UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA /INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 43

JULIANA CHARÃO MARQUES

Palavras-chave:  Petrologia, Metalogênese, Rochas máfico-ultramáficas, Cromita, Microssonda eletrônica, Geoquímica, Isótopos Sm-Nd e Re-Os. 

DATA DA DEFESA:20/08/2001. 
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Geologia Econômica e Prospecção
ORIENTADOR: Prof. César Fonseca Ferreira Filho (UnB)
EXAMINADORES: PROF. José Carlos Gaspar (UNB); PROF. Raul Minas Kuyumjian (UNB); PROF. Leo Afraneio Hartmann (UFRGS); PROF. Elson Paiva Oliveira (UNICAMP) 

RESUMO

    O Sill máfico-ultramáfico Ipueira-Medrado hospeda o maior depósito de cromita do Brasil. O sill é um corpo elongado com 7 km de extensão e 300 m de largura composto por dunitos intercalados com harzburgitos e, em menor quantidade, rochas máficas. A feição mais importante do Sill é a presença de uma camada de cromitito massisso com 5-8 m de espessura. Esta espessura anômala não pode ser explicada pelos modelos atuais de formação de cromititos.

    O sill é subdividido em três zonas: Zonas Marginal, Ultramáfica e Máfica. A Zona Marginal consiste de gabros cisalhados e harzburgitos ricos em piroxênio. A Zona Ultramáfica é subdividida em Lower Ultramafic Unit (LUU), Main Chromitite Layer (MCL) e Upper Ultramafic Unit (UUU). A LUU é composta principalmente por dunitos com subordinado harzburgito e chain-textured cromitito. A MCL é composta por chain-textured cromitito e cromitito maciço. A UUU consiste de harzburgitos com pequenas intercalações de dunitos, chain-textured cromititos e ortopiroxenitos. A Zona Máfica consiste de leuco- a melanoritos parcialmente metamorfisados na Fácies Anfibolito.
    A variação composicional de olivina e ortopiroxênio ao longo da estratigrafia revelou a existência de dois intervalos com evoluções magmáticas distintas. O intervalo abaixo da MCL (Regime 1) é caracterizado por uma evolução lenta na composição mineral no sentido de composições mais primitivas. O intervalo acima da MCL (Regime 2) é caracterizado por uma rápida evolução no sentido de composições mais fracionadas para o topo do sill. A evolução magmática do regime 1 sugere que a cristalização ocorreu em uma câmara magmática dinâmica sofrendo frequentes intrusões de magma primitivo. A evolução magmática do regime 2 sugere uma cristalização em sistema fechado.
    A assinatura dos elementos traços e ETR são consistentes ao longo da estratigrafia do sill, sendo apenas levemente afetadas pelo fracionamento, o que sugere que o magma parental das rochas máfico-ultramáficas era enriquecido em LILE, ETRL e fortemente depletado em Nb. As características gerais do magma parental do Sill Ipueira-Medrado indicam tanto uma fonte a partir de manto litosférico subcontinental, enriquecido em ETRL e LILE e depletado em HFSE, ou a partir de um manto convectivo posteriormente contaminado por crosta.
    Os dados Sm-Nd são consistentes com uma idade Proterozóica para cristalização e o eNd negativo em todas as amostras sugere tanto um magma parental derivado de um manto litosférico subcontinental metassomatisado antigo ou originalmente contaminado por crosta. Os valores de eNd mais fortemente negativos nos intervalos ricos em anfibólio e nas margens do sill, e as idades modelo arqueanas favorecem a hipótese de contaminação crustal, embora os valores negativos de eNd das amostras sem anfibólio (média = -4.37) não permitem excluir a hipótese de origem a partir de um manto litosférico subcontinental.
    A composição isotópica de gama Os dos separados de cromita variam de fracamente negativas (~ -3) a fracamente positivas (~ 3). Os dados isotópicos de Os de separados de cromita refletem provavelmente as características isotópicas do magma parental destas amostras. Os gOs negativo de algumas amostras não indica contaminação crustal. Entretanto, o caráter primitivo do magma induz o sistema isotópico de Os a ser menos sensível à contaminção crustal.
    A pequena quantidade de contribuição crustal que pode esxplicar tanto os valores negativos de gOs e eNd da LUU não podem produzir o enriquecimento em LILE e ETRL observado neste intervalo se a fonte do magma for o manto convectivo. Uma avaliação integrada dos dados do Sill Ipueira-Medrado Sill sugere que a fonte mais provável do magma parental do sill rico em Mg (Tipo-U ou picrítico) seria um manto litosférico subcontinental metassomatisado. O magma foi subsequentemente contaminado com variáveis, mas não elevadas, quantidades de crosta antiga (Arqueana ?) ou fluidos crustais.
    Uma avaliação de balanço de massa sugere que um enorme volume de magma (> 10,000 metros de espessura) esteve envolvido na formação da MCL do Ipueira-Medrado. Este volume de magma não está obviamente representado na estratigrafia do sill, sugerindo que o sill atuou como um conduto pelo qual um grande volume de magma fluiu. Quanto ao mecanismo capaz de mover o sentido de cristalização para o campo de estabilidade de cromita, nossos dados descartam os modelos de mistura de magmas e sugerem que contaminação crustal provocou a cristalização única de cromita. A composição dos cromititos maciços do Sill Ipueira-Medrado são comparáveis com outros depósitos estratiformes.
    As características primitivas do magma parental do sill, não depletado em Ni, determinam que o sill poderia consistir em um alvo promissor para mineralizações de EGP. No entanto, nenhum intervalo com sulfeto foi interceptado, sugerindo que este sill não tem um potencial para hospedar um depósito econômico de sulfetos de Ni-Cu (-Co-EGP) ou de EGP estratiforme associado com sulfetos de metais base. No entanto, o Complexo Jacurici consiste de várias outras intrusões similares que podem representar alvos prospectáveis para estes tipos de depósitos.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 43

JULIANA CHARÃO MARQUES

KeyWords:  Petrology, Metallogeny, Mafic-ultramafic rocks, Chromite, Microprobe, Geochemistry, Sm-Nd and Re-Os isotopes. 

DATE OF ORAL PRESENTATION:20/08/2001. 
TOPIC OF THE THESIS: Economic Geology and Prospection
SUPERVISOR: Prof. César Fonseca Ferreira Filho (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: PROF. José Carlos Gaspar (UNB); PROF. Raul Minas Kuyumjian (UNB); PROF. Leo Afraneio Hartmann (UFRGS); PROF. Elson Paiva Oliveira (UNICAMP) 

ABSTRACT

The Ipueira-Medrado mafic-ultramafic sill hosts the largest chromite deposit in Brazil. The sill is a 7 km-long and 300 meters-thick elongated body consisting mainly of interlayered dunite and harzburgite with minor mafic rocks. The most distinctive feature of the Ipueira-Medrado sill is the continuous 5-8 meters-thick massive chromitite layer that is currently mined. The anomalous thickness of this chromitite layer sets severe constraints for current genetic models for the origin of massive chromitites.
    The sill is subdivided in three zones: Marginal, Ultramafic and Mafic Zones. The Marginal Zone consists of sheared gabbro and orthopyroxene-rich harzburgite. The Ultramafic Zone is subdivided in the Lower Ultramafic Unit (LUU), the Main Chromitite Layer (MCL) and the Upper Ultramafic Unit (UUU). The LUU consists of dunite with minor harzburgite and chain-textured chromitite, the MCL is composed by chain-textured and massive chromitites and the UUU consists mainly of harzburgite with minor chain-textured chromitite, dunite and orthopyroxenite. The Mafic Zone consists of leuco- to melanorites that are partially transformed by amphibolite facies of metamorphism.
    The variation of olivine and orthopyroxene compositions throughout the stratigraphy revealed the existance of two intervals with distinct magmatic evolution. The interval located below the MCL (Regime 1) is characterized by slow evolution of mineral compositions toward more primitive compositions. The interval located above the MCL (Regime 2) is characterized by fast evolution toward more fractionated compositions in the direction of the top of the sill. The magmatic evolution of regime 1 suggests that crystallization occurred in a dynamic magma chamber undergoing frequent replenishment with primitive magma. The magmatic evolution of regime 2 suggests that crystallization occurred in a mainly closed magma chamber.
    The trace elements and REE signatures are very consistent throughout the stratigraphy, being only slightly affected by fractionation, which strongly suggest that the parental magma of the mafic and ultramafic rocks was enriched in LILE, LREE and strongly depleted in Nb. The general characteristics of the parental magma of the Ipueira-Medrado Sill argue for either a metasomatized subcontinental lithospheric mantle source, enriched in LREE and LILE and depleted in some HFSE, or a convecting mantle source subsequently contaminated by crust.
    The Sm-Nd systematic is consistent to a Proterozoic crystallization age and the negative eNd in all samples suggests either that the parental magma was derived from an old metasomatically subcontinental lithospheric mantle or has originally suffered crustal contamination. The stronger negative eNd of the amphibole-rich intervals and margins and variable Archean model ages argue for a crustal contamination, although the negative eNd of the amphibole-free samples (mean = -4.37) do not preclude an origin from a subcontinental lithospheric mantle.
    The Os isotopic composition of the chromite separates give gOs range from slightly negative (~ -3) to slightly positive (~ 3) values. The Os isotopic data from chromite separates probably are revealing the isotopic characteristics of the their parental magmas. The negative gOs of some samples of chromites do not suggest crustal contamination. Nevertheless, the primitive character of the parental magma of the sill could induce the Os isotopic system to be very insensitive to crustal contamination.
    The small amount of crust contribution that can explain both negative gOs and negative eNd from LUU cannot produce the observed enrichment in LREE and LILE if the source of the magma was a convecting mantle. An integrated assessment of the Ipueira-Medrado Sill data suggests that the most likely source for the very high-Mg magma (U-type or picritic) parental magma of the sill would be an old subcontinental metassomatized lithospheric mantle. The magma was subsequently contaminated with variable, but no large, amounts of an old crust (Archean ?) or crustal fluids.
    Mass balance assessments suggest that an enormous volume of magma (> 10,000 meters-thick) was associated to the formation of the MCL at the Ipueira-Medrado sill. Such volume of magma is obviously not represented at the stratigraphy of the Ipueira-Medrado sill, suggesting that the sill acted as a conduit where a large volume of magma flowed. Regarding the mechanism capable to shift the crystallization path to chromite-only stability field, our data ruled out the magma mixing models and suggest that crustal contamination has triggered the single chromite crystallization. The composition of chromite in massive chromitites of the Ipueira-Medrado sill is comparable with other stratiform deposits.
    The primitive characteristics of the parental magma of the sill with undepleted Ni content indicate that the sill could be a promising target for PGE mineralization. However, no sulfide-bearing intervals have been intercepted, suggesting that this sill has no potential for hosting economic deposits of Ni-Cu (-Co-PGE) sulfides or stratiform deposits of PGE associated to magmatic base metal sulfides. Nevertheless, Jacurici Complex have many other similar intrusions that could represent targets for this types of deposits.