UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 051

LUIZ FERNANDO WHITAKER KITAJIMA

Palavras-chave: Complexos alcalinos insaturados, Peixe, Tocantins, Brasil, coríndon, zircão, allanita, mineralogia e petrologia.

DATA DA DEFESA: 29/05/2002
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: GEOLOGIA ECONÔMICA E PROSPECÇÃO
ORIENTADOR: PROF. JOSÉ CARLOS GASPAR (UnB)
EXAMINADORES: PROF. NILSON FRANCISQUINI BOTELHO (UnB); PROF. REINHARDT ADOLFO FUCK (UnB); PROF. HERBET CONCEIÇÃO (UFBA); PROF. ALCIDES NOBREGA SIAL (UFPE)

RESUMO

O Complexo Alcalino de Peixe é um corpo de rochas plutônicas em contato intrusivo com os metassedimentos do Grupo Serra da Mesa. O Complexo é composto principalmente por biotita-nefelina sienitos bandados e foliados a maciços e ocorrências menores de taramita-nefelina sienito. Diopsídio/biotita granito e ferroedenita-/quartzo-ferroedenita-feldspato alcalino sienito ocorrem nas bordas do complexo enquanto que ferroedenita-feldspato alcalino granito, biotita-feldspato alcalino sienito, ferroedenita- feldspato alcalino sienito, hedenbergita-feldspato alcalino sienito e ferropargasita- feldspato alcalino sienito ocorrem na parte SSE do complexo. Há ainda pegmatitos e xenólitos do Grupo Serra da Mesa. Feldspato é principalmente albita (An_1-10) ou ortoclásio; nefelina tem composição ao redor da composição de Morozewicz-Buerguer; mica é predominante biotita rica em Fe e piroxênio e anfibólio são ricos em Ca. As rochas do Complexo são alcalinas, miasquíticas a agpaíticas. Os magmas insaturados que originaram biotita-nefelina sienitos evoluíram a partir de magmas originados em manto metassomatizado, e cristalizaram-se há 1,5 Ga (idade U-Pb em zircão). As rochas saturadas e supersaturadas (granitos e feldspato alcalino sienitos) são magmas independentes (isto é, sem ter evoluído a partir do mesmo magma insaturado) que se formaram a diferentes profundidades e distintos graus de metassomatismo ou ainda por diferentes percentuais de fusão parcial. Biotita-feldspato alcalino sienito representa nefelina sienito metassomatizado. O Complexo foi submetido a deformação durante o fim do Ciclo Brasiliano, que formou estruturas e texturas como foliação e cristais subédricos com contato em ponto triplo, com uma nova atividade ígnea que posicionou um pegmatito diorítico portador de coríndon (0,6 Ga, idade U-Pb em zircão).

            O Complexo apresenta várias mineralizações de importância econômica, incluindo coríndon, allanita e zircão, sendo que zircão é lavrado até hoje. O coríndon ocorre in situ em biotita-nefelina sienitos e em pegmatito diorítico e como cristais detríticos relacionados com as ocorrências de coríndon em pegmatitos. O coríndon em nefelina sienito é milimétrico, preto a azul escuro, rico em Fe e Ti (7000 ppm Fe / 3500 ppm Ti) e é anédrico. Coríndon de pegmatito diorítico é centimétrico, anédrico, prismático ou com hábito em barril, branco a azul escuro ou cinza, e é mais pobre em Fe e Ti (3000 ppm Fe/1000 ppm Ti) do que o coríndon de nefelina monzodiorito. Todos os tipos de coríndon apresentam zonação relacionada com diferentes teores de Fe e Ti, e têm concentrações de Ga entre 100 e 200 ppm. Coríndon de pagmatito e sienito cristalizaram a partir de magma alcalino em condições crustais (inclusões fluidas de coríndon de pegmatito indicam condições de pressão de 2,2 kbar / 775°C). Coroas de muscovita e/ou nefelina ao redor de  coríndon de pegmatito e de sienito estão relacionadas a reequilíbrio sub-solidus (600-650°C, £2 kbar).

            Megacristais (principalmente de 1mm a 5 cm) de zircão do Complexo de Peixe são dipiramidais, opticamente zonados e ocorrem como mineral detrítico ou em biotita- nefelina sienito e nefelina sienito pegmatito. Zircão também ocorre como inclusão milimétrica (<2mm) e prismático em megacristais de coríndon pegmatítico. Ambos os tipos de zircão foram analisados em microssonda eletrônica e em ICP-MS. O zircão incluso em coríndon é mais rico em Hf (2% em peso de HfO₂) e U (>2900 ppm) e tem menor razão Th/U (0,1) e Zr/Hf (30) do que os megacristais de zircão (<1,67% HfO2, >960 ppm U, Zr/Hf > 40 e Th/U > 1,5). Zonação química está presente nos megacristais como decréscimo no conteúdo de elementos-traços do centro para a borda do cristal. O conteúdo de terras raras é similar para os dois tipos de zircão, com ausência de anomalias de Eu e enriquecimento em terras raras leves. Zircão do Complexo de Peixe é quimicamente similar a zircão de diversas e contrastantes rochas (como carbonatitos, granitos e rochas máficas), o que aponta contra o uso do zircão, exceto para rochas cogenéticas, como mineral para caracterizar ambientes tectônicos ou rochas. Os megacristais de zircão são fases precoces em uma magma (originado no manto) nefelina sienítico enriquecido em fluidos (F, CO₂ e H₂O)e com baixa fugacidade de oxigênio. Zircão em coríndon cristalizou a partir de magma diorítico, cuja fonte é similar ou comum ao do nefelina sienito, porém mais metassomatizada.

            Allanita ocorre como cristais milimétricos a centimétricos em sienitos médios a grossos, veios e lentes em monazita, pegmatitos graníticos e como megacristais detríticos. A difratometria de raios-X determinou que allanita não está extremamente metamitizada, mas os resultados de análises de microssonda (soma dos óxidos = 88-98% em peso) indica algum grau de metamitização. Análises em microssonda eletrônica e ICP-MS determinaram uma correlação entre a ocorrência de allanita e as características químicas, identificando três populações: allanita em monazita, allanita de sienito e allanita de granito. Allanita em monazita tem alto conteúdo de Ce, La e total de terras raras, FeO, MnO, TiO₂ e MgO. Allanita de sienito tem concentrações maiores de Nd, Pr, Sm, SiO₂ e Al₂O₃. Allanita de granito tem as maiores concentrações de terras raras do Nd até o Dy, menores teores totais de terras raras e padrões menos fracionados de terras raras, e é também rico em CaO e Fe₂O₃. Conforme determinado por espectrometria Mössbauer as razões Fe²⁺/Fe³⁺ são de 34% Fe³⁺/ 66% Fe²⁺ em allanita de granito e 24-25% Fe³⁺ / 75-76% Fe²⁺ em allanita de sienito e allanita em monazita. Allanita em monazita e allanita de sienito mostram grau maior de substituição de Ca por terras raras nos sítios A1/A2 do que allanita de granito, com completo preenchimento dos sítios A por terras raras. Allanita em monazita e allanita de sienito é similar à allanita de carbonatitos e allanitas associadas a veios hidrotermais. Allanita de granito é similar a allanita de outros granitos e pegmatitos graníticos. Allanita de sienito e monazita cristalizaram a partir de fluidos hidrotermais de origem ígnea enquanto que a allanita no granito cristalizou-se diretamente a partir de magma granítico.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 051

LUIZ FERNANDO WHITAKER KITAJIMA

KeyWords: Undersaturated alkaline complexes, Peixe, Tocantins, Brazil, corundum, zircon, allanite, mineralogy and petrology

DATE OF ORAL PRESENTATION: 29/05/2002
TOPIC OF THE THESIS: PROSPECTION AND ECONOMIC GEOLOGY
SUPERVISOR: PROF. JOSÉ CARLOS GASPAR (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: PROF. NILSON FRANCISQUINI BOTELHO (UnB); PROF. REINHARDT ADOLFO FUCK (UnB); PROF. HERBET CONCEIÇÃO (UFBA); PROF. ALCIDES NOBREGA SIAL (UFPE)

ABSTRACT

The Peixe Alkaline Complex is a plutonic rock body in intrusive contact with Serra da Mesa Group metasediments. The complex is mainly composed of banded and foliated to massive biotite-nepheline syenite and lesser taramite-nepheline syenite. Diopside/biotite granite and ferroedenite-/quartz-ferroedenite-alkali feldspar syenite occur at the borders while ferroedenite-alkali feldspar granite, biotite-alkali feldspar syenite, ferropargasite- alkali feldspar syenite, hedenbergite-alkali feldspar syenite and ferroedenite-alkali feldspar syenite occurs in the SSE border of the Complex. There are pegmatites and host rocks xenoliths. Feldspar is mainly albite (An_0-10) or orthoclase end-members; nepheline has a composition near to the Morozewicz-Buerguer composition; mica is mainly Fe-rich biotite and pyroxene and amphibole are Ca-rich. Complex rocks are alkaline, miaskitic to agpaitic. The undersaturated magmas are evolved from metasomatized mantle-derived sources, and crystallized by 1.5 Ga (U-Pb zircon age). Saturated and oversaturated rocks (granites and alkali feldspar syenites) are independent magmas formed at different depths and distinct degrees of metasomatism or different partial fusion percentages. Biotite-alkali feldspar syenite represents metasomatized biotite-nepheline syenite. The complex underwent deformation during later Brasiliano Orogeny, which formed structures and textures like foliation and subhedral crystals with triple point contact , with a new igneous activity that emplaced corundum-bearing diorite pegmatite (0.6 Ga, U-Pb age in zircon).

            The Complex presents several mineral occurrences of economical importance, including corundum, allanite and zircon, the latter is still exploited today. Corundum occurrences are in biotite-nepheline syenite, in diorite pegmatites and as detrital crystals, the latter related to pegmatite corundum. Corundum in nepheline syenite is millimetric, black or dark blue, Fe- and Ti-rich (7000 ppm Fe / 3500 ppm Ti) and anhedral. Corundum in diorite pegmatite is centimetric, anhedral, prismatic or barrel-like, white to deep blue or gray, and is poorer in Fe and Ti (3000 ppm Fe / 1000 ppm Ti) than the monzodiorite corundum. All types of corundum presents zoning related to different Ti and Fe contents. Ga contents are 100 to 200 ppm for pegmatite and diorite corundum. Muscovite and/or nepheline corona occur around pegmatite and monzodiorite corundum and are related to sub-solidus reequilibration (600 - 650°C,  £2 kbar).

Zircon megacrysts (mostly 1 mm to 5 cm) are dipyramidal, optically zoned and occur as detritic mineral or in biotite-nepheline syenite and nepheline syenite pegmatite. Zircon also occurs as millimetric (<2mm) and prismatic inclusions in pegmatitic corundum. Chemical analyses were done in both zircon types with electron microprobe and ICP-MS. Zircon included in corundum is richer in Hf (2 wt% HfO₂) and U (>2900 ppm) and has lower Th/U (0.1) and Zr/Hf (30) than zircon megacrysts (<1.67 wt% HfO₂, >960 ppm U, Zr/Hf >40 and Th/U > 1.5). Chemical zoning is present in the megacrysts as a decrease in trace elements towards the crystal rim. The REE content is similar to both zircon types, with absence of Eu anomalies and LREE enrichment. Peixe Complex zircons are chemically similar to zircons from several and contrasting rock types ( like carbonatites, granites and mafic rocks), which argues against the use of zircon as a tracer, except for cogenetic rocks. Zircon megacrysts were an early crystallized phase in a mantle-derived nepheline syenite magma enriched in fluids ( F, CO2 and H2O) and with low fO2. Zircon in corundum crystallized in a diorite magma from a similar or common, but more metasomatized, mantle source as for the nepheline syenite magma.

allanite occurs as millimetric to centimetric crystals in medium to coarse-grained syenites, veins and pods in monazites, granite pegmatites and as detrital megmatites and as detrital megacrysts. The X-ray diffractometry determined that heavy metamictization. Electron microprobe and ICP-MS analyses determined a correlation between allanite occurrence and chemical characteristics, grouping it in three populations: allanite in monazites, allanite from syenite and allanite from granite. Allanite in has high Ce, La, total REE, FeO, MnO, TiO2 and MgO concentrations. Allanite from syenite has higher Nd, Pr, Sm, SiO2 and Al2O3. Allanite from granite has the highest Nd to Dy concentrations, lower total REE and less fractionated REE pattern, and is also CaO-and Fe2O3-rich. Fe2+/Fe3+ ratios are 34% Fe3+/ 66% Fe2+ in allanite from granite and 24-25% Fe3+ / 76-75% Fe2+ in allanite from syenite and monazite as determined by Mössbauer spectrometry. Allanite in and from syenite shows a larger degree of Ca substituion by REE in A1/ A2 sites than allanite in granite, with complete filling if A sites by REE. Allanite in monazite an from syenite are similar to allanite in carbonatite and associated to hydrothermal veins. Allanite from granite is similar to allanite from other granites and granite pegmatites. Allanite in monazite and from syenite crystallized from hydrothermal igneous fluids while allanite crystallized directly from a granite melt.