dos elementos traços Zr, Th, Co, La e Sc nos paragnaisses da suite metamórfica Algodões-Choró, Domínio Ceará Central da Província Borborema: evidências de mistura de áreas fontes Guttenberg Martinsa,c, Elson Paiva Oliveirab & Wilhelm Malheiros Sauerbronna Recebido em 06 de maio de 2005 / Aceito em 27 de outubro de 2005
Resumo Análises químicas para elementos Zr, Th, Co, La e Sc foram obtidas dos paragnaisses da Suite Metamórfica Algodões-Choró, aflorantes na Serra do Estevão e na área circunvizinha ao Açude Choró Limão, Municípios de Quixadá e Choró, Estado do Ceará. Interpretações baseadas em diagramas discriminantes de ambientes geotectônicos sugerem a presença de rochas félsicas e máficas nas suas áreas fontes. Correlação entre as razões Co/Th e La/Sc apontam uma mistura dos componentes citados com a predominância do componente félsico. A ausência de pacotes de carbonatos e de lavas ácidas e félsicas intercalados na associação paragnaisses-anfibolitos com camadas subordinadas de quartzitos e conglomerados, assim como as características litogeoquímicas, foram interpretadas como feições indicativas de rifte desenvolvido em arco insular. Palavras-Chaves: Litogeoquímica, Suite Metamórfica, Mistura de Magmas, Domínio Ceará Central Abstract Trace elements analyses (Zr, Th, Co, La and Sc) was obtained of Choró paragneisses, the metasedimentary unit of the Paleoproterozoic amphibolite-gneisses association named by AlgodõesChoró Metamorphic Suite. The samples analyzed were collected in the Estevão Hill and near to ChoroLimão Dam in the Quixada and Choro Districts, central region of Ceara State. Tectonic setting interpretations based on Bhatia & Crooks’ diagrams pointed out that the provenience of paragneisses support source areas with the mixing of felsic and mafic rocks. The dual lithogeochemical signature is also proved by high correlation between Co/Th and La/Sc ratios but that it emphasized a principal felsic component. Particular geologic features are the gap of carbonate and acid-felsic volcanic rocks interleaved into paragneisses-amphibolite association and the occurrence of polymitic conglomerates with amphibolitic boulders in the basis of sequence. These geochemical and geologic characteristics suggest that the origin of Choró Paragneisses may be related to rift setting developed in the oceanic island arc. Keywords: Lithogeochemistry, Metamorphic Suite, Ceará Central Domain a
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[email protected] b Instituto de Geociências da Universidade Estadual de Campinas c Departamento Nacional de Produção Mineral, 14° DS, Natal-RN
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1. Introdução O estudo das composições químicas de sedimentos clásticos imaturos e suas variações com o tempo geológico têm fundamental importância para a compreensão da evolução da crosta continental (Garrels & MacKenzie, 1971, Veizer, 1973, Nance & Taylor, 1976, Taylor & McLennan, 1985, McLennan & Taylor, 1991, entre outros). Características geoquímicas dos elementos em traços e razões isotópicas dos sedimentos não somente têm sido usadas para delimitação de áreas fontes, mas como uma ferramenta para identificar paleo-ambientes tectônicos (Condie, 1991; Chen et al., 1990; Frost & Combs, 1989; entre outros). Consequentemente, devido às limitações da sistemática de quantificação das frações do quartzo, feldspato e fragmento de rochas para rochas sedimentares metamorfisadas e deformadas (diagramas QFL de Dickinson et al., 1983), o uso de dados químicos de metassedimentos clásticos para propósitos semelhantes têm-se tornado comum na literatura (Hemming et al., 1995; McDaniel et al., 1994, Crichton & Condie, 1993, etc). Neste artigo, os conteúdos de Zr, Th, Co, La e Sc analisados nos paragnaisses da Unidade Algodões, Domínio Ceará Central da Província Borborema, foram interpretados no sentido de obter-se parâmetros litogeoquímicos sobre sua procedência, seu ambiente de formação e o significado dos processos geológicos relacionados com a formação destas rochas. 2. Arcabouço geológico A região central do Ceará constitui uma área típica da Província Borborema, onde encontramse amplamente registrados eventos termotectônicos relacionados à Colagem Brasiliana (Fig. 1). Nos municípios de Quixadá, Quixeramobim, Madalena e Choró, borda oriental desta região, batólitos graníticos (Complexo Granítico Quixadá-Quixeramobim) encontram-se intrudidos na Suite Metamórfica Algodões-Choró (SMAC), um conjunto de rochas metamórficas de natureza ortoderivada e paraderivada formadas Revista de Geologia, Vol. 18 (2), 2005
no Paleoproterozóico (intervalo entre 2,23 e 2,0 Ga, corroborando com Martins et al., 1998, Martins, 2000 e Martins & Oliveira, 2004). A SMAC é subdividida em três unidades: 1) Anfibolito Algodões – rochas orto-anfibolíticas maciças de granulação diversa que apresenta espessura decamétrica e extensão quilométrica, com camadas menores de hornblenditos de granulação grossa; 2) Metassedimentos Choró – rochas paraderivadas representadas por biotitagnaisses de granulação fina e coloração creme a cinza com intercalações de mica-xistos, biotitahornblenda-gnaisses bandados, cálcio-silicáticas, quartzitos de granulação fina e metaconglomerados polimíticos e monomíticos; e 3) Ortognaisses Cipó - corpos intrusivos em forma de stocks, diques e folhas com composição tonalítica-granodiorítica-granítica e natureza cálcio-alcalina. As amostras analisadas neste trabalho são provenientes dos paragnaisses biotíticos de coloração cinza aflorantes na Serra do Estevão (Quixadá, CE) e da área circunvizinha ao Açude Choró Limão (Choró, CE). Em geral, os metassedimentos do flanco SE da Serra do Estevão perfazem uma seqüência de paragnaisses quartzofeldspáticos finos monótonos, de cor cinza e com raras intercalações de metapelitos impuros. Nestes paragnaisses, a ocorrência de muscovita e K-feldspato, associada à migmatização incipente observada em alguns locais, refletem condições metamórficas do grau anfibolito alto. No flanco SE da Serra do Estevão foram selecionadas sete amostras coletadas na estrada que liga a cidade Quixadá ao distrito de Dom Maurício. No flanco NO desta serra, os metassedimentos apresentam variações “faciológicas” mais representativas, assim como intercalações possantes de anfibolitos. Em corte ao longo do riacho Rosinho, paragnaisses quartzo-feldspáticos finos em tons cinza claros a creme gradam verticalmente a muscovita-leucognaisses finos, quartzitos impuros finos e por fim a camadas subordinadas de meta-conglomerados monomícticos. Na área circunvizinha ao Açude Choró-Limão foi amostrado um conjunto de metassedimentos formados dominantemente por biotita-gnaisse cinza a leucognaisses bandados de coloração creme com
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Fig. 1. Mapa geológico simplificado da área situada a oeste do Complexo Granítico Quixáda-Quixeramobim, região central do estado do Ceará.
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intercalações de rochas cálcio-silicáticas. Subordinadamente, ocorrem camadas de micaxistos com granada e sillimanita, lentes de quartzitos impuros e metaconglomerados polimíticos. Encaixados nestes metassedimentos ocorrem pacotes de espessuras superiores a 100 m de granada-anfibolito e de anfibolitos sem granada intercalados com anfibolitos grossos e raras lentes de cumulados anfibolíticos. 3. Procedimentos e resultados analíticos O conteúdo de Zr foi determinado pelo método de espectrometria por fluorescência de raios-X, com a confecção de pastilhas prensadas e uso do espectrômetro de marca Phillips, modelo PW-2404, do Laboratório de Geoquímica Analítica do Instituto de Geociências da UNICAMP. Os elementos Co, Th, La e Sc foram determinados usando análises por ativação com nêutrons no IPEN/CNEN, São Paulo, Brasil. Nestas determinações, cerca de 100 mg de amostra foram pesados em envelopes de polietileno de cerca de 1,0 cm3, previamente limpos com solução de ácido nítrico diluído. Como também, os materiais geológicos de referência GS-N e BEN (GIT-IWG). Os envelopes foram selados a quente com um ferro de solda. Amostras e padrões foram inseridos em recipientes de alumínio, especialmente desenvolvidos para uso no reator IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP, e irradiados por 8 horas em um fluxo de neutrons térmicos de 1012n cm-2s-1. Após cerca de 5 dias, as amostras e padrões foram medidos em um espectrômetro de raios gama, portador de um detector de Ge hiperpuro, marca Camberra, com eficiência de 20 %, e resolução de 1,90 keV para o pico de 1332 keV do Co-60, ligado a um analisador multicanal e um microcomputador. Os espectros de raios gama foram analisados pelo programa Vispect desenvolvidos na Supervisão de Radioquímica do IPEN/CNEN-SP, que localiza os picos e calcula suas áreas e energias. Após 15 dias, nova série de medidas foi realizada. A tabela abaixo apresenta os resultados analíticos obtidos. Revista de Geologia, Vol. 18 (2), 2005
4. Interpretação dos resultados obtidos A distribuição dos elementos traços em metassedimentos é substancialmente afetada tanto pelos processos sedimentares (eg., intemperismo, seleção hidráulica, variações granulométricas e processos diagenéticos) como também pelos efeitos da diferenciação metamórfica. Desta forma deve-se ter cautela na interpretação da assinatura geoquímica de metassedimentos como parâmetro indicador de sua proveniência e de seu ambiente tectônico. Entretanto, a sistemática de discriminação de ambiência baseada nas razões entre La, Th, Sc, Co e Zr (Bhatia & Crook,1986), elementos incompatíveis durante os processos ígneos que tendem a se transferir para as rochas clásticas sem fracionamento, tem sido considerada como bons indicadores das áreas fontes das rochas sedimentares. Os diagramas químicos de Bhatia & Crook (1986), os quais utilizam as correlações entre LaTh-Sc, Co-Th-Zr/10 e Sc-Th-Zr/10 (Fig. 2), indicam que a composição química dos metassedimentos da SMAC, ao menos em termos de elementos traços, foi fortemente influenciada por dois componentes distintos. O primeiro, enriquecido em La e Th, tende a posicionar parte das amostras no campo dos sedimentos de ambientes do tipo margem passiva e/ou margem andina, isto é, sedimentos derivados de ambientes ricos em rochas ígneas ou metamórficas félsicas. Por outro lado, um segundo componente, enriquecido em Sc e Co, atrai parte das amostras para o campo dos arcos de ilhas oceânicos, ou seja, sedimentos derivados de ambientes ricos em rochas ígneas máficas. Numa segunda etapa, as áreas fontes foram investigadas com base na variação sistemática dos elementos La, Co, Th e Sc. O comportamento destes elementos nos metassedimentos da SMAC mostra um padrão semelhante aos dos terrenos sedimentares de greenstones belts arqueanos, para os quais Taylor & McLennan (1985) propõem um modelo de mistura variável de sedimentos derivados de suites ígneas bi-modais, de vulcânicas máfico-ultramáficas e de rochas plutônicas tonalítico-trondhjemíticas. A Figura 3
171 Martins et al., Características litogeoquímicas dos elementos traços ... Tab. 1. Resultados analíticos obtidos em ppm e localização das amostras (coordenadas UTM). Longitude (UTM)
Th
Co
Sc
La
Zr
1
0485956 9455246
6,8
4,31
2,46
26,1
113,7
GM- 59E
1
0486732 0486618
1, 3
nd
nd
nd
47,3
GM- 174
2
0477918 9467880
1, 8 9
13,3
11,7
17 , 4
95,8
155- X
2
0484000 9462000
8,78
5,85
4,7
32,7
135
GM- 03
2
0485732 9455703
3,87
14 , 6
9,6
16,4
119,6
GM- 93
4
0484309 9455347
5,7
nd
nd
nd
87,1
GM- 35
6
0477257 9442630
8,7
nd
nd
nd
202
GM- 09
2
0 4 8 5 18 6 9 4 5 7 6 0 9
24,4
6,5
4,4
13 6
536
GM- 59I
2
0486618 9462613
15
1, 2 5
4,3
134
9 14
GM- 95
4
0483660
9455110
5,6
nd
nd
nd
13 8
GM- 58F
5
0485519 9461540
0,9
nd
nd
nd
15 6
GM- 42
2
0476358 9449762
8,1
nd
nd
nd
14 8
GM- 55D
3
0578204
11
1, 0 5
2
63,2
248
GM- 02
2
0485632 9455670
0,83
13
11
7,39
86
GM- 13
2
0485683 9462565
nd
nd
nd
nd
42,9
GM- 53
3
0481781 9460468
24,4
3,1
4,4
14 , 5
87,5
GM- 54
3
0478083 9459970
0,9
nd
nd
nd
115,4
324- X
2
0 4 7 9 5 0 0 9 4 6 9 5 10
4
nd
nd
nd
175
GM- 92
2
0485119
9455574
5,8
nd
nd
nd
12 3 , 8
347- X
2
0479250 9464010
6,22
0,77
1,84
13 , 7
75,1
Amostra
Litotipo
GM- 91
Latitude (UTM)
9 4 6 10 3 1
(*) nd - valores não determinados ou abaixo do limite de detecção do método. Simbologia dos litotipos: 1 – Paragnaisse com biotita de coloracão cinza claro e granulação fina, 2 – Biotita-gnaisse de coloração cinza e granulação média a fina, 3 – Paragnaisse bandado com biotita de coloração cinza e granulação fina, 4 – Paragnaisse com níveis micáceos de coloração cinza e granulação média a fina, 5 – Muscovita leucognaisse de coloração cinza creme e granulação fina e 6 - Biotita-gnaisse com granada.
mostra a correlação hiperbólica entre as razões Co/Th e La/Sc, e num detalhe, a correlação linear entre as razões Co/Th e Sc/Th. Portanto, um modelo de mistura binária de fontes (componentes máficos e félsicos) também pode ser aplicado aos metassedimentos da SMAC. 5. Considerações finais Na Serra do Estevão, os paragnaisses da Unidade Choró da Suite Metamórfica AlgodõesChoró constitui uma assembléia de rochas
metamórficas paraderivadas, com variações desde paragnaisses quartzo-feldspáticos de granulação fina e coloração cinza com intercalações finas de metapelitos impuros parcialmente migmatizados (flanco SE da Serra do Estevão), passando a paragnaisses finos de coloração cinza ricos em muscovita, leucognaisses quartzo-feldspáticos de coloração cinza com camadas finas de biotitamuscovita-xistos e de quartzitos com intercalações de espessuras métricas de metaconglomerados monomíticos, além de pacotes de rochas anfibolíticas (flanco SE da Serra do Estevão). Na Revista de Geologia, Vol. 18 (2), 2005
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Fig. 2. Diagramas químicos de Bhatia & Crook (1986) para discriminação de ambiência geotectônica de rochas sedimentares com os campos para arco oceânico (A), arco continental (B), margem andina (C) e margem atlântica (D). Simbologia como indicada no canto direito inferior da figura.
Fig. 3. Diagrama de co-variação entre as razões Co/Th e La/Sc. A curva é consistente com o modelo de mistura com dois componentes, onde r»1. No detalhe do canto superior direito, a correlação linear entre as razões Co/Th e Sc/Th. Simbologia como na figura anterior.
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área circunvizinha ao do Açude Choró Limão, este conjunto passa lateralmente para variações litológicas paragnaisses bandados formados pela alternância bandas quartzo-feldspáticas e camadas ricas em biotita e hornblenda intercalados com camadas de rochas anfibolíticas com espessura variando entre 100 e 500 m, subordinadamente são encontradas camadas de quartzitos mal selecionados com níveis de metapelitos silimanitagranada-xistos e de metaconglomerados polimíticos. A ausência de pacotes de carbonatos espessos e a predominância da associação de paragnaisses quartzo-feldspáticos e anfibolitos com ocorrência subordinada de quartzitos e metaconglomerados sugerem uma relativa imaturidade para esta assembléia litológica, geralmente mais comum em arcos magmáticos e/ou riftes. Por outro lado, os dados químicos indicam a presença
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de importante componente de rochas ígneas e metamórficas félsicas nas áreas fontes, descartando a procedência exclusivamente de arcos oceânicos. Como evidenciado pela interpretação dos dados químicos apresentados neste artigo, as áreas fontes dos paragnaisses da Unidade Choró da SMAC possuem uma ambivalência de rochas máficas e félsicas, porém com o predomínio de rochas félsicas como apontado pelo modelo de misturas de dois componentes para r»1, geralmente feições indicativas de ambientes riftes desenvolvidos em crosta continental ou em arcos magmáticos. Entretanto, a ausência de pacotes de lavas ácidas e intermediárias (i.e., riolitos, riodacitos, andesitos) intercaladas aos paragnaisses e aos anfibolitos, como também em áreas vizinhas às estudadas neste artigo reforçam a possibilidade que os Paragnaisses Choró foram depositados em ambientes de riftes desenvolvidos em arcos insulares. Agradecimentos Os autores receberam auxílio através da FAPESP N° 96/08792-6 e do Programa PROCAD-CAPES, Projeto “Caracterização Geodinâmica dos Domínios Médio Coreaú e Ceará Central – Estado do Ceará”. Referências Bibliográficas Bhatia, M.R. & Crooks, K.A.W., 1986, Trace element characteristics of greywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. Contributions to Mineralogy and Petrology, 92:181-193. Chen, C-H., Jahn, B.M., Lee, T., Chen, C-H. & Cornichet, J., 1990, Sm-Nd isotopic geochemistry of sediments from Taiwan and implications for the tectonic evolution of southeast China. Chemical Geology, 88: 317-332. Condie, K.C., 1991, Another look at rare earth elements in shales. Geochimica and Cosmochimica Acta, 55: 2527-2531. Crichton, J.G. & Condie, K.C., 1993, Trace elements as source indicators in cratonic sediments: a case study from the early Proterozoic Libby Creek Group,
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