UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA - INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO N^o 152

NELSON FAVA

Palavras-chave: Carbonatito; Perfil Intempérico; Química mineral; Pirocloro.

DATA DE DEFESA:30/03/2001  
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: PROSPECÇÃO E GEOLOGIA ECONÔMICA
ORIENTADOR: Prof. José Carlos Gaspar  (UnB)
EXAMINADORES: Prof. Henrique Senna Diniz Pinto (UnB); Prof. Arnaldo Alcover Neto (CETEM)  

RESUMO

     O Complexo Carbonatítico Catalão I localiza-se no sudeste do Estado de Goiás, a 20 km ao norte da cidade de Catalão e, aproximadamente, a 300 km ao sul de Brasília. É um corpo circular, de aproximadamente 5,5 km de diâmetro, cretácico, que intrudiu rochas pré-Cambrianas do Grupo Araxá. As rochas dos Complexos Carbonatíticos Catalão I, Catalão II, Tapira e Serra Negra fazem parte da Província Alcalina Minas-Goiás, a qual inclui, além dos Complexos Carbonatíticos citados, rochas de natureza kimberlítica, rochas com possível filiação lamproítica e rochas de natureza kamafugítica.

O estudo de uma porção do espesso manto de intemperismo do Complexo teve como objeto um furo de sondagem, o qual foi caracterizado mineralógica e quimicamente, utilizando-se petrografia aliada à micromorfologia, difração de raios X e análises químicas. Os resultados permitiram identificar os seguintes horizontes de intemperismo, da rocha-mãe para a superfície: a) rocha fresca, aqui classificada como magnesiocarbonatito, constituído de dolomita, mica, pirocloro, apatita e magnetita. A razão CaO:P₂O₅ nesta rocha é 20,44, devido ao fato de que CaO está presente na dolomita além de constituir a apatita (CaO:P₂O₅ = 1,3). Os pirocloros encontrados nestas rochas têm cores em tons de amarelo, hábito octaédrico, e granulometria variando entre 50 e 500 microns. A zonação, encontrada em alguns dos grãos estudados, se deu segundo as faces cristalográficas dos mesmos; b) saprólito: a base deste horizonte é constituído de rocha alterada, a qual está em contato com a rocha parental, e é caracterizada pela presença de vermiculita. O carbonato desaparece a 68 m de profundidade. Sobreposto ao horizonte anterior, há um horizonte rico em anatásio, provável produto de alteração da ilmenita, e apatita, principal mineral deste horizonte. É neste horizonte que surgem os fosfatos secundários, os quais se formam pela desestabilização da apatita. As razões CaO:P₂O₅ deste horizonte atingem um mínimo de 1,17, indicando que o CaO está sendo lixiviado do sistema. Há um processo de silicificação que substitui os minerais da rocha parental, mantendo sua textura e estrutura. Forma-se quartzo, o qual é oriundo da alteração dos minerais ricos em sílica. O pirocloro dominante neste horizonte é o Ba-pirocloro, porém Pb,Ba-pirocloro também foi encontrado; c) cobertura laterítica: sua base está a 24 m de profundidade, onde a razão CaO:P₂O₅ atinge o valor 1,21, menor do que na apatita teórica (1,32), pois quando da dissolução, o Ca é lixiviado e o P permanece na forma de fosfatos secundários. O mineral dominante é a gorceixita, mineral este que dá a cor ocre à base deste horizonte. Nos primeiros cinco metros de profundidade no solo o fosfato dominante é gorceixita. A acumulação de goethita, típica de horizonte laterítico, é máxima a 16 m de profundidade. O quartzo se apresenta em nódulos arredondados, fraturados, com plasmação e se associam ao plasma em textura porfirosquélica.

Os pirocloros foram descritos em todas as amostras estudadas, desde a rocha fresca até a 10 m de profundidade. O número de grãos de pirocloros analisados por microssonda eletrônica totalizou vinte e oito, sendo que oito pertencem à rocha fresca e vinte à rocha intemperizada.

Quimicamente, o tipo de pirocloro predominante na rocha fresca é o Na,Ca-pirocloro, sendo que as variações em % em peso de alguns dos óxidos obtidos das análises são: Nb₂O₅ (53,38-65,12); TiO₂ (13,89-4,19); CaO (13,05-9,94); Na₂O (2,80-5,98). A distribuição das freqüências dos teores de Na₂O e CaO em forma de histogramas mostra claramente, no caso do CaO, um máximo com 65% das análises entre 10-14 % peso. No caso do Na₂O observa-se uma distribuição crescente com quatro tendências máximas, onde 15% das análises estão entre 4-4,5% peso e 25% das análises entre 5,5-6,0% peso.

Segundo estas análises, os pirocloros de rocha fresca foram divididos em dois grupos, denominados de grupo I e grupo II, segundo gráfico de cátions monovalentes (Na⁺) em função de cátions bivalentes (Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Ba²⁺) ocupantes da posição cristalográfica A dos pirocloros. O grupo I é definido para A⁺ variando entre 0,48-0,72 (apfu), onde pode ser observada uma correlação negativa entre A²⁺ (1,02-0,78 apfu) e A⁺. O Grupo II foi definido para A⁺ < 0,48 (apfu), onde nenhum tipo de tendência de substituição entre os grupos de cátions mono e bivalentes pode ser observado imediatamente. Devido a tendências observadas para o Grupo I nos diagramas apresentados, é possível montar séries de fórmulas idealizadas para os pirocloros do Grupo I, com base em três pontos:

Ponto 1:

Ponto 2:

Ponto 3:

Há no grupo II uma dispersão bem acentuada dos cátions bivalentes (Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Ba²⁺) com o decréscimo de A⁺ (Na⁺).

Observa-se que alguns pontos da amostra L2AP01 seguem com boa aproximação o prolongamento da correlação linear observada no grupo I do ponto 1 (A²⁺ = 1,02 e A⁺ = 0,48) até A²⁺ = 1,5 e A⁺ = 0,0 , ou seja, há uma boa probabilidade de ter havido a substituição  numa fase anterior. Os demais pontos que se distanciam desse prolongamento, poderiam ter sido gerados em função de substituições do tipo  e/ou  numa fase posterior.

A amostra L3BP03 é um caso muito particular, não só por ter pontos tanto no grupo I quanto no grupo II, mas pelo comportamento antagônico de dois cátions bivalentes na posição A: Ca²⁺ e Ba²⁺. A fase rica em Na e Ca possui pouquíssimo ou nenhum Ba, e sobrecresce fase mineral rica em Ba, com pouco Na e Ca. Pode-se falar, então, de duas variedades distintas de pirocloro sobrecrescidas.

As análises químicas dos grãos de pirocloro de rocha intemperizada mostraram que o tipo químico que domina estatisticamente o perfil intempérico é o Ba-pirocloro, de tal forma que as variações das porcentagens em peso de alguns óxidos principais gerados pelas análises químicas são: Nb₂O₅ (65,26-66,62); BaO (19,88-10,71); Na₂O (0,06-0,02); CaO (0,04-4,40);. Subordinadamente, foram encontrados alguns grãos de Pb,Ba-pirocloro, os quais, provavelmente, são remanescentes da rocha parental. As porcentagens em peso de alguns óxidos componentes deste tipo químico são: PbO (16,27-8,6); BaO (12,25-12,01); CaO (0,21-0,25); Na₂O (0,03-0,07)

As distribuições das porcentagens em peso dos óxidos Na₂O e CaO para os pirocloros de rocha intemperizada analisados mostram que, na maioria das análises, os dois elementos destes óxidos não foram detectados (87% para Na₂O e 83% para CaO). A distribuição de BaO mostra que 60% das análises se encontram no intervalo 14-20% em peso, sendo que o máximo é dado pelo intervalo 16-18% em peso, equivalente a 36% das análises.

Key Words: Carbonatite; Weathered Rock Profile; Mineral Chemistry; Pyrochlore.

DATE OF ORAL PRESENTATION:30/03/2001  
TOPIC OF THE THESIS: EXPLORATION AND ECONOMIC GEOLOGY
SUPERVISOR:Prof. José Carlos Gaspar  (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Prof. Henrique Senna Diniz Pinto (UnB); Prof. Arnaldo Alcover Neto (CETEM)  

ABSTRACT

The Catalão I Carbonatitic Complex is located in the SW from Goiás State, Brazil, 20 km to the North of Catalão district and, approximately, 300 km to the south of Brasília town, having the coordinates (48^oW18^oS).

It is a Cretaceous circular body, approximately 5,5 km in diameter, that intruded Pre-Cambrian rocks from the Araxá Group. The rocks from the Catalão I, Catalão II, Tapira and Serra Negra Carboanatitic Complexes are constituents of the Minas-Goiás Alkaline Province, which include, among the above cited Carbonatitic Complexes, rocks of kimberlitic origin, possibly lamproitic originated rocks and rocks of kamafugitic nature.

The study of the weathered profile was based in one drill hole core, which was characterized petrographically, with the aid of micromorphology, chemistry, and X ray powder diffraction technique. The results lead to the identification of the following weathering horizons, from the bottom to the top of the profile: a) fresh rock: classified as a magnesiocarbonatite, containing dolomite, magnetite, mica, pyrochlore and apatite. The pyrochlore found in this rock is light-yellow, have octaedric habit, and varies between 50 and 500 microns in size. Zonation is found in some of the studied grains, and are displayed according crystallographic planes; b) saprolite: the base of this horizon is the weathered rock horizon, which is in contact with the bedrock. The main characteristics of this horizon are the high amount of vermiculite and the presence of fragmented fresh rock. The carbonate disappears at 68 m of deepness. Above the weathered rock horizon, there is an anatase-rich horizon, probably originated from weathered ilmenite. Apatite is the main mineral of this horizon. It is in this horizon that the secondary phosphate is described in the first time in the profile, which is formed after the weathered apatite, mica and vermiculite. The values for CaO:P₂O₅ reach a minimum of 1,17, which indicates that CaO is leached from the system, while P became a constituent of secondary phosphate and apatite. There is a silicification process that substitute the carbonate of the parental rock, keeping its texture and structure. Quartz is the constituent of these rock matrix, which is the result of the weathered silicate minerals. The weathering of the primary mica and vermiculite of the upper horizons are the most probable source for this process. The pyrochlore that dominates the horizon is the Ba-pyrochlore. Pb,Ba-pyrochlore is found subordinately; c) lateritic cover: the base of this horizon is located at 24 m of deepness, where the phosphate that dominates is gorceixite which gives an ochre color to this rock, and where the value CaO:P₂O₅ reaches 1,21. The accumulation of goethite, which reach its maximum at 16 m of deepness, is a typical feature of the lateritic cover horizon. Grains of quartz have round shape and fractures, which are frequently filled with iron oxihidroxides, characterizing the plasmation process. The texture is porphyroskelic.

Pyrochlores were described in all the samples studied, from fresh rock to 10 m of deepness. The total of pyrochlore grains analysed by electron microprobe was twenty-eight, eight of them from fresh rock and twenty from weathered rock.

The type of pyrochlore that dominates the fresh rock is the Na, Ca-pyrochlore, with the following variations in some of their main oxides: Nb₂O₅ (53,38-65,12); TiO₂ (13,89-4,19); Na₂O (2,80-5,98); CaO (13,05-9,94). Fresh and weathered rock pyrochlores were analysed by electron microprobe. The frequency distribution of the Na₂O and CaO wt % in pyrochlore analysis showed, in the case of CaO, a maximum of 65% of the analysis between 10-14 wt. %. In the case of the Na₂O, there is a growing distribution, with four maximum tendencies, where 15 % of the analysis are between 4-4,5 wt. % and 25 % of the analysis are between 5,5-6,0wt.%.

After these analysis, the fresh rock pyrochlores were divided in two groups, called Group I and Group II, according to the diagram wich displays the results of the monovalent cations A⁺ (Na⁺) against the bivalent ones A²⁺ (Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Ba⁺²), all of them filling the A crystallographic site of the pyrochlores. The Group I is defined for A⁺ varying from 0,48-0,72 (apfu), where a negative correlation can be observed between A²⁺ (1,02-0,78 apfu) and A⁺. The Group II was defined to A⁺ < 0,48 (apfu), where no kind of tendency of substitution between groups of mono and bivalent cations can be immediately observed. Due to observed tendencies for the Group I in the diagrams displayed, it is possible to write down series of idealized statements to the Group I pyrochlores, based in three points:

Point 1:

Point 2:

Point 3:

In the Group II, there is a dispersion display of A²⁺ cations (Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Ba²⁺) with the decreasing of A⁺ (Na⁺).

Some points of the sample L2AP01 follow, with good approximation, the extension of the linear correlation observed for the Group I, from point 1 (A²⁺ = 1,02 and A⁺ = 0,48) to A²⁺ = 1,5 e A⁺ = 0,0 , that is, there is a high probability for the substitution  to happen in a preceeding step of the crystalization history of this grain.The other points that are distant from this extension could be generated after the following substitutions:  and/or  in a next step of the crystalization hystory of the grain.

The sample L3BP03 is a peculiar case, because there are points from this sample that belongs to Group I and to Group II. Another characteristic from this sample is the antagonic behaviour of the bivalent ions in the position A: Ca²⁺ and Ba²⁺. The mineral phase rich in Na and Ca has very few or none Ba, and overgrows the phase rich in Ba, with few Na e Ca. Therefore, it is possible to say that the Na, Ca-pyrochlore overgrows the bariopyrochlore phase.

The weathered grains of pyrochlore in the weathered rock show that the kind of pyrochlore that dominates statistically the weathered profile is bariopyrochlore, which analyses showed that the ranges of variations of some of the main oxides are: Na₂O (0,06-0,02); CaO (0,04-4,40); BaO (19,88-10,71); Nb₂O₅ (65,26-66,62). Subordinately, some grains of Pb-pyrochlore are found, which are, probably, originated in the fresh rock. The weight percent (wt%) of some of the main oxides of this kind of pyrochlore are: Na₂O (0,03-0,07); CaO (0,21-0,25); BaO (12,25-12,01); PbO (16,27-8,6).

The wt% frequency distributions for the oxides Na₂O and CaO for the pyrochlores of the weathered rock show that, for the biggest part of the analyses, both elements were not detected (87% for Na₂O and 83% for CaO). The BaO distribution shows that 60% of the analyses are found in the interval 14-20 wt %, and the maximum is given by the interval 16-18 wt. %, which corresponds to 36% of the total of the analyses.