UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA - INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO No240

LINCOLN SIEPIERSKI

GEOLOGIA E PETROLOGIA DO PROSPECTO GT-34: EVIDÊNCIA DE METASSOMATISMO DE ALTA TEMPERATURA E BAIXA ƒO2, PROVÍNCIA MINERAL CARAJÁS, BRASIL

Data da defesa: 09/05/2008
Área de concentração: Prospecção e Geologia Econômica
Orientador:  Prof. Cesar Fonseca Ferreira Filho (UnB)
Banca Examinadora: Prof. Nilson Francisquini Botelho (UnB); Profa. Lydia Maria Lobato (UFMG)

Palavras Chaves: Carajás, metassomatismo, alteração, IOCG, ortopiroxênio, apatita, litogeoquímica

Limites de Retângulo Envolvente:
Folha ao Milionésiomo:
Estado: PA

RESUMO    

A área GT-34, localizada na Província Mineral de Carajás, encontra-se situada no domínio gnáissico-migmatítico do Complexo Xingu (Silva et al.,1974). Caracteriza-se por apresentar zonas ricas em sulfetos hospedadas em corpos irregulares constituídos por rochas brechadas e/ou litologias ricas em ortopiroxênio-anfibólio, que afloram entre rochas gnáissicas. As rochas brechadas são constituídas por abundantes fragmentos heterogêneos resultantes da alteração do gnaisse encaixante. Os corpos enriquecidos em sulfetos ocorrem ao longo de uma faixa com direção geral NE-SW de aproximadamente 1,5 km de comprimento, atingindo localmente 500 m de profundidade. Essas zonas ricas em sulfetos ocorrem intimamente associadas a rochas costituídas dominantemente de ortopiroxênio (ortopiroxenititos) e anfibólio, consideradas como formadas por metassomatismo.
As intersecções ricas em sulfetos variam de centimétricas a decamétricas. Ortopiroxenititos brechados com injeções de veios ricos em sulfetos são observados em vários pontos do GT-34. Nestas zonas observam-se brechação e substituição parcial do ortopiroxenitito por uma associação contendo sulfetos com proporções variadas de apatita, escapolita e hornblenda. Zonas enriquecidas em sulfetos ocorrem como vênulas discretas, como sistema de veios tipo “stock-work”, ou como zonas brechadas, semi-maciças, contendo fragmentos de ortopiroxenitito parcialmente alterado. Apatita ocorre invariavelmente associada e pode alcançar até 25% em volume nas amostras com sulfetos semi-maciços e veios enriquecidos. A abundância de apatita nestas zonas enriquecidas em sulfetos resulta em alto conteúdo em P, alcançando até 7,9 % em peso e com vários resultados analíticos entre 1 e 5% em peso, evidenciando uma correlação geoquímica positiva entre P e S. As zonas sulfetadas são enriquecidas em Fe o que reflete a paragênese dos sulfetos dominada por pirrotita, com pirita, calcopirita e pentlandita associadas; contudo, as rochas metassomatizadas vizinhas a essas zonas sulfetadas não são enriquecidas em Fe. Os ortopiroxenititos são caracterizados pelo alto conteúdo de Mg (>3 % em peso) e estão associados às zonas sulfetadas porém, nem sempre, representam as rochas hospedeiras desses corpos.
A composição dos cristais de ortopiroxênio de diversas áreas do GT-34 é similar. O conteúdo de En nessas amostras varia de 68,0 a 77,5% e não mostra correlação significativa com o conteúdo de TiO2, Cr2O3, CaO e Al2O3. Quando comparados a cristais de ortopiroxênio com conteúdo similar de En provenientes de intrusões acamadadas máficas-ultramáficas, os cristais de ortopiroxênio do GT-34 exibem invariavelmente baixo conteúdo de TiO2, Cr2O3, CaO e Al2O3. Igualmente, os ortopiroxenititos possuem conteúdo extremamente baixo de Cr2O3 (< 0.01 % em peso; ou 22 a 71 ppm Cr) e TiO2 (0.03 a 0.14 % em peso), confirmando o mesmo aspecto composicional distinto quando comparado com ortopiroxenitos de origem magmática. Essas características sustentam a interpretação que os cristais de piroxênios, e por associação, os ortopiroxenititos do GT-34 foram originados por processos metassomáticos.
 A evolução composicional dos ortopiroxenititos com ou sem sulfetos, e das rochas ricas em sulfetos sugere que a formação das zonas sulfetadas resulta da substituição moderada a extensiva das rochas ricas em ortopiroxênio. O conteúdo de ETR encontrado nas rochas ricas em sulfetos é diretamente correlacionável a abundância de apatita. Esta correlação é também observada no gráfico Ce x P2O5 que indica a substituição progressiva do ortopiroxenitito pelos termos mais ricos em apatita-sulfeto.
A interpretação dos dados disponíveis do GT-34, portanto, sugere que as rochas ricas a ortopiroxênio representem metassomatitos de alta temperatura desenvolvidos sobre rochas gnáissicas (Fase 1), seguido por evento posterior caracterizado por brechação, percolação de fluídos e deposição de sulfetos (Fase 2). As condições geológicas apropriadas para desenvolver um sistema metassomático equivalente ao observado no GT-34 (P>0,5 Kb), sugerem temperaturas superiores a 700°C, compatíveis com a cristalização de ortopiroxênio. A Fase 2 no sistema GT-34 consiste no desenvolvimento de brechação e venulação nos ortopiroxenitos e gnaisses, com cristalização de sulfeto e apatita. Este processo promoveu a concentração de diversos elementos (ex.: P, F, S, ETR, Fe, Cu, Co, Ni, etc). A associação espacial entre essas litologias sugere uma relação genética entre o processo de alteração inicial (Fase 1) e a sulfetação tardia (Fase 2). Apesar disso, observa-se que o enriquecimento e empobrecimento relativos de diversos elementos são distintos nas duas fases, indicando que os fluidos associados ao metassomatismo e/ou as condições físicas atuantes durante o processo de alteração foram significativamente diferentes. As zonas ricas em sulfetos possuem abundantes sulfetos portadores de ferro (pirrotita-pirita-calcopirita-pentlandita) e são desprovidas de óxidos de ferro (magnetita ou hematita). A cristalização de pirrotita e pirita na ausência de óxidos de Fe indica condições de alta fugacidade de enxofre (fS2) e baixa fugacidade de oxigênio (fO2). A temperatura de cristalização para as fases ricas em sulfetos pode ser inferida pela presença de hornblenda associada, sugerindo temperaturas superiores a 500°C, na ausência de ortopiroxênio (T < 700°C).
As características presentes no GT-34, quando comparadas com os depósitos de Cu-Au em Carajás, sugerem que o metassomatismo ocorreu em condições de alta temperatura e baixa fO2. Esses aspectos permitem indicar que o metassomatismo e sulfetação desenvolvidos no GT-34 ocorreram em nível crustal relativamente mais profundo, representando possivelmente zonas hipogênicas do sistema IOCG regional, com idade 2.5 Ga, da Província Mineral de Carajás.

  
UNIVERSITY OF BRASILIA- INSTITUTE OF GEOSCIENCES

MSc THESIS No 240

LINCOLN SIEPIERSKI

GEOLOGY AND PETROLOGY OF THE GT-34 PROSPECT: EVIDENCE OF HIGH TEMPERATURE METASSOMATISM ANDO LOW ƒO2, MINERAL PROVINCE OF CARAJÁS, BRAZIL

Date of oral presentation: 09/05/2008
Topic of the thesis:  Prospection and Economic Geology
Adviser: Prof. Cesar Fonseca Ferreira Filho (UnB)
Commitee: Prof. Nilson Francisquini Botelho (UnB); Profa. Lydia Maria Lobato (UFMG)

Keywords: Carajás, metasomatism, alteration, IOCG, orthopyroxene, apatite, lithogeochemistry

ABSTRACT

The GT-34 Prospect in the Carajás Mineral Province is located within older gneiss-migmatite terrains (Xingu Complex). Sulfide mineralization is hosted by irregular bodies of brecciated rocks and/or orthopyroxene-amphibole bearing rocks outcropping among gneissic rocks.  Distribution of sulfide-rich intervals form an irregular NE trend of about 1.5 km-long and up to 500 meters deep. Breccias include highly heterogeneous fragmental rocks resulting from alteration of gneisses. Sulfide-rich zones are closely associated with rocks consisting mainly of orthopyroxene (orthopyroxenitite) and amphibole, considered to form by metasomatism.
Sulfide-rich intersections may be up to dozens of meters-thick or restricted to few centimeters-thick veins. Brecciation of orthopyroxenitites by sulfide-bearing veins is observed throughout the GT-34 Prospect. In these zones orthopyroxene is brecciated and partially replaced by an assemblage of sulfides associated with variable proportions of apatite, scapolite and hornblende. Enrichment in sulfides occurs in discrete veins, in veining systems developing net textured rocks or in semi-massive brecciated zones where partially altered fragments of orthopyroxenitites frequently occur. Apatite is ubiquitous and abundant (up to 25 vol. %) in brecciated semi-massive sulfides or sulfide-rich veins. Sulfide minerals consist mainly of pyrrhotite with associated pyrite, chalcopyrite and pentlandite. The abundance of apatite in the sulfide-rich samples results in their high P contents (up to 7.9 wt. % and several values between 1-5 wt. %) and good correlation with S values. Sulfide-rich zones are enriched in Fe, reflecting the abundance of Fe-bearing sulfides but metasomatic rocks closely associated with the sulfide-rich zones are not Fe-enriched. Higher Mg contents (> 3 wt. % Mg) characterizes the orthopyroxene-rich rocks (orthopyroxenitites). These rocks are closely associated with sulfide-rich zones but not neccessarily their host rocks.
Compositions of orthopyroxene crystals from orthopyroxenitites collected in different portions of the GT-34 Prospect are very similar. En contents for orthopyroxene from the GT-34 vary from 68.0 to 77.5 %. Variation in En content shows no correlation with contents of TiO2, Cr2O3, CaO and Al2O3. When compared to orthopyroxene with similar En content of orthopyroxenites from mafic-ultramafic layered intrusions, orthopyroxene crystals from the GT-34 Prospect show lower contents for TiO2, Cr2O3, CaO and Al2O3. Orthopyroxenitites have extremely low Cr2O3 (< 0.01 wt. %; or 22 to 71 ppm Cr) and TiO2 (0.03 to 0.14 wt. %) contents, also indicating distinctive compositional features when compared to orthopyroxenites of magmatic origin. These compositional features support the interpretation that orthopyroxene crystals (and orthopyroxenitites) in the GT-34 Prospect are not magmatic, being originated by metasomatic processes.
 Sulfide-rich rocks (S > 10 wt. %) have high total Fe2O3 (27.10 to 44.71 wt. %) and P2O5 (4.20 to 20.92 wt. %) contents, reflecting their abundance in Fe-sulfides (pyrrhotite, pyrite, chalcopyrite and pentlandite) and apatite. Compositional trends for orthopyroxenitites, sulfide-bearing orthopyroxenitites and sulfide-rich rocks suggest that sulfide-bearing rocks result from mild to extensive replacement of orthopyroxene-bearing rocks. REE contents in sulfide-bearing rocks are correlated with the abundance of apatite. This correlation is illustrated by the plot of Ce versus P2O5 contents for orthopyroxenitites, sulfide-bearing orthopyroxenitites and sulfide-rich rocks, indicating the progressive replacement of orthopyroxenitites by apatite-sulfide rich zones.
 Interpretation of available data of the GT-34 Prospect suggests that high-temperature orthopyroxene-bearing metasomatic replacement bodies (Phase 1) developed within gneissic country rocks, followed by a late event of veining, brecciation and sulfide mineralization (Phase 2). Geological conditions appropriated to sustain the extensive high-temperature metasomatic system described in the GT-34 prospect (P > 0.5 Kb), suggest temperatures over 700°C for the crystallization of orthopyroxene. The second Phase in the GT-34 system consists of brecciation and veining of orthopyroxenitites and host gneisses, together with sulfide-apatite mineralization. This process involved the crystallization of significant amount of sulfides and apatite, thus promoting the concentration of a diverse range of elements (e.g. P, F, S, REE, Fe, Cu, Ni). The close spatial association suggests a genetic link between early alterarion (Phase 1) and later sulfidization (Phase 2). However, relative enrichment and depletion of elements are distinctively different in these two events indicating that fluids associated with metasomatism, and/or physical conditions prevailing during alteration, were highly different during these events. Sulfide-rich zones have abundant Fe-bearing sulfides (pyrrhotite, pyrite, chalcopyrite, pentlandite) and no associated oxides. Crystallization of pyrrhotite and pyrite without Fe-oxides (magnetite or hematite) indicates conditions of high sulfur fugacity (fS2) and low oxygen fugacity (fO2). The temperature of crystallization of sulfide-rich zones is constrained by associated hornblende, suggesting temperatures above 500°C, and the lack of orthopyroxene (e.g. T < 700°C).
Characteristics of the GT-34 Prospect suggest that metasomatism occurred under higher temperature and lower fO2 conditions, compared to Cu-Au deposits in Carajás. These features possibly indicate that metasomatism and sulfidization of the GT-34 Prospect represent deep zones (e.g. deeper crustal level) of the regional 2.5 Ga Cu-Au ore-forming system of Carajás. This suggestion provides new exploration possibilities for the Carajás Mineral Province.