Séries de diques máficos alcalinos fortemente a levemente insaturados em sílica ocorrem nas cercanias de Santo Antônio do Pinhal (SP) e Campos do Jordão (SP) na serra da Mantiqueira, SE Brasil. Estes intrudem o embasamento cristalino precambriano (Sul do Orógeno Brasília) e a intrusão máfica-ultramáfica alcalina Ponte Nova. As rochas alcalinas dessa região são cretáceas e compõem o magmatismo da província alcalina Serra do Mar (PASM). Em sua maioria, os diques são classificados como basaltos alcalinos e lamprófiros alcalinos. São porfiríticos, com a população de macrocristais formada principalmente por clinopiroxênio e olivina. Subordinadamente, macrocristais de kaersutita, sadanagaíta rica em titânio, e ocasionalmente, flogopita, enstatita, magnetita, espinélio e plagioclásio são registrados. Estes apresentam texturas de desequilíbrio, como sieve e embayment, que, associadas a estilos de zonamento complexo, indicam evolução magmática em sistema aberto. Este estudo envolve: (1) petrografia de detalhe por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura, (2) análises químicas pontuais, de elementos maiores e menores por microssonda eletrônica e de elementos-traço por espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente e amostrador por ablação a laser (LA-ICP-MS), em diferentes zonas dos macrocristais máficos, e (3) geoquímica de rocha-total por fluorescência de raios X e ICP-MS. Estas análises foram realizadas com vistas à determinação da gênese destas populações de cristais zonados. A partir das composições obtidas, balanços de massa foram realizados para excluir a influência dos macrocristais nas composições globais dos corpos e obter uma estimativa composicional dos líquidos magmáticos, representados pela matriz fina a afanítica nestas rochas. As zonas dos macrocristais em equilíbrio com os líquidos calculados foram determinadas por meio da constante de equilíbrio de troca catiônica de Mg e Fe entre cristal e líquido, KdFe2+ -Mg2+ C/L . Estas relações de equilíbrio permitiram atribuir significados genéticos as zonas dos cristais, definindo-os como xenocristais, antecristais e fenocristais. Os primeiros (em desequilíbrio textural e químico com o a matriz) foram capturados e/ou reciclados de ambientes magmáticos precoces à consolidação da rocha, permitindo acessar processos magmáticos passados durante a evolução do sistema magmático. Xenocristais mantélicos foram indentificados exclusivamente em diques da suíte fracamente insaturada em sílica. Macrocristais de olivina zonada com centros Fo>90 e textura embayment, encontram-se ao lado de macrocristais de clinopiroxênio zonado com centro de diopsídio com cromo incolor, anédrico, com zonamento concêntrico step normal. Estes centros de diopsídio com cromo apresentam mg# (Mg/Mg+FeT em proporção molecular) 88-87, alto Ni, baixo Na2O, Al2O3, TiO2, Zn, Sc, Hf, Y, Zr, Sr e elementos terras raras (ETRs), compatíveis com peridotitos fáceis granada e granada-espinélio. Nessa mesma ocorrência, centros de macrocristais de piroxênio são classificados como enstatita (xenocristais) e apresenteam textura sieve, zonamento concêntrico step reverso, altos teores de MnO, Ni, Zn e muito baixos de ETRs. Quanto aos antecristais, cristais em desequilíbrio químico e textural com a matriz mas cogenéticos ao sistema magmático, os clinopiroxênios destacam-se nos diques fortemente insaturados em sílica. Os centros desses macrocristais são classificados como diopsídio (por vezes com cromo ou com sódio), augita, hedenbergita e egirina-augita. O diopsídio é incolor, subédrico, com textura glomeroporfirítica, sieve, zonamento setorial e concêntrico step reverso. Este centro antecristalino incolor apresenta alto mg# (83-80), Cr2O3, Ni, Sc, baixo Na2O, Zn e valores intermediários de Zr, Y, Hf e Sr, quando comparado aos demais antecristais. Centros verdes de augita e egirina-augita são encontrados nos diques de ambas as séries e apresentam textura embayment, sieve e zonamento concêntrico step. No geral os centros verdes tem baixo mg# (70-40), Cr2O3, alto MnO, Na2O, Zn, mas diferentes teores de MnO, Na2O, Li, Sc, Hf, Y, Zr, Sr e ETRs. Ti-augita, quimicamente classificada como diopsídio subsilícico com titânio, é euédrica, com textura glomeroporfirítica, zonamento concêntrico oscilatório e setorial e observada como borda em todos os macrocristais de clinopiroxênio, além de compor a matriz e agregados (textura glomeroporfirítica) com macrocristais subédricos de olivina (Fo<88). Estes dois últimos tipos, em desequilíbrio químico com a matriz hospedeira mas com texturas de cogeneticidade ao sistema magmático, são antecristais de um estágio magmático posterior a cristalização dos antecristais e captura dos xenocristais e em menor profundidade. Kaersutita euédrica a subédrica, com textura glomeroporfirítica, esquelética e zonamento concêntrico oscilatório é o cristal predominante nos lamprófiros alcalinos. Este também ocorre como macrocristal anédrico com textura sieve em alguns diques de olivina basalto. Nos anfibólios destaca-se o enriquecimento em Ba, Sr, Y, Nd, Zr e ETRs inversamente proporcional ao MgO. Flogopitas com titânio são observadas principalmente na matriz dos diques máficos alcalinos da Mantiqueira. Porém macrocristais são raros e observados com zonamento concêntrico step e setorial. Nos cristais de flogopita da matriz, ao aumento de vacância no plano octaédrico é proporcional as altas concentrações de Ti, Nb, Zr, Sr, Y e Li, quando comparado ao macrocristais. Os xenocristais de olivina e diopsídio com cromo, encontrados nos diques máficos da série fracamente insaturada em sílica, indicam incorporação de rocha encaixante mantélica e/ou da fonte. Já os magmas máficos fortemente insaturados em sílica se mostraram híbridos, a partir de modelagem com elementos-traço, entre a mistura de líquidos alcalinos máficos e félsicos, responsáveis por cristalizar em estágios precoces, os antecristais de clinopiroxênio nos diques. Um estágio em menor profundidade é indicado pela presença em todos os diques de fenocristais e antecristais de Ti-augita como borda, macrocristal isolado ou com textura glomeroporfirítica, cristal na matriz, sendo, por vezes, associado a olivina e anfibólio. Esta diversidade de macrocristais pode ser explicada pelo modelo complex plumbing system, onde a interconexão entre diferentes magmas, ao longo de distintos estágios com diversas encaixantes, sob profundidades diferentes da litosfera, se mostra eficiente na produção das feições petrográficas e químicas destas rochas por meio dos processos de mistura de magmas e incorporação da rocha encaixante durante a ascensão litosférica desses diques ultrabásicos alcalinos do Cretáceo na região ocidental da serra da Mantiqueira, província alcalina Serra do Mar. / Weakly to strongly silica-undersaturated mafic alkaline dike series occur nearby Santo Antonio do Pinhal (SP) and Campos do Jordão (SP) in a restricted area of the Mantiqueira range, SE Brazil. These are intrusive in the Precambrian crystalline basement (south of the Brasília orogen) and in the Ponte Nova mafic-ultramafic alkaline massif. These alkaline rocks are Cretaceous and are grouped as part of the Serra do Mar alkaline province (PASM). In the majority, the dikes are classified as alkaline basalts and alkaline lamprophyres. They are porphyritic, with the macrocryst population having clinopyroxene and olivine as main phases. Subordinatedly, kaersutite, and occasionally, phlogopite, enstatite, magnetite, spinel and plagioclase were found. These macrocrysts present desequilibrium textures, such as sieve and embayment, combined with complex zoning styles, which indicate a open-system magmatic evolution. The study involves: (1) detailed petrographic analyses by optical microscopy and scanning electron microscopy, (2) quantitative punctual analyses of major and minor elements by electron microprobe and trace element by laser ablation - inductively coupled plasma mass espectrometry (LA-ICP-MS) in different horizons of the main macrocrystic phases, and (3) whole-rock geochemistry by X-ray fluorescence and ICP-MS. These determinations were collected focusing in the determination of the genesis of each zone of zoned crystals. From the obtained compositions, mass balance calculations were done to exclude the macrocryst influence in the bulk compositions of the bodies and to have a compositional estimative of the melts, represented by the fine-grained to aphanitic matrices of these rocks. The crystalline zones of macrocrysts in equilibrium with the calculated melts were defined using the Mg-Fe exchange equilibrium constant between minerals and liquid, KdFe2+-Mg2+ C/L . The equilibrium relationships allowed the designation of genetic meanings to the the crystalline zones, being these classified as xenocrysts, antecrysts and phenocrysts. The first two types (in textural and chemical disequilibrium with the matrices) were captured and/or recycled from an early magmatic environment, allowing to access the former magmatic processes during the evolution of the system. Mantle xenocrysts were only identified in dikes from the weakly silica-undersaturated series. Macrocrysts of zoned olivine with cores having Fo > 90 and embayment texture were found together with zoned clinopyroxene macrocrysts, presenting incolor, anhedral Cr-diopside cores with normal concentric step zoning. These Cr-diopside cores have mg# (Mg/Mg+FeT in molecular proportions) 88-87, high Ni values and low Na2O, Al2O3, TiO2, Zn, Sc, Hf, Y, Zr, Sr and rare earth elements (REEs). These compositions are compatible with the garnet and garnet-spinel peridotite facies. On the same occurrence, cores of macrocrystic pyroxene are classified as enstatite (xenocryst) and present sieve texture, concentric reverse step zoning, and high levels of MnO, Ni, Zr and very low of REEs. Antecrysts, crystals in chemical and textural disequilibrium with the matrices but cogenetic to the magmatic system, were mainly formed by cores of clinopyroxene macrocrysts in strongly silica-undersaturated mafic alkaline dikes. The cores of these ones are classified as diopside (sometimes Cr-bearing of Na-bearing), augite, hedenbergite and aegirine-augite. The diopside is incolor, subhedral, with glomeroporphyritic and sieve textures, setorial and concentric reverse step zonings. They present higher mg# (83-80), Cr2O3, Ni, Sc values, lower Na2O and Zn, and intermediate Zr, Y, Hf and Sr concentrations when compared to the other antecryst. Green cores of augite and aegirine-augite are found in dikes of all series and present embayment and sieve textures and concentric step zoning. These have low mg# (70- 40), Cr2O3, high MnO, Na2O and Zn, but wide ranges of MnO, Na2O, Li, Sc, Hf, Y, Zr, Sr and REEs. Ti-augite, chemically classified as subsilicic Ti-bearing diopside, is euhedral, with concentric oscillatory and setorial zonings and found as rims in all clinopyroxene macrocrysts, as matrix crystals and as agregates (glomeroporphyrithic texture) with subhedral olivine macrocrysts (Fo<88). Some of these two minerals zones are in chemical disequilibrium with the matrix but with textural equilibrium of magmatic system, being classified as antecrysts from a next magmatic stage of antecrystals cristalization and xenocryst incorporation. Other horizons of Ti-augite are phenocrysts, in chemical equilibrium with the host melt. Euhedral to subhedral kaersutite, with glomeroporphyritic and skeletal textures and oscillatory concentric zoning is predominant in alkaline lamprophyres. Anhedral kaesutite crystals with sieve texture occurs as macrocrysts in some olivine basalts dikes. In these amphiboles, the enrichment in Ba, Sr, Y, Nd, Zr and REEs present negative correlation with MgO contents. Ti-bearing phlogopites are found mainly in the matrices of the mafic dikes from the Mantiqueira range. However, macrocrysts are rare and found with anhedral habit and concentric step and setorial zonings. The increase of vacancies in octaedric plane of the matrix crystals phlogopite is proportional with the concentrations of Ti, Nb, Zr, Sr, Y and Li, when compared with the macrocryst compositions. The olivine and Cr-diopside xenocrysts found in the mafic dikes from the weakly sílica-undersaturated series indicate the incorporation of mantle host rocks and/or source rocks. Otherwise, the magmas from the strongly sílica-undersaturated series are considered hybrids, based on the trace-element mixing modelling of alkaline mafic and felsic melts. These compositionally contrasting liquids are the responsible for the crystallization, in the earlier stages, of the different families of clinopyroxene antecrysts. On next stage, at lower depth, is indicated by the presence of phenocrysts and antecrysts of Ti-augite as rims, isolated or aggregate macrocrysts and matrix crystals, sometimes associated with olivine and amphiboles. This macrocryst diversity can be explained by the complex plumbing system model. In this model, the interconection between several magma reservatories along distinct evolution stages, with different host rocks during their ascent under several depths in the lithosphere, is considered a efficient way to explain the petrographic and chemical features found in these rocks. Processes of magma mixing and the incorporation of host rocks during the lithospheric ascent are registere for the ultrabasic alkaline Cretaceous dikes of the Mantiqueira range, Serra do Mar alkaline province.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-30052019-105318 |
| Date | 22 February 2019 |
| Creators | Silva, Julio Cesar Lopes da |
| Contributors | Azzone, Rogério Guitarrari |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Reter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais. |
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