UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA CURSO DE GEOLOGIA Relatório de graduação DALTON DA SILVA PINHEIRO ORIGEM DOS MEGACRISTAIS DE K-FELDSPATO NOS PLUTONS BARCELONA E MONTE DAS GAMELEIRAS, RN FREDERICO CASTRO JOBIM VILALVA (DGEO-CCET/UFRN) Orientador NATAL 2019 Dalton da Silva Pinheiro ORIGEM DOS MEGACRISTAIS DE K-FELDSPATO NOS PLUTONS BARCELONA E MONTE DAS GAMELEIRAS, RN Relatório de Graduação apresentado no dia 5 de julho de 2019 à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito à obtenção do título de Bacharel em Geologia. Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Geologia Curso de Geologia Orientador: Prof. Dr. Frederico Castro Jobim Vilalva Natal Julho/2019 ORIGEM DOS MEGACRISTAIS DE K-FELDSPATO NOS PLUTONS BARCELONA E MONTE DAS GAMELEIRAS DALTON DA SILVA PINHEIRO BANCA EXAMINADORA ______________________________________________________ Prof. Dr. Frederico Castro Jobim Vilalva (DGEO-CCET/UFRN - Orientador) ______________________________________________________ Prof. Dr. Marcos Antônio Leite do Nascimento (DGEO-CCET/UFRN – Membro Interno) ______________________________________________________ MSc. Rogério Cavalcante (SGB/CPRM - Membro Externo) Natal, RN – 5 de julho de 2019. À minha avó materna, Maria das Dores da Silva (in memorian), e à minha mãe, Marisete Pereira da Silva. AGRADECIMENTOS Ao longo desses anos pude contar com várias pessoas que colaboraram e incentivaram esta conquista, que nem sempre é tão árdua, mas que requer dedicação. Destarte, presto aqui meus agradecimentos: Ao meu orientador e amigo, Prof. Dr. Frederico C. J. Vilalva, pelo apoio, dedicação, direcionamento e pelo conhecimento compartilhado. Ao amigo Prof. Dr. Marcos A. L. do Nascimento, pelas discussões e pela disponibilidade em sempre compartilhar o conhecimento geológico. Aos professores Antônio C. Galindo, Emanuel F. Jardim de Sá, Alex F. Antunes, e Vanildo P. da Fonseca que contribuíram imensamente para minha formação. A Rogério Cavalcante (CPRM/NANA), que sempre se disponibilizou para sanar dúvidas. Aos meus amigos da turma de 2015.1, que me acompanharam nessa jornada, em especial Dinarte Lucas e João Victor Freire (inseparáveis nos grupos de campo), Juliana Monteiro, Larisse Cruz e Danielle Costa. Aos amigos da turma do técnico em geologia no IFRN (eterna 2010.1433), em especial aos amigos Marcos Jacinto, Luiz Henrique Oliveira, Matheus Rebolo, Lara Trindade, Gabriel Barreto, Iara Marques e Thalita Bezerra. Aos amigos da arquitetura e urbanismo, em especial a Beatriz Simões, Natália Queiróz (Nalu ou Naru), Bruna Pacini e Alana Kelly Costa (Araninha) pelo incentivo e pelos momentos de descontração. A Raisa R. dos Santos, minha companheira, a pessoa que mais me motiva a seguir em frente, cuja paciência, suporte, e acima de tudo amor foram extremamente importantes para que essa etapa se concluísse com êxito. A Ana Luísa Santos e à José Rodrigues Neto, por todo apoio. Por fim, a minha família, em especial minha avó materna, D. Dorinha, meus pais, Marisete Pereira e Edmilson Pinheiro, que são minha base. As minhas tias Geralda, Janaína e Zeninha, que mesmo as vezes estando longe contribuem imensamente. A minha irmã Vivian Pinheiro e minha Prima Janine Silva que sempre me aconselham nos momentos de aflição. Meu muito obrigado a todos que fizeram parte desta etapa! "O homem sábio é forte, e o homem de conhecimento consolida a força." Rei Salomão RESUMO Os plútons Barcelona e Monte das Gameleiras, localizados na porção nordeste da Província Borborema, Domínio São José do Campestre, são caracterizados pela presença de três fácies, com amplo domínio de granitos porfiríticos com assinatura química cálcio-alcalina de alto K. Os granitos porfiríticos destes plútons são marcados pela presença de megacristais de K- feldspato micropertítico com uma variedade de inclusões minerais marcando uma zonação concêntrica. Este trabalho apresenta uma caracterização textural qualitativa e quantitativa e, química mineral de elementos maiores, menores e traços para os megacristais de K-feldspato dos granitos porfiríticos, além da descrição petrográfica detalhada de suas principais inclusões. Os resultados apontam para um prolongado intervalo de cristalização e arrefecimento magmático relativamente lento, o que exclui a formação dos megacristais por processos subsolidus. O zonamento dos megacristais é marcado pela variação nas quantidades de inclusões minerais dos núcleos para as bordas cristalinas, bem como pela variação nos teores de Na2O (0,54 e 1,15% em peso). As análises de elementos traços também revelam variações nos teores de Ba (2871,8 e 4406,4 ppm), Rb (261,5 e 329,2 ppm) e Sr (273,4 e 420,2 ppm). Tais características refletem a cristalização concomitante de plagioclásio, quartzo e outras fases que influenciam a partição destes elementos. A análise textural quantitativa utilizando a técnica de distribuição do tamanho dos cristais (DTC) aponta padrões de engrossamento textural em ambos os plútons, além de acumulação para o Plúton Barcelona e fracionamento para o Plúton Monte das Gameleiras. Palavras-chave: megacristais de K-feldspato, química mineral, DTC, viscosidade. ABSTRACT The Barcelona and Monte das Gameleiras Plutons, located in the northeast portion of the Borborema Province, São José do Campestre Domain, are characterized by the presence of three facies, with a large domain of porphyritic granites with high-K calc-alkaline chemical signatures. The porphyritic granites of these plutons are marked by the presence of microperthitic K-feldspar megacrysts with a variety of mineral inclusions defining a concentric zonation. This work presents a qualitative and quantitative textural characterization, and mineral chemistry of major, minor and trace element for the K-feldspar megacrysts from the porphyritic granites, as well as the detailed petrographic description of its main inclusions. The results point to an extensive and relatively slow crystallization and cooling interval, which excludes the megacrysts formation by subsolidus processes. The zoning of the megacrysts is marked by the variation of the mineral inclusions amounts of the nuclei to the crystalline edges, as well as by the variation in Na2O (0.54 and 1.15 wt.%). The analysis of the trace elements also reveal variations in Ba (2871.8 and 4406.4 ppm), Rb (261.5 and 329.2 ppm) and Sr (273.4 and 420.2 ppm). These features reflect the concomitant crystallization of plagioclase, quartz and other phases that influence the partitioning of these elements. Quantitative textural analysis using the crystal size distribution (CSD) technique indicates patterns of textural coarsening in both plutons, as well as accumulation for the Barcelona Pluton, and fractionation for the Monte das Gameleiras Pluton. Keywords: K-feldspar megacrysts, mineral chemistry, CSD, viscosity. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1.1 – Mapa de localização e vias de acesso aos setores de estudo. . . . . . . . . . 16 Figura 1.2 – Medição dos megacristais em campo no PGB . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figura 1.3 – A) Amostra escaneada de granito porfirítico com cristais de K-feldspato tingidos. B) Amostra tratada com programas de edição de imagem. . . . . . 19 Figura 2.1 – Mapa representativo do modelo de compartimentação da Província Borbo- rema em domínios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Figura 2.2 – Mapa representativo do plutonismo ediacarano. . . . . . . . . . . . . . . . 25 Figura 3.1 – Mapa geológico simplificado do Plúton Granítico Barcelona com base nos limites definidos por Cavalcante (2015). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Figura 3.2 – Fácies petrográficas e feições texturais/estruturais do Plúton Barcelona. . . . 32 Figura 3.3 – Diagramas QAP e Q’(A+P)M das fácies do Plúton Granítico Barcelona com base em dados modais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Figura 3.4 – Fotomicrografia da fácies diorítica do Plúton Granítico Barcelona. . . . . . 34 Figura 3.5 – Fotomicrografia da fácies granítica porfirítica do Plúton Granítico Barcelona. 38 Figura 3.6 – Mapa geológico simplificado do Plúton Monte das Gameleiras com base nos limites definidos por Antunes (1999). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Figura 3.7 – Fácies petrográficas e feições texturais/estruturais do Plúton Monte das Ga- meleiras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Figura 3.8 – Diagramas QAP e Q’(A+P)M das fácies do Plúton Granítico Monte das Gameleiras com base em dados modais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Figura 3.9 – Fotomicrografias da fácies granítica porfirítica no Plúton Monte das Ga- meleiras com destaque para os megacristais de K-feldspato e inclusões de plagioclásio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Figura 3.10–Feições relacionadas a zonas de acumulação. . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Figura 3.11–Zona de cisalhamento de origem magmática, destacada pela linha tracejada em amarelo, impressa na fácies porfirítica do PGB. . . . . . . . . . . . . . 51 Figura 3.12–Estruturas magmáticas lineares e planares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Figura 3.13–Feições do dique em escada no Plúton Monte das Gameleiras. . . . . . . . . 52 Figura 4.1 – Diagrama de química mineral apresentando variações de BaO e Na2O para megacristais de K-feldspato e cristais da matriz do Plúton Barcelona. . . . . 57 Figura 4.2 – Diagrama de química de elementos traços apresentando variações de Ba, Rb e Sr para os feldspatos dos plútons Barcelona e Monte das Gameleiras. . . . 59 Figura 5.1 – Esquema de distribuição do tamanho dos cristais (Higgins, 1999). . . . . . . 63 Figura 5.2 – Gráfico DTC para os plútons Monte das Gameleiras (em vermelho) e Barce- lona (em azul) demonstrando a composição global com a plotagem de todas as análises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Figura 5.3 – Ilustração representativa do gráfico DTC, Ln densidade de população versus Tamanho dos cristais, destacando a formação de três segmentos. . . . . . . 65 Figura 5.4 – Gráficos DTC para o Plúton Monte das Gameleiras, demonstrando padrões de fracionamento e engrossamento textural. . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Figura 5.5 – Gráficos DTC para o Plúton Granítico Barcelona, demonstrando padrões de acumulação e engrossamento textural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Figura 6.1 – Megacristais euédricos zonados, com inclusões marcando linhas concêntricas. 70 Figura 6.2 – Esquema de origem e evolução dos megacristais de K-feldspato. . . . . . . 74 Figura 6.3 – Evolução de viscosidade versus fração de sólidos para sistema ígneo demons- trando, em azul, as condições obtidas para os corpos estudados. . . . . . . . 76 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Análises químicas EDS nos megacristais de K-feldspato da fácies porfirítica do Plúton Barcelona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Tabela 2 – Análises químicas EDS e WDS realizadas em megacristais e cristais de K-feldspato da matriz de granitos porfiríticos do Plúton Barcelona. . . . . . 56 Tabela 3 – Análises químicas de elementos traços realizadas em amostras de K-feldspato e plagioclásio da fácies porfirítica do Plúton Barcelona. . . . . . . . . . . . 57 Tabela 4 – Análises químicas de elementos traços realizadas em amostras de plagioclásio da fácies porfirítica do Plúton Monte das Gameleiras. . . . . . . . . . . . . 58 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.1 Apresentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Justificativas e Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3 Localização e Vias de Acesso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4 Materiais e Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4.1 Análise Petrográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.2 Análise Textural Quantitativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.3 Química Mineral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1 Província Borborema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2 Domínio São José do Campestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 Magmatismo Ediacarano-Cambriano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3.1 Suíte Shoshonítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3.2 Suíte Cálcio-Alcalina de Alto-K Porfirítica . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3.3 Suíte Cálcio-Alcalina de Alto-K Equigranular . . . . . . . . . . . . . . . 27 3 PETROGRAFIA E RELAÇÕES DE CAMPO . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1 Plúton Granítico Barcelona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1.1 Aspectos Mesoscópicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.1.2 Aspectos Micropetrográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.2.1 Fácies Diorítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.2.2 Fácies Microgranítica Equigranular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.2.3 Fácies Granítica Porfirítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.2 Plúton Monte das Gameleiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.1 Aspectos Mesoscópicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2.2 Aspectos Micropetrográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.2.2.1 Fácies Diorítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.2.2.2 Fácies Microgranítica Equigranular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2.2.3 Fácies Granítica Porfirítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.3 Estruturas Magmáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4 QUÍMICA MINERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.1 Elementos maiores e menores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.2 Elementos traços . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5 ANÁLISE TEXTURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.1 Distribuição do Tamanho dos Cristais (DTC) . . . . . . . . . . . . . . . 61 6 ORIGEM E EVOLUÇÃO DOS MEGACRISTAIS . . . . . . . . . . . . 70 6.1 Condições de Viscosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 7 CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 ANEXO A – DADOS DE TAMANHO DOS CRISTAIS [L(MM)] E LO- GARÍTMO NATURAL DA DENSIDADE DE POPULA- ÇÃO [LN(DP)] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 ANEXO B – COMPOSIÇÃO MODAL DOS PLÚTONS BARCELONA E MONTE DAS GAMELEIRAS . . . . . . . . . . . . . . 92 1.INTRODUÇÃO 14 1 INTRODUÇÃO 1.1 Apresentação Esta monografia é parte dos requisitos curriculares básicos para obtenção do título de geólogo pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte e tem como foco principal a discussão da origem e evolução dos megacristais de feldspato potássico nos granitos que compõem os plútons Barcelona (PGB) e Monte das Gameleiras (PMG), localizados no Domínio São José do Campestre, extremo NE da Província Borborema. 1.2 Justificativas e Objetivos A concepção do modelo de origem e desenvolvimento de megacristais de feldspato potássico em granitoides porfiríticos tem sido ao longo de décadas um tema de intenso debate na Petrologia Ígnea, de forma que ainda não há um consenso estabelecido sobre os processos envolvidos, os mecanismos de desenvolvimento ou momento de formação dos megacristais de feldspato potássico na sequência de cristalização de um magma granítico, especialmente aqueles de assinatura cálcio-alcalina (e.g., Vernon, 1986; Higgins, 1999; Słaby et al., 2007; Vernon & Paterson, 2008; Johnson & Glazner, 2010). No extremo nordeste da Província Borborema (PB), a área representada pelos domínios tectono-estruturais Rio Piranhas-Seridó e São José do Campestre tem como importante feição geológica a ocorrência de um extenso plutonismo granítico lato sensu, de idades ediacaranas a cambrianas (Nascimento et al., 2015), que tem em granitos porfiríticos cálcio-alcalinos de alto K seus litotipos mais volumosos. Desta forma, esta região destaca-se como uma excelente oportunidade para estudos sobre a formação e desenvolvimento de megacristais de feldspato potássico em magmas graníticos. Destarte, a escolha dos plútons de natureza porfiríticas contidas no Domínio São José do Campestre, onde se tem corpos graníticos de dimensões batolíticas e de fácil acesso devido à proximidade, torna-se imprescindível para o desenvolvimento de estudos que possam contribuir para o debate deste mote. Um fator que justifica o desenvolvimento do debate é a escassez de trabalhos científicos que discutem a origem e desenvolvimento dos megacristais de feldspato potássico nos granitos porfiríticos da região. Poucos autores desenvolveram o tema (e.g. Souza, 1985; Galindo, 1988; Pinheiro & Vilalva, 2018), e não há consenso nas conclusões. Destarte, a aplicação de novas técnicas que possam elucidar o desenvolvimento dos megacristais em granitos porfiríticos a luz do aspecto textural e petrográfico, especificamente relacionado ao desenvolvimento do feldspato potássico na assembleia das rochas descritas se torna fundamental. Com base na discussão proposta, este trabalho apresenta um estudo integrado apoiado na petrografia, em técnicas de análise e quantificação textural (Distribuição do Tamanho dos Cristais - DTC) e química mineral, visando investigar a formação de megacristais de feldspato potássico em granitos porfiríticos no Domínio São José do Campestre, Província Borborema, Capítulo 1. Introdução 15 tendo como estudo de casos os plútons Barcelona (PGB) e Monte das Gameleiras (PMG), ambos no estado do Rio Grande do Norte. 1.3 Localização e Vias de Acesso As áreas de estudo se localizam geograficamente na porção leste do estado do Rio Grande do Norte e em uma pequena parte da porção nordeste do estado da Paraíba. Desta forma, para melhor localização dos plútons estudados, foram criados, restritivamente para este capítulo, setores da área em dois pólos relativos à posição dos corpos tratados, sendo estes o Setor Barcelona e o Setor Monte das Gameleiras. Partindo de Natal/RN o acesso ao Setor Barcelona se dá pelas estradas federais BR-226 e BR-304, pelas estradas estaduais RN-203, RN-093 e RN-023, além de várias estradas carroçáveis. Já o acesso ao Setor Monte das Gameleiras, partindo de Natal/RN, se dá pelas estradas federais BR-101 e BR-226, pelas estradas estaduais RN-003, RN-093, RN-269, RN-279 e PB-125, além de várias estradas carroçáveis (Figura 1.1). Capítulo 1. Introdução 16 Figura 1.1 – Mapa de localização e vias de acesso aos setores de estudo. Figura confeccionada com base de dados IBGE e USGS integrados em sistema de informações geográficas. 1.4 Materiais e Métodos Do ponto de vista metodológico este trabalho se baseia essencialmente em três conjuntos de técnicas: a análise petrográfica, a análise textural quantitativa e a química mineral. Para isso, foram realizadas algumas etapas para obtenção, tratamento e interpretação dos métodos aplicados. As etapas de campo, de aproximadamente três dias para cada corpo objetivaram o reconhecimento de feições texturais e estruturais em afloramento, descrição petrográfica mesoscópica, amostragem e realização das medidas relativas à análise textural quantitativa. As etapas de laboratório focaram na descrição petrográfica microscópica, processamento dos dados para análise de DTC, e aquisição e interpretação dos dados de química mineral. Capítulo 1. Introdução 17 1.4.1 ANÁLISE PETROGRÁFICA A análise petrográfica dos principais litotipos do PMB e PMG foi feita inicialmente de forma mesoscópica, em amostras de mão e afloramentos, em conjunto com a descrição de relações de campo entre as fácies dos corpos. Em uma segunda etapa, procedeu-se à caracterização micropetrográfica detalhada dos fácies de ambos plútons, incluindo a descrição dos megacristais de feldspato potássico, suas inclusões, padrões de zoneamento e relação com os demais minerais máficos e félsicos da matriz dos granitos porfiríticos. Para tal, foram utilizados microscópios de luz polarizada modelo Olympus BX41TF do Laboratório de Microscopia Estudantil do Departamento de Geologia da UFRN. 1.4.2 ANÁLISE TEXTURAL QUANTITATIVA A análise textural quantitativa foi conduzida nos fácies porfiríticos de ambos plútons, com ênfase para os megacristais de feldspato potássico. A análise foi realizada através da técnica de distribuição de tamanho de cristais, DTC (crystal size distribution – CSD; cf. Higgins, 2006). Os procedimentos empregados na aplicação do DTC envolvem uma fase de campo, e uma fase de laboratório, onde a metodologia empregada onde se levantou a análise de duas populações de feldspato potássico, sendo a principal formada de megacristais e a secundária formada pelos cristais da matriz. As duas populações de feldspato potássico passaram por duas técnicas de quantificação distintas. Os megacristais foram medidos em campo utilizando régua comum em áreas de 0,5 a 1 m2, onde foram medidos os eixos de maior e menor dimensão de todos cristais superiores a 10 mm (Figura 1.2). Esse método foi utilizado devido à dimensão dos megacristais (até 15 cm) e corresponde a uma adaptação do método empregado por Johnson & Glazner (2010). Capítulo 1. Introdução 18 Figura 1.2 – Medição dos megacristais em campo no PGB Os cristais da matriz passaram por um processo mais cuidadoso, iniciando com a coleta de amostras de mão em campo, sucedendo em corte e semi-polimento em uma seção. A posteriori a amostra passou pelo processo de tingimento, que envolveu o uso de ácido fluorídrico em solução 40%, cobaltonitrito de sódio [Na3CO(NO2)6] diluído em água destilada (30g em 100 ml de água), onde as fatias de rocha foram atacadas com ácido, a fim de aumentar a rugosidade na superfície, e mergulhadas na solução de cobaltonitrito com objetivo de destacar os cristais de K-feldspato em cor amarela (Figura 1.3A). As amostras passaram pelo processo de escaneamento e tratamento da imagem com softwares comerciais (Adobe Photoshop e ImageJ; Figura 1.3), onde foram detectados os eixos maiores e menores de todos os cristais inferiores a 10 mm. Após a medição dos cristais gerou-se um banco de dados que foi analisado e interpretado com o auxílio do programa CSDcorrections (Higgins, 2006), onde foram integradas as duas populações. A análise textural envolveu ainda estimativa de viscosidade utilizando dados de rocha total disponíveis na literatura para os plútons estudados (Antunes et al., 2000; Cavalcante, 2015; Nascimento et al., 2015), utilizando o modelo de Baker (1998), para temperaturas de referência entre 700 e 900oC, o que permitiu inferências a respeito da reologia do magma. Capítulo 1. Introdução 19 Figura 1.3 – A) Amostra escaneada de granito porfirítico com cristais de K-feldspato tingidos. B) Amostra tratada com programas de edição de imagem. 1.4.3 QUÍMICA MINERAL Análises químicas minerais semi-quantitativas (EDS) de elementos maiores e alguns menores foram conduzidas em três seções delgado-polidas representativas dos granitos por- firíticos do PGB. Foram analisados megacristais e cristais da matriz de feldspato potássico sendo complementado por algumas análises realizadas em cristais de plagioclásio inclusos nos megacristais e na matriz. Utilizou-se o detector EDS Oxford X-ACT acoplado à microssonda ele- trônica Shimadzu EPMA-1720H do Laboratório de Caracterização de Resíduos Sólidos, Núcleo de Processamento Primário e Reuso de Água Produzida e Resíduos (NUPRAR; UFRN). Para análise utilizou-se uma voltagem do feixe de elétrons de 20 kV. A interferência entre as linhas Ba Lα e Ti Kα foi controlada pela inspeção visual cuidadosa dos picos adquiridos. Análises WDS obtidas por Cavalcante et al. (2014), foram incorporadas ao banco de dados e utilizadas como guia na obtenção da análise EDS. A fórmula estrutural do feldspato potássico foi calculada com base em 32 oxigênios, de acordo com Deer et al. (2013). Adicionalmente, foram quantificados os teores de elementos traços nos megacristais de feldspato potássico do PMG e PGB. As análises foram conduzidas no laboratório de LA-ICP- MS do GeoAnalítica, Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo. O equipamento utilizado na análise foi um espectrômetro ICP-MS do tipo quadrupolo modelo iCAP-Q da Thermo Scientific, acoplado a um sistema de laser ablation Y(Nd)AlG de 213 nm modelo UP-213 da New Wave. As condições analíticas empregadas foram: feixe do laser com spot de 65 µm e taxa de repetição de 15 Hz. Para as amostras do PGB a energia do laser utilizada foi de Capítulo 1. Introdução 20 0,183 mJ, com fluência de 5,52 J/cm2; para as amostras do PMG a energia foi de 0,122 mJ, com fluência de 3,68 J/cm2. CONTEXTO 2. GEOLÓGICO REGIONAL 22 2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL Este capítulo traz a contextualização geológica dos plútons Barcelona e Monte das Ga- meleiras no magmatismo granitoide ediacarano a cambriano do Domínio São José do Campestre da Província Borborema, NE do Brasil. 2.1 Província Borborema O setor de estudo se insere na Província Borborema (PB), descrita por Almeida et al. (1977) como uma unidade geotectônica no nordeste do Brasil afetada pela Orogênese Brasiliana. Compreende um cinturão de dobramentos formado por várias sequências metassupracrustais so- brepostas a complexos gnáissico-migmatítitcos Paleoproterozoicos e Arqueanos. Muitos autores correlacionam a estabilidade da PB ao ciclo Brasiliano evidenciado pelo intenso plutonismo e pela natureza dos lineamentos (e. g., Brito Neves et al., 2001; Angelim et al., 2006). Segundo Van Schmus et al. (2008) a PB é resultado de convergência entre os crátons São Francisco, do Congo e o Oeste Africano durante a Orogênese Ediacarana o que gerou as faixas móveis da Borborema. A região de faixas móveis registra um complexo sistema de zonas de cisalhamento em ambientes de alta temperatura formando lineamentos que descrevem os esforços compressivos do final da montagem do Gondwana Ocidental (ca. 0,6 Ga, Almeida et al., 1981). A Orogênese Ediacarana caracteriza-se na PB pelo volumoso magmatismo plutônico associado às zonas de cisalhamento (Brito Neves et al., 2003), que por sua vez atuaram como zonas limítrofes de blocos tectonoestruturais distintos, definindo contatos entre terrenos arqueanos e paleoproterozoicos (gnaisses migmatíticos) e terrenos mesoproterozoicos e neoproterozoicos (metassupracrustais). Em trabalho mais recente, Ganade de Araújo et al. (2014) propuseram o desenvolvimento da PB em eventos colisionais discretos, onde se tem o primeiro evento em ca. 620-610 Ma, como resultado de colisão entre o Bloco Parnaíba e o antigo embasamento da PB, e o segundo evento em ca. 590-580 Ma, como resultado da reativação da zona de sutura, permitindo a aproximação e colisão da PB contra o Cráton São Francisco. Santos et al. (1984) sugeriram uma compartimentação dividindo os domínios estruturais da PB em cinco, sendo estes o Domínio Sergipano, o Domínio Extremo Nordeste, o Domínio Transnordestino, o Domínio Cearense e o Domínio Médio Coreaú. Jardim de Sá (1994) definiu zonas geotectônicas em domínios mais complexos e faixas metassupracrustais, sendo estes o Domínio Ceará Central, o Domínio da Zona Transversal, a Faixa Nordeste do Ceará, a Faixa Orós- Jaguaribe, a Faixa Riacho do Pontal, a Faixa Sergipana, a Faixa Salgueiro-Cachoeirinha, e a Faixa Seridó. Delgado et al. (2003) propuseram a compartimentação da PB em três segmentos, sendo estes a Sub-província Setentrional, a Zona Transversal e a Externa ou Meridional. Por sua vez, Medeiros & Jardim de Sá (2009) compartimentaram a PB em sete domínios tectonoestruturais, sendo estes o Domínio Médio Coreaú, o Domínio Ceará Central, o Domínio Jaguaribeano, o Domínio Rio Piranhas-Seridó, o Domínio Zona Transversal, o Domínio Externo e o Domínio São José do Campestre. Mais recentemente Medeiros et al. (2017) definiram nove domínios, Capítulo 2. Contexto Geológico Regional 23 sendo estes o Domínio Médio Coreaú, o Domínio Ceará Central, o Domínio Jaguaribeano, o Domínio Rio Piranhas-Seridó, o Domínio São José do Campestre, o Domínio Zona Transversal, o Domínio Pernambuco-Alagoas, o Domínio Sergipano e o Domínio Riacho do Pontal. No desenvolvimento deste trabalho serão utilizados os limites propostos por Medeiros et al. (2017, Figura 2.1). Figura 2.1 – Mapa representativo do modelo de compartimentação da Província Borborema em domínios (Medeiros et al., 2017). 2.2 Domínio São José do Campestre O Domínio São José do Campestre (DJC) é um dos núcleos mais antigos da Placa Sul-Americana. Está localizado no extremo NE da Província Borborema, representando um fragmento de crosta de idade Arqueana, circundado por gnaisses paleoproterozoicos, sendo Capítulo 2. Contexto Geológico Regional 24 definido por uma variedade de episódios de deformação, refletindo momentos de acresção crustal e evolução de blocos tectônicos. A área aflorante do DJC é delimitada a norte e leste pela Bacia Potiguar, a oeste pela Zona de Cisalhamento Picuí-João Câmara, e a sul pela Zona de Cisalhamento Remígio-Pocinhos. A caracterização do DJC como uma unidade de idade Arqueana foi iniciada por Dantas (1996). Souza & Dantas (2008) subdividiram a posteriori esse domínio em duas grandes unidades, uma ortoderivada e outra paraderivada. As rochas ortoderivadas foram caracterizadas por Dantas (1996), Souza & Dantas (2008) e Dantas et al. (2013) como gnaisses de idade neo-paleoarquena (Suíte Bom Jesus, Complexo Riacho das Telhas, Complexo Presidente Juscelino, Complexo Brejinho, Complexo Senador Elói de Souza e Complexo São José do Campestre) circundados por gnaisses paleoproterozoicos (Complexo Santa Cruz, Complexo João Câmara, Complexo Serrinha-Pedro Velho). Dantas (1996) e Dantas et al. (2004, 2013) em estudos geocronológicos apontam idades U-Pb (zircão) para essa grande unidade entre 2,7 a 3,45 Ga. As rochas paraderivadas são descritas como rochas de alto grau metamórfico, represen- tadas principalmente por cordierita - sillimanita - granada - biotita paragnaisses, e, de forma menos expressiva, por gnaisses calciossilicáticos, anfibolitos e mármores (Souza & Dantas, 2008; Dantas et al., 2013). Aspectos de campo destacam, para as rochas ortoderivadas, carac- terísticas intrusivas em relação às paraderivadas. Desta forma é possível sugerir que as rochas paraderivadas sejam mais antigas (Souza & Dantas, 2008). 2.3 Magmatismo Ediacarano-Cambriano O magmatismo sin- a pós-orogênico, de idade ediacarana a cambriana, e caráter essen- cialmente plutônico, é bastante expressivo na Província Borborema, sendo representado por batólitos, stocks e diques marcando a província com feições geomorfológicas colinosas. Este grupo de rochas possui características petrográficas, texturais, geoquímicas e geocronológicas distintas, o que levou Nascimento et al. (2015) a agrupá-las em seis suítes distintas, sendo estas: Suíte Shoshonítica, Suíte Cálcio-alcalina de Alto K Porfirítica, Suíte Cálcio-alcalina de Alto K Equigranular, Suíte Cálcio-alcalina, Suíte Alcalina e a Suíte Alcalina Charnoquítica (Figura 2.2). As Suítes Shoshonítica, Cálcio-alcalina e Alcalina são individualizadas geoquimicamente com facilidade, enquanto que a Alcalina Charnoquítica é distinguida por alguns diagramas discrimi- nantes (Nascimento et al., 2015). As suítes Cálcio-alcalina de Alto K Porfirítica e Cálcio-alcalina de Alto K Equigranular possuem geoquímica similar, sendo distinguidas uma da outra a partir de dados petrográficos e de campo, além de dados geocronológicos que também contribuem para essa distinção (Nascimento et al., 2015). Capítulo 2. Contexto Geológico Regional 25 Atlân tico Ocean o 38°00'W 37°00'W 36°00'W 35 Bacia Potiguar Açu BRASIL 64 5746 9 Lajes 1 19 51 48 49 2 20 32 54 10 Natal 21 29 31 53Umarizal 6°00'S 65 55 52 36 3 18 N 28 5622 34 45 8 41 Currais Santa Cruz 23 4 Novos 16 63 7 1715 Acari 11 37 24 Caicó 14 33 27 58 47 50 26 62 42 25 4430 6 5 ParelhasPombal Sousa 12 13 38 42 43 39 40 nho s io-P oci 61 íg Rem 7°00'S ZC Egsrcaaplha iGc rsácfaiclae 59 60 0 10 20 30 40 km ZC Patos Domínio Zona Tranversal Suíte Shoshonítica Suíte Cálcio-alcalina Alto-K Porfirítica 1 Quixaba 7 Acari 13 Solânea 19 Prado 25 Pombal 31 Serra João do Vale 37 Monte das Gameleiras 2 Prado 8 Totoró 14 Riachão 20 Caraúbas 26 Pedregulho 32 São Rafael 38 Cabeçudo 3 Serra do Lima 9 Cardoso 15 Poço Verde 21 Tourão 27 Serra Branca 33 Acari 39 Jandaíra 4 Catolé do Rocha 10 Barcelona 16 Monte das Gameleiras 22 Serra do Lima 28 Serrinha dos Pintos 34 Totoró 40 Serra da Boa Vista 5 São José de Espinharas 11 Japi 17 Serrinha 23 Catolé do Rocha 29 Portalegre 35 Cardoso 41 Serrinha 6 São João do Sabugi 12 Casserengue 18 Serra da Garganta 24 Serra do Moleque 30 São José de Espinharas 36 Barcelona 42 Solânea Suíte Cálcio-alcalina Alto-K Equigranular Suíte Cálcio-alcalina Suíte Alcalina Suíte Alcalina Bacias Sedimentares 43 Capuxu 47 Picuí 51 Caramuru 55 Serra da Garganta 58 Serra Negra do Norte 62 Caxexa Charnoquí tica 44 Santa Luzia 48 Embasamento Arqueano Taipu 52 Cerro Corá 56 Serra Verde 59 Olho D´Água 63 Japi 65 Umarizal 45 Acari 49 Macaíba 53 Serra da Rajada 57 Gameleira 60 Serra do Boqueirão 64 Flores Embasamento Paleoproterozoico 46 Angicos 50 Dona Inês 54 Macambira 61 Serra do Algodão Embasamento Neoproterozoico Estrutura Transcorrente Estrutura Compressiva Estrutura Distensiva Municípios Capital Figura 2.2 – Mapa representativo do plutonismo ediacarano destacando seis suítes intrusivas nos Domínios Rio Piranhas-Seridó (a oeste da Zona de Cisalhamento Picuí-João Câmara) e São José do Campestre (a leste), e embasamento simplificado (Modificado de Nascimento et al., 2015). Domínio Jagua Z rC ib P eor at nal oegre ZC Picuí - João Câmara Capítulo 2. Contexto Geológico Regional 26 As fácies petrográficas que compõem os plútons estudados estão distribuídas entre as Suí- tes Cálcio-alcalina de alto K porfirítica (principalmente), Cálcio-alcalina de alto K equigranular e shoshonítica (de forma secundária). Estas suítes são detalhadas a seguir. 2.3.1 SUÍTE SHOSHONÍTICA A Suíte Shoshonítica é representada por corpos isolados ou associados à Suíte Cálcio- alcalina de Alto K Porfirítica, e menos comumente à Suíte Cálcio-alcalina. É composta por rochas gabro-dioríticas a quartzo monzoníticas, caracterizadas petrograficamente por texturas equigranular a inequigranular de granulação fina a média, ou mesmo grossa nas rochas ga- broides (Macêdo-Filho, 2016). Quando a Suíte Shoshonítica está no mesmo contexto que a Cálcio-alcalina de Alto K Porfirítica ocorrem texturas em mingling e mixing, apresentando, por vezes, inclusões de megacristais de feldspato potássico nos enclaves de composição máfica- intermediária (Cavalcante, 2015). A assembleia mineral nos termos menos evoluídos é composta por K-feldspato (em menor quantidade) e plagioclásio (labradorita). Os máficos principais são piroxênios (augita, diopsídio e/ou hiperstênio) e anfibólios (Macêdo-Filho, 2016). Nos termos mais evoluídos a assembleia mineral inclui plagioclásio (oligoclásio e andesina), feldspato potássico, hornblenda (Fe-edenita e hastingsita) e biotita (Macêdo-Filho, 2016), além de titanita, magnetita e ilmenita, zircão e apatita como acessórios (Cavalcante, 2015). Do ponto de vista químico apresentam os seguintes teores em elementos maiores: SiO2 (46,7-61,5%, em peso), Fe2O3 (4,9-14,9%), MgO (0,4-11,9%), CaO (3,0-9,9%) e TiO2 (0,5-3,1%). Ao passo que os elementos traços como Ba, Rb e Zr são incompatíveis; Sr é compatível e Y e Nb estão dispersos. Os elementos terras- raras (ETR) são pouco a moderadamente fracionados, com anomalias negativas de Eu discretas (Eu/Eu* = 0,4-1,4; Nascimento et al., 2015). São rochas metaluminosas, com caráter químico transicional entre cálcio-alcalino e shoshonítico. 2.3.2 SUÍTE CÁLCIO-ALCALINA DE ALTO-K PORFIRÍTICA A Suíte Cálcio-alcalina de Alto-K Porfirítica é a suíte mais representativa e volumosa do magmatismo ediacarano-cambriano, ocorrendo como corpos isolados de dimensões batolíti- cas (Nascimento et al., 2015; Campos et al., 2016). Suas rochas caracterizam-se pela textura porfirítica dada por megacristais de feldspato potássico de até 15 cm de comprimento, com fina borda de plagioclásio sódico, caracterizando textura tipo rapakivi (Galindo, 1988; Nascimento et al., 2015; Cavalcante, 2015; Pinheiro & Vilalva, 2018). Incluem essencialmente monzogranitos, além de granodioritos e quartzo monzonitos subordinados, por vezes com estruturas do tipo schlieren. A assembléia mineral apresenta predominância de plagioclásio (oligoclásio), microclina e quartzo, com anfibólio e biotita como máficos principais e titanita, epídoto, allanita, zircão, apatita, magnetita e ilmenita como acessórios (Cavalcante, 2015; Campos et al., 2016). Do ponto Capítulo 2. Contexto Geológico Regional 27 de vista químico, a suíte é caracterizada por SiO2 entre 62,0 e 76,2% e teores relativamente elevados de álcalis (K2O+Na2O=7,4-10,8%). Os traços Ba, Sr e Zr são considerados compatíveis; o Rb é incompatível e Nb e Y estão dispersos. Os ETRs apresentam-se fortemente fracionados, com anomalias negativas de Eu bem marcadas (Nascimento et al., 2015). São rochas meta a peraluminosas, apresentando natureza transicional entre cálcio-alcalina e alcalina, predominando a natureza ferroana (Nascimento et al., 2015). 2.3.3 SUÍTE CÁLCIO-ALCALINA DE ALTO-K EQUIGRANULAR A Suíte Cálcio-alcalina de Alto-K Equigranular é representada em sua grande maioria por diques e soleiras, ora como corpos isolados, ora em maciços polidiapíricos de composição dominantemente monzonítica (Cavalcante, 2015). Petrograficamente é caracterizada por trama equigranular de granulação fina a média ou microporfirítica, sendo a primeira mais comum (Nascimento et al., 2015). A assembleia mineral é representada por plagioclásio (oligoclásio), microclina e quartzo. Os minerais máficos são biotita e anfibólio, enquanto os acessórios incluem titanita, apatita, epídoto, allanita, zircão, opacos e turmalina. Alguns autores (e.g. McMurry et al., 1987b; Dantas, 1996; Borges, 1996) apontam ainda a ocorrência de granada em alguns corpos da suíte. A caracterização geoquímica, segundo Nascimento et al. (2015), aponta teores de SiO2 entre 66,7 - 76,5%), com altas razões K2O/Na2O (0,8-4,4). Os traços Ba, Sr e Zr são compatíveis; Rb é incompatível e Y e Nb dispersos. Os ETRs são descritos com anomalia negativa de Eu bem marcada (Eu/Eu*=0,3-0,9). São rochas de natureza meta a peraluminosa, subalcalina, transalcalina ou cálcio-alcalina de alto K, de caráter predominantemente ferroso (Nascimento et al., 2015). PETROGRAFIA E 3. RELAÇÕES DE CAMPO 29 3 PETROGRAFIA E RELAÇÕES DE CAMPO Este capítulo traz a descrição petrográfica das principais fácies observadas nos plútons Barcelona e Monte das Gameleiras. Desta forma, os dados apresentados neste capítulo serão organizados de modo a dar uma ideia panorâmica das relações de campo entre as unidades plutônicas descritas, a caracterização textural e a sequência de cristalização das principais fases minerais presentes. 3.1 Plúton Granítico Barcelona O Plúton Granítico Barcelona corresponde a um corpo granítico de dimensões batolíticas ( 260 Km2) localizado na porção leste do estado do Rio Grande do Norte, entre os municípios de Sítio Novo, Santa Cruz, São Tomé, Barcelona, Ruy Barbosa, Riachuelo e Lagoa de Velhos. Aflora na porção nordeste da Província Borborema, intrusivo em rochas gnáissico-migmatíticas do Domínio São José do Campestre (Angelim et al., 2006; Medeiros, 2013). Possui geometria en cornue (Figura 3.1) e é orientado segundo NE-SW por influência das zonas de cisalhamento Sítio Novo a leste, e Lajes Pintadas a oeste, sendo esta última controlada pela Zona de Cisalhamento Picuí-João Câmara. Três fácies podem ser reconhecidas no Plúton Barcelona: (1) fácies granítica porfirítica, (2) fácies microgranítica, e (3) fácies diorítica/quartzo-diorítica (Cavalcante, 2015). A fácies porfirítica é a mais importante e de maior expressão volumétrica (>95% do total do corpo). É formada por biotita monzogranitos porfiríticos, leucocráticos (7