Intraplate volcanism that has created the Hawaiian-Emperor seamount chain is generally thought to be formed by a deep-seated mantle plume. While the idea of a Hawaiian plume has not met with substantial opposition, whether or not the Hawaiian plume shows any geochemical signal of receiving materials from the Earth’s Outer Core and how the plume may or may not be reacting with the overriding lithosphere remain debatable issues. In an effort to understand how the Hawaiian plume works I report on the first in-situ sulfides and bulk rock Platinum Group Element (PGE) concentrations, together with Os isotope ratios on well-characterized garnet pyroxenite xenoliths from the island of Oahu in Hawaii. The sulfides are Fe-Ni Monosulfide Solid Solution and show fractionated PGE patterns. Based on the major elements, Platinum Group Elements and experimental data I interpret the Hawaiian sulfides as an immiscible melt that separated from a melt similar to the Honolulu Volcanics (HV) alkali lavas at a pressure-temperature condition of 1530 ± 100OC and 3.1±0.6 GPa., i.e. near the base or slightly below the Pacific lithosphere. The 187Os/188Os ratios of the bulk rock vary from subchondritic to suprachondritic (0.123-0.164); and the 187Os/188Os ratio strongly correlates with major element, High Field Strength Element (HFSE), Rare Earth Element (REE) and PGE abundances. These correlations strongly suggest that PGE concentrations and Os isotope ratios reflect primary mantle processes. I interpret these correlations as the result of melt-mantle reaction at the base of the lithosphere: I suggest that the parental melt that crystallized the pyroxenites selectively picked up radiogenic Os from the grain boundary sulfides, while percolating through the Pacific lithosphere. Thus the sampled pyroxenites essentially represent crystallized melts from different stages of this melt-mantle reaction process at the base of the lithosphere. I further show that the relatively low Pt/Re ratios of the Hawaiian sulfides and the bulk rock pyroxenites suggest that, upon ageing, such pyroxenites plus their sulfides cannot generate the coupled 186Os-187Os isotope enrichments observed in Hawaiian lavas. Therefore, recycling of mantle sulfides of pyroxenitic parentage is unlikely to explain the enriched Pt-Re-Os isotope systematics of plume-derived lavas.

This dissertation consists of four chapters, each of which is either published in a peer-reviewed journal, or in submission. These chapters developed from the testing of the hypothesis that the lithospheric mantle contains significant magnetic regions that contribute to the magnetism observed/measured, either at or close to the Earth’s surface, or from satellite data. Chapter 1 “Eight good reasons why the mantle could be magnetic” (2014) published in Tectonophysics by Ferré, Friedman, Martín-Hernández, Feinberg, Till, Ionov and Conder, addresses the motivation for this project and establishes the probability of upper mantle contribution to magnetic anomalies. My role with this manuscript was to produce figures using my previously collected data (Figures 2, 4, and 6), compile known data on the magnetic properties of minerals in mantle peridotites (Table 1), provide discussion for and against each argument made, and edited the manuscript. Chapter 2 “Remanent magnetization in fresh xenoliths derived from combined demagnetization experiments: Magnetic mineralogy, origin and implications for mantle sources of magnetic anomalies” (2014) published in Tectonophysics by Martín-Hernández, Ferré, and Friedman, investigates the natural remanent magnetization of mantle xenoliths. Notably, it establishes that the natural remanent magnetization of these xenoliths is derived from a thermoremanent magnetization (primary) and not from chemical remanent magnetization (secondary) origin. My primary role in this study was to provide preliminary magnetic and petrologic data and analysis of the samples. Secondary responsibilities were to prepare the samples, edit the manuscript and provide discussion on the results. Chapter 3 “Craton vs. rift uppermost mantle contributions to magnetic anomalies in the United States interior” (2014) published in Tectonophysics by Friedman, Feinberg, Ferré, Demory, Martín-Hernández, Conder, and Rochette begins to compare magnetic properties across different tectonic settings. The metasomatized cratonic upper mantle of the United States interior contains ferromagnetic phases that exist at temperatures lower than the Curie temperature. This upper mantle would likely contribute to magnetic anomalies. Alternatively, the high geotherm and sulfide-rich mantle near the Rio Grande Rift precludes this area from mantle contribution to magnetic anomalies. As first author I prepared samples, ran experiments, processed data, produced figures, wrote the manuscript and applied for funding. Chapter 4 “What is magnetic in the mantle wedge?” (2015) submitted to Geology, examines the mantle wedge beneath multiple island arcs. Magnetic anomalies in island arc settings have been attributed to a serpentinized mantle wedge. While this material is not available to test, metasomatized mantle, common to the mantle wedge, is available. Metasomatized mantle is mostly paramagnetic, and thus supports that stepwise dehydration of a subducting slab may produce positive and negative anomalies in the mantle wedge. As first author I prepared samples, ran experiments, processed data, produced figures, wrote the manuscript and applied for funding.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18802号 / 理博第4060号 / 新制||理||1584(附属図書館) / 31753 / 京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻 / (主査)教授 竹村 惠二, 教授 平原 和朗, 教授 大沢 信二 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

O Kimberlito Indaiá, situado 25 km a norte da cidade de Monte Carmelo, na região oeste de Minas Gerais, é intrusivo em granitóides cataclasados associados ao Grupo Araxá, na Faixa de Dobramentos Brasília. O corpo apresenta forma subcircular e diâmetro principal de 220 m na direção NE-SW; em sua porção NE ocorre uma intrusão de kamafugito associada de 120 m de diâmetro. A rocha exibe coloração cinza escura e textura inequigranular bem destacada, sendo constituída por uma matriz afanítica na qual estão dispersos macrocristais de olivina (abundantes), ilmenita, flogopita e piroxênio, além de xenólitos mantélicos e crustais de dimensões variadas. Os xenólitos mantélicos são constituídos, em ordem de abundância, por harzburgitos (41%), lherzolitos (37%), dunitos (14%), mica piroxenitos (6%) e xenólito polimítico (2%). Os harzburgitos, lherzolitos e dunitos exibem, além das fases primárias (olivina, enstatita e diopsídio), teores subordinados de espinélio, cromita, diopsídio, flogopita, ilmenita e raro anfibólio. A textura predominante é grossa (protogranular), ocorrendo subordinadamente as texturas granoblástica e porfiroclástica. Análises químicas por microssonda eletrônica revelaram que as fases silicáticas possuem valores Mg/(Mg+Fe) maiores em harzburgitos e dunitos e menores nos lherzolitos. Os mica piroxenitos (flogopita+enstatita+ilmenita) e os xenólitos polimíticos (olivina+diopsídio+ilmenita+flogopita) apresentam mineralogia mais complexa, possuindo em adição magnetita, perovskita, barita, zircão, badeleíta, pentlandita, galena e uma fase mineral rara ainda não identificada. As razões Mg/(Mg+Fe) das fases silicáticas são mais baixas que as dos xenólitos de peridotitos. As características químicas da flogopita e da ilmenita destes xenólitos indicam similaridades com os xenólitos da suíte MARID. A variedade textural dos xenólitos estudados, de grossa (protogranular) a granoblástica, é uma evidência de processos de recristalização por deformação mecânica. A aplicação de geotermômetros da literatura para os espinélio lherzolitos forneceu temperaturas de equilíbrio entre 655 a 908°C, em concordância com dados de outras intrusões do oeste mineiro. A presença de flogopita e ilmenita sob a forma de bolsões nos xenólitos de peridotitos, bem como nos mica piroxenitos e xenólitos polimíticos, são indicativos da atuação de processos de metassomatismo no manto da região de Monte Carmelo. / The Indaiá Kimberlite, located 25 km North of Monte Carmelo in the western Minas Gerais State, is intrusive in cataclased granitoids related to the Araxá Group, part of the Brasilia Fold Belt. The body has a subcircular 220-meter head-diameter shape (NE-SW); its an associated 120-meter diameter intrusion of kamafugite occurs in its NE portion. The rock is dark gray and displays prominent inequigranular texture, consisting of an aphanitic matrix in which macrocrystals of olivine (abundant), ilmenite, pyroxene and phlogopite, as well as mantle and crustal xenoliths of different sizes are dispersed. These mantle xenoliths are composed, in order of abundance, by harzburgites (41%), lherzolite (37%), dunite (14%), mica pyroxenite (6%) and polymictic xenolith (2%). Harzburgites, lherzolites and dunites exhibit, besides the main minerals (olivine, enstatite and diopside), small amounts of spinel, chromite, diopside, phlogopite, ilmenite and rare amphibole. The predominant texture is coarse (protogranular); subordinately, granoblastic and porfiroclastic textures are observed. Chemical analysis by electron microprobe showed that the silicate phases have higher values of Mg/(Mg+Fe) in harzburgites and dunites as compared to lherzolites. Mica pyroxenite (enstatite + phlogopite + ilmenite) and polymictic xenoliths (olivine + diopside + phlogopite + ilmenite) have more complex mineralogical features than the other xenoliths, showing in addition magnetite, perovskite, barite, zircon, baddeleyite, pentlandite, galena and a rare phase not yet identified. The Mg/(Mg+Fe) ratio in silicate phases are lower than in the peridotite xenoliths. The chemical characteristics of phlogopite and ilmenite of these xenoliths indicate similarities with the MARID suite xenoliths. The textural variety of the studied xenoliths, from coarse (protogranular) to granoblastic, is an evidence of crystallization processes by mechanical deformation. T he application of geothermometers described in the literature to spinel lherzolites yielded equilibrium temperatures between 655 and 908 ° C, agreeing with data from other intrusions from western Minas Gerais. The presence of ilmenite and phlogopite in the form of pockets in peridotite xenoliths, as well as in mica pyroxenite and polymictic xenoliths, is indicative of mantle metasomatic processes in the Monte Carmelo region.

Estudos mineralógicos e petrológicos foram realizados em amostras de xenólitos do manto inclusos em dique de kaersutita lamprófiro de Ubatuba (SP) (Província Ígnea da Serra do Mar) e no Kimberlito Limeira 1 (Monte Carmelo, MG; Província Alcalina do Alto Paranaíba) utilizando petrografia e geoquímica de elementos maiores e traços em minerais por microssonda eletrônica e LA-ICPMS. Os espinélio lherzolitos de Ubatuba, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 750 e 950°C, representam um manto fértil, afetado por proporções variáveis, mas sempre moderadas de empobrecimento. Evidências de dois tipos de metassomatismo mantélico foram observadas em amostras distintas. Cristais de clinopiroxênio das amostras com evidências de empobrecimento prévio mais acentuado (maior Mg# de olivina e piroxênios, menor Al e Na em piroxênios, pouco espinélio) mostram enriquecimento caracterizado por alta razão LILE/HFSE, atribuído a fluidos/fundidos provenientes de zonas de subducção. Em amostra de wehrlito pobre em espinélio, por outro lado, observa-se enriquecimento de LILE e HFSE no clinopiroxênio, sugestivo de interação com fluidos/fundidos alcalinos. Os xenólitos do manto do Kimberlito Limeira 1 representam lherzolitos e dunitos, com maior variedade mineralógica e textural, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 760 e 820°C. Evidências de metassomatismo modal mantélico são identificadas pela presença frequente de bolsões com concentração de minerais secundários, com notável enriquecimento de LILE e HFSE, em alguns casos com fases exóticas exclusivamente relacionadas a metassomatismo no manto superior. As assinaturas químicas das fases secundárias são semelhantes às presentes na suíte MARID e em peridotitos venulados metassomatizados de xenólitos de kimberlitos da África do Sul. Evidências petrográficas e químicas de descompressão (sugerindo a presença pretérita de granada) foram observadas em uma amostra afetada por enriquecimento com alta razão LILE/HFSE. As diferentes evidências de processos de empobrecimento e metassomatismo observadas entre os dois grupos de xenólitos estudados (Ubatuba e Monte Carmelo), são indicativas da variabilidade lateral do manto superior de fácies espinélio do sudeste brasileiro, refletindo os processos geológicos (tectônicos e magmáticos) distintos vivenciados pelas duas regiões. / Mineralogical and petrological studies were conducted in mantle xenoliths included in a kaersutite lamprophyre dyke from Ubatuba (SP) (Serra do Mar Igneous Province), and in the Limeira 1 Kimberlite (Monte Carmelo, MG; Alto Paranaíba Alkalic Province), using petrography and major and trace element geochemistry in minerals by electron microprobe and LA-ICPMS. The Ubatuba spinel lherzolites, with equilibrium temperatures ranging from 750 to 950°C, represent a fertlie mantle affected by variable but moderate depletion. Evidence of two types of mantle metasomatis were detected in different samples. Clinopyroxene crystals of the samples with evidence of stronger previous depletion (olivine and pyroxenes with higher Mg#, pyroxenes with lower Al and Na, few proportion of spinel) show enrichment with high LILE/HFSE, attributed to fluids/melts derived from subduction zone. On the other hand, a spinelpoor wehrlite shows a clinopyroxene with both LILE and HFSE enrichment, suggestive of interaction with alkaline fluids/melts. The Limeira 1 mantle xenoliths correspond to lherzolites and dunites showing more textural and mineralogical variety and equilibrium temperatures ranging from 760 to 820°C. Modal metasomatism was identified by the presence of abundant pockets with concentration of LILE and HFSE-rich secondary minerals, including in some cases, exotic phases typical of upper mantle metasomatism. The chemical signature of the metasomatic minerals is similar to those found in MARID and in veined metasomatic peridotites from South Africa kimberlite xenoliths. Petrographic and chemical evidences of decompression (suggesting the former presence of garnet) were observed in a sample affected by enrichment with high LILE/HFSE. The different evidences of depletion and enrichment processes observed in the two groups of xenoliths (Ubatuba and Monte Carmelo) indicate a lateral variability of the spinelfacies upper mantle in southeast Brazil, which may reflect the distinct tectonic and magmatic processes that affected these two regions.

O kimberlito Régis localiza-se no município do Carmo do Paranaíba, Minas Gerais. A intrusão possui formato elíptico e área aproximada de 1 km2. Com provável idade cretácea intrude rochas metassedimentares Neoproterozóicas do Grupo Bambuí. O ambiente geotectônico permanece em debate entre Faixa Brasília e Cráton do São Francisco. A presente dissertação contempla a descrição de afloramentos e de dois testemunhos de sondagem, com 250,6 e 316,4 metros. Através da caracterização macroscópica e petrográfica buscou-se subdividir a intrusão em fácies e compreender os mecanismos formadores destes depósitos, além de caracterizar o manto através dos xenólitos. A química mineral foi utilizada para caracterizar os minerais de xenólitos mantélicos e alguns minerais kimberlíticos, com aproveitamento para classificação de rocha. A área mapeada e os dois testemunhos descritos foram subdivididos em 9 unidades faciológicas principais, com base na estrutura, contatos, textura e associação mineral. Duas unidades, descritas em superfície, são correlacionáveis a outras duas descritas nos testemunhos. Estas fácies demonstram uma sucessão sedimentar grano-estrato decrescente interpretadas como produtos de fluxo de detritos e decantação em ambiente subaquoso, possivelmente lacustrino. As outras 5 unidades são distinguidas entre si pela estrutura, textura, tipo e proporção entre cristais, magmaclastos e xenólitos. Estas últimas foram interpretadas como sendo piroclásticas com base nas seguintes feições: (1) xenólitos mantélicos, crustais e de rochas encaixantes com borda de reação; (2) presença de lapili peletal com borda vítrea de resfriamento; (3) presença de magmaclastos amebóideis; (4) acumulações de cristais de olivinas em camadas; entre outras. Os xenólitos mantélicos foram caracterizados petrograficamente como granada-lherzolito e dunitos. A granada é composta predominantemente pela molécula piropo, sua composição química situa-se no campo de peridotito lherzolítico. A olivina é forsterítica, com Fo entre 0,90 e 0,92%. O ortopiroxênio predominante é enstatita. Dentre os clinopiroxênios identificam-se variedades de augita, diopsídio, onfacita e aegirina-augita. A geotermobarometria indica amostragem em condições de equilíbrio com o diamante. As análises químicas de flogopita kimberlítica situam-se no campo do kimberlito tipo I e do lamproíto, e seguem a linha de tendência do kimberlito tipo I. A composição da ilmenita localiza-se no campo de kimberlitos cratônicos. As análises indicaram que o kimberlito Régis apresenta potencial diamantífero, e as fácies caracterizadas podem ser empregadas visando um melhor aproveitamento da lavra. / The Regis Kimberlite surfaces in the Carmo do Paranaíba County, western of the State of Minas Gerais, Brazil. The pipe forms a 1km2 elliptical body. A Cretacic age for the instrusion seems the most probable. It intruded Neoproterozoic metamorphic rocks of Bambuí Group, and if it is located on Sao Francisco Craton or Brasilia Belt remains on doubt. The studies comprise two drills hole, with 250.6 and 316.4 meters, and outcrops descriptions. The kimberlite rocks and their mantle xenoliths samples were investigated through the macroscopic and microscopic characterization. The mantle and kimberlitic minerals have been analysed chemically and were used to support the rocks classification. The surveyed area, including the drilled hole cores, was subdivided into nine facies units. The division was based on structures, contact types, correlated rock texture and mineral association. Two units, with outcrop description, are correlated to two units with drill hole core description. This facies shows a fining-upward sedimentary sequence understood as deposited by debris flow and decantantion on lacustrine environment. In respect to the other five units each one has a specific proportion of crystals, magmaclasts and mantle xenoliths, furthermore a structure and rock fabric. This was explained as formed by pyroclastic flows based on: (1) crustal and mantle xenoliths with reaction rims; (2) pelletal lapilli with glassy rims; (3) ameboid magmaclasts; (4) accumulation of olivine in layers, and others. The mantle xenoliths were characterized through petrographic examination as garnet lherzolite and dunite. The garnet is predominantly pyrope, and plots on the lherzolític field. The olivine is forsteritic, with Fo between 0.90 to 0.92%. The ortopyroxene is predominantly enstatite. Among the clinopyroxene recognizes augite, diopside, omphacite and aegirine-augite. The geothermobarometry reveals sampling on diamond P-T conditions. The kimberlitic phlogopite chemical composition plots on kimberlite type-1 and lamproite field, with the kimberlite type-1 trend. The ilmenite chemical compositions reflect a cratonic environment. The results presented here indicate a diamondiferous potential of the Regis kimberlite. The facies units characterized here may be used to a better mine planning.

Estudos mineralógicos e petrológicos foram realizados em amostras de xenólitos do manto inclusos em dique de kaersutita lamprófiro de Ubatuba (SP) (Província Ígnea da Serra do Mar) e no Kimberlito Limeira 1 (Monte Carmelo, MG; Província Alcalina do Alto Paranaíba) utilizando petrografia e geoquímica de elementos maiores e traços em minerais por microssonda eletrônica e LA-ICPMS. Os espinélio lherzolitos de Ubatuba, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 750 e 950°C, representam um manto fértil, afetado por proporções variáveis, mas sempre moderadas de empobrecimento. Evidências de dois tipos de metassomatismo mantélico foram observadas em amostras distintas. Cristais de clinopiroxênio das amostras com evidências de empobrecimento prévio mais acentuado (maior Mg# de olivina e piroxênios, menor Al e Na em piroxênios, pouco espinélio) mostram enriquecimento caracterizado por alta razão LILE/HFSE, atribuído a fluidos/fundidos provenientes de zonas de subducção. Em amostra de wehrlito pobre em espinélio, por outro lado, observa-se enriquecimento de LILE e HFSE no clinopiroxênio, sugestivo de interação com fluidos/fundidos alcalinos. Os xenólitos do manto do Kimberlito Limeira 1 representam lherzolitos e dunitos, com maior variedade mineralógica e textural, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 760 e 820°C. Evidências de metassomatismo modal mantélico são identificadas pela presença frequente de bolsões com concentração de minerais secundários, com notável enriquecimento de LILE e HFSE, em alguns casos com fases exóticas exclusivamente relacionadas a metassomatismo no manto superior. As assinaturas químicas das fases secundárias são semelhantes às presentes na suíte MARID e em peridotitos venulados metassomatizados de xenólitos de kimberlitos da África do Sul. Evidências petrográficas e químicas de descompressão (sugerindo a presença pretérita de granada) foram observadas em uma amostra afetada por enriquecimento com alta razão LILE/HFSE. As diferentes evidências de processos de empobrecimento e metassomatismo observadas entre os dois grupos de xenólitos estudados (Ubatuba e Monte Carmelo), são indicativas da variabilidade lateral do manto superior de fácies espinélio do sudeste brasileiro, refletindo os processos geológicos (tectônicos e magmáticos) distintos vivenciados pelas duas regiões. / Mineralogical and petrological studies were conducted in mantle xenoliths included in a kaersutite lamprophyre dyke from Ubatuba (SP) (Serra do Mar Igneous Province), and in the Limeira 1 Kimberlite (Monte Carmelo, MG; Alto Paranaíba Alkalic Province), using petrography and major and trace element geochemistry in minerals by electron microprobe and LA-ICPMS. The Ubatuba spinel lherzolites, with equilibrium temperatures ranging from 750 to 950°C, represent a fertlie mantle affected by variable but moderate depletion. Evidence of two types of mantle metasomatis were detected in different samples. Clinopyroxene crystals of the samples with evidence of stronger previous depletion (olivine and pyroxenes with higher Mg#, pyroxenes with lower Al and Na, few proportion of spinel) show enrichment with high LILE/HFSE, attributed to fluids/melts derived from subduction zone. On the other hand, a spinelpoor wehrlite shows a clinopyroxene with both LILE and HFSE enrichment, suggestive of interaction with alkaline fluids/melts. The Limeira 1 mantle xenoliths correspond to lherzolites and dunites showing more textural and mineralogical variety and equilibrium temperatures ranging from 760 to 820°C. Modal metasomatism was identified by the presence of abundant pockets with concentration of LILE and HFSE-rich secondary minerals, including in some cases, exotic phases typical of upper mantle metasomatism. The chemical signature of the metasomatic minerals is similar to those found in MARID and in veined metasomatic peridotites from South Africa kimberlite xenoliths. Petrographic and chemical evidences of decompression (suggesting the former presence of garnet) were observed in a sample affected by enrichment with high LILE/HFSE. The different evidences of depletion and enrichment processes observed in the two groups of xenoliths (Ubatuba and Monte Carmelo) indicate a lateral variability of the spinelfacies upper mantle in southeast Brazil, which may reflect the distinct tectonic and magmatic processes that affected these two regions.

O Kimberlito Indaiá, situado 25 km a norte da cidade de Monte Carmelo, na região oeste de Minas Gerais, é intrusivo em granitóides cataclasados associados ao Grupo Araxá, na Faixa de Dobramentos Brasília. O corpo apresenta forma subcircular e diâmetro principal de 220 m na direção NE-SW; em sua porção NE ocorre uma intrusão de kamafugito associada de 120 m de diâmetro. A rocha exibe coloração cinza escura e textura inequigranular bem destacada, sendo constituída por uma matriz afanítica na qual estão dispersos macrocristais de olivina (abundantes), ilmenita, flogopita e piroxênio, além de xenólitos mantélicos e crustais de dimensões variadas. Os xenólitos mantélicos são constituídos, em ordem de abundância, por harzburgitos (41%), lherzolitos (37%), dunitos (14%), mica piroxenitos (6%) e xenólito polimítico (2%). Os harzburgitos, lherzolitos e dunitos exibem, além das fases primárias (olivina, enstatita e diopsídio), teores subordinados de espinélio, cromita, diopsídio, flogopita, ilmenita e raro anfibólio. A textura predominante é grossa (protogranular), ocorrendo subordinadamente as texturas granoblástica e porfiroclástica. Análises químicas por microssonda eletrônica revelaram que as fases silicáticas possuem valores Mg/(Mg+Fe) maiores em harzburgitos e dunitos e menores nos lherzolitos. Os mica piroxenitos (flogopita+enstatita+ilmenita) e os xenólitos polimíticos (olivina+diopsídio+ilmenita+flogopita) apresentam mineralogia mais complexa, possuindo em adição magnetita, perovskita, barita, zircão, badeleíta, pentlandita, galena e uma fase mineral rara ainda não identificada. As razões Mg/(Mg+Fe) das fases silicáticas são mais baixas que as dos xenólitos de peridotitos. As características químicas da flogopita e da ilmenita destes xenólitos indicam similaridades com os xenólitos da suíte MARID. A variedade textural dos xenólitos estudados, de grossa (protogranular) a granoblástica, é uma evidência de processos de recristalização por deformação mecânica. A aplicação de geotermômetros da literatura para os espinélio lherzolitos forneceu temperaturas de equilíbrio entre 655 a 908°C, em concordância com dados de outras intrusões do oeste mineiro. A presença de flogopita e ilmenita sob a forma de bolsões nos xenólitos de peridotitos, bem como nos mica piroxenitos e xenólitos polimíticos, são indicativos da atuação de processos de metassomatismo no manto da região de Monte Carmelo. / The Indaiá Kimberlite, located 25 km North of Monte Carmelo in the western Minas Gerais State, is intrusive in cataclased granitoids related to the Araxá Group, part of the Brasilia Fold Belt. The body has a subcircular 220-meter head-diameter shape (NE-SW); its an associated 120-meter diameter intrusion of kamafugite occurs in its NE portion. The rock is dark gray and displays prominent inequigranular texture, consisting of an aphanitic matrix in which macrocrystals of olivine (abundant), ilmenite, pyroxene and phlogopite, as well as mantle and crustal xenoliths of different sizes are dispersed. These mantle xenoliths are composed, in order of abundance, by harzburgites (41%), lherzolite (37%), dunite (14%), mica pyroxenite (6%) and polymictic xenolith (2%). Harzburgites, lherzolites and dunites exhibit, besides the main minerals (olivine, enstatite and diopside), small amounts of spinel, chromite, diopside, phlogopite, ilmenite and rare amphibole. The predominant texture is coarse (protogranular); subordinately, granoblastic and porfiroclastic textures are observed. Chemical analysis by electron microprobe showed that the silicate phases have higher values of Mg/(Mg+Fe) in harzburgites and dunites as compared to lherzolites. Mica pyroxenite (enstatite + phlogopite + ilmenite) and polymictic xenoliths (olivine + diopside + phlogopite + ilmenite) have more complex mineralogical features than the other xenoliths, showing in addition magnetite, perovskite, barite, zircon, baddeleyite, pentlandite, galena and a rare phase not yet identified. The Mg/(Mg+Fe) ratio in silicate phases are lower than in the peridotite xenoliths. The chemical characteristics of phlogopite and ilmenite of these xenoliths indicate similarities with the MARID suite xenoliths. The textural variety of the studied xenoliths, from coarse (protogranular) to granoblastic, is an evidence of crystallization processes by mechanical deformation. T he application of geothermometers described in the literature to spinel lherzolites yielded equilibrium temperatures between 655 and 908 ° C, agreeing with data from other intrusions from western Minas Gerais. The presence of ilmenite and phlogopite in the form of pockets in peridotite xenoliths, as well as in mica pyroxenite and polymictic xenoliths, is indicative of mantle metasomatic processes in the Monte Carmelo region.

O kimberlito Régis localiza-se no município do Carmo do Paranaíba, Minas Gerais. A intrusão possui formato elíptico e área aproximada de 1 km2. Com provável idade cretácea intrude rochas metassedimentares Neoproterozóicas do Grupo Bambuí. O ambiente geotectônico permanece em debate entre Faixa Brasília e Cráton do São Francisco. A presente dissertação contempla a descrição de afloramentos e de dois testemunhos de sondagem, com 250,6 e 316,4 metros. Através da caracterização macroscópica e petrográfica buscou-se subdividir a intrusão em fácies e compreender os mecanismos formadores destes depósitos, além de caracterizar o manto através dos xenólitos. A química mineral foi utilizada para caracterizar os minerais de xenólitos mantélicos e alguns minerais kimberlíticos, com aproveitamento para classificação de rocha. A área mapeada e os dois testemunhos descritos foram subdivididos em 9 unidades faciológicas principais, com base na estrutura, contatos, textura e associação mineral. Duas unidades, descritas em superfície, são correlacionáveis a outras duas descritas nos testemunhos. Estas fácies demonstram uma sucessão sedimentar grano-estrato decrescente interpretadas como produtos de fluxo de detritos e decantação em ambiente subaquoso, possivelmente lacustrino. As outras 5 unidades são distinguidas entre si pela estrutura, textura, tipo e proporção entre cristais, magmaclastos e xenólitos. Estas últimas foram interpretadas como sendo piroclásticas com base nas seguintes feições: (1) xenólitos mantélicos, crustais e de rochas encaixantes com borda de reação; (2) presença de lapili peletal com borda vítrea de resfriamento; (3) presença de magmaclastos amebóideis; (4) acumulações de cristais de olivinas em camadas; entre outras. Os xenólitos mantélicos foram caracterizados petrograficamente como granada-lherzolito e dunitos. A granada é composta predominantemente pela molécula piropo, sua composição química situa-se no campo de peridotito lherzolítico. A olivina é forsterítica, com Fo entre 0,90 e 0,92%. O ortopiroxênio predominante é enstatita. Dentre os clinopiroxênios identificam-se variedades de augita, diopsídio, onfacita e aegirina-augita. A geotermobarometria indica amostragem em condições de equilíbrio com o diamante. As análises químicas de flogopita kimberlítica situam-se no campo do kimberlito tipo I e do lamproíto, e seguem a linha de tendência do kimberlito tipo I. A composição da ilmenita localiza-se no campo de kimberlitos cratônicos. As análises indicaram que o kimberlito Régis apresenta potencial diamantífero, e as fácies caracterizadas podem ser empregadas visando um melhor aproveitamento da lavra. / The Regis Kimberlite surfaces in the Carmo do Paranaíba County, western of the State of Minas Gerais, Brazil. The pipe forms a 1km2 elliptical body. A Cretacic age for the instrusion seems the most probable. It intruded Neoproterozoic metamorphic rocks of Bambuí Group, and if it is located on Sao Francisco Craton or Brasilia Belt remains on doubt. The studies comprise two drills hole, with 250.6 and 316.4 meters, and outcrops descriptions. The kimberlite rocks and their mantle xenoliths samples were investigated through the macroscopic and microscopic characterization. The mantle and kimberlitic minerals have been analysed chemically and were used to support the rocks classification. The surveyed area, including the drilled hole cores, was subdivided into nine facies units. The division was based on structures, contact types, correlated rock texture and mineral association. Two units, with outcrop description, are correlated to two units with drill hole core description. This facies shows a fining-upward sedimentary sequence understood as deposited by debris flow and decantantion on lacustrine environment. In respect to the other five units each one has a specific proportion of crystals, magmaclasts and mantle xenoliths, furthermore a structure and rock fabric. This was explained as formed by pyroclastic flows based on: (1) crustal and mantle xenoliths with reaction rims; (2) pelletal lapilli with glassy rims; (3) ameboid magmaclasts; (4) accumulation of olivine in layers, and others. The mantle xenoliths were characterized through petrographic examination as garnet lherzolite and dunite. The garnet is predominantly pyrope, and plots on the lherzolític field. The olivine is forsteritic, with Fo between 0.90 to 0.92%. The ortopyroxene is predominantly enstatite. Among the clinopyroxene recognizes augite, diopside, omphacite and aegirine-augite. The geothermobarometry reveals sampling on diamond P-T conditions. The kimberlitic phlogopite chemical composition plots on kimberlite type-1 and lamproite field, with the kimberlite type-1 trend. The ilmenite chemical compositions reflect a cratonic environment. The results presented here indicate a diamondiferous potential of the Regis kimberlite. The facies units characterized here may be used to a better mine planning.

A região sul da placa Sul-Americana, hoje pertencente à região da Patagônia Argentina e Chilena, formou-se por consequência de acreções continentais desde o Proterozóico. Atualmente, a região é caracterizada por um complexo sistema de placas tectônicas, no qual as placas oceânicas de Nazca, Antártica e Scotia interagem diretamente com a placa continental Sul-Americana através dos processos de subducção e transcorrência. Entre as placas de Nazca e Antártica, ocorre a dorsal do Chile, e a subducção desta dorsal sob a placa Sul-Americana forma a Junção Tríplice do Chile, ocorrendo o soerguimento da astenosfera na região. O magmatismo Cenozóico de composição alcalina que ocorre na região da Patagônia Argentina e Chilena hospeda xenólitos mantélicos ultramáficos de classificação espinélio- e granada-peridotitos. Estes xenólitos são de extrema importância para a caracterização e identificação dos processos atuantes no manto superior abaixo dessa complexa região que hoje é a Patagônia. Estudos do sistema isotópico Re-Os nos xenólitos de Prahuaniyeu (41°20’09.4”S, 67°54’08.1”W), e Chenque (43°38’39.3”S, 68°56’22”W), na região norte da Patagônia Argentina, sugerem que a litosfera abaixo de Prahuaniyeu (TRD ~ 1.69 Ga) é mais antiga que Chenque (TRD ~ 0.71 Ga). Dados de Rb-Sr mostram que a litosfera da região norte da Patagônia possui altas razões 87Sr/86Sr (Prahuaniyeu: 0,7037 a 0,7041; Chenque: 0.7037 a 0.7086), devido fluidos relacionados a desidratação de uma placa de subducção. Através destes dados e dos dados geoquímicos, o manto litosférico subcontinental da região norte da Patagônia sofreu metassomatismo relacionado a slabs derivados de antigas placas de subducção e que proporcionou características de metassomatismo por líquidos/fluidos do tipo-OIB, e atualmente sofreu metassomatismo relacionado aos fluidos derivados da desidratação da placa de subducção atual (Nazca), caracterizados pelo enriquecimento em calcófilos. Todos os peridotitos de Laguna Timone (52°01’39” S, 70°12’53” W), no Campo Vulcânico de Pali Aike, região sul da Patagônia Chilena, também apresentam expressivo enriquecimento nos elementos calcófilos sugerindo que o manto litosférico subcontinental da região sul da Patagônia também foi metasomatisado pelos fluidos derivados da desidratação da placa de subducção atual (Antártica). Em Laguna Timone também há a ocorrência de um glimerito entre os xenólitos e a presença de flogopita e pargasita nos peridotitos classificados como gr-sp lherzolitos, sp-lherzolitos e gr-sp harzburgitos. A presença de um glimerito, de peridotitos com minerais hidratados (flogopita e pargasita) e as similaridades com peridotitos metassomatisados por líquidos astenosféricos (peridotitos do distrito de Manzaz, Argélia e do campo vulcânico Vitim, no lago de Baikal, Sibéria) com baixas razões Ba/Nb, Ba/La e U/Nb, indicam que a litosfera da região sul da Patagônia sofreu metassomatismo por fluidos astenosféricos, ocasionado devido o soerguimento da astensofera durante a passagem da Junção Tríplice do Chile pela região de Pali Aike. / The southern of the South-American plate, today is the Chile and Argentina Patagonia region, was formed as a result of continental accretions since the Proterozoic.Currently, this region is characterized for a complex tectonic plates system, in which Nazca, Antartica and Scotia oceanic plates interact directly to the South-American continental plate by subduction and transcorrent process. Between Nazca and Antartica plate occurs the Chile Ridge, and the Chile Ridge subduction under the South-American plate creates the Chile Triple Junction and the upwelling of underlying asthenospheric mantle in this region. The Cenozoic alkali magamtism that occurs in Patagonia Argentina and Chilena hosts ultramafic mantle xenoliths (spinel- and garnet-peridotites). These xenoliths are extremely important to characterization and identification of the processes that occurred in the upper mantle underneath the Patagonia region. The Re-Os isotopic studies in Prahuaniyeu (41°20’09.4”S, 67°54’08.1”W), and Chenque (43°38’39.3”S, 68°56’22”W) xenoliths, in north Patagonia Argentina, suggests the Prahuaniyeu lithosphere (TRD ~ 1.69 Ga) were formed previously to Chenque (TRD ~ 0.71 Ga). Rb-Sr data show high 87Sr/86Sr ratio (Prahuaniyeu: 0.7037 to 0.7041; Chenque: 0.7037 to 0.7086), suggesting interactions with subduction plate dehydration related fluids. Trough this data, and geochemistry data, the sucontinental lithospheric mantle underneath the north Patagonia region suffered two metasomatic events: one related to the OIB-like melt/fluids from slabs derived by ancient subductions; and another related to the fluids derived from the current subducted plate (Nazca) dehydration, characterized by the chalcophiles enrichment. Peridotites from Laguna Timone (52°01’39” S, 70°12’53” W), in the Pali Aike Volcanic Field, southern Patagonia Chilena region, also shows expressive enrichment in chalcophile elements suggesting metasomatism by fluids from currently subduction (Antartica plate). Another kind of metasomatism occurs in subcontinental lithospheric mantle underneath Pali Aike due the glimmerite occurrence, hydrated minerals (phlogopite and pargasite) in peridotites and similarities with peridotites that suffered metasomatism by asthenospheric melts (Manzaz, Argelia peridotites and Vitim Volcanic Field, Baikal, Siberia peridotites), with low Ba/Nb, Ba/La and U/Nb. All these carachteristics suggest that lithosphere suffered interactions between asthenosphere-lithosphere due upwelling of underlying asthenospheric mantle when the Chile Triple Junction was on the same latitude of Pali Aike.