UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 083

ANA MARÍA CORREA MARTÍNEZ

DATA DA DEFESA: 17/12/2007
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: MINERALOGIA E PETROLOGIA
ORIENTADOR: Prof. Marcio Martins Pimentel (UnB)
EXAMINADORES:  Prof. Hardy Jost  (UnB); Prof. Reinhardt Adolfo Fuck (UnB); Profa. Maria da Gloria da Silva (UFBA); Prof. Umberto G. Cordani (USP)

Palavras-chave:  peridotito, cromitito, rocas metamáficas, ofiolito, retro-arco, Andes Colombianos

RESUMO

     Estudos petrográficos, geoquímicos, geocronológicos e isotópicos realizados nesta pesquisa permitiram estabelecer relações genéticas entre corpos de rochas ultramáficas e um conjunto de unidades máficas que ocorrem na cidade de Medellín e adjacências, na região do vale de Aburrá, setor noroeste da Cordilheira Central da Colômbia. As rochas ultramáficas compõem o Maciço Ultramáfico de Medellín e as unidades máficas são conhecidas como Metagabro de El Picacho, Metagabro de Boqueron e Anfibolito de Santa Elena.

O Maciço Ultramáfico de Medellín consiste principalmente de dunito e em menor proporção de cromititos, harzburgito, diques ultramáficos e wehrlito. Peridotito intensamente recristalizado ocorre na base dos corpos ultramáficos. Há harzburgito com ortopiroxênio preservado (Tipo-I) e harzburgito onde o ortopiroxênio foi totalmente substituído por pseudomorfos (Tipo-II). Dunito ocorre em corpos extensos e também em bandas dentro de harzburgito Tipo-II. Os cromititos podiformes com envelopes de dunito estão associados com harzburgito Tipo-II. Wehrlito ocorre em corpos pequenos e esparsos na parte mais superior da seção ultramáfica próximo ao limite com a crosta máfica.

Harzburgito Tipo-I é interpretado como peridotito residual após aproximadamente 15 a 17% de fusão parcial do manto lherzolítico. Dunito em bandas intercaladas com harzburgito Tipo-II é interpretado como resultante da interação fusão/rocha, ou seja, da reação do harzbugito com fusões percolantes dos tipos MORB ou BABB. Wehrlito é interpretado como peridotito impregnado resultante da interação de dunito com fusões do tipo MORB (ou BABB) e provavelmente também com fusões hidratadas.

Os cromititos podiformes são principalmente concordantes e, em menor proporção, discordantes dos peridotitos hospedeiros. Os cromititos são do tipo rico em alumínio e exibem diferenças composicionais entre alguns depósitos. Estas diferenças são interpretadas como devidas a históricos de cristalização distintos ou à precipitação a partir de magmas com composições variáveis devido à mistura de magmas. Os resultados isotópicos de Re-Os em cromititos, dunito e harzburgito confirmam a existência de magmas com composição isotópica distinta. Há evidências de que processos de reação entre fusões percolantes e o harzburgito hospedeiro foram importantes no maciço peridotítico e provavelmente estas interações permitaram a formação dos cromititos. Desta maneira muitas das concentrações de cromita provavelmente cristalizaram como resultado da saturação em cromo dos magmas percolantes depois da sua interação com os peridotitos.

O conjunto de dunito, harzburgito Tipo-II, cromititos e wehrlito é interpretado como a Zona de Transição do Ofiolito de Aburrá, onde aconteceram reação e impregnação. O ofiolito é classificado como do tipo Harzburgito.

A evolução tectonomagmática do maciço peridotítico compreendeu pelo menos dois estágios. Durante o primeiro estágio uma suite composta de espinélio harzburgito foi formada durante a fusão parcial do manto. No segundo estágio o espinélio harzburgito foi afetado pela percolação de fusões tipo MORB ou BABB.

O Metagabro de El Picacho preserva estruturas, texturas e composição ígneas dos protólitos que permitem classificá-las como cumulatos gabróicos. São equivalentes aos gabros acamadados ou inferiores de outros ofiolitos como o de Omã. A presença de pargasita nos metagabros e nos wehrlitos adjacentes sugere processo tardi-magmático comum entre a parte superior da zona de transição do manto e a crosta máfica inferior do ofiolito. Esta unidade apresenta evidência de recristalização na crosta oceânica produzida por deformação dinâmica e alteração hidrotermal em temperaturas decrescentes desde ~850 até ~550º C em condições de baixa pressão (<2 kbar). Plagiogranitos associados aos metagabros possivelmente se formaram a partir da fusão parcial dos gabros sob regime de alteração hidrotermal de alta temperatura ou deformação sin-alojamento.

O Metagabro de Boquerón consiste em rochas metagabroicas cujo protólito tinha uma razão La_N/Yb_N (0.89-1.48) maior do que o protólito dos metagabros de El Picacho (La_N/Yb_N < 0.64). Estes gabros apresentam semelhanças com os gabros isotrópicos, varitexturados e superiores do ofiolito de Omã. Exibem evidências de alteração hidrotermal de fundo oceânico ocorrida a temperaturas (~680 e 550º C) menores do que nas rochas de El Picacho e novamente deformados provavelmente após alojamento no continente. 

Os Anfibolitos de Santa Elena correspondem principalmente a lavas máficas ou também a metagabros. Suas características químicas indicam que foram líquidos do tipo MORB que guardam semelhanças com as lavas e diques de Omã. Exibem evidências de ter atingido equilíbrio metamórfico na fácies anfibolito, mas as paragêneses metamórficas registram diferenças de pressão e temperatura ao longo da unidade. Essas diferenças podem ser atribuídas em parte à sua proximidade ao contato com os peridotitos e a corpos intrusivos, os quais podem ter afetado termicamente as associações metamórficas pretéritas.

Idade U-Pb obtida em zircão de um plagiogranito é de aproximadamente 216,6±0,4 Ma e é interpretada como o evento de deformação e fusão parcial dos gabros na crosta oceânica, ou seja, que indica a idade mínima do ofiolito.

As composições isotópicas de neodímio nas três unidades máficas são semelhantes e indicam derivação dos magmas originais de manto empobrecido. Alguns resultados de isótopos de Sr indicam possível interação com água do mar.

Enquanto nos metagabros foram preservadas evidências de metamorfismo de fundo oceânico, nos anfibolitos as características de alteração hidrotermal adquiridas no ambiente oceânico foram obliteradas. Esta maior deformação nos anfibolitos possivelmente aconteceu durante o empurrão intra-oceânico e alojamento na margem continental.

Os resultados obtidos nesta pesquisa permitem concluir que as unidades máficas, félsica, e o maciço ultramáfico representam um ofiolito, para o qual se propõe o nome de Ofiolito de Aburrá.

As características geológicas e geoquímicas de todas as unidades estudadas são consistentes com uma evolução conjunta num mesmo sistema oceânico do tipo retro-arco.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 083

DATE OF ORAL PRESENTATION: 17/12/2007
TOPIC OF THE THESIS: MINERALOGY AND PETROLOGYProf. Marcio Martins Pimentel (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Prof. Hardy Jost  (UnB); Prof. Reinhardt Adolfo Fuck (UnB); Profa. Maria da Gloria da Silva (UFBA); Prof. Umberto G. Cordani (USP)

KeyWords: peridotite, chromitite, metamafic rocks, ophiolite, Triassic, back-arc, Colombian Andes

ABSTRACT

Petrographic, gechemical, isotopic and geochronological studies carried out in this research aimed to establish the genetic relationships between a group of ultramafic bodies and a set of mafic belts that occur around the city of Medellín along the Aburrá Valley in the northwestern sector of the Colombian Central Cordillera.

The ultramafic rocks are part of the Medellín Ultramafic Massif, whereas the mafic units are named El Picacho Metagabbro, Boquerón Metagabbro and Santa Elena Amphibolite.

The Medellín Ultramafic Massif consists mainly of dunite and in less proportion of chromitites, harzburgite, ultramafic dykes and wehrlite. Strongly recrystallized peridotite occurs at the base such ultramafic bodies. Harzburgite with preserved orthopyroxene is denominated as I-Type, whereas harzburgite with pseudomorphos after orthopyroxene is denominated as II-Type. Dunite forms extensive bodies, but also occurs as milimetric to centimetric bands within II-Type harzburgite. Chromitite bodies with dunite envelopes are associated with II-Type harzburgite. Wehrlite are barely found in the uppermost part of the ultramafic section close to the limit of the mafic crust.

I-Type harzburgite corresponds to the lower peridotite within this mantle portion and it probably represents a residual peridotite after ~15-17% partial melting of lherzolite mantle. Dunite bands within II-Type harzburgite are interpreted as the result of melt/rock interaction of harzburgite with MORB or BABB melts. Wehrlite is interpreted as impregnated peridotite, resulting from the interaction between dunite and hydrous MORB (or BABB) melts.

Podiform chromitites are generally Al-rich and lie conformably within the host peridotite. They exhibit compositional differences among individual deposits, which are attributed to different crystallization histories or to slight differences in parent magma composition. Re-Os isotopic results obtained from chromitites, dunite and harzburgite also confirm the occurrence of melts with different Re-Os isotopic compositions. Reactions between host harzburgite and percolating melts with composition varying between mid-ocean ridge basalt (MORB) and back-arc basalt (BABB) types coupled with magma mixing probably played an important role in the formation of most chromitite bodies in the Aburrá Ophiolite. At least part of the chromitites crystallized owing to chrome saturation in the percolating melts after interaction with peridotites.

The group consisting of dunite, II-Type harzburgite, chromitites and wehrlite is interpreted as the Transition Zone of the Aburrá Ophiolite, and represent the loci where most of the impregnation and reactions took place. The overwhelming abundance of harzburgite among other lithotypes within the Aburrá Ophiolite lead to it’s classification as Harzburgite-Type.

At least two stages of tectonomagmatic evolution of the peridotites were identified. During the first stage, a suite of spinel harzburgite was formed after partial melting of the mantle. In the second stage, spinel harzburgite was affected by percolating MORB- or BABB-type melts. These processes probably took place in an oceanic back-arc environment.

El Picacho Metagabbro locally preserves most of its igneous structures, textures, and geochemical composition, which permits to consider as gabbroic cumulates. They are equivalent to the lower gabbros from other ophiolite such as Oman Ophiolite. Igneous pargasite have been identified in these metagabbros, as well as in the adjacent wehrlites. This is an indication that these amphiboles were produced through a post-magmatic process that usually take place between the upper part of the transition zone of the mantle and the lower part of the mafic crust of the ophiolites. This unit presents evidences of recrystallization within the oceanic crust produced by dynamic deformation and hydrothermal alteration at decreasing temperatures from ~850 to ~550º C and low pressure  (<2 kbar). Plagiogranites occur associated within these metagabbros, which might have been formed by partial melting of the gabbros promoted by high temperature hydrothermal alteration coupled with sin obduction deformation.

Boquerón Metagabbro might have had a much more fractionated protholith (La_N/Yb_N= 0.89-1.48) than El Picacho metagabbros (La_N/Yb_N < 0.64). The Boquerón unit resembles those varied-textured upper gabbros from Oman Ophiolite. They exhibit typical ocean floor-type hydrothermal alteration, and another metamorphism with temperatures range from~680 to 550º C, which were lower than those from El Picacho.  This metamorphism might have taken place after emplacement upon the continent. 

            Santa Elena Amphibolite might represent recrystallized mafic lavas or it may also correspond to metagabbros. The geochemical signatures indicate that they were MORB-Type magmas, which are similar to those from lavas and dykes from Oman Ophiolite. They exhibit metamorphic paragenesis which has equilibrated under the amphibolite facies conditions. Variations of pressure and temperatures were observed along this unit, which is ascribed to the thermal effect of the nearby intrusive bodies that may have modified the original metamorphic assemblage.

U-Pb dating carried out on zircon grains from the plagiogranite yielded a concordant age of 216.6±0.4 Ma, which is interpreted as the age of the deformation and partial melting of the gabbros within the oceanic crust, i.e. it can be considered as the minimum age of the ophiolite.

Neodymium isotopic compositions are very similar among the three mafic units, which indicate an origin from the same parental magma type which was derived from a depleted mantle source. Some strontium isotopic results indicate interaction with sea water.

Gabbroic rocks preserve most of the evidence of ocean floor metamorphism, whereas amphibolites has their igneous features and ocean floor alteration obliterated. This can be explained possibly because the amphibolite might have undergone stronger deformation rates during intra-ocean thrusting and emplacement upon the continental margin.

The results obtained in this study allow concluding that mafic and felsic rocks, and the ultramafic massif represent an almost complete ophiolite pile, which is named Aburrá Ophiolite.

The geological features and geochemical data shown in this study are consistent with the hypothesis that these ophiolitic units have evolved in an oceanic back arc-type environment.