MARIA GLÍCIA DA NÓBREGA COUTINHO
mgc@rj.cprm.gov.br

GEOLOGIA DOS DEPOSITOS DE OURO HOSPEDADOS EM ZONAS DE CISALHAMENTO NO NORDESTE DO BRASIL

Coutinho,M.G.N. 1994. Geologia dos depositos de ouro hospedados em zonas de cisalhamento no Nordeste do Brasil. Tese de Doutorado, University of London, England, 359 pp.

Palavras chave: Mineralizações de ouro, Provincia Borborema, Nordeste do Brasil

University of London, Royal Holloway and Bedford New College
Área de concentração: Geologia
Orientador: Prof. David H. Alderton
Banca: Prof. Paulo Garrard - Imperial College;
Data: 01/10/1994

RESUMO

Veios mesotermais portadores de ouro ocorrem na Província da Borborema no Nordeste do Brasil, e estão expostos em duas minas: São Francisco e Cachoeira de Minas.
Embora a Província da Borborema mostre uma complexa evolução crustal, a estrutura geral consiste de um mosaico de terrenos massiços Arqueano-Proterozoico Inferior circundados por cinturões dobrados. Duas feições tectônicas merecem destaque: shear zones de expressão crustal e o emplacement de batólitos e stocks de rochas graníticas relacionadas ao evento tectonico-termal Brasiliano-Pan Africano (0.9-0.5 Ga). A província e uma zona de médio-alto grau metamórfico onde se desenvolveram dois sistemas E-W de lineamentos em escala crustal (shear zones de primeira ordem) afastadas cerca de 150 km. Essas estruturas resultam num complexo sistema subsidiário  strike-slip shear zones  de direção N-NE, através do qual fluidos hidrotermais portadores de metal migraram para níveis crustais superiores. 0 regime de deformação e predominantemente plástico, embora deformações transicionais rúptil-plástica também ocorram. Veios mesotermais de quartzo mineralizados em ouro estão presentes nas shear zones (associadas a estruturas strike-slip ou thrust faults)  ou adjacentes a shear zones. A relação entre os veios mineralizados e a deformação sugere que a minealização e a shearing apresentam um overlap no tempo.
Veios portadores de ouro ocorrem numa ampla variedade de rochas encaixantes relacionadas ao embasamento arqueano, aos cinturões dobrados proterozóicos (seqüências metavulcano-sedimentares) e a granitóides de idades que variam desde o Proterozóico Inferior até o Proterozóico Superior, os quais intrudem tanto o embasamento coma as supracrustais. 0 embasmento consiste de terrenos gnaisse-migmatito-granítico caracterizado par uma transição de fácies metamórfica granulítica a anfibolítica (2700 C e 4.0 kb). As supracrustais consistem de xistos, gnaisses e, subordinadamente, anfibolitos, e são predominantemente miloníticas com foliação penetrativa. Os xistos contêm uma alta componente de vulcânicas félsicas, e máficas em menor propoção, coma também grauvacas, enquanto que os gnaisses são dominantemente derivados de granitos.
Condições metamórficas de P- T para as supracrustais são estimadas em 6000 C e 5.5 kb, indicando profundidade crustal de cerca de aproximadamente 25 km, característica de fácies anfibolítica. 0 estudo dos isótopos de Pb-Pb em rochas encaixantes da mineralização indicou uma idade de aproximadamente 1.0 Ga para uma isocróna Pb-Pb, cuja idade e interpretada coma a idade do metamorfismo regional e estabilização da fácies anfibolítica na crosta.
AssembIéia mineral em equilíbrio nestas litologias confirmam que as rochas foram submetidas subseqüentemente a retrometamorfismo sob condições  de fácies greenschist de baixo gráu   (3500 C).
Magmatismo calcialcalino associado à Orogenese Brasiliana resultou em granitos híibridos tipo S-I, cujo quimísmo é consistente com a derivação em ambiente tectônico do tipo colisional continente-continente ou arco magmático. A ampla dispersão de veios portadores de ouro encaixados nestes granitóides reflete uma ligação genética entre o magmatismo e as mineralizações de ouro.
0 estudo da mineralogia do minério associado com as evidências do regime de deformação em sulfeto permitiu caracterizar três estágios de deposição na seqüência paragenética do ouro. No primeiro estágio, sob condição rúptil, a assembléia mineral é caracterizada por minerais de titânio, óxido de ferro e os primeiros sulfetos (pirrotita e pirita), os quais foram formados pela desestabilização dos minerais máficos das litologias encaixantes. Fluidos enriquecidos em CO2 criaram condições para a precipitação de metais, onde o ouro ocorre com sub-partículas (invisíveis) associadas à superfície dos sulfetos (pirita e calcopirita). 0 segundo estágio é marcado por um alto aporte de elementos adicionais, particularmente aqueles que sugerem influência granítica (e.g. Bi, Te, Mo, F, e B). 0 ouro e liberado dos sulfetos durante este estágio ocorre com  ouro visível associado com sulfetos recristalizados e intercrescidos com minerais de bismuto e selênio/telúrio. 0 último estágio desenvolveu-se sob condiçõeses de regime tectônico extensional e é caracterizado por um enriquecimento em Pb, Te e Au. A mineralização ocorre sob a forma de  fino-médio grãos de ouro associados à sulfetos com  textura annealed. A mineralogia da ganga e dominada par quartzo e turmalina.
A geoquímica das zonas de alteração indica urna expressiva adição de K e menor proporção de Ti, Fe e Mn. As áreas mineralizadas são enriquecidas numa suíte distinta de elementos químicos tais coma: Ba, Pb, Th, V, Zn, Se, Ga, Y, Rb, Nb e Nd. Empobrecimento em Ca e Na são típicos. Os altos valores de K, Ba, Rb e Bi nas zonas potássicas e a presença de zonas ricas em turmalina sugerem  associação paragenética magmático-hidrotermaI. 0 mesmo padrão de zonas de alteraçã presente em diferentes litologias encaixantes reflete que as rochas foram submetidas aos mesmos processos metassomáticos, como também é indicativo que a composição do fluido hidrotermal não foi controldada pela química das rochas encaixantes.
A relação entre deformação, mineralização de ouro e zonas de alteração indica que as zonas de alteração desenvolveram-se antes da minaralização de ouro, possivelmente ao mesmo tempo, que a precipitação dos primeiros sulfeto. A mineralização de ouro overprint  o metamorfismo regional e é contemporânea e/ou tardia em relação ao retrometamorfismo e ao evento plutônico-tectônico final.
Os resultados dos isótopos de chumbo em sulfetos associados ao ouro em veios de quartzo sigerem um model age  de 0.8-0.6 Ga, indicando duas fases de deposição para o ouro. Os dados de isótopos de Pb-Pb indicam que a mineralização de ouro foi formada após o pico do metamorfismo regional.
0 fluido hidrotermal, do qual os veios de quartzo mineralizados em ouro foram cristalizados é rico em CO2 (3.0-23.0 mole %) e caracteriza-se par baixa salinidade (≈6.0 eq. % NaCl) e baixa quantidade de CH4 (3-10 mole %). 0 fluido era originalmente homogêneo e CO2-rico, mas processos subseqüentes de imiscibilidade de fluidos causaram a separação em duas rases: CO2rrico e CO2pobre ou H2O-CO2 . A imiscibilidade de fluidos está relacionada a episódios de fraturamento hidráulico, responsáveis pelas flutuações de pressão durante o crescimento dos veios de quartzo por mecanismos tipo crack-seal.  Condições de P- T durante a deposição do ouro determinadas par vários métodos (geotermometria da clorita, assembléia paragenética do minério, texturas em piritas, temperatura de homogeinização dos fluidos, isochoras das inclusões fluidas) indicam que o ouro precipitou a 270oC  e 1.0-3.4 kb.
Análises de isótopos estáveis das inclusões fluidas nos veios de quartzo portadores de ouro indicam que o carbono (∂18C), tem origem magmáitica, possivelmente derrivado do manto. Há um amplo espectro nos valores de ∂18O em quartzo (7.0 a 14.5 0/00), sugerindo uma mistura de fluidos de diferentes fontes, incluindo origem relacionada à água meteórica.
Com base nos presentes estudos realizados na Província Borborema, observa-se que a área mostra uma complexa evolução geológica conforme demonstrado em diferentes pesquisas anteriores. 0 modelo de mineralização evoca diferentes fontes para o fluido e o minério. A fonte do ouro está provavelmente relacionada ao magmatismo calcialcalino, derivado da fusão da crosta inferior ou do manto superior. Algum ouro adicional old gold poderá ter sido remobilizado das litologias encaixantes (previamente enriquecidas em ouro) e ter sido incorporado ao sistema hidrotermal pelos fluidos mineralizantes.
0 ponto principal que emerge no presente estudo, e o qual é diferente, é a importância do magmatismo e fluidos relacionados a correntes meteóricas, tais com são evocados para o clássico modelo porphyry Cu  ou mineralizaões Sn- W relacionadas à granitos.
Trabalhos exploratórios devem concentrarem-se nos cinturões dobrados localizados mais a oeste da província, em ambientes back-arc basins, afastados de prováveis zonas de subducção e, particularmente, onde as shear-zones subsidiárias estejam presentes.

MARIA GLÍCIA DA NÓBREGA COUTINHO
mgc@rj.cprm.gov.br

GOLD MINERALIZATION IN ARCHAEAN BANDED IRON-FORMATION OF THE QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MINAS GERAIS, BRAZIL - THE CUIABÁ MINE

Coutinho,M.G.N. 1994. Geology of the shear-zone hosted gold deposits in Northeast of Brazil. Tese de Doutorado, University of London, England, 359 pp.

KeyWords: Gold mineralization, Borborema Province, Northeast Brazil

University of London, Royal Holloway and Bedford New College
Topic of the thesis: Geology
Advisor: Prof. David H. Alderton
Commitee: Prof. Paulo Garrard - Imperial College;
Date: 01/10/1994

Mesothermal gold-bearing quartz veins are widespread in the Borborema Province in N.E. Brazil and well exposed in two active mines: São Francisco mine and Cachoeira de Minas mine.
Although the Borborema Province shows a complex crustal evolution, the general structure consists of a mosaic of Archaean-Early Proterozoic massif terranes surrounded by Proterozoic fold belts. The major tectonic features are the development of crustal-scale shear zones and the emplacement of batholiths and stocks of granitoid related to the Brasiliano-Pan African thermal-tectonic event (0.9-0.5 Ga). The province is a medium to high-grade metamorphic zone cut by two E-W crustal-scale lineament systems or first order shear zones, about 150 km apart. These structures developed a complex anastomosing network of thrust faults and subsidiary strike-slip shear zones. Deformation is predominantly in the plastic regime, although plastic-brittle deformation also occurs. Many subsidiaries N to NE trending structures are characterised as second-order shear zones, which allowed the migration of metal-bearing hydrothermal fluids and provided sites for mineralization. Mesothermal lode gold deposits occur either within the shear zones, on the limbs of folds commonly associated with thrust faults and strike-slip faults, or in close association with major shear zones. The relationship between the quartz veins and the deformation indicates that mineralization and shearing overlapped in time.
Gold-bearing quartz veins occur in a variety of host rocks: Archaean basement, Early Proterozoic metavolcanic-sedimentary fold belts, and Early to Late Proterozoic granitoids that intruded both the supracrustal and basement rocks. The basement consists of gneiss-migmatite-granite terranes and is characterised by a transition from granulite to upper amphibolite facies (720°C and 4.0 kb). The Proterozoic supracrustals consist of schists and gneisses, and minor amphibolite, and are predominantly mylonitic with a penetrative foliation. Schists contain a high component of felsic, and minor mafic volcanics and greywackes, and gneisses are predominantly granite-derived. Maximum metamorphic conditions for metavolcanic-sedimentary rocks are estimated at 55 kb and 600°C, suggesting a depth of ≈ 25 km and characteristic of amphibolite facies. A lead isotope study of the host rocks to the mineralization has yielded a Pb-Pb isochron age of ≈ 1.0 Ga, regarded as the time of regional high-grade metamorphism, and stabilisation of amphibolite facies crust. Mineral assemblages in all lithologies confirm that these rocks were subsequently subjected to a retrogressive metamorphism in the subgreenschist facies  (350° C).
Calc-alkaline magmatism associated with the Brasiliano Orogeny resulted in hybrid S-I type granites, the chemistry of which is consistent with derivation in either a continent-continent collision or continental magmatic arc tectonic setting. The widespread gold-bearing quartz veins hosted by calcalkaline magmatism reflect a genetic link between the magmatism and the gold mineralization.
Ore-mineral studies have placed constraints on the gold metallogenesis and these, combined with the structural information, suggest three stages of mineralization. In the first stage, during brittle deformation, the mineral assemblage is characterised by titanium, iron oxides and the early sulphides (pyrrhotite and pyrite), which were formed by the destabilisation of mafic minerals in the host lithologies. Fluids enriched in CO2 and S provided conditions for the precipitation of metals, and gold occurs as submicron particles associated with pyrite and chalcopyrite. In the second stage there is a greater input of additional elements, particularly those which indicate a granitic influence (e.g. Bi, Te, Mo, F and B). The gold liberated from the sulphides during this stage occurs as visible gold associated with recrystallised sulphides or intergrowths with bismuth and selenium/tellurium minerals. The last stage developed under an extensional tectonic regime and is characterised by an enrichment in lead, tellurium and gold. The mineralization occurs in fine to medium-grained annealed sulphides. The gangue mineralogy is dominated by quartz and tourmaline.
The geochemistry of the wallrock alteration indicates massive additions of K, and less Ti, Fe and Mn. The mineralized areas are enriched in a distinctive suite of trace elements: Ba, Pb, Th, V, Zn, Se, Ga, Y, Rb, Nb, and Nd. Depletions in Ca and Na are typical. The high values of K, Ba, Rb, and B in the potassic and tourmaline-rich alteration suggest a magmatic-hydrothemal paragenetic association.
The same pattern of wallrock alteration occurred in different host lithologies, suggesting that the rocks were all subjected to the same metasomatic processes and also that the hydrothermal fluid composition was not controlled by the chemistry of the host rocks.
The relationships between deformation, gold mineralization, and wallrock alteration indicate that the wallrock alteration took place before the gold mineralization, possibly at the same time as some of the early sulphide-rich mineralization. The gold mineralization overprints regional metamorphism and is contemporaneous with, and/or later than, retrogressive metamorphism and the terminal plutonic deformation event.
Lead isotope results from sulphides associated with gold-bearing quartz veins show a model age of 0.8-0.6 Ga. The lead isotope data suggest that gold mineralization was formed after peak metamorphism.
The hydrothermal fluid from which the gold-bearing quartz veins crystallised is CO2-rich (3.0-23.0 mole %) and characterised by low salinity (≈ 6.0 eq. wt % NaCI) and minor amounts of CH4 (3-10 mole %). The fluid was originally homogeneous and CO2-rich, but the subsequent immiscibility process caused separation of CO2-rich and CO2-poor or H20-CO2 phases. The unmixing of fluids was related to episodic hydraulic fracturing, which provided pressure fluctuations during the growth of the veins by multi-increment crack-seal deformation.
P- T conditions during mineralization have been constrained by a variety of methods (chlorite geothermometry, ore mineral assemblages and pyrite texture, temperature of fluid inclusion homogenization and fluid inclusion isochors) and indicate that gold precipitated at 270-350 0C and 1.03.4 kb.
Stable isotope analyses of fluid inclusions in gold-bearing quartz veins indicate that the carbon (δ13C) has a magmatic, possibly mantle, derivation. There is a large scatter in the δ18O quartz values (7.0 to 14.5 0/00), suggesting mixing of fluids from different sources, including that of meteoric water.
On the basis of these studies the Borborema Province is shown to have had a complex geological evolution. The model for mineralization invokes several sources for the fluids and the ore components; the importance of granitic magmatism and convecting meteoric fluids is highlighted. Further exploration should be concentrated in fold belts which represent former back-arc basins, and particularly where these contain subsidiary shear zones.