UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 063

TEREZA CRISTINA JUNQUEIRA BROD

DATA DA DEFESA: 29/08/2003
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: MINERALOGIA E PETROLOGIA
ORIENTADOR: Prof. José Carlos Gaspar (UnB)
EXAMINADORES: Herbet Conceição - UFBA; Evandro Fernandes de Lima - UFRGS; Nilson Francisquini Botelho - UnB; Sylvia Maria de Araújo - UnB

Palavras-chave:  Mafurito, Ugandito, Kalsilite, Diatrema, Piroclástica, Brecha, Tufo, Lapíli Acrescionário, Surge

Área de Trabalho: Sul do Estado de Goiás

RESUMO

A Província Alcalina de Goiás (PAGO), de idade Cretácea Superior, está localizada ao longo de uma região alongada no sentido NW, com cerca de 250 x 70 Km, e consiste de complexos plutônicos máfico-ultramáficos alcalinos na porção norte, corpos subvulcânicos na porção central e derrames de lava kamafugítica na porção sul. Esta província contém uma das maiores exposições conhecidas de rochas kamafugíticas, incluindo os derrames da região de Santo Antônio da Barra. O volume de lava nestes derrames atinge pelo menos 23 Km3, distribuídos por uma área de 371 Km2, o que os torna a maior acumulação de lava kamafugítica conhecida no mundo. O volume de lava calculado é consistente com câmaras magmáticas equivalentes em tamanho aos complexos plutônicos do norte da PAGO, ou aos complexos da associação kamafugito-carbonatito da Província Ígnea do Alto Paranaíba.
Aspectos de campo e petrográficos de rochas kamafugíticas coerentes de Santo Antônio da Barra (SAB), na porção sul da PAGO, e de Águas Emendadas (AE) na porção central da província são descritos neste trabalho. As variáveis intensivas do magma kamafugítico, inferidas a partir de simulações utilizando dados de geoquímica de rocha total, são utilizadas para prever o comportamento do magma kamafugítico, desde sua origem no manto, até sua colocação final como câmaras magmáticas, diatremas ou derrames. Na maioria dos casos, as evidências indicam que ocorreram processos de diferenciação em câmaras magmáticas profundas, rasas, ou ambas, durante a evolução dos magmas kamafugíticos. A discordância entre o embasamento Pré-cambriano e as rochas sedimentares Fanerozóicas é o local mais provável para o estabelecimento das câmaras rasas, mas mesmo as câmaras mais profundas estariam localizadas no domínio da crosta superior. CO2 parece ter sido a fase volátil mais importante. Uma combinação de várias trajetórias evolutivas possíveis, envolvendo cristalização fracionada, mistura de magmas e imiscibilidade de líquidos é adotada para explicar o amplo conjunto de feições observadas nos kamafugitos da PAGO.
A porção central da PAGO é caracterizada por diatremas kamafugíticos, os quais chegam a aflorar continuamente por até 850 m, consistindo de um corpo central de brecha, circundado e recoberto por derrames, e cortado por diques. As brechas contêm tipos especiais de fragmentos juvenis esferoidais, a saber: lápili acrescionários, lápili com armadura, gotas de magma, spinning droplets e wrapped fragments. Bolsões de tufo que ocorrem no interior das brechas possuem texturas e estruturas que lembram as encontradas em depósitos sub-aéreos do tipo surge, mas que foram formadas em regime confinado, com alta razão gás/(sólido+líquido), no interior do conduto vulcânico. A colocação dos diatremas provocou na encaixante efeitos como metamorfismo de contato, formação de disjunções colunares e de rochas mistas semelhantes a peperitos. Não foi encontrada evidência de atividade freatomagmática nos diatremas.
A organização interna de dois diatremas (Águas Emendadas e Neuzinha) e de um pequeno conduto preenchido por brecha (Tigre), bem como os critérios para o reconhecimento de diferentes fácies em diatremas kamafugíticos são descritos neste trabalho. Uma extensa base de dados texturais e composicionais foi coletada no campo e analisada com o emprego de técnicas estatísticas multivariantes. Combinado com observações de campo, este procedimento permitiu definir um conjunto de fácies para os diatremas kamafugíticos, entender a estrutura interna dos corpos estudados e efetuar correlações entre eles. Sete fácies distintas foram reconhecidas. A Fácies de Conduto Fluidizada representa sistemas de alta energia, caracterizada por magma altamente fluidizado, mas apenas moderadamente fragmentado. Ela ocorre em ambiente confinado, e é típica das partes mais profundas do conduto, antes de o sistema fluidizado atingir o nível do diatrema. Grandes quantidades de spinning droplets são formados nesta região. A Fácies de Conduto-Diatrema Fluidizada é característica de profundidades intermediárias no conduto, com menor grau de confinamento, onde sistemas com alto grau de fluidização e de fragmentação são capazes de gerar grandes quantidades de fragmentos de tamanho cinza. A abundância de spinning droplets diminui e fragmentos juvenis sem estruturação são muito comuns nos depósitos desta fácies. Xenólitos da encaixante imediata do diatrema aparecem pela primeira vez no interior das brechas. A Fácies Fluidizada Fragmentada e a Fácies Magmática Fluidizada dominam a parte mais rasa do diatrema e são responsáveis pela maior parte dos materiais que o preenchem. Elas produzem depósitos muito heterogêneos e podem ser distinguidas uma da outra pelo grau de fluidização muito mais alto, grau de fragmentação mais alto e maior energia do sistema associado com a Fácies Fluidizada Fragmentada. Esta última ocupa uma poção mais central no diatrema e é caracterizada pela presença comum de bolsões de tufo, fragmentos de tufo, lápili acrescionários e com armadura. A Fácies Magmática Fluidizada, por outro lado, tipicamente ocupa a porção mais externa do diatrema, e pode ser distinguida da Fácies Fluidizada Fragmentada pela predominância de lápili em relação a cinzas e pela presença de abundantes wrapped fragments. A Fácies Magmática e a Fácies Magmática Coerente são volumetricamente subordinadas e representam os estágios mais tardios de evolução do diatrema, onde material menos fragmentado e menos fluidizado, ou até mesmo lava, extravasam de maneira relativamente calma, após a principal atividade explosiva, que gerou o próprio diatrema. Finalmente, uma Fácies de Borda pode estar presente. Nos diatremas de Águas Emendadas e Neuzinha, esta Fácies de Borda é indicada pela presença de freqüentes fragmentos de rochas semelhantes a peperitos, formadas pela interação entre magma fluidizado e o arenito friável da encaixante.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 063

DATE OF ORAL PRESENTATION: 29/08/2003
TOPIC OF THE THESIS: MINERALOGY AND PETROLOGY
SUPERVISOR: Prof. José Carlos Gaspar (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Herbet Conceição - UFBA; Evandro Fernandes de Lima - UFRGS; Nilson Francisquini Botelho - UnB; Sylvia Maria de Araújo - UnB

KeyWords: Mafurite, Ugandite, Kalsilite, Diatreme, Pyroclastic, Breccia, Tuff, Accretionary Lapilli, Surge

ABSTRACT

The Late Cretaceous Goiás Alkaline Province (GAP) is located along a 250 x 70 Km, NW-trending region, and consists of mafic ultramafic alkaline plutonic complexes in the north, sub-volcanic bodies in the central portion and kamafugitic lava flows in the south. This provice contains some of the largest known kamafugite exposures, including the Santo Antônio da Barra flows. The lava volume in these flows reaches at least 23 Km3, spread over an area of 371 Km2, and are the world’s largest known kamafugite lava accumulation. The calculated lava volume is consistent with magma chambers equivalent in size to the plutonic complexes in the north of the Province, or with the kamafugite-carbonatite complexes in the nearby Alto Paranaíba Igneous Province (APIP).
Field and petrographic aspects of coherent kamafugites from Santo Antônio da Barra (SAB), in southern GAP, and from Águas Emendadas (AE) in central GAP are described. Intensive variables inferred from simulations using whole-rock chemical data are used to constrain the behaviour of these kamafugitic magmas from their origin in the mantle to their final emplacement as upper-crust magma chambers and as diatreme structures, or as lava flows. In most cases, evidence indicates that differentiation in both deep- and shallow-seated magma chambers intervened in the evolution of these magmas. The discordance between the Precambrian basement and the Phanerozoic sedimentary rocks is the most likely site for the establishment of the shallow chambers, whereas the deeper chambers were probably located in the upper crust. CO2 seems to be the most important volatile phase. An interplay of various possible evolution paths, involving crystal fractionation, magma mixing and liquid immiscibility is invoked to explain the whole range of observed features in GAP kamafugites
The central GAP is characterized by kamafugitic diatremes, which may crop out continuously for up to 850 m, consisting of a central breccia body, surrounded and overlain by lava flows and crosscut by dykes. The breccias contain some special types of spheroidal juvenile fragments, namely accretionary and armoured lapilli, frozen droplets, spinning droplets and wrapped fragments. Irregularly shaped tuff pockets occurring within the breccias contain textures and structures resembling those of subaerial surge deposits but formed in confined, high gas/(solid+liquid) ratio domains within the conduit. Diatreme emplacement affected the country rock through thermal metamorphism, development of columnar jointing and formation of peperite-like mixtures. There is no evidence of phreatomagmatic activity in the diatremes. This implies that features like accretionary lapilli and peperites are not exclusively associated with H2O-dominated processes.
The internal organisation of two diatremes (Águas Emendadas and Neuzinha) and one small breccia-filled conduit (Tigre), and the criteria for facies recognition in these structures are described. An extensive textural and compositional dataset was collected in the field and analysed by multivariate statistic techniques. Combined with field observations, this allowed us to define a set of facies for kamafugitic diatremes, to understand the internal structure of the studied bodies and to correlate them. Seven distinct facies were recognized. The Fluidised Conduct Facies represents high energy systems characterized by strongly fluidised but only moderately fragmented magma. It occurs in a confined environment, and is typical of deeper parts of the conduit, before the actual diatreme level is reached by the ascending fluidised system. Large amounts of spinning droplets are formed within this region. The Fluidised Conduit-Diatreme Facies is characteristic of intermediate depths in the conduit, where highly fluidised and highly fragmented systems produce large amounts of ash. Spinning droplets decrease in abundance and ordinary juvenile fragments become very common in this facies, and xenoliths from the country rock in the immediate vicinity of the diatreme appear for the first time. The Fluidised-Fragmented Facies and the Magmatic-Fluidised Facies dominate the shallower part of the system, and make up most of the actual diatreme filling materials. They produce very heterogeneous deposits, and can be distinguished from one another by the much higher degree of fluidisation, higher fragmentation and higher system energy associated with the Fluidised-Fragmented Facies. The latter occupies the more internal part of the diatreme, and is characterised by the common presence of tuff pockets, tuff fragments, and accretionary and armoured lapilli. The Magmatic-Fluidised Facies, on the other hand, typically occupies the outer portion of the diatreme and can be distinguished from the Fluidised-Fragmented Facies by the dominance of lapilli over ash and by the presence of abundant wrapped fragments. The Magmatic Facies and the Coherent Magmatic Facies are volumetrically subordinate and represent late stages, where less fluidised and less fragmented material, or even coherent magma erupts in a relatively calm way, following the main explosive activity that generated the diatreme itself. Finally, a Border Facies may occur, basically defined by the increased abundance of material from the immediate country rock. At Águas Emendadas and Neuzinha this is marked by frequent fragments of peperite-like rock, formed by the interaction of the fluidised magma with friable sandstone.