Thesis advisor: Ethan Baxter / Thesis advisor: Mark Behn / Subduction zones are areas of significant mass transfer between Earth’s crust and mantle. The dehydration of water-rich minerals such as serpentinite and lawsonite introduces water and volatiles into the subduction interface, that then travel to the mantle wedge above. The chemical composition, speciation, and redox effect of these fluids carry important implications for arc volcanism and the mobility of economically significant elements. This study uses Fe and Zn isotopic variation in eclogite-breccias from the Monviso ophiolite, combined with Sm-Nd garnet geochronology, to study the composition and redox effects of fluids that were produced during eclogite and blueschist facies metamorphism, and the timescales over which the brecciation and fluid flux events happened. Fe and Zn isotopic measurements were made on a series of four breccia matrix generations (M1-M4), generated during the progressive brecciation of the original Fe-Ti gabbros and the influx of both internally and externally derived fluids. The ∂56Fe and ∂66Zn data display a bi-modal distribution, with early matrix crystallization (M1-3) imparting progressively lighter ∂66Zn values while the ∂56Fe remains relatively unchanged. The last stage of metasomatic rind formation (M4) is associated with a decrease in both Fe and Zn isotopic values and a particularly significant shift in the Fe isotopes. This distribution suggests that early brecciation (M1-3) resulted from small-scale internal fluid flow that did not have a measurable effect on the isotopic composition and redox state of the system. By contrast, late metasomatic rind formation (M4) was facilitated by the flow of large amounts of external fluids with a strongly negative Fe and Zn isotope signature that affected the redox state of the mafic slab and may be responsible for transferring oxidized material into the mantle wedge. Dating of the M4 matrix generation yielded an age of 41.31± 0.60 Ma. A compilation of age data from Monviso suggests peak metamorphism and initial brecciation (M1 formation) likely occurred at ~45 Ma, the formation of the M4 matrix representing the end of eclogite-facies retrogression and brecciation at ~41 Ma, and final blueschist and greenschist retrogression at ~38-35Ma, yielding timescale of ~4Ma for the entire history of brecciation and fluid flux associated with the Monviso eclogite breccias. / Thesis (MS) — Boston College, 2022. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Earth and Environmental Sciences.

Made available in DSpace on 2015-03-13T17:08:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IvaldoRT.pdf: 3649445 bytes, checksum: 624c427ba32cfc36890765f50db5140c (MD5) Previous issue date: 2000-05-31 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Great part of the gold mineralizations are associated with shearing zones through which circulate a great volume of fluids, that interact with the host rocks, originating leaching or precipitation of chemical elements, including gold. The studied mineralizations are inserted in the Serid? Belt. The tungsten mineralization in Breju? Mine is hosted in calcsilicate rocks from Jucurutu Formation. The S?o Francisco auriferous mineralization has as host rocks mica-schists from Serid? Formation, while the Ponta da Serra and Fazenda Simp?tico mineralizations are hosted in orthogneisses of this fold belt basement. The research conducted on these mineralizations had the purpose of integrate the data of chemical elements behavior during the shearing/mineralizing event, and its influence on the isotopic systems Rb-Sr and Sm-Nd. The studies of chemical mobility in the auriferous mineralizations showed that elements that during the shearing displayed in general an immobile behavior were Al, Ti and Zr. Among the elements that were mobilized during the event, K and Rb showed mass gain in ali belts of transformed rocks, while the elements Ca, Na and Sr normally lost mass. Petrographic studies showed that the minerais biotite and plagioclase, in all investigated mineralizations, played an important role in the chemical reactions occurred in the transformed rocks to the generation of muscovite, cordierite and sillimanite, justifying the input of K to the formation of muscovite, and the release of Na and Ca from plagioclase to the fluid phase. In the S?o Francisco auriferous mineralization, the results of the Rb-Sr isotopic analysis yielded ages of 645 ? 19 Ma and 596 ? 17 Ma, with both samples, from original and transformed rocks. Two ages, 569 ? 20 Ma. and 554 ? 19 Ma., were obtained with samples frem the transformed rocks domain. These ages suggest that there were two metamorphic pulses during the emplacement of the mineralized shearing zone. The Sm-Nd data yielded TDM ages of 1,31 Ga and 1,26 Ga with 3Nd (0,6 Ga) of -0,26 e -0,40 for the original and final transformed rocks, respectively. In case of the orthogneisses of Caic? Complex, e.g. the Ponta da Serra and Fazenda Simp?tico mineralizations, the Rb-Sr data did not yield ages with geological significance. In the Ponta da Serra mineralization, the Sm-Nd isotopic data yielded T DM ages of 2,56 Ga and 2,63 Ga to the original rocks and of 2,71 Ga to the mineralized sheared rock, and values of 3Nd (2,0 Ga) between -3,70 e -5,42 to the original and sheared rock, respectively. In the Fazenda Simp?tico, Sm-Nd data yielded TDM between 2,65 and 2,69 Ga with values of 3Nd (2,0 Ga) between -5,25 e -5,52. Considering the Sm-Nd data, the TDM ages may be admitted as the age of the parental magma extraction, producer of the protoliths of the orthogneisses from Ponta da Serra and Fazenda Simp?tico mineralizations. The chemical mobility studies showed that in the basement hosted mineralizations, Rb achieved mass while Sr lost mass, as Sm as well as Nd were strongly mobilized. The Sm/Nd ratio remained constant, however, confirming the isochemical character of those elements. In the basement mineralizations, Rb-Sr ages are destituted of geological significance, because of the partial opening of the isotopic system during the tectono-metamorphic transformations. In the tungsten mineralization, the diagram Sm-Nd constructed with the whole-rock data of calcsilicatic and the high-temperature paragenesis (garnet, diopside and iron-pargasitic hornblende) indicated an 631 ? 24 Ma age, while with the whole-rock data and low-temperature paragenesis (vesuvianite, epidote and calcite), a 537 ? 107 Ma age was obtained. These ages, associated with the petrographic observations, suggest that there was a time gap among the hydrothernal events responsible by the formation of the high and low temperature paragenesis in the calcsilicatic rocks mineralized in scheelite / As mineraliza??es estudadas est?o inseridas na Faixa de dobramento Serid?. A scheelit?fera de Breju? est? hospedada em rochas calciossilic?ticas da Forma??o Jucurutu. A mineraliza??o aur?fera de S?o Francisco tem como hospedeiros micaxistos da Forma??o Serid?, enquanto que as mineraliza??es de Ponta da Serra e da Fazenda Simp?tico est?o hospedadas em ortognaisses do embasamento desta faixa de dobramentos. Grande parte das mineraliza??es de ouro est?o associadas ? zonas de cisalhamento que funcionam como conduto para a circula??o de um grande volume de fluidos, que interagem com as rochas hospedeiras provocando lixivia??o ou precipita??o de elementos qu?micos, incluindo o ouro. Estas foram algumas das principais caracter?sticas observadas nas mineraliza??es aqui estudadas. A pesquisa realizada nas mineraliza??es de ouro teve a finalidade de integrar os dados do comportamento de elementos qu?micos durante o evento cisalhamento/mineralizante, e sua influ?ncia nos sistemas isot?picos Rb-Sr e Sm-Nd. Os estudos de mobilidade qu?mica mostraram que os elementos, que durante o cisalhamento, de uma forma geral apresentaram um coportamento im?vel, foram o AI, Ti e Zr. Dentre os elementos que foram mobilizados durante o evento, o K e o Rb mostraram ganho de massa em todas as faixas de rochas transformadas, enquanto que os elementos Ca, Na e o Sr normalmente perderam massa. Os elementos Sm e Nd na mineraliza??o de S?o Francisco se comportaram como im?veis e em Ponta da Serra e Fazenda Simp?tico perderam massa. Os estudos petrogr?ficos mostraram que os minerais biotita e plagiocl?sio, em todas as mineraliza??es estudadas, tiveram papel importante nas rea??es qu?mica ocorridas nas rochas transformadas para a gera??o de muscovita, cordierita e silimanita, justificando a entrada do K para forma??o da muscovita e da libera??o de Na e Ca do plagiocl?sio para a fase fluida. Na mineraliza??o aur?fera de S?o Francisco, os resultados das an?lises isot?picas de Rb e Sr, forneceram idades de 645 ? 19 Ma e de 596 ? 17 Ma com amostras das rochas originais e transformadas juntas. Duas idades, 569 ? 20 Ma e 554 ? 19 Ma foram obtidas com as amostras do dom?nio das rochas transformadas. Estas idades s?o sugestivas de que houve dois pulsos metam?rficos durante a instala??o da zona de cisalhamento mineralizada. Os dados Sm-Nd forneceram idades TDM de 1,31 Ga e de 1,26 Ga com 3Nd (0,6 Ga) de -0,26 e -0,40 respectivamente para a rocha original e transformada final. Para os ortognaisses do Complexo Caic?, caso da mineraliza??o de Ponta da Serra e da Fazenda Simp?tico, os dados Rb-Sr n?o forneceram idades com significado geol?gico. Na mineraliza??o de Ponta da Serra, os dados isot?picos Sm-Nd forneceram idades T DM de 2,56 Ga e 2,63 Ga para as rochas originais e de 2,71 Ga para a rocha cisalhada, mineral?zada e valores de 3Nd (2,0 Ga) entre -3,70 e -5,42 para rocha original e cisalhada respectivamente. Na Fazenda Simp?tico os dados de Sm-Nd forneceram as idades T DM ficaram entre 2,65 e 2,69 Ga com valores de 3Nd (2,0 Ga) entre -5,25 e -5,52. Quanto aos dados Sm-Nd as idades T DM podem ser admitidas como a idade de extra??o do magma parental formador dos prot?l?tos dos ortognaisses das mineraliza??es Ponta da Serra e da Fazenda Simp?tico. Os valores de 3Nd baixos e negativos sugerem uma fonte crustal, ou a participa??o de duas fontes (mantocrosta) . Os estudos de mobilidade qu?mica mostraram que nas mineraliza??es hospedadas no embasamento, o Rb ganhou massa enquanto o Sr perdeu massa e tanto o Sm quanto o Nd, foram fortemente mobilizados. As raz?es Sm/Nd entretanto se mantiveram constantes, confirmando o car?ter isoqu?mico destes elementos. Nas mineraliza??es do embasamento, idades pelo m?todo Rb-Sr s?o desprovidas de significado geol?gico, em fun??o da abertura parcial do sistema isot?pico durante as transforma??es tectonometam?rficas. Na mineraliza??o scheelit?fera foi realizado um estudo geocronol?gico Sm-Nd com o intuito de se obter as idades das parag?neses formadas durante os eventos hidrotermais sofridos pelas rochas calciossilic?ticas mineralizadas. O diagrama Sm-Nd constru?do com os dados de rocha total e parag?nese de alta temperatura (granada, diops?dio e hornblenda ferropargas?tica) forneceu uma idade de 631 ? 24 Ma, e com os dados de rocha total e parag?nese de baixa temperatura (vesuvianita, epidoto e calcita), foi obtida uma idade de 537 ? 107 Ma. Estas idades associadas com as observa??es petrogr?ficas sugerem que houve um lapso de tempo entre os eventos hidrotermais respons?veis pelas forma??es das parag?neses de alta e de baixa temperatura nas rochas calciossilic?ticas mineralizadas em scheelita

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Earth’s oldest preserved granitoid crust dates back to the Paleoarchean and consists predominantly of sodic tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) granitoids that arose through the partial melting of hydrated metabasalts. In contrast, granites (sensu stricto) typically postdate the TTG and appear late in the plutonic record of the old cratons. However, the existence of Hadean zircons with mineral inclusion suites that are consistent with crystallization from peraluminous granitic magmas indicates that granitic rocks formed part of the earliest felsic crust; although we have direct evidence, this earliest felsic crust is not preserved. In this PhD I present an unusual variety of markedly CaO-poor, K2O-rich, rutile-bearing, peraluminous granite and rhyolite that are located in the basal conglomerate of the Moodies Group (South Africa). These rocks challenge the common view of the Archean craton evolution as they were produced concurrently with TTG magmas during three magmatic cycles in the Barberton Greenstone Belt (BGB) and were later emplaced, as clasts, in a younger conglomerate. The study of mineral inclusions located in the zircons present within the granites and rhyolites, shows that alkali feldspar inclusions are abundant relative to plagioclase inclusions and demonstrates that the main characteristics of these granites, i.e. they are K-rich and Ca-poor, are a magmatic signature. The oxygen isotope signature of these zircon grains reveals that the zircons have preserved the δ18O value of the magma from which the granites originated and that the source of the granites had a magmatic oxygen isotope value close to the one of the regional coeval TTG. Further study of the zircons shows that their Lu-Hf isotopic system reflects the crustal signature of the magma into which they grew. Sm-Nd study of the granites and rhyolites whole rock indicates that the minimum age of the source’s protolith of the granites and rhyolites is close to 3.9 billion years, which is in agreement with the zircons’ Lu-Hf signature. Additionally I show in this thesis that the peraluminous character of the granites and rhyolites, along with their high Sr and low Ca content associated to their Eu/ Eu* ~ 1 is a consequence of phengite melting in a metagreywacke source at pressures in excess of plagioclase stability. My work therefore illustrates that K-rich, Ca-poor peraluminous granites were generated in the Paleo and Meso Archean, alongside with the sodic TTG, through partial melting of sediments at high pressures. Not only has this process demonstrated the ability of the early Earth to recycle relatively young material since 3.9 billions years ago, but it has also contributed to each episode of continental crustal growth through the Paleoarchean to Mesoarchean in the BGB, despite leaving no plutonic record at the typical mid-crustal level of exposure that the TTG plutons around the belt represent. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die aarde se oudste bewaarde granitoïed kors dateer terug na die Paleo Argeïkum en bestaan hoofsaaklik uit natrium-ryke tonaliet-trondhjemiet-granodioriet (TTG) granitoïede wat ontstaan het deur die gedeeltelike smelting van gehidreerde metabasalte. In teenstelling hiermee is graniete (sensu stricto) tipies jonger as die TTG’s en verskyn laat in die plutoniese rekord van die ou kratons. Die bestaan van Hadeaanse zirkone met mineraal insluitsels wat ooreenstem met die kristallisasie van peralumineuse granietiese magma dui egter daarop dat granietiese gesteentes deel gevorm het van die vroegste felsiese kors. Alhoewel daar direkte getuienis is hiervoor het hierdie vroegste felsiese kors nie behoue gebly nie. In hierdie dissertasie toon ek ‘n ongewone verskeidenheid van merkbaar CaO-arm, K2O-ryk, rutiel-draende, peralumineuse graniet en rioliet wat in die basale konglomeraat van die Moodies Groep (Suid-Afrika) voorkom. Hierdie gesteentes daag die algemene siening van Argeïkum kraton evolusie uit omdat hulle gelyktydig met TTG magma geproduseer is tydens drie TTG magmatiese siklusse in die Baberton-groensteenstrook en later ingeplaas is as klaste in ‘n jonger konglomeraat. Die studie op minerale insluitsels in zirkone binne die graniete en rioliete toon dat alkaliveldspaat insluitsels volop is relatief tot plagioklaas insluitsels. Dit toon ook dat die hoof eienskap van hierdie graniete, hulle K-ryke en Ca-arme samestelling, ‘n onderskeidende magmatiese kenmerk is. Die suurstof-isotoop samestelling van hierdie zirkoon minerale onthul dat die zirkone die δ18O waarde van die magma waaruit die graniet gevorm is behou het en dat die bronnemateriaal van die graniete ‘n magmatiese suurstofisotoop waarde gehad het nader aan dié van die plaaslike sinchroniese TTG waardes. Verdere studie van die zirkone dui daarop dat hul Lu-HF isotoopstelsel die aardkorseienskappe weerspieël van die oorspronklike magma waarin hulle gegroei het. Sm-Nd studie van die graniete en rioliete heelgesteente dui daarop dat die minimum ouderdom van die protoliet van graniete en rioliete ongeveer 3,9 biljoen jaar is, wat ooreenstem met die zirkone se Lu-HF eienskappe. Daarbenewens het hierdie dissertasie bewys dat die peralumineuse karakter van die graniete en rioliete, tesame met hulle hoë Sr- en lae Ca-inhoud geassosieer tot hul Eu/Eu * ~ 1, ‘n gevolg is van “phengite” smelting in’ n metagrouwak bron by drukking hoër as plagioklaas stabiliteit. Hierdie studie illustreer dus dat K-ryke, Ca-arme peralumineuse graniete gegenereer is in die Paleo en Meso Argeïkum, saam met die natrium-ryke TTG’s, deur middel van parsiële smelting van sedimente teen ‘n hoë druk. Hierdie proses het nie slegs getoon dat die vroeë aarde sedert 3,9 biljoen jaar gelede die vermoë gehad het om relatief jong materiaal te herwin nie; dit het ook bygedra tot elke episode van kontinentale korsgroei deur die Paleo en Meso Argeïkum in die Barberton groensteenstrook, ten spyte daarvan dat geen plutoniese rekord gelaat is teen die tipiese mid-kors vlak van blootstelling wat die TTG plutone in die strook verteenwoordig nie. / RESUMÉ: La croûte de granitoïdes de la Terre Primitive la plus ancienne qui ait été préservée remonte au Paleoarchéen et se compose principalement de granitoïdes sodiques tonalite-trondhjémite-granodiorite (TTG) qui se sont formés par la fusion partielle de métabasaltes hydratés. En revanche, les granites (stricto sensu) sont en général postérieurs aux TTG et apparaissent tardivement dans les cratons anciens. Cependant, l’existence de zircons Hadéens préservant des suites d’inclusions minérales qui sont compatibles avec la cristallisation à partir d’un magma granitique peralumineu, indique que les roches granitiques faisaient aussi partie de la croûte felsique de la Terre Primitibe; même si nous n’avons pas de preuves directes et que cette dernière n’ait pas été conservée. Dans cette thèse, je présente une variété inhabituelle de granites et rhyolites peralumineux qui sont marquée par une forte teneur en K2O et une faible teneur en CaO et qui possèdent du rutile. Ces roches sont situées dans le conglomérat basal du Groupe du Moodies (Afrique du Sud). Elles défient la vision commune que l’on a de l’évolution des cratons Archéens puisqu’elles ont été produites en même temps que des magmas TTG, pendant trois cycles magmatiques qui ont affecté la ceinture de roches vertes de Barberton (CRVB). Ces roches ont été par la suite mises en place, comme galets, dans un conglomérat plus jeune. L’étude des inclusions minérales localisées dans des zircons présents dans les granites et les rhyolites qui font le sujet de cette étude, montre que les inclusions de feldspaths alcalins sont plus abondantes que les inclusions de plagioclases et démontre que les principales caractéristiques de ces granites, c’est à dire qu’ils sont riches en K et pauvres en Ca, sont une signature magmatique. La signature isotopique de l’oxygène de ces zircons révèle que ceux-ci ont conservé la valeurdu δ18O du magma à partir duquel les granites se sont formés. De plus ceci montre que la valeur du δ18O de la source des granites était proche de celle de TTG contemporains. La poursuite de l’étude des zircons montre que leur système isotopique Lu-Hf reflète la signature crustale du magma dans lequel ils ont cru. L’étude Sm-Nd des granites et rhyolites indique que l’âge minimum du protolithe de leur source est de près de 3,9 milliards d’années, ce qui est en accord avec la signature Lu-Hf des zircons. De plus, je montre dans cette thèse que le caractère peralumineux des granites et des rhyolites, avec leurs forte teneur an Sr et basse teneur en Ca associé à leur Eu / Eu * ~ 1, est une conséquence de la fusion partielle de phengite dans une source métagrauwacke à des pressions supérieures a celle de la stabilité du plagioclase. Mon travail montre donc que des granites peralumineux riche en K et pauvre en Ca ont été générés durant le Paléo et Méso-Archéen, aux côtés des TTG sodiques, par la fusion partielle de sédiments, à haute pression. Non seulement ce processus a démontré la capacité de la Terre Primitive à recycler du matériel relativement jeune et ce, dès 3,9 milliards d’années; mais il a également contribué à chaque épisode de croissance crustale à travers le Paleo- et Méso-Archéen dans la CRVB, malgré l’absence de pluton mis en place profondeur à des profondeurs identiques à celles des TTG.

La mobilisation des REE et de l’Hf par un fluide aqueux durant les processus métamorphiques HP-BT peut entraîner des perturbations dans la signature des protolithes et/ou dans les datations obtenues par les systèmes isotopiques Sm-Nd et Lu-Hf. L’étude couplée de la transition éclogite - amphibolite de la localité de Vårdalsneset (WGR, Norvège) et des coefficients de partage des REE et de l’Hf entre un fluide aqueux à NaCl ou à CO2 et le grenat pyrope (P = 3 GPa, T = 800°C) déterminés expérimentalement conduit à deux résultats majeurs. Tout d’abord, une différence d’échelle de mobilité entre les REE (mobiles à l’échelle décimétrique) et l’Hf (mobile à l’échelle du grain) est démontrée. Les signatures des protolithes restent cependant identifiables et les âges modèles Sm-Nd et Lu-Hf des métabasites ne sont pas perturbés, arguant d’une mobilité restreinte des REE. Ensuite; cette étude montre l’influence du CO2 dissous dans le fluide aqueux sur le partage fluide-roche des HREE. L'étude expérimentale indique que les HREE sont incompatibles dans le pyrope en présence d'un fluide à CO2. Ces résultats permettent d’expliquer l’appauvrissement en HREE sous l'effet de fluides à H2O-CO2 ou à CO2 des métabasites de Vårdalsneset. / REE and Hf mobility in aqueous fluids during HP-BT metamorphism can disturb magmatic signatures of protoliths and Sm-Nd and Lu-Hf dating. This study performed on both natural samples from Vårdalsneset (WGR, Norway) and experimental estimates of REE and Hf partition coefficients between aqueous fluid with NaCl or CO2 and pyrope (P = 3 GPa, T = 800°C) highlights two main results. Firstly, REE can be mobilized at the sample scale (tens of centimetres) whereas Hf is only mobilized at the grain scale. Magmatic signatures of protoliths are nevertheless recognizable and Nd and Hf model ages are not disturbed, that suggests slight mobility of REE. Secondly, an aqueous fluid with CO2 induces an incompatible behaviour of HREE in pyrope, which can explain the depletion in HREE of the metabasites of Vårdalsneset in presence of a H2O-CO2 or CO2 fluid.

Les buts de cette thèse sont (1) de déterminer si les âges modèles en Nd obtenus sur des terrains protérozoïques migmatisés correspondent réellement à l'âge d'extraction du magma de sa source mantellique (exemple du Limpopo Belt en Afrique du Sud) et (2) de comparer les âges Sm-Nd sur grenat et les âges U-Pb sur zircon déterminés sur des éclogites (exemple du Dabieshan en Chine Centrale). La Zone Centrale du Limpopo Belt est constituée principalement d'orthogneiss et de paragneiss. Elle a subi un métamorphisme granulitique suivi par des conditions métamorphiques de décompression à 2.0 Ga (trajectoire pression et température dans le sens horaire). Nous avons effectué des analyses isotopiques en Sm-Nd et U-Pb combinées aux analyses en éléments majeurs et traces sur trois examples de migmatites formées à 2.0 Ga afin d'étudier le fractionnement chimique et isotopique qui pourrait avoir lieu au cours de la migmatisation. La fusion partielle selon la réaction de déhydratation de la biotite met en exergue des comportements différents du système isotopique Sm-Nd dans les métagreywackes et dans les métapélites. Dans le premier cas, l'équilibre chimique et l'homogénéisation isotopique en Nd n'ont pas été achevés à cause de la fusion incongruente du plagioclase et de l'influence des minéraux accessoires sur la composition chimique des liquides. Il est démontré que la monazite est préférentiellement entraînée dans les leucosomes plutôt que l'apatite, provoquant ainsi la domination de la composition chimique de la monazite sur celles des liquides. De plus, la composition isotopique en Nd non-radiogénique de ce minéral accessoire domine celle du leucosome. Ainsi, les âges modèles en Nd des leucosomes sont jusqu'à 400 Ma plus vieux que ceux obtenus sur les paléosomes. Les âges modèles en Nd obtenus sur ces roches ne peuvent donc pas être uti lisés comme âge de formation de la croûte continentale en Afrique du Sud. Dans le cas des métapelites, la fusion incongruente du plagioclase a influencé la distribution des éléments majeurs, des Larges Ion Lithophi le Element ainsi que des Rare Earth Efement entre les paléosomes et les leucosomes. L'échange isotopique -en Nd entre les différents composants migmatitiques a été pratiquement atteint, au contraire des isotopes du Pb qui ne montrent qu'une homogénéisation partielle. Cependant, deux leucosomes à grenat présentent des compositions isotopiques en Sm-Nd et U-Pb supérieures aux autres composants migmatitiques. Ceci suggère qu'en règle générale les minéraux accessoires ont été chimiquement et isotopiquement équilibrés avec les leucosomes et les paléosomes. De ce fait, les âges modèles en Nd calculés sur les paléosomes et les leucosomes représentent des âges significatifs pour la formation de la croûte continentale dans la Zone Centrale du Limpopo Belt. Le dernier exemple est un orthogneiss migmatitique qui s'est formé par ségrégation métamorphique à des conditions subsolidus. La distribution des éléments majeurs et traces est directement proportionnelle à la quantité de chaque minéraux formant les composants migmatitiques. L'échange __ _ ___ _ isotopique en Pb a été achevé comme le montre l'isochrone en Pb-Pb sur les roches -:_~~ totales à 2.0 Ga. De plus, les caractéristiques géochimiques associées à une modélisation de la distribution des REE indiquent que le système est resté clos à - -----l'échelle de la roche totale durant le processus de migmatisation .. Ainsi, la composition isotopique en Nd du protolithe a pu être déterminée grâce à l'équation de conservation de masse et peut être utilisée pour défini~ l'âge de la formation de la croûte continentale. Le terrain Métamorphique de Ultra-Haute Pression (UHPM) du Dabieshan ______ est caractérisé par la présence de coésite et de quartz pseudomorphe dans les éclogites de composition basaltique mais aussi dans les roches d'origine sédimentaire. Les Isochrones en Sm-Nd sur grenat-omphacite-roche totale des éclogites à coésite du Massif de Bixiling donnent des âges variant entre 210 ± 9 Ma et 218 ± 4 Ma, très similaires aux âges U-Pb sur zircon à 218.4 ± 1.8 Ma et 218.4 ± 2.5 Ma (Ames et al., 1995). De plus, une isochrone Sm-Nd sur grenat-disthène-roche totale d'une éclogite rétromorphosée donne un âge à 231 ± 35 Ma en accord avec un âge à 233 ± 21 Ma (intercepte bas dans le diagramme concordia). Nous avons (:lffectué des datations par les méthodes Rb-Sr et Ar-Ar sur des phengites et des biotites de l'encaissant des éclogites à coésite de Bixiling. Les âges varient entre 198 ± 4 Ma et 212 ± 2 Ma recouvrant les âges précedemment obtenus par Sm-Nd sur les éclogites à coésite. Par conséquent, les âges Sm-Nd sur grenat sont en accord avec les âges U-Pb sur zircon et montrent que les gneiss quartzo-feldspathiques ont subi un événement métamorphique à -210 Ma comme les éclogites. L'homogénéisation isotopique en Nd entre les différents minéraux semblent être atteinte à l'âge du métamorphisme.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EvolucaoGeologicaSequencias.pdf: 13246701 bytes, checksum: 03019e18343f52273b123eb40b406f07 (MD5) Previous issue date: 2002-09-12 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As unidades litoestratigráficas do embasamento do segmento sul do Cinturão Araguaia, em função dos restritos registros geocronológicos, foram inicialmente consideradas como de idade arqueana. Este posicionamento estratigráfico começou a ser modificado após as primeiras investigações geocronológicas sistemáticas que surgiam, a partir da segunda metade da última década, revelaram um predomínio de processos geológicos do Paleoproterozóico, contrastando com as idades arqueanas encontradas em ortognaisses do embasamento do segmento setentrional do cinturão. Um estudo isotópico foi realizado nas rochas que constituem as seqüências do embasamento no segmento sul do Cinturão Araguaia, arredores de Paraíso do Tocantins e os resultados do mesmo, apresentados neste trabalho, tiveram como base as metodologias de evaporação de Pb em monocristais de zircão (Pb-Pb em zircão) e Sm-Nd (rocha total). Estes foram empregados com intuito de aperfeiçoar o quadro estratigráfico e reconstituir a evolução geológica desse segmento crustal, onde ocorrem o Grupo Rio do Coco, o Complexo Rio dos Mangues e o Granito Serrote, bem como à Suíte Monte Santo, que também aparece nesse contexto. Os processos geológicos identificados para a região aconteceram a partir do Arqueano e estenderam-se até o Neoproterozóico. Os primeiros indícios de fontes arqueanas foram obtidos em alguns restritos corpos ortoderivados no setor leste da área mapeada, cujas idades TDM situaram-se entre 3,25 e 2,78 Ga. De maneira clara, o Arqueano, ocorre na porção noroeste da área estudada, sendo representado por uma rocha metabásica pertencente ao Grupo Rio do Coco (seqüência greenstone belt), com idade de 2.618 ± 14 Ma, que é interpretada como a idade de extrusão do protólito vulcânico. Representariam assim dois segmentos crustais pretéritos individualizados na região. No Paleoproterozóico foi constituído o Complexo Rio dos Mangues, a unidade de maior expressão no embasamento, cujos registros das idades (Pb-Pb em zircão) encontrados nos ortognaisses que o compõem variaram desde 2.054 ± 4 Ma até 2.086 ± 16 Ma, formados a partir de fonte mantélica, juvenil, com uma menor contribuição crustal e idades TDM entre 2,35 e 2,21 Ga. Os processos geológicos que marcaram este período, de maneira geral, envolveram encurtamento crustal, com a participação de colisões e cavalgamentos que facilitaram a fusão parcial de compartimentos crustais, espessados, resultando na geração de alguns corpos ígneos (1,85 e 1,82 Ga) e do Granito Serrote (1,86 Ga). O Granito Serrote, apesar de ter se colocado ao final do Paleoproterozóico, foi gerado a partir de fontes ainda mais antigas que aquelas do Complexo Rio dos Mangues, situadas entre 2,50 e 2,43 Ga. O segmento crustal continental então estabelecido, com rochas de idades e origens diversas, pode ser projetado para leste, muito além da área aqui enfocada, no contexto da arquitetura do Supercontinente Atlântica, consolidado de forma definitiva no final do Paleoproterozóico. Ao término de um longo período durante o qual não se registraram eventos tectônicos significativos, no final do Mesoproterozóico, sobreveio na região, uma nova fase de instabilidade marcada por processos tafrogenéticos, cujas evidências seriam o aparecimento de magmatismo alcalino e máfico, além de bacias deposicionais que assinalam um contexto distensivo por toda a área. Em uma dessas bacias tem destaque a que acolheu os sedimentos que originaram as supracrustais do Cinturão Araguaia, a qual, durante o seu processo evolutivo, alcançou o estágio de proto-rifte. Mais distalmente, ao norte do Maciço de Goiás, este processo de quebramento aparentemente permitiu a constituição de um domínio oceânico, que por evolução e reciclagem, teria gerado as rochas que compõem o Arco Magmático de Goiás. Na região trabalhada este terreno de arco seria apenas prenunciado pelo aparecimento de um gnaisse tonal ítico com idade de 840 Ma e idade modelo TDM de 1,83 Ga. Os efeitos dos processos dessa tafrogênese, dos quais os principais vestígios são os gnaisses sieníticos encontrados na Suíte Monte Santo, com idade de 1.051 ± 17 Ma, correlacionam-se aos processos de fissão ocorridos mundialmente e que levaram à fragmentação do Supercontinente Rodinha. Os protólitos desta suíte também foram gerados durante o Mesoproterozóico, conforme atestam as idades modelo TDM entre 1,49 e 1,70 Ga. Finalmente, passando ao Neoproterozóico, através da inversão nas condições geodinâmicas, seguir-se-iam na região processos de encurtamento horizontal e de espessamento crustal, além de fusões, espacial e volumetricamente distintas, que teriam gerado o Granito Matança e o Granito Santa Luzia, encontrado no domínio do Cinturão Araguaia. Este cinturão foi edificado a partir dessa movimentação tectônica, guardando registros de feições estruturais pretéritas, também presentes nos conjuntos litoestruturais mais antigos. O transporte de massas tectônicas no sentido do Cráton Amazônico teria ocorrido, resultando na atual arquitetura em que se encontram, na forma de lascas imbricadas. / The basement rocks in the south segment of the Araguaia Belt, due to the scarcity of geochronological information, were firstly considered as of Archean age. This interpretation began to be reviewed after the geochronological investigations were carried out during the last decade, which showed an important contribution of geological processes of the Paleoproterozoic in the formation of those basement rocks. In this work an isotopic study was carried out on the basement sequences of the southern segments of the Araguaia Belt and its results were based on the single zircon Pb-evaporation technique (Pb-Pb in zircon) and the Sm-Nd (whole rock) systematic. These techniques were used in order to improve and reconstruct the geological evolution of this crustal segment where Rio do Coco Group, Rio dos Mangues Complex, and Serrote Granite occur, as well as Monte Santo Suite that also appear in this context. The geological processes identified for the region took place from the Archean through the Neoproterozoic Era. The first evidences from the archean source were obtained in some restricted orthoderivated bodies in the east sector of the mapped area in which the TDM ages varied between 3.25 and 2.78 Ga. In a clear way, the Archean occurs in the northwest portion of the studied area being represented by a metabasic rock belonged to the Rio do Coco Group (greenstone belt sequence), with 2.618 ± 14 Ma. This age is interpreted as the age of the extrusion of the volcanic protolith. They would represent the two crustal preterit segments found in the region. During the Paleoproterozoic the Rio dos Mangues Complex was constituted, representing the most expressive unit of the basement. Ortogneisses of the Rio dos Mangues Complex were dated and their Pb-Pb in zircon ages varied between 2.054 ± 4 Ma and 2.086 ± 16 Ma. They were formed from a mantelic and juvenile source, with a small crustal contribution and their TDM ages are between 2.35 e 2.21 Ga. The geological processes that marked this period, involved crustal shortening with the participation of collision and thrusting that induced partial fusion of some parts of the thickened crust. The results were the generation of some igneous bodies (1.85 and 1.82 Ga) and of the Serrote Granite (1.86 Ga). Although the emplacement of the Serrote Granite took place at the end of the Paleoproterozoic, it was developed from older sources (2.50 e 2.43 Ga) than those of the Rio dos Mangues Complex. So, The continental crust established, with rocks from different ages and sources may be projected to the east, far from the studied area, inside the context of the architecture from the Atlantic Super Continent, formed definitively at the end of the Paleoproterozoic. At the end of a period without tectonic registers (end of Mesoproterozoic) a new phase took place in the region marked by tafrogenetic processes as the appearing of alkaline and basic magmatism as well as depositional basins that show an extensive context along the whole area. One of these basins received the sediments that originated the Araguaia Belt Supracrustals, which, during its evaluative process, reach the proto-rifte stage. Far from here, at the north portion of Goiás Massif, this rifting process seemed to permit the constitution of an oceanic domain, that, by evolution and recycling, may have be formed the rocks of the Magmatic Arc of Goiás. At the worked area, this arc terrain could be only be predicted by the appearing of one tonalitic gneiss with the age of 840 Ma and TDM model ages of 1.83 Ga. The effects of this tafrogenetic processes, from which the most important evidences are sienitic gneisses, found at Monte Santo Suit, with 1.051 ± 17 Ma, are related to the fission processes in the whole world which made the break up of the Rodinia Super Continent possible. The protolith of this suit were also been formed during the Mesoproterozoic as they can be seen in the TDM model age between 1.49 e 1.70 Ga. Finally, passing to the Neoproterozoic, through the inversion in the geodinamic conditions, processes of horizontal shortening again took place in the region, with the participation of crustal thickening as well as distinct volumetric and spatial fusions that may have generated the Matança and Santa Luzia Granites. The last one found inside the domain of Araguaia Belt. The Araguaia Belt was built from this tectonic motion, and has registers of past structural formations, also present in the older litostructural groups. The mass tectonic transport in the Amazonian Craton way might have occurred, resulting in the actual architecture found nowadays in the form of imbricated slices.

Une bonne compréhension du comportement des radiochronomètres est essentielle pour mener des études de thermochronologie visant à contraindre des processus géodynamiques. Cependant, le comportement des radiochronomètres est complexe car dicté par un grand nombre de facteurs intrinsèques et extrinsèques au système étudié. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à déterminer quels étaient les facteurs critiques lors des processus de rééquilibrage isotopique survenant durant un événement métamorphique de haut grade. Ainsi, nous avons étudié le comportement des systèmes isotopiques Rb/Sr, Ar/Ar et Sm/Nd lors de l'éclogitisation partielle (contrôlée par la déformation et la circulation de fluides) au Calédonien de roches granulitiques grenvilliennes dans l'Arc de Bergen en Norvège. Nous montrons, grâce à une étude géochronologique fine associée à différentes observations (pétrologiques, géochimiques in situ et sur fractions minérales, diffraction X et isotopes de l'oxygène) permettant de contraindre avec précision le flux des éléments d'un site textural vers un autre au cours des réactions d'éclogitisation, que le facteur principal garantissant un rééquilibrage isotopique complet pour les systèmes Rb/Sr et Sm/Nd lors d'un événement métamorphique de haut grade est la redistribution homogène des éléments à l'échelle de l'échantillon. Cependant, la circulation de fluides et la déformation qui peuvent être associées aux processus de recristallisation ne sont pas nécessairement suffisant pour garantir une telle réhomogénéisation. La mise en solution des éléments d'un système ou la fusion partielle apparaissent comme deux mécanismes de réhomogénéisation bien plus efficaces. Pour le système Ar/Ar, le facteur critique est l'évacuation totale de l'argon radiogénique précédemment accumulé dans le système. Cette évacuation est favorisée, mais non garantie, par la circulation de fluides en raison de la plus forte solubilité de l'argon dans les fluides. Cependant un grand nombre de facteurs vont contrôler ce processus : quantité d'argon radiogénique initialement présente (fonction de la composition chimique de la roche et de son âge), composition chimique du fluide, et circulation en système ouvert ou fermé.

Dans le but de tester la capacité des komatiites à préserver leur composition géochimique et isotopique (Sr,Nd, 0) primaire, caractéristique du manteau archéen, les coulées basaltiques et komatiitiques des ceintures de roches vertes de l'Abitibi et de Barberton ont été étudiées. . Les komatiites peu altérées ont des compositions géochimiques compatibles avec le fractionnement de l'olivine; seuls les éléments alcalins sont mobilisés. Dans les komatiites plus altérées, les concentrations en High Field Strength Element (HFSE) par rapport aux Terres Rares (REE) produisent des anomalies variables à l'intérieur des coulées. Ces anomalies sont produites par le fractionnement des phases mantelliques de haute pression eVou la mobilité de ces éléments par les fluides hydrothermaux. ' Les mobilités géochimiques et les perturbations tardives des systèmes isotopiques (Sr, Nd, 0) à l'échelle de la roche totale sont expliquées par des processus d'échange isotopique et par le fractionnement tardif des éléments en traces. Afin de déterminer la composition isotopique initiale de ces coulées * komatiitiques, les compositions isotopiques en Néodyme et Oxygène ont été * mesurées sur des minéraux primaires. A partir de ces données, il apparait que la source des komatiites d'Alexo (Abitibi) à une valeur ENd(T) supérieure à celle obtenue sur les basaltes. Ces différences isotopiques en neodyme s'intègrent dans un modèle de plume mantellique pour la genèse des komatiites. De même, les pyroxènes de Barberton de la formation de Weltevreden ont une valeur ENd (T) systématiquement supérieure ou égale aux valeurs obtenues sur roche totale dans les autres formations. Les principaux facteurs qui contrôlent les mobilités géochimiques dans les komatiites altérées sont (1) la* composition du fluide, (2) leurs faibles concentrations initiales en éléments en traces, (3) la nature des phases secondaires qui concentrent les éléments en traces et (4) leur texture.

Une bonne compréhension du comportement des radiochronomètres est essentielle pour mener des études de thermochronologie visant à contraindre des processus géodynamiques. Cependant, le comportement des radiochronomètres est complexe car dicté par un grand nombre de facteurs intrinsèques et extrinsèques au système étudié. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à déterminer quels étaient les facteurs critiques lors des processus de rééquilibrage isotopique survenant durant un événement métamorphique de haut grade. Ainsi, nous avons étudié le comportement des systèmes isotopiques Rb/Sr, Ar/Ar et Sm/Nd lors de l'éclogitisation partielle (contrôlée par la déformation et la circulation de fluides) au Calédonien de roches granulitiques grenvilliennes dans l'Arc de Bergen en Norvège. Nous montrons, grâce à une étude géochronologique fine associée à différentes observations (pétrologiques, géochimiques in situ et sur fractions minérales, diffraction X et isotopes de l'oxygène) permettant de contraindre avec précision le flux des éléments d'un site textural vers un autre au cours des réactions d'éclogitisation, que le facteur principal garantissant un rééquilibrage isotopique complet pour les systèmes Rb/Sr et Sm/Nd lors d'un événement métamorphique de haut grade est la redistribution homogène des éléments à l'échelle de l'échantillon. Cependant, la circulation de fluides et la déformation qui peuvent être associées aux processus de recristallisation ne sont pas nécessairement suffisant pour garantir une telle réhomogénéisation. La mise en solution des éléments d'un système ou la fusion partielle apparaissent comme deux mécanismes de réhomogénéisation bien plus efficaces. Pour le système Ar/Ar, le facteur critique est l'évacuation totale de l'argon radiogénique précédemment accumulé dans le système. Cette évacuation est favorisée, mais non garantie, par la circulation de fluides en raison de la plus forte solubilité de l'argon dans les fluides. Cependant un grand nombre de facteurs vont contrôler ce processus : quantité d'argon radiogénique initialement présente (fonction de la composition chimique de la roche et de son âge), composition chimique du fluide, et circulation en système ouvert ou fermé.

Les éclogites témoignent, pour la plupart d'entre elles, de l'existence de lambeaux de paléocroûtes océaniques affectées par des conditions tectonométamorphiques très intenses. Ces roches représentent généralement les premiers épisodes de la formation des chaînes de montagne, avant les phénomènes de collision continentale. L'étude géochronologique et géochimique des éclogites est fondamentale car elle apporte d'une part de nombreuses contraintes à la géologie des massifs cristallins étudiés, et permet d'autre part de caractériser le comportement des systèmes isotopiques \ lors d'un métamorphisme de haute grade. - L'ensemble des résultats géochimiques et isotopiques montre que la maiorité des * protolithes des éclogites étudiées provenant du Massif Armoricain (Champtoceaux-Léon) et des massifs externes alpins (Aiguilles Rouges-Belledonne- Argentera) sont comparables aux basaltes de rides' médio-océaniques actuels. - L'étude géochronologique U-Pb sur zircons a révélé une large gamme d'âges de magr:natisme initial de ces métabasites. Les résultats sont divisés - en d eux groupes : les âges précambriens et les âges paléozoiques. Un modèle de faible contamination, ion géochronoches qui propose qu'une très faible contribution crustale introduise une informat logique erronnée sans perturber les caractères géochimiques des roches étudiées, permet d'interpréter la diversité des âges précambriens obtenus. Dans les deux domaines étudiés, le magmatisme océanique d'âge paléozoique a été daté en deux époques distinctes :460-500 Ma et 350-380 Ma. - Le métamorphisme éclogitique est lui -même constitué de plusieurs époques : (1) précoce : 480 Ma, (2) majeur 400-440 Ma et (3) tardif à 350-370 Ma. Ceci permet de proposer la fermeture de plusieurs domaines océaniques et une évolution non-synchrone de l'ensemble de la chaîne Hercynienne. - Dans la chaîne Alpine, les âges obtenus par U-Pb * sur zircons 286 Ma (magmatisme) pour le métagranite éclogitique du Mont Mucrone et 117 Ma (métamorphi ~ me) sur une métaquartzite éclogitique du massif de Dora-Maïra permettent de corréler les âges obtenus avec les conditions P-T du métamorphisme le système U-Pb du granite n'a pas été modifié par le métamorphisme PH-BT, au contraire l'événement HP-HT a été enregistré par les zircons d'un sédiment.