Essa tese de Doutorado tem por objetivo apresentar uma discussão sobre a evolução do manto litosférico subcontinental na região nordeste da Província Borborema, desde o Mesozóico até Cenozóico. Para isso foram obtidos dados de geoquímica elementar e isotópica de dois importantes eventos magmáticos expostos na região: (i) o enxame de diques toleíticos Ceará-Mirim (Cretáceo Inferior) e (ii) o vulcanismo alcalino Macau representado por plugs, necks e lavas com idades distribuídas desde o Oligoceno ao Mioceno.O enxame de diques de Ceará Mirim é composto de (i) olivina toleítos de alto-Ti, (ii) toleítos evoluídos de alto-Ti (TiO2>1,5 wt.%; Ti/Y>360), e (iii) toleítos de baixo-Ti (TiO2<1,5wt%; Ti/Y<360), todos com forte enriquecimento em elementos incompatíveis relativo ao manto primitivo. Os olivina toleitos exibem teores em Nb-Ta semelhante àqueles de magmas do tipo OIB. Ao contrário, os toleitos evoluídos de alto-Ti e os toleítos a baixo-Ti mostram anomalias negativas em Nb-Ta, as quais são mais pronunciadas nos basaltos de baixo-Ti. Os olivina toleítos mostram a razões iniciais 87 Sr/86Sr uniformes (0,7034-0,7037), enquanto que as composições isotópicas de Nd e Pb são variáveis, parte delas moderadamente radiogênicas(0,512518- 0,512699; 19,13-19,25). As composições isotópicas de Pb sugerem a contribuição de um componente FOZO na gênese desses olivina toleitos. Os outros toleítos apresentam valores muito mais variáveis, com 87Sr/86Sr radiogênicas (em comparação ao BSEt=127) e valores subcondríticos para Nd (<0,512442 ou \'épsilon\'Nd< -0,6). Quando combinadas com razões 206Pb/204Pb entre 17,08 e 18,41, os toleitos evoluídos de alto-Ti e os toleitos de baixo-Ti mostram afinidade com o componente EMI, sendo as características enriquecidas dos toleitos de baixo-Ti mais acentuadas devido a contaminação crustal durante ascensão. As similaridades com EMI, as anomalia de Nb e idades modelo TDM> 1 Ga, são evidências composicionais para atribuir a origem dos toleítos evoluídos de altoe baixo-Ti à fusão do manto litosférico subcontinental proterozóico, metasomatizado por um componente de subducção. Os dados de termometria aliados aos padrões fracionados de elementos terras raras indicam que a fusão deve ter acontecido a ~60 km,na região de transição granada-espinélio assumindo uma litosfera afinada durante o Cretáceo. Os olivina toleitos, por sua vez, teriam fundido em profundidades de ~75 km a partir da astenosfera tipo-FOZO, passivamente soerguida em decorrência de afinamento litosférico relacionado a esforços distensivos duranteo Cretáceo. O vulcanismo cenozóico Macau é representado por alcali-basaltos, basanitos e nefelinitos. Basaltos toleíticos são menos comuns. Em geral, os basaltos Macau guardam alguma semelhança com os olivina toleitos cretáceos. São enriquecidos em elementos incompatíveis e 6 em Nb-Ta, mas com características mais primitivas como10<MgO<15wt.% e 200<Ni<500ppm. Todos experimentaram fracionamento de olivina e clinopiroxênio, enquanto plagioclásio contribuiu em menor importância. O modelamento feito a partir de razões entre elementos terras raras combinado a dados termométricos indicam que os basanitos e alcali-basaltos teriam fundido a partir de lherzolitos a profundidade entre 80-90 km, na região de transição espinéliogranada, enquanto que os nefelinitos seriam produto da fusão (<0,1%) mais profunda,a ~120 km de profundidade (~1470ºC). As composições isotópicas Sr-Nd-Pb são semelhantes a magmas OIB gerados pela mistura de dois reservatórios, odelados como FOZO e EM. A identificação de FOZO no Cenozóico da Província Borborema aliada à ausência de um cenário tectônico compatível com afinamento litosférico/ascensão passiva da astenosfera e/ou presença de plumas,nos leva a propor que a astenosfera tipo-FOZO teria se re-equilibrado termalmente com o manto litosférico subcontinental desde o Cretáceo. Ao contrário, o componente EM nos basaltos Macau não pode ser correlacionado ao mesmo manto litosférico enriquecido identificado nos toleitos. Embora ainda não muito clara, sua origem é por ora atribuída a metassomatismo potássico provavelmente relacionado ao impacto da pluma de Fernando de Noronha sob o continente. As similaridades isotópicas entre esses basaltos oceânicos e os basaltos continentais sugerem que alguma ligação genética deve ser considerada. Por fim, composições isotópicas de Os e idades modelo TRD obtidos de xenólitos peridotíticos nos basaltos cenozóicos, registram a recorrência de múltiplos eventos de extração de magmas (1,3 a 0,1 Ga) e metassomatismo, confirmando a evolução química complexa experimentada pelo manto litosférico subcontinental no extremo nordeste da Província Borborema. / The objective of this doctoral thesis is to present a discussion on the evolution of the subcontinental lithospheric mantle in the northeast of the Borborema Province from the Mesozoic to the Cenozoic. For this reason, element and isotope geochemical data were obtained from two important magmatic events in the region: (i) the Lower Cretaceous Ceará-Mirim dyke swarm and (ii) the Macau alkaline volcanism characterized by plugs, necks and flows of Oligocene to Miocene ages. The Ceará-Mirim dyke swarm is composed of (i) high-Ti olivine tholeiites, (ii) evolved high-Ti tholeiites (TiO2>1.5 wt.%; Ti/Y>360), and (iii) low-Ti tholeiites (TiO2<1.5 wt.%; Ti/Y<360), all exhibiting strong enrichment in incompatible elements relative to the primitive mantle. The Nb-Ta abundance in the olivine tholeiites is of OIB affinity, while the evolved high-Ti and the low-Ti tholeiites demonstrate Nb-Ta negative anomalies, more accentuated in the low-Ti basalts. Initial 87Sr/86Sr ratios in the olivine tholeiites are less variable (0.7034-0.7037), but have variable Nd and Pb isotopic compositions with some moderately radiogenic (0.512518-0.512699; 19.13-19.25). The Pb isotopic compositions suggest the contribution of a FOZO component in the genesis of the olivine tholeiites. The other tholeiites exhibit more variable values, with radiogenic 87Sr/86Sr (relative to BSEt=127) and subchondritic Nd <;0.512442 or \'èpsilon\'Nd < -0.6). When combined with the 206Pb/204Pb ratios of 17.08 to 18.41, the evolve high-Ti tholeiites demonstrate EM1 affinity, with the enriched nature of the low-Ti tholeiites more enhanced due to crustal assimilation during ascent. The similarities with EM1, the Nb anomaly and the TDM model age> 1 Ga, are compositional evidence that suggest the magmas of the evolved high-Ti and low-Ti tholeiites were generated from the melting of the Proterozoic subcontinental lithospheric mantle, metasomatized by a subduction component. A combination of the inferred temperature data with the fractionated rare earth element patterns indicate that melting might have occurred at ~60km, at the garnet-spinel lherzolites transition zone in a thinned lithosphere during the Cretaceous. On the other hand, the olivine tholeiite magma might have been generated at ~75 km depth, in a FOZO-type asthenosphere that passively welled up due to the lithospheric extension and thinning in the Cretaceous. The Macau volcanism is composed of alkali basalts, basanites and nephelinites, and rare tholeiitic basalts. Generally, the Macau basalts and the Cretaceous olivine tholeiites share some similarities. They are enriched in incompatible elements and in Nb-Ta, but with more primitive characteristics like 10<MgO<15 wt.% and 200<Ni<500 ppm. All experienced fractionation of olivine and clinopyroxene, but less important for plagioclase. Rare earth element modeling and inferred temperature data indicate that the basanitic and the alkaline basaltic magmas melted from lherzolites at 80-90 km depth, at the spinel-garnet transition, while the nephelinitic magmas were generated from melting (<0.1%) at deeper levels, at ~120 km of depth (~1470°C). The Sr-Nd-Pb isotopic compositions have affinity to OIB magmas generated from the mixing of two reservoirs, modeled as FOZO and EM. The identification of FOZO in the Borborema Province in the Cenozoic with the absence of a compatible tectonic scenario such as lithospheric thinning/passive asthenospheric upwelling and/or the presence of plumes, make us to propose that a FOZO-type asthenosphere might have thermally re-equilibrated as a subcontinental lithospheric mantle since the Cretaceous. On the other hand, the EM component in the Macau basalts cannot be linked to the same enriched lithospheric mantle identified with the tholeiites. However, their origin, though not very clear, is attributed to potassic metasomatism probably linked to the impact of the Fernando de Noronha plume on the continent. The similarities in isotopic signatures between the oceanic and continental basalts suggest a genetic link between both. Lastly, the Os isotopic compositions and TRD model ages contrained from the peridotite xenoliths in the Cenozoic basalts, record the occurrence of multiple magma extraction (1.3 to 0.1 Ga) and metasomatism events, confirming a complex chemical evolution in the subcontinental lithosphere in the far northeast of the Borborema Province.

Os diques da Região dos Lagos, localizados entre os municípios de Arraial do Cabo, Cabo Frio e Armação dos Búzios (RJ), integram o Enxame de Diques da Serra do Mar (ESM) e apresentam particularidades geoquímicas e geocronológicas que fazem com que seu papel na abertura do Atlântico Sul ainda seja pouco compreendido. Este estudo apresenta os resultados da investigação detalhada sobre a gênese e a idade dessas intrusões, através novas análises de elementos maiores, menores, traços, razões isotópicas (Sr, Nd e Pb) e datações 40Ar/39Ar. Os diques são quimicamente representados por basaltos toleíticos, andesibasaltos toleíticos e basaltos transicionais, com teores de TiO2, em sua maioria, inferiores a 2% (BTi). Os dados de geoquímica elemental permitem identificar dois grupos, um mais primitivo e empobrecido em elementos incompatíveis (grupo A), e outro mais evoluído e enriquecido nesses elementos (grupo B). Os dados sugerem pouca ou nenhuma influência de contaminação crustal durante a evolução e apontam semelhanças do grupo A com os basaltos BTi (Esmeralda) da Província Magmática do Paraná (PMP). O grupo B, por sua vez, apresenta características distintas dos derrames BTi da PMP. O grupo A possui composições isotópicas pouco radiogênicas em Sr e mais radiogênicas em Pb que o grupo B, assemelhando-se àquelas dos diques Horingbaai da Namíbia. As razões isotópicas de Pb sugerem que os dois grupos foram originados por fontes mantélicas distintas, as quais são também menos radiogênicas que os derrames BTi da PMP. Os dados não se adequam à diferenciação por cristalização fracionada com assimilação concomitante ou por mistura envolvendo os reservatórios mantélicos clássicos. Este comportamento pode estar relacionado a heterogeneidades do manto litosférico, causadas por longos processos de subducção durante a amalgamação do Gondwana ocidental. As análises 40Ar/39Ar mostram que a presença de sericitização e albitização nos plagioclásios pode imprimir as idades desses processos nos espectros. Plagioclásios sericitizados do grupo A forneceram idades de 106-108 Ma, e também um provável evento de albitização em 96 Ma. Tais idades discordam tanto das de plagioclásios frescos (idades máximas de 125-140 Ma), afetados por excesso de Ar em decorrência de inclusões de piroxênio e apatita, como daquelas de 132 Ma obtidas em anfibólio-biotita. Estas últimas devem marcar a intrusão dos diques do grupo A, confirmando sua associação com a PMP. A análise em rocha total de um dique do grupo B apresentou idade máxima de cerca de 108 Ma, sugerindo que a intrusão dos grupos A e B podem não ser contemporâneas. A similaridade entre a idade do grupo B e aquela de soerguimento da costa sudeste sugere que estes diques possam ter sido originados durante esse evento, que também teria causado a alteração (sericitização) dos plagioclásios do grupo A. / The Região dos Lagos tholeiitic dykes, located in Rio de Janeiro State, encompass the Arraial do Cabo, Cabo Frio and Armação de Búzios towns and integrate the Serra do Mar Dyke Swarm. Their role in the South Atlantic opening processes is still poorly defined because of their peculiar geochemical and geochronological features. In this work, the petrogenesis and the geochronology of these intrusions were investigated in detail based on new data of elemental (major, minor and trace elements) and isotope (Sr, Nd and Pb) geochemistry along with a careful 40Ar/39Ar dating. The dykes are chemically represented by tholeiitic basalts, andesi tholeiitic basalts and transitional basalts, usually presenting TiO2 contents lower than 2% (LTi). The elemental geochemistry allows the recognition of two magmatic groups; one of them is more primitive and depleted in incompatible elements (group A), whereas the other one is more evolved and enriched in these elements (group B). The data also indicate that crustal assimilation, if existed, had a small role in the magmatic evolution of both groups, and point out similarities between group A and the LTi flows (Esmeralda) from the Paraná Magmatic Province (PMP). Group B, in turn, displays geochemical features very different from those of the LTi basalts from PMP. The Sr isotope compositions of group A are less radiogenic than those of the B one, but the opposite occurs with Pb, which makes the first group similar to the Horingbaai dykes from Namibia. The Pb isotope ratios indicate that A and B were originated from distinct mantle sources, which also differ from those related to PMP LTi flows. The isotope data are not compatible with assimilation-fractional crystallization processes or simple mixtures involving the classic mantle reservoirs. This behavior suggests origin in heterogeneous lithospheric subcontinental mantle, probably affected by long subduction periods during Western Gondwana amalgamation. The 40Ar/39Ar geochronological data point out that the presence of plagioclase sericitization and albitization in their rims may imprint the age of these events in the age spectra. Sericitized plagioclase grains of group A displayed ages of 106-108 Ma, while the albitized fractions provided ages of 96 Ma. Such results disagree with both the fresh plagioclase grains (maximum ages of 125-140 Ma), very affected by excess Ar due to pyroxene and apatite inclusions, and the 132 Ma age of the amphibole-biotite aliquots. This last result very probably corresponds to the dyke emplacement event, confirming the genetic relationship between group A and the PMP. Whole rock dating in a sericite-free group B dyke provided maximum age of 108 Ma, which would imply that A and B groups are not coeval. The similarity between the last age and the uplifting event of Southwestern Brazilian coast suggests that the dykes of group B could have been generated during such process, which also altered (sericitized) the plagioclases of the group A dykes.

Os diques da Região dos Lagos, localizados entre os municípios de Arraial do Cabo, Cabo Frio e Armação dos Búzios (RJ), integram o Enxame de Diques da Serra do Mar (ESM) e apresentam particularidades geoquímicas e geocronológicas que fazem com que seu papel na abertura do Atlântico Sul ainda seja pouco compreendido. Este estudo apresenta os resultados da investigação detalhada sobre a gênese e a idade dessas intrusões, através novas análises de elementos maiores, menores, traços, razões isotópicas (Sr, Nd e Pb) e datações 40Ar/39Ar. Os diques são quimicamente representados por basaltos toleíticos, andesibasaltos toleíticos e basaltos transicionais, com teores de TiO2, em sua maioria, inferiores a 2% (BTi). Os dados de geoquímica elemental permitem identificar dois grupos, um mais primitivo e empobrecido em elementos incompatíveis (grupo A), e outro mais evoluído e enriquecido nesses elementos (grupo B). Os dados sugerem pouca ou nenhuma influência de contaminação crustal durante a evolução e apontam semelhanças do grupo A com os basaltos BTi (Esmeralda) da Província Magmática do Paraná (PMP). O grupo B, por sua vez, apresenta características distintas dos derrames BTi da PMP. O grupo A possui composições isotópicas pouco radiogênicas em Sr e mais radiogênicas em Pb que o grupo B, assemelhando-se àquelas dos diques Horingbaai da Namíbia. As razões isotópicas de Pb sugerem que os dois grupos foram originados por fontes mantélicas distintas, as quais são também menos radiogênicas que os derrames BTi da PMP. Os dados não se adequam à diferenciação por cristalização fracionada com assimilação concomitante ou por mistura envolvendo os reservatórios mantélicos clássicos. Este comportamento pode estar relacionado a heterogeneidades do manto litosférico, causadas por longos processos de subducção durante a amalgamação do Gondwana ocidental. As análises 40Ar/39Ar mostram que a presença de sericitização e albitização nos plagioclásios pode imprimir as idades desses processos nos espectros. Plagioclásios sericitizados do grupo A forneceram idades de 106-108 Ma, e também um provável evento de albitização em 96 Ma. Tais idades discordam tanto das de plagioclásios frescos (idades máximas de 125-140 Ma), afetados por excesso de Ar em decorrência de inclusões de piroxênio e apatita, como daquelas de 132 Ma obtidas em anfibólio-biotita. Estas últimas devem marcar a intrusão dos diques do grupo A, confirmando sua associação com a PMP. A análise em rocha total de um dique do grupo B apresentou idade máxima de cerca de 108 Ma, sugerindo que a intrusão dos grupos A e B podem não ser contemporâneas. A similaridade entre a idade do grupo B e aquela de soerguimento da costa sudeste sugere que estes diques possam ter sido originados durante esse evento, que também teria causado a alteração (sericitização) dos plagioclásios do grupo A. / The Região dos Lagos tholeiitic dykes, located in Rio de Janeiro State, encompass the Arraial do Cabo, Cabo Frio and Armação de Búzios towns and integrate the Serra do Mar Dyke Swarm. Their role in the South Atlantic opening processes is still poorly defined because of their peculiar geochemical and geochronological features. In this work, the petrogenesis and the geochronology of these intrusions were investigated in detail based on new data of elemental (major, minor and trace elements) and isotope (Sr, Nd and Pb) geochemistry along with a careful 40Ar/39Ar dating. The dykes are chemically represented by tholeiitic basalts, andesi tholeiitic basalts and transitional basalts, usually presenting TiO2 contents lower than 2% (LTi). The elemental geochemistry allows the recognition of two magmatic groups; one of them is more primitive and depleted in incompatible elements (group A), whereas the other one is more evolved and enriched in these elements (group B). The data also indicate that crustal assimilation, if existed, had a small role in the magmatic evolution of both groups, and point out similarities between group A and the LTi flows (Esmeralda) from the Paraná Magmatic Province (PMP). Group B, in turn, displays geochemical features very different from those of the LTi basalts from PMP. The Sr isotope compositions of group A are less radiogenic than those of the B one, but the opposite occurs with Pb, which makes the first group similar to the Horingbaai dykes from Namibia. The Pb isotope ratios indicate that A and B were originated from distinct mantle sources, which also differ from those related to PMP LTi flows. The isotope data are not compatible with assimilation-fractional crystallization processes or simple mixtures involving the classic mantle reservoirs. This behavior suggests origin in heterogeneous lithospheric subcontinental mantle, probably affected by long subduction periods during Western Gondwana amalgamation. The 40Ar/39Ar geochronological data point out that the presence of plagioclase sericitization and albitization in their rims may imprint the age of these events in the age spectra. Sericitized plagioclase grains of group A displayed ages of 106-108 Ma, while the albitized fractions provided ages of 96 Ma. Such results disagree with both the fresh plagioclase grains (maximum ages of 125-140 Ma), very affected by excess Ar due to pyroxene and apatite inclusions, and the 132 Ma age of the amphibole-biotite aliquots. This last result very probably corresponds to the dyke emplacement event, confirming the genetic relationship between group A and the PMP. Whole rock dating in a sericite-free group B dyke provided maximum age of 108 Ma, which would imply that A and B groups are not coeval. The similarity between the last age and the uplifting event of Southwestern Brazilian coast suggests that the dykes of group B could have been generated during such process, which also altered (sericitized) the plagioclases of the group A dykes.