UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA /INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 14

JOSÉ CARLOS FRANTZ

RESUMO

A faixa leste do Cinturão Dom Feliciano é constituída por rochas supracrustais e por batólitos graníticos com posicionamento controlado pela evolução tectônica do cinturão. Nesta faixa estão inseridos os granitóides com mineralização estanífera das suítes intrusivas Cordilheira e Campinas.

A evolução do cinturão foi determinada pela atuação de uma fase tectônica tangencial e outra transcorrente. O regime tangencial é definido por deformação de baixo ângulo com estruturas planares e lineares indicando transporte tectônico para W-NW e condicionou a injeção dos batólitos graníticos sin-cinemáticos cálcio-alcalinos alto-K da Suíte Intrusiva Arroio Solidão ao redor de 800 Ma. O regime transcorrente é definido por deformação de alto ângulo com estruturas planares e lineações de estiramento mineral indicando transporte tectônico para N-NE, paralelo à estruturação do cinturão, e controlou injeções de granitóides cálcio-alcalinos da Suíte Intrusiva Arroio Moinho, iniciadas a 672 Ma, e de fusão crustal da Suíte Intrusiva Cordilheira entre 630 e 617 Ma. A tectônica tangencial foi responsável por espessamento crustal e imbricações tectônicas. A tectônica transcorrente gerou transposição estrutural localizada em algumas unidades e faixas miloníticas com centenas de metros de largura. A transição entre os regimes transcorrente e extensivo foi marcada por intrusões graníticas cálcio-alcalinas tardi a pós-cinemáticas da Suíte Intrusiva Campinas, enquanto os granitóides cálcio-alcalinos pós-transcorrência da Suíte Intrusiva Canguçu foram controlados por reativações extensivas das zonas de cisalhamento a 585 Ma. Granitóides alcalino-metaluminosos da Suíte Intrusiva Encruzilhada e corpos peralcalinos isolados representam as manifestações finais do magmatismo granítico na região.

Os granitóides sin-tangenciais são cálcio-alcalinos alto K e têm similaridades com os relacionados à colisão continental. As intrusões cálcio-alcalinas alto K sin a pós-transcorrência são equivalentes a granitóides tardi a pós-orogênicos. Nesta mesma condição estrutural ocorrem, ainda, corpos de leucogranitos peraluminosos com muscovita e granada. Os granitóides sin-tangenciais da Suíte Intrusiva Arroio Solidão mostram um fracionamento acentuado de FeO, TiO₂, MgO, MnO e Na₂O. Nos sin a pós-transcorrência das suítes intrusivas Arroio Moinho e Canguçu o fracionamento de CaO, Na₂O, MnO e P₂O₅ é pouco expressivo. As concentrações de Rb, Sr, Ba, e Zr, diversas para cada suíte, são elevadas nas rochas graníticas da região leste do Cinturão Dom Feliciano. Os elementos terras raras têm elevado grau de fracionamento entre leves e pesadas para todos os granitóides cálcio-alcalinos, com razões CeN/YbN em torno de 15, em configuração compatível com a das séries cálcio-alcalinas enriquecidas em potássio. As características principais do magmatismo cálcio-alcalino parecem relacionar sua geração ao envolvimento de crosta continental espessa, similar a outros sistemas graníticos desenvolvidos sobre crosta continental ativa em sistemas colisionais. Os valores negativos de _Nd refletem magmas cuja fonte apresentou o envolvimento de crosta continental, com os protólitos ígneos de composição relativamente homogênea sendo resultantes de uma fase de colisão continental.

Os leucogranitos peraluminosos sin a tardi-transcorrência da Suíte Intrusiva Cordilheira são alta sílica e têm um comportamento geoquímico compatível com o de rochas de fusão crustal. Os diversos corpos sugerem fontes diferentes de fusão ou diferenciação acentuada na fonte. A utilização de MgO como índice de diferenciação indica a existência de dois grupos de rochas na Suíte Intrusiva Cordilheira. O grupo alto MgO tem valores mais altos de Al₂O₃, TiO₂, Na₂O, razões Fe₂O₃/ FeO, P₂O₅, Rb, Li, Zn, B e Sn, e valores muito baixos de Sr, Ba e Zr em comparação ao grupo baixo MgO. Os granitóides da Suíte Intrusiva Cordilheira são pobres em elementos terras raras, com pouco fracionamento entre leves e pesadas. O posicionamento sin a tardi-transcorrência indica conteúdos contrastantes de ETR leves, com o fracionamento entre leves e pesadas diminuindo com a diferenciação. A presença de muscovita, granada e turmalina nos granitóides mais evoluídos da Suíte Intrusiva Cordilheira é consistente com sistemas cristalizados sob condições de média a baixa atividade de água. O par biotita-muscovita representa as condições de cristalização em equilíbrio nos termos precoces da suíte. Nos granitóides tardi-transcorrência há um deslocamento das relações de equilíbrio para composições mais aluminosas, com muscovita, turmalina e granada concentrando mais Mg em suas estruturas. A muscovita primária em equilíbrio com biotita tem baixa razão Mg/Mg+Fe e Fe_tot alto, apresenta alto Al e Na e baixo Si. A granada tem altas proporções molares de almandina e espessartita com zonalidade normal para rochas magmáticas com núcleo rico em Ca e Mn.

As injeções tardi a pós-cinemáticas da Suíte Intrusiva Campinas são caracterizadas pela presença de xenólitos que deslocam as composições dos granitóides da suíte, em particular em zonas de cúpula, através da incorporação de minerais como plagioclásio, biotita, quartzo, turmalina e muscovita. Xenólitos das unidades encaixantes são, com freqüência, identificados no interior dos corpos, incluindo turmalinitos e greisen. As composições originais estão representadas em uma zona de margem resfriada. As zonas de alteração hidrotermal e a mineralização de estanho, presentes em alguns dos corpos graníticos da Suíte Intrusiva Campinas, estão restritas às porções contendo quantidades apreciáveis destes microxenólitos. TiO₂, FeO, CaO, P₂O₅, MnO, Y, Nb, Ni, e ETR têm valores mais altos para a zona de margem resfriada. MgO, Zr, Sr e Cu apresentam forte fracionamento nas rochas desta zona. As zonas com microxenólitos têm valores mais elevados para Al₂O₃, Na₂O, Sr, Cs e Ga, com enriquecimentos em B e Sn. A composição geral dos granitóides da Suíte Intrusiva Campinas sugere uma evolução a partir de um magma original cálcio-alcalino metaluminoso rico em potássio com uma forte participação de material crustal representado por incorporação/assimilação de microxenólitos. As relações entre Nb, Y e Rb indicam, para a margem resfriada, que o magmatismo Campinas é mais baixo Rb e mais alto Nb e Y do que sugere a composição das rochas contendo microxenólitos. Elementos LIL, HFS e ETR indicam que a zona de margem resfriada tem uma tendência mais alcalina que as zonas contendo microxenólitos. O comportamento e a abundância desses elementos podem estar indicando uma fonte com o envolvimento de manto litosférico continental ou manto fértil envolvendo litosfera subcontinental, onde a incorporação/assimilação de material continental ocorreu através dos microxenólitos. A biotita original dos granitóides indica cristalização sob condições de equilíbrio diante da fase fluida e a temperaturas homogêneas. O anfibólio da margem resfriada é compatível com os de granitóides cálcio-alcalinos cristalizados sob condições de média a alta O₂. Os dados de O₂ e a presença de titanita magmática, conflitantes com as razões FeO/Fe₂O₃ elevadas para rocha total, têm na incorporação de xenólitos e dos fluidos a eles associados o fator responsável por uma inversão no comportamento do sistema magmático. A titanita secundária, formada sobre biotita de microxenólitos, é mais alto Sn e F que a magmática. Este fato pode estar indicando um dos mecanismos de incorporação de Sn aos sistemas magmático e hidrotermal da Suíte Intrusiva Campinas.

A alteração hidrotermal e a mineralização de Sn estão associadas às suítes Cordilheira e Campinas. Os leucogranitos peraluminosos da Suíte Intrusiva Cordilheira geraram alteração hidrotermal pervasiva constituída por zonas micáceas e zonas turmalinizadas. Os biotita granitos da Suíte Intrusiva Campinas geraram alteração localizada em zonas de cúpula representada por zonas micáceas e zonas argilizadas. Ambas as associações foram acompanhadas da geração de veios de quartzo e corpos de greisen com cassiterita. A Mina Cerro Branco representa a associação hidrotermal mais completa observada sobre corpos graníticos da Suíte Intrusiva Cordilheira. A Mina Campinas é a que melhor representa a mineralização e a alteração hidrotermal sobre granitóides da Suíte Intrusiva Campinas. A Mina Tabuleiro constitui uma situação intermediária entre as duas anteriores com parte da associação desenvolvida sobre um roof pendant de encaixante da Suíte Intrusiva Cordilheira e parte sobre a cúpula do granito Tabuleiro da Suíte Intrusiva Campinas.

A muscovita associada a greisen e a zonas de alteração micácea geradas por granitóides das suítes intrusivas Cordilheira e Campinas ocorre sob a forma de dois politipos. O politipo 2M1 representa o maior volume de micas estabilizadas durante a alteração hidrotermal e é mais alto Al e mais baixo Ti e Fe. O politipo 3T é menos freqüente e representa mica branca formada sobre biotita e é sempre mais alto Ti. O Ti é o elemento que melhor discrimina a mica de greisen das duas suítes. Nas zonas de alteração da Suíte Intrusiva Cordilheira todas as associações são mais baixo Ti que as da Suíte Intrusiva Campinas. Os valores de Ti sugerem uma forte vinculação entre a composição dos produtos hidrotermais gerados durante o processo de alteração e a composição do protólito.

Da mesma forma, a turmalina hidrotermal da Mina Cerro Branco é mais baixo Ti, Fe, Mn e Ca e mais alto Si, Mg e Na que a da Mina Campinas. Na Mina Tabuleiro as características são intermediárias entre as duas anteriores. Inversões na composição da turmalina são observadas nas zonas de roof pendant da Mina Tabuleiro e em parte da zona de contato da Mina Campinas, indicando processos de reequilíbrio sobre turmalina pré-existente da Suíte Intrusiva Cordilheira.

A cassiterita que ocorre na Mina Cerro Branco é homogênea e tem zonação regular uniforme. Fe, Ta e Nb têm um comportamento compatível ao longo da cristalização e o Ti tem variações irregulares, indicadas por um acentuado grau de dispersão e por uma diminuição pouco acentuada do núcleo para a borda dos cristais. Na Mina Campinas a cassiterita ocorre como cristais com variações bruscas na composição entre duas zonas diferentes e como cristais menores com zonação regular uniforme. A cassiterita com variações bruscas na composição tem núcleos similares à da Mina Cerro Branco. A borda e os grãos isolados têm valores mais altos de Sn e Ti e mais baixos de Ta e Fe. Feições de textura e composição indicam que parte da cassiterita da Mina Campinas pode ter sido incorporada como cristais já formados, envolvidos por uma cassiterita neoformada e que resulta da incorporação de Sn ao magmatismo Campinas.

A análise das inclusões fluidas associadas aos veios de quartzo mineralizados indica a presença de mistura entre fluidos aquosos e carbônicos. Na Mina Cerro Branco em zonas de núcleo de grãos de quartzo ocorrem com exclusividade inclusões aquosas de salinidade média enquanto nas de contato intergranulares e fraturas tardias há uma tendência ao predomínio de inclusões do tipo Lwc e Lc. Na Mina Campinas as zonas de núcleo dos grãos de quartzo contêm inclusões aquo-carbônicas e carbônicas enquanto os fluidos tardios são aquosos. Na Mina Tabuleiro as inclusões fluidas são tanto aquosas quanto aquo-carbônicas e carbônicas, como o melhor exemplo da mistura entre os diferentes fluidos. Os fluidos da Mina Cerro Branco evoluíram de forma diferente daqueles das minas Campinas e Tabuleiro e representam fonte diferente. Na Mina Campinas os fluidos tiveram composição mais restrita que nas demais e foram de mais alta temperatura. Os dados relacionados às inclusões fluidas indicam a existência de ao menos três tipos de fluidos envolvidos na geração da mineralização estanífera e na história hidrotermal da área. O primeiro representa fluidos aquosos de salinidade moderada, resultante da interação entre fluidos ortomagmáticos e da encaixante durante a alteração hidrotermal associada aos granitóides da Suíte Intrusiva Cordilheira. O segundo e o terceiro tipo são fluidos carbônicos e aquo-carbônicos de baixa salinidade relacionados aos processos de alteração hidrotermal da Suíte Intrusiva Campinas e resultam de processos de interação com as rochas encaixantes e de mistura. Assim, os sistemas hidrotermais e a mineralização parecem decorrer da circulação de fluidos aquosos de salinidade moderada nos granitóides da Suíte Intrusiva Cordilheira e de um processo de mistura entre fluidos aquosos e fluidos ricos em CO₂ a partir da injeção dos corpos graníticos da Suíte Intrusiva Campinas. Este processo de mistura foi responsável pela formação dos depósitos de mais alto teor da área.

  
 
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 14

JOSÉCARLOS FRANTZ

ABSTRACT

The eastern part of the Dom Feliciano Belt is constituted by supracrustal rocks and granitic batholiths which emplacements were controlled by the tectonic evolution of the Belt. In this area the tin-bearing granitoids of the Cordilheira and Campinas intrusive suites are found.

The evolution of this Belt was determined by the action of a tangential tectonic phase and a transcurrent one. The tangential regime, defined by low angle planar and linear structures showing a W-NW tectonic transport, was responsible for crustal thickening and tectonic imbrications. It controlled the syn-kinematic injections of high-K calc-alkaline granite batholiths of the Arroio Solidão Intrusive Suite, around 800Ma. The transcurrent regime is defined by high angle deformation sets of planar and linear structures (mineral stretching) indicative of a N-NE tectonic transport, parallel to the elongation of the belt. The associated magmatism began with the 672Ma calc-alkaline granitoids of the Arroio Moinho Intrusive Suite which were followed by the 630-617Ma crustal melt granitoids of the Cordilheira Intrusive Suite. The transcurrent tectonics generated local structural transpositions and shear zones which are hundreds of meters width. At the end of this process an extensional regime was installed. During this transition, late- to post-kinematic calc-alkaline granites of the Campinas Intrusive Suite were intruded. The magmatism developed during the extensive regime is represented by the 585Ma post-transcurrence calc-alkaline granitoids of the Canguçu Intrusive Suite. Alkaline-metaluminous granitoids of the Encruzilhada Intrusive Suite and isolated bodies of peralkaline granitoids represent the final manifestations of the granite magmatism in this region.

The syn-tangential granitoids are high-K calc-alkaline and have similarities with those related to a continental collision regime. The syn- to post-transcurrence high-K calc-alkaline granitoids are similar to late- to post-orogenic injections of other orogenic belts. In this tectonic setting the muscovite-garnet granites of the Cordilheira Intrusive Suite also occur. The fractionation of FeO, TiO₂, MgO, MnO and Na₂O is pronounced in the syn-tangential granites of Arroio Solidão Intrusive Suite. In the syn- to post-transcurrence granitoids of the Arroio Moinho and Canguçu intrusive suites the fractionation of CaO, Na₂O, MnO, and P₂O₅ is less intense. The Rb, Sr, Ba, and Zr concentrations are high in the granitoids from the eastern side of the Dom Feliciano Belt but they are different for each suite. The REE are strongly fractionated in the calc-alkaline granitoids, with Ce_N/Yb_N ratios around 15, similar to granites of the high-K calc-alkaline series. The main characteristics of the calc-alkaline magmatism can be related to the participation of a thick continental crust during its generation likewise granitic systems associated to continental collision. Their negative _Nd values may reflect a magma source closely connected to the continental crust, with the igneous protoliths having relatively homogeneous composition as a consequence of the continental collision phase.

The peraluminous leucogranites of the Cordilheira Intrusive Suite have high silica contents and geochemical characteristics of crust derived rocks. The several bodies suggest different melt sources or accentuated fractionation in the source. The use of MgO as a differentiation index indicates the existence of two groups of rocks, the high MgO and the low MgO group. The high MgO group shows the highest values of Al₂O₃, TiO₂, Na₂O, Fe₂O₃/FeO, P₂O₅, Rb, Li, Zn, B, and Sn, and the lowest values of Sr, Ba, and Zr compared with the low MgO group. Both groups are, in general, poor in REE contents with low fractionation between light and heavy ones. The presence of muscovite, garnet and tourmaline in the more evolved granitoids of the Cordilheira Intrusive Suite is coherent with systems crystallized under medium to low water activity. The biotite-muscovite pair represents the earlier conditions of equilibrium crystallization in the syn-transcurrence granitoids. For the late-transcurrence granitoids there is a change to more aluminous compositions with muscovite, tourmaline and garnet gradually concentrating more Mg. The primary muscovite in equilibrium with the biotite has low Mg/Mg+Fe and Si but high Fe_tot, Al, and Na. The garnet shows high molar relations of almandine and spessartite with Ca- and Mn-rich cores in a normal magmatic zoning.

The late- to post-kinematic injections of the Campinas Intrusive Suite are characterized by the presence of xenoliths and microxenoliths from the wall rocks, including tourmalinites and greisens. These xenoliths change the composition of the granitoids through the assimilation of minerals like plagioclase, biotite, quartz, tourmaline and muscovite, particularly, in the apical zones. The narrow chilled margin represents the igneous original composition. Hydrothermal alteration and Sn mineralization are restricted to zones with significant quantities of xenoliths and microxenoliths. High values of TiO₂, FeO, CaO, P₂O₅, MnO, Y, Nb, Ni, and REE, and strong fractionation of MgO, Zr, Sr, and Cu are common in the chilled margin. The zones with xenoliths have higher values of Al₂O₃, Na₂O, Sr, Cs, and Ga, with enrichment in B and Sn. Therefore, the general composition of the Campinas Intrusive Suite granitoids suggests an evolution from an original high-K metaluminous calc-alkaline magma with a strong incorporation/assimilation of continental material, represented by the xenoliths. The relationships between Nb, Y, and Rb in the chilled margin indicate that the original Campinas magmatism is lower in Rb and higher in Nb and Y than the composition of the xenoliths bearing rocks attest. The LIL, HFS and REE contents reveal that the chilled margin has a more alkaline character than the zones containing xenoliths. The general tendency and the values for these elements are suggesting continental lithospheric mantle or fertile mantle involving sub-continental lithosphere as source, with incorporation/assimilation of continental material. The original biotite of these granitoids suggests equilibrium crystallization conditions with the liquid phase under homogeneous temperatures. The amphiboles from the chilled margin indicate medium to high O₂ crystallization conditions. The O₂ data and the presence of primary titanite are not compatible with the high FeO/Fe₂O₃ values for the total rock. This fact may be a consequence of the incorporation of country-rocks (xenoliths) and their fluids by the granitoids. The secondary titanite build over the xenolith's biotite is richer in Sn and F than the magmatic one. This (crustal contamination) might be one of the Sn incorporation mechanism to the magmatic and hydrothermal systems of the Campinas Intrusive Suite.

The hydrothermal alteration and the Sn-mineralization are associated to the Cordilheira and Campinas intrusive suites. The granitoids of the Cordilheira Intrusive Suite generated a pervasive hydrothermal alteration constituted by micaceous and tourmalinized zones which can be best seen in the outcrops of the Cerro Branco Mine. The biotite granites of the Campinas Intrusive Suite developed micaceous and clayed hydrothermal alteration zones in the apical areas of the intrusions and Campinas Mine is the one that best represents the mineralization and the hydrothermal alteration of the granitoids of this suite. Both hydrothermal associations are accompanied by quartz veins and greisen bodies with cassiterite. The Tabuleiro Mine represents a intermediary situation between the two previous ones, with one part of the association developed on a roof pendant of the Cordilheira Intrusive Suite and the remaining part developed on the apical zone of the Tabuleiro Granite of the Campinas Intrusive Suite.

The muscovite associated to the greisen bodies and to the micaceous zones generated by granitoids of both suites occur as two polytypes. The most frequent polytype 2M₁, represents mica stabilized during the hydrothermal alteration and it is richer in Al and poorer in Ti and Fe. The polytype 3T is represented by the white mica formed over biotite and it is always higher in Ti. Ti is the best element to discriminate the greisen micas of the two suites. In the alteration zones developed on the Cordilheira Intrusive Suite granites, all the associations are lower Ti compared to those of the Campinas Intrusive Suite. The Ti values lead to the conclusion that there is a strong connection between the hydrothermal paragenesis composition and the protolith.

The hydrothermal tourmaline developed in the Cerro Branco Mine is poorer in Ti, Fe, Mn, and Ca, but richer in Si, Mg, and Na compared to that from the Campinas Mine. The Tabuleiro Mine tourmaline has an intermediate composition. The tourmaline shows a reverse zoning on the roof pendant area of the Tabuleiro Mine and on the contact zone in the Campinas Mine indicating re-equilibration over a pre-existent one from Cordilheira Intrusive Suite.

The cassiterite found in the Cerro Branco Mine is homogeneous and has an uniform regular zoning. Fe, Ta, and Nb have a compatible behavior along the crystallization. The Ti has irregular variations with high compositional dispersion and a weak reduction from its crystal cores towards the edges. The cassiterite in the Campinas Mine appears in two distinct ways: as crystals with abrupt compositional variations between two different zones and as small crystals with uniform regular zoning. The first one has core zones compositionally similar to that from the Cerro Branco Mine. Their edges as well as the isolated grains display higher values of Sn and Ti, but smaller values of Ta e Fe. Compositional and textural features lead to the conclusion that part of the cassiterite of the Campinas Mine might have been incorporated as pre-existent crystals, and were later enclosed by a newly formed one, as a result of the Sn addition to the Campinas magmatism.

The analysis of fluid inclusions associated with the mineralized quartz veins indicate a mixture of aqueous and carbonic fluids. The core zones of quartz grains in the Cerro Branco Mine present exclusively aqueous inclusions with medium salinity, while in the inter-granular contacts and late fractures zones there is a tendency for Lwc and Lc inclusions. On the opposite, in the Campinas Mine, the core zones of quartz grains contain aqueous-carbonic and carbonic inclusions whereas the late fluids are aqueous. In the Tabuleiro Mine the fluid inclusions are aqueous, carbonic, and aqueous-carbonic either, and represent the best example of mixture between the different kinds of fluids. The Cerro Branco Mine fluids had not the same evolution compared with the Campinas and Tabuleiro ones, and, they represent different sources. The Campinas Mine fluids had a more restricted composition and higher temperature than the others. The fluid inclusion data revealed the action of, at least, three fluid types, which were responsible for the Sn-mineralization and the whole hydrothermal history of the region. The first has an aqueous composition of moderate salinity originated by the interaction between orthomagmatic and wall rock fluids during the hydrothermal processes related to the emplacement of the Cordilheira Intrusive Suite granitoids. The second and the third types of fluids are carbonic and aqueous-carbonic of low salinity related to the hydrothermal alteration processes of the Campinas Intrusive Suite. They have been originated due to the interaction of wall rocks and the fluids mixture. Thus, the hydrothermal systems and the mineralization may have resulted from the circulation of aqueous fluid with moderate salinity in the granitoids of the Cordilheira Intrusive Suite and from a mixture process between an aqueous and CO₂-rich one resulting from the emplacement of the Campinas Intrusive Suite granitoids. This mixture process was responsible for the formation of the highest ore grade deposits in the area.