O Complexo Pinheiro Machado : implicações na evolução no terreno Pelotas, Cinturão Dom Feliciano, RS

Abstract

O estudo das rochas magmáticas Neoproterozoicas no oeste do Gondwana é importante para entender a evolução tectônica e todos os processos envolvidos na complexa formação de supercontinentes. Estas rochas fornecem informações sobre os processos de subducção e a dinâmica, por exemplo de arcos magmáticos, além de processos colisionais, que são fundamentais para compreender a distribuição dos recursos minerais e a configuração geodinâmica da Terra primitiva. No extremo sul do Brasil, registram-se expressivos magmatismos junto ao Cinturão Dom Feliciano (CDF), como produto de colagem orogênica durante o Brasiliano-Pan-Africano. Neste registro, o Complexo Pinheiro Machado (CPM), alvo deste estudo, está inserido na porção oriental do CDF, no Terreno Pelotas. O CPM é formado por uma série de intrusões dioríticas a graníticas, que se estende por uma vasta área na região do Terreno Pelotas. O objetivo desta tese foi compreender os processos geológicos e geoquímicos formadores das rochas do CPM. Para tanto, abordagens petrográficas, análises de dados de geoquímica de rocha total e sistemas isotópicos Rb-Sr e Sm-Nd foram aplicados. A composição química em rocha total para determinação de elementos maiores foi obtida através de Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-AES), enquanto os elementos terras raras foram analisados por Espectrometria de Massa por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-MS). Além disso, para obter as razões isotópicas de Sr e Nd foi realizada análise em Espectrômetro de Massas de Ionização Termal (TIMS). A fim de quantificar os processos de diferenciação nas rochas do CPM, foi utilizado o programa PetroGram. As texturas das rochas em macro e microescalas apontam para uma evolução magmática complexa, com processos de diferenciação magmática sobrepostos que resultaram na considerável dispersão composicional desta unidade. Feições petrográficas indicaram que o CPM cristalizou em um sistema aberto com recarga e assimilação, como evidenciado pela presença de texturas minerais em desequilíbrio e fusão parcial in situ. Os resultados geoquímicos e a modelagem de processos magmáticos mostram que a fusão parcial afetou quimicamente as rochas formadas durante o magmatismo inicial. Desta forma, o CPM pode ser categorizado por litotipos e classificado em duas fases magmáticas principais: precoce e tardia. Estes resultados também apontam a mistura entre magmas nas fases precoces, além de indicar que a cristalização fracionada, a partir dos magmas dioríticos iniciais com a assimilação de uma crosta ortognáissica, como o principal fator de diferenciação nas rochas do CPM. A análise em conjunto da geoquímica de elementos maiores, traços e isotópicos Rb-Sr e Sm-Nd indicou que o magma diorítico inicial teve origem através da fusão do manto espinélio lherzolito. Assim, foi possível determinar que um importante componente do manto em conjunto com contaminação crustal resultaram na evolução geodinâmica do CPM no Terreno Pelotas. Neste cenário, diagramas geoquímicos de elementos traços apontam a configuração dos estágios iniciais das rochas do CPM se deu em contexto de arco magmático, sendo o mecanismo de slab failure somado a geometria de subducção oblíqua do arco, com o fechamento de bacia V-shaped, a configuração tectônica mais provável relacionada a esta petrogênese. Este contexto se ajusta à dinâmica dos eventos multi-intrusivos, com recarga e fusão das rochas precoces formadas através do aquecimento constante devido a novo input de pulsos de fusão em profundidade, corroborado pela geometria oblíqua com magmatismo tangencial. Desta forma, a evolução do Terreno Pelotas, e por consequência das rochas do CPM, pode ser determinada por um ambiente geodinâmico de transição, envolvendo subducção inicial, contribuição de slab failure, e tectônica posterior colisional durante o Neoproterozoico.

The study of Neoproterozoic igneous rocks in western Gondwana is crucial for understanding tectonic evolution and the processes involved in the complex formation of supercontinents. These rocks provide insights into subduction processes, the dynamics of magmatic arcs, and collisional processes, which are essential for comprehending the distribution of mineral resources and the geodynamic setting of early Earth. In this sense, significant magmatism associated with the Dom Feliciano Belt (DFB) is recorded in southern Brazil, resulting from orogenic accretion during the Brasiliano-Pan-African event. The Pinheiro Machado Complex (PMC), the focus of this study, is located in the eastern portion of the DFB, within the Pelotas Terrane. The PMC comprises a series of dioritic to granitic intrusions that extend over a vast area in the Pelotas Terrane region. Accordingly, this research aims to understand the geological and geochemical processes that generated the PMC rocks. Petrographic approaches, analyses of whole-rock geochemistry, and Rb-Sr and Sm-Nd isotopic systems were applied. The whole-rock chemical composition for major elements was obtained through Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES), whereas rare earth elements were analyzed by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). Additionally, isotopic ratios of Sr and Nd were analyzed using a Thermal Ionization Mass Spectrometer (TIMS). The PetroGram software was utilized to quantify differentiation processes on PMC rocks. Macro and micro-scale rock textures indicate a complex magmatic evolution, with overlapping magmatic differentiation processes resulting in considerable compositional dispersion within this unit. Petrographic features suggested that the PMC crystallized in an open system with recharge and assimilation, as evidenced by the presence of mineral textures in disequilibrium and in situ partial melting. Geochemical results and magmatic process modeling show that partial melting chemically affected the rocks formed during the initial magmatism. Hence, the PMC can be categorized by lithotypes and classified into two main magmatic phases: early and late. These results also indicate magma mixing during early phases and suggest that fractional crystallization from the initial dioritic magmas, along with assimilation of orthogneiss crust, was the main differentiation factor in PMC rocks. Combined analysis of major, trace, and Rb-Sr and Sm-Nd isotopic geochemistry indicated that the initial dioritic magma originated from the melting of spinel lherzolite mantle. Therefore, it is determined that an important mantle component, along with crustal contamination, resulted in the geodynamic PMC evolution in the Pelotas Terrane. In this context, trace element geochemical diagrams suggest that the initial stages of PMC lithology formation occurred in a magmatic arc setting, with slab failure mechanisms and with an oblique subduction geometry of the arc, involving the closure of a V-shaped basin as the most likely tectonic setting related to this petrogenesis. This context is suitable to the dynamics of multi-intrusive events, with recharge and melting of former rocks formed through continuous heating due to new melting pulses at depth, supported by oblique geometry with tangential magmatism. In summary, the Pelotas Terrane evolution, and consequently the PMC rocks, can be determined by a transitional geodynamic environment, involving initial subduction, slab failure contribution, and subsequent collisional tectonics during the Neoproterozoic.