Geologia, petrologia e geocronologia das intrusões acamadadas máficas-ultramáficas de Porto Nacional, Tocantins, Brasil

Abstract

As intrusões acamadadas máfica-ultramáficas em estudo estão contidas na Província Tocantins, entre as faixas de dobramentos Brasília e Araguaia, localizadas entre as coordenadas 10º35’S/49ºW e 11º15’S/48ºW. A existência de dois conjuntos distintos de intrusões acamadadas, foi originalmente reconhecida durante programa de exploração mineral que incluiu levantamento aerogeofísico e sondagem rotativa. As intrusões compreendem dois grupos com características geológicas marcadamente distintas. O Grupo 1, formado pelas intrusões Carreira Comprida (CCI), Rio Crixás (RCI) e Morro da Mata (MMI), todas localizadas a oeste do rio Tocantins, é caracterizado por cumulados máficos com abundante plagioclásio (Pl) e ilmeno-magnetita cúmulus. A CCI aflora em área com cerca de 18 x 07 km, é constituída dominantemente por anortosito de grão médio a grosso, consistindo de Pl e ilmeno-magnetita cúmulus em rochas nas quais quartzo e piroxênio (Opx e Cpx) ocorrem frequentemente como minerais intercúmulus. Apresenta deformação localizada e metamorfismo heterogêneo em condições da fácies xisto verde. A MMI possui dimensões da ordem de 28 x 9 km, é constituída por olivina (Ol) gabronorito (Ol, Pl, Cpx cumulado) e gabronorito (Pl, Cpx, Opx cumulado) com anfibólio (Am) intercúmulus. A recristalização metamórfica, desenvolvida principalmente nas bordas da intrusão, indica condições da fácies anfibolito. A RCI possui dimensões da ordem de 26 x 10 km, e é constituída principalmente por anortosito (Pl cumulado), troctolito (Ol, Pl cumulado), gabronorito (Pl, Cpx, Opx cumulado) e olivina gabronorito (Pl, Cpx, Opx, Ol cumulado), com textura que varia de meso a adcumulática. Apatita (Ap) e zircão (Zrn) ocorrem como fases cúmulus nos litotipos mais fracionados. Ocorre recristalização metamórfica e deformação dúctil restritas a zonas discretas, com assembléia indicativa de condições da fácies granulito. Dados de química mineral dos cumulados do RCI indicam que a olivina é moderadamente primitiva (Fo68; NiO 760-1020 ppm) nos troctolitos e altamente fracionada (Fo18-07; NiO <400 ppm) nos olivina gabronoritos, o que condiz com o hiato de cristalização de olivina verificado na seqüência de cumulados. As composições de Opx, Cpx e Pl formam um trend contínuo de fracionamento desde termos moderadamente primitivos (En72 no troctolito mais primitivo) até altamente fracionados (En19 e En14 respectivamente em Ol gabronorito e anortosito mais fracionado). Cristais de zircão de Ol gabronorito e granulito máfico da RCI, datados pelo método U-Pb, apontaram idades de 526±5,6 e 533±4,2 Ma, respectivamente. Esta idade Cambriana é interpretada como de cristalização magmática e estabelece a RCI como a intrusão acamadada mais jovem reconhecida na Província Tocantins. Isótopos de Nd dosados em Ol gabronorito da RCI revelam idade isocrônica (rocha – Pl – Ap) de 874±89 Ma com εNd(T) = -9. Em outras rochas cumuláticas da RCI foram obtidos valores de εNd(530) também fortemente negativos (-7 a -12) e TDM entre 1687 to 2161 Ma. Os dados isotópicos são compatíveis com a cristalização de rocha cumulática em 530 Ma a partir de magma básico altamente contaminado por rochas crustais mais antigas. O Grupo 2, constituído pelas intrusões VE3, Monte do Carmo (MCI) e São Domingos (SDI), a leste do rio Tocantins, é caracterizado pela grande proporção de rochas ultramáficas e pela ausência de Opx. MCI e VE3 consistem essencialmente em wehrlito (Ol, Cpx cumulado) e clinopiroxenito (Cpx cumulado), localmente com anfibólio intercúmulus e textura entre ad- e ortocumulática. Termos gabróicos são significativamente menos abundantes. O acamamento primário, evidenciado pela transição gradual entre wehrlito, clinopiroxenito e gabro, é marcado por sucessivas unidades cíclicas com espessura variável desde poucos metros até dezenas de metros. De maneira localizada a assembléia magmática está variavelmente substituída por assembléia metamórfica de minerais hidratados (tremolita, serpentina, talco, magnetita, clorita, magnesita, epidoto e fengita). Dados de química mineral são restritos a Intrusão VE3 e mostram olivina (Fo85-84; NiO 0,07-0,14%) e clinopiroxênio (En49-42) com composições homogêneas nessas rochas, indicando fracionamento restrito no intervalo amostrado. Análises isotópicas Sm-Nd dessas rochas não produziram alinhamento isocrônico que permitisse calcular a idade de cristalização. Contudo, as idades modelo altamente variáveis e os valores negativos de εNd(530) (-2,56 a -3,10) sugerem que o magma parental foi heterogeneamente contaminado por material crustal. Os dados combinados de petrografia e química mineral indicam que os grupos 1 e 2 têm seqüências de cristalização distintas, sugerindo que pertençam a diferentes suítes magmáticas. A seqüência de cristalização do Grupo 1 é Pl + Ol ® Pl + Ol + Cpx ® Pl + Opx ou pigeonita invertida + Cpx ® Pl + pigeonita invertida + Cpx + Ol ® Pl + pigeonita invertida + Cpx + Ol + Zrn + Ap, que é típica de magmas toleíticos (ex: Skaergaard), enquanto a do Grupo 2 é Cpx + Ol ® Cpx ® Cpx + Pl, que constitui uma seqüência de cristalização livre de piroxênio pobre em Ca (ex: Pechenga). Esses novos dados petrológicos e isotópicos sugerem também que as intrusões acamadadas dos Grupos 1 e 2 não pertencem a qualquer dos tipos de intrusões acamadadas descritos na Província Tocantins. Este fato, acrescido da capacidade de ambas para cristalizar rochas ricas em olivina e as evidências de contaminação por material crustal, tornam-nas atrativas como novos alvos para a exploração de depósitos de Ni-EGP (Elementos do Grupo da Platina) no Brasil central. Esses novos dados demandam também uma revisão do modelo tectônico dessa região da Província Tocantins, para que o significado dessas intrusões seja avaliado no contexto evolutivo regional. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The layered mafic-ultramafic intrusions of Porto Nacional are located between 10º35’S/49ºW and 11º15’S/48ºW in the Tocantins Province, between the Brasília and Araguaia fold belts. The existence of two geologically different groups of layered intrusions was originally recognized during a regional mineral exploration programme, including airborne geophysics and drilling. The Group 1 includes the Carreira Comprida (CCI), Rio Crixás (RCI) and Morro da Mata (MMI) intrusions, all of them located to the west of the Tocantins River. This group consists of mafic cumulates with abundant cumulus plagioclase and ilmeno-magnetite. The CCI has about 18 x 07 km, consists mainly of coarse- to mediumgrained anorthosite and has cumulus plagioclase plus ilmeno-magnetite, frequently associated with intercumulus pyroxenes and quartz. The CCI has heterogeneous and localized tectonism and recrystallization to assemblages of the greenschist facies metamorphism. The MMI has about 28 x 09 km, consists of olivine gabbronorite (Ol, Pl, Cpx cumulate) and gabbronorite (Pl, Cpx, Opx cumulate) with intercumulus amphibole. Metamorphic recristalization to amphibole facies assemblages occurs mainly at the borders of the RCI. The RCI has about 26 x 10 km, consists mainly of anortosite (Pl cumulate), troctolite (Ol, Pl cumulate), gabbronorite (Pl, Cpx, Opx cumulate) and olivine gabbronorite (Pl, Cpx, Opx, Ol cumulate) with ad- to mesocumulate textures. Apatite and zircon are additional cumulus minerals in the more differentiated rocks of the MMI. Metamorphic recristalization and associated ductile deformation is restricted to shear zones where granulite facies assemblages were developed. The composition of cumulus olivine in the RCI changes from moderately primitive (Fo68; NiO 760-1020 ppm) in troctolites to highly fractionated (Fo18-07; NiO <400 ppm) in olivine gabbronorites. These compositional changes are consistent with the crystallization gap in the crystallization of olivine indicated by the sequence of cumulate rocks of the RCI. The compositional variation of Opx from the RCI, on the other hand, forms a continuous fractionation trend from moderately primitive compositions (En72 in the less differentiated troctolite) up to highly fractionated (En19 e En14 in the most differentiated olivine gabbronorite and anorthosite, respectively). U-Pb ID-TIMS dating of zircons from a olivine gabbronorite and a mafic granulite from the RCI yielded concordia ages of 526±5.6 and 533±4.2 Ma respectively. These Cambrian ages are interpreted to be the age of magmatic crystallization of the RCI, thus representing the youngest layered intrusion known in the Tocantins Province. Nd isotopes from an olivine gabbronorite yielded an isochron (whole rock - plagioclase - apatite) 874±89 Ma and eNd(T) of -9. Nd isotopic compositions of several samples of the RCI yield strongly negative eNd(530 Ma) (between -7 and -12) and variable model x ages (1687 to 2161 Ma). These results are consistent with the crystallization of the cumulate rocks at ca 530 Ma from a magma highly contaminated with old crustal rocks. The Group 2 includes the VE3, Monte do Carmo (MCI) and São Domingos (SDI) layered intrusions, all of them located to the east of the Tocantins River. This group of layered intrusions are charecterized by abundant ultramafics and the absence of Opx in the cumulates. The MCI and VE3 intrusions consist mainly of wehrlite (Ol, Cpx cumulate) and clinopyroxenite (Cpx cumulate), occasionally with intercumulus amphibole and ad- to orthocumulate texture. Gabbroic rocks are significantly less abundante when compared to ultramafics in both intrusions. Magmatic layering is indicated by gradational transitions from wehrlite to clinopyroxenite and gabbro, consisting of several cyclic units with thickness variable from few meters up to dozens of meters-thick. The magmatic assemblages of the VE3 intrusions are locally transformed into metamorhpic assemblages consisting of hydrous metamorphic minerals (tremolite, serpentine, talc, magnetite, chlorite, magnesite, epidote and phengite). The composition of olivine (Fo85-84; NiO 0,07-0,14%) and clinopyroxene (En49-42) of samples collected from drill cores intercepting VE3 cumulates are highly homogeneous suggesting moderately primitive compositions and very limited fractionation within the stratigraphic interval intercepted by drilling. Sm-Nd isotopic data for samples from the VE3 intrusion didn't produce a crystallization age for Group 2 Layered Intrusions. Highly variable TDM ages and negative eNd(530) values (-2.56 a -3.10) suggest that the parental magma of the VE3 intrusion was heterogeneously contaminated with old crustal material. Petrographic and mineral chemistry data indicate that each group of layered intrusions follows a different crystallization sequence, thus belonging to distinct magmatic suites. The sequence of crystallization for cumulate rocks of the Group 1 intrusions is characterized by Pl + Ol ® Pl + Ol + Cpx ® Pl + Opx or inverted pigeonite + Cpx ® Pl + inverted pigeonite + Cpx + Ol ® Pl + inverted pigeonite + Cpx + Ol + Zrn + Ap, which is typical for tholeiitic magmas (e.g. Skaergaard). The sequence of crystallization for cumulate rocks of the Group 2 intrusions is characterized by Cpx + Ol ® Cpx ® Cpx + Pl, which indicates the absence of Ca-poor pyroxenes (e.g. Pechenga). Petrological characteristics of both groups are favorable for hosting PGE-Ni mineralizations. Both magmatic suites were able to crystallize abundant olivine-bearing rocks, represented by troctolites in the Group 1 intrusions and wehrlites in the Group 2 intrusions. Sm-Nd isotope systematic suggests that both magmas were contaminated with older crustal material, indicating that the mafic magma reacted with crustal host rocks. The latter is a feature frequently associated with the onset of sulfide saturation and segregation as immiscible sulfide liquid, the genetic process common to all nickel sulfide deposits. The new geological, petrological and isotopic data presented in this study suggest that the layered intrusions of the Porto Nacional area do not belong to any of the previously studied clusters of layered intrusions of the Tocantins Province. This suggestion implies that the tectonic setting were these layered intrusions formed does not correspond to what has been proposed for layered intrusions described in other parts of the Tocantins Province. These new data demand a revision of previous tectonic models for the region in order to assess the tectonic significance of these large layered intrusions. It also opens new opportunities for exploration for Ni-PGE deposits in central Brazil.