Temperature (T), Pressure (P) and Oxygen fugacity (fO2) conditions were established for the Três Ranchos IV (diamond-bearing) and Limeira I (sterile) kimberlites of the Coromandel-Três Ranchos kimberlite field (Minas Gerais and Goiás, Brazil), Alto Paranaíba Alkaline Province (APAP), in order to draw a possible correlation between these intensive crystallization parameters and diamond instability. Both Três Ranchos IV and Limeira I are classified as coherent macrocrystic kimberlites, with an inequigranular texture formed by partially-to-fully altered olivine, phlogopite megacrysts up to 1 cm wide, macrocrysts (0.5-10 mm-sized), and crustal xenoliths set in a very fine groundmass composed mainly by perovskite, olivine, phlogopite, spinel, serpentine and carbonates identified in both intrusions. Apatite, ilmenite and monticellite are also present, but only in LM-I. Garnet macrocrysts and centimetric pyroxene xenocrysts phases are also present in Três Ranchos IV and Limeira I, respectively. The samples, strongly enriched in incompatible elements, are all MgO-rich, with high Mg# content. In order to apply different geotherm-and-oxybarometers in the calculation of P-T-fO2 conditions and to characterize the compositional variation of TR-IV and LM-I kimberlites, major, minor and trace-element concentrations of the main mineral phases were obtained by electron microprobe and LA-ICP-MS. Olivine cores of Limeira I present higher NiO, CaO and lower Cr2O3 contents than those from Três Ranchos IV. Mg# [(Mg/Mg+FeT), mol.%) ranges from 87 to 92 mol.% in TR-IV and from 83 to 92 mol.% in LM-I. The trace-element contents of olivine are similar in both kimberlites, the concentrations of Li, Zn and Mn appearing to be higher at olivine rims. In olivines from both intrusions, a pattern of enrichment in Zr, Ga, Nb, Sc, V, P, Al, Ti, Cr, Ca, and Mn in rims regions, is observed in the \"melt trend\" whereas enrichment in Zn, Co, Ni and possibly Na in cores regions, is found in the \"mantle trend.\" In monticellite specimens from Limeira I, Mg# ranges from 72 to 93.8, while Ca/(Ca+Mg) ratios range from 35 to 58 mol.%. The perovskite composition in both LM-I and TR-IV remains close to the ideal CaTiO3, perovskite, but a variation from core endmembers (average Lop16 and Prv78) towards the rims (average Lop13 and Prv81) can be noticed in TR-IV samples. The highest concentrations of light rare earth elements (LREE), Nb, and Fe3+ are also observed in perovskites from the TR-IV kimberlite. Macrocrystic spinels of TR-IV kimberlite are Al-rich, whereas the groundmass crystals range from magnesiochromite to chromite. Ilmenites from LM-I are characterized by high MgO values at a given TiO2, with a large variation in Cr2O3. Pyrope garnets (62 to 73 mol.%) are present only in TR-IV, with Mg# ranging from 72 to 79 mol.%, being classified as lherzolitic (G9) and pyroxenitic (G4, G5). Diopside occurs as xenocrysts in LM-I and as microphenocrysts in TR-IV, with Mg# ranging from 85 to 91 and from 87 to 92, respectively. Xenocrystic diopsides from LM-I present higher MgO and FeO concentrations with monticellite grains along crystal rims and fractures. Temperature estimates for the LM-I kimberlite, obtained from the composition of diopside xenocrysts and Al-in olivine concentrations, ranging from 718 to 985 °C. Pressure ranges from 34 to 47 Kbar, as calculated using an empirical curve from a 37-mW/m2 geotherm proposed in the literature for Alto Paranaíba magmas. For TR-IV, temperature values ranging from 975 to 1270°C were obtained from Al-in olivine and Ni-in garnet concentrations. Pressures in the range from 18 to 34 Kbar were obtained from major element composition of garnet samples from TR-IV kimberlite. The fO2 of the TR-IV constrained by perovskite (kimberlite cognate phase) oxygen barometry ranges from NNO-7 to NNO+4, while for LM-I values range from NNO+6 to NNO-4. For the LM-I intrusion, monticellite, another cognate phase used as an oxybarometer, yielded a value range of NNO-4 to NNO+2. A change in the oxygen fugacity from cores towards rim recorded in the perovskites and the monticellite crystals is also noticed. The oxygen fugacity estimates of this work are the first ever calculated for magmas of the Alto Paranaíba Alkaline Province. All P-T-fO2 values obtained are consistent with literature data on the APAP. Clinopyroxene xenocrysts from LM-I were classified as garnet-facies clinopyroxene, according to the compositions obtained in this work. Such results, along with pressure, and temperature data from and the presence of Mg-ilmenite in LM-I (known to be sterile), indicate that the kimberlite magma might have at least crossed the diamond stability field. The variation in oxygen fugacity observed in both kimberlites possibly reflects the instability of diamonds in these magmas since LM-I presents slightly higher oxidation conditions. / Foram estabelecidas as condições de fugacidade de temperatura (T), pressão (P) e fugacidade de oxigênio (fO2) para os kimberlitos Três Ranchos IV (diamantífero) e Limeira I (LM-I, estéril) do supercampo kimberlítico Coromandel-Três Ranchos (Minas Gerais e Goiás, Brasil), da província alcalina Alto Paranaíba (APAP), com o intutito de determinar uma possível correlação entre tais parâmetros intensivos de cristalização e a instabilidade de diamante daqueles magmas. As intrusões Três Ranchos IV e Limeira I foram classificados como kimberlitos macrocrísticos coerentes, com textura inequigranular evidenciada por megacristais de olivina de até 1 cm parcialmente alterados, macrocristais de flogopita (0.5-10 mm) e xenólitos crustais dispostos em uma matriz muito fina composta principalmente por perovskita, olivina, flogopita, espinélio, serpentina e carbonatos em ambas as intrusões, com adição de apatita, ilmenita e monticelita apenas em LM-I. Macrocristais de granada e xenocristais centimétricos de piroxênio e também são fases minerais presentes em Três Ranchos IV e Limeira I, respectivamente. As amostras são todas ricas em MgO, com alto teor de Mg# e são fortemente enriquecidas em elementos incompatíveis. Concentrações de elementos maiores, menores e traços das principais fases minerais foram obtidas por análises de Microssonda Eletrônica e LA-ICP-MS, com o objetivo de aplicar diferentes geotermo-e-oxibarômetros no cálculo das condições de P-T-fO2 e caracterizar a variação composicional dos kimberlitos TR-IV e LM-I. Núcleos de olivina de Limeira I apresentam maiores teores de NiO, CaO e menores teores de Cr2O3 que os dos cristais de olivina de Três Ranchos IV. O Mg# [(Mg/Mg+FeT), em prop.mol.] calculado a partir das olivinas analisadas varia de 87 a 92 mol.% para TR-IV e de 83 a 92 mol.% para LM-I. O conteúdo de elementos-traço da olivina é semelhante para ambos os kimberlitos, sendo que as concentrações de Li, Zn e Mn parecem ser maiores nas bordas dos cristais de olivina. Nas olivinas das duas intrusões, foram observados tanto um padrão de enriquecimento em Zr, Ga, Nb, Sc, V, P, Al, Ti, Cr, Ca e Mn nas porções de borda, característico do \"melt trend\", quanto um enriquecimento em Zn, Co, Ni e possivelmente Na nas porções de núcleo, notável no \"mantle trend\". Os cristais de monticelita de LM-I apresentam Mg # variando de 72 a 93.8 mol.%, com o índice Ca/(Ca + Mg) variando entre 35-58 mol%. A composição dos cristais de perovskita de LM-I e TR-IV analisados permanece próxima do ideal CaTiO3, mas é notável uma variação dos membros finais dos núcleos (Lop16 e Prv78 médios) às bordas (Lop13 e Prv81 médios) nas amostras de TRIV. As maiores concentrações de elementos terras raras leves (ETRL), Nb e Fe3+ também são observadas nas perovskitas de TR-IV. Os macrocristais de espinélios em amostras de TR-IV são ricos em Al, enquanto os cristais da matriz variam de magnesiocromita a cromita. Cristais de ilmenita são identificados somente em LM-I, sendo caracterizados pelo alto teor de MgO, com grande variação nas concentrações de Cr2O3. As granadas são tipo piropo (62 a 73 mol.%) e estão presentes apenas em TR-IV, com Mg# variando de 72 a 79 mol.%, classificadas como lherzolíticas (G9) e piroxeníticas (G4, G5). O diopsídio ocorre como xenocristais em LM-I e como microfenocristais em TR-IV, com Mg# variando de 85 a 91 mol.% e de 87 a 92 mol.%, respectivamente. Os xenocristais de diopsídio presentes em LM-I apresentam maior concentração de MgO e FeO e são envoltos por coroa de monticelita. As estimativas de temperatura do kimberlito LM-I foram obtidas utilizando as composições dos xenocristais de diopsídio e as concentrações de Al presentes em cristais de olivina, resultando em um intervalo entre 718 e 985 °C. Enquanto que a pressão varia de 34 a 47 Kbar e foi calculada utilizando uma curva empírica de uma geoterma de 37 mW/m2 proposta na literatura para magmas da Província Alcalina do Alto Paranaíba. Para TR-IV foram obtidas temperaturas a partir das concentrações de Al em olivina e de Ni em granada, variando de 975 a 1270 °C. O intervalo de pressão de 18 a 34 Kbar foi obtido a partir da composição dos principais elementos em granada amostrada de TR-IV. A fugacidade de oxigênio registrada em perovskitas (fase cognata de kimberlito) de TR-IV varia de NNO-7 a NNO + 4, e de NNO + 6 a NNO-4 em LM-I. A monticelita, outra fase cognata, também foi utilizada como oxibarômetro, resultando em um intervalo de NNO-4 a NNO + 2 para a intrusão LM-I, onde está presente. Também é notável uma mudança na fugacidade de oxigênio dos núcleos para a borda em perovskitas e em cristais de monticelita. As estimativas de fO2 obtidas neste trabalho foram as primeiras calculadas para magmas da província alcalina do Alto Paranaíba. Todos os resultados de P-T-fO2 obtidos são consistentes com dados da APAP reportados na literatura. Os xenocristais de clinopiroxênio em LM-I foram classificados como clinopiroxênio de fácies granada de acordo com as composições obtidas neste trabalho. Essa informação, juntamente com os dados de pressão e temperatura, além da presença de Mg-ilmenita em LMI (conhecido por ser estéril), indica que este magma kimberlítico pode ter ao menos cruzado o campo de estabilidade do diamante, e que é possível que a variação na fugacidade de oxigênio observada em ambos TR-IV e LM-I pode ter-se refletido na instabilidade destes xenocristais nestes magmas, uma vez que Limeira I apresenta condições de oxidação levemente mais altas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-22082019-110017 |
| Date | 12 March 2019 |
| Creators | Coldebella, Bruna |
| Contributors | Azzone, Rogério Guitarrari |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| 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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