Proveniência sedimentar das bacias de Eleutério e Castro com base em zircão e rutilo detríticos

Abstract

As bacias de Eleutério e Castro são tradicionalmente incluídas no conjunto de bacias de transição do Ediacarano-Cambriano do sudeste da Plataforma Sul-Americana, embora apresentem idades, registros sedimentares e contextos tectônicos distintos. Esta tese apresenta um estudo geocronológico multi-mineral integrado das sucessões siliciclásticas da Bacia de Eleutério e vulcano-sedimentares da Bacia de Castro, com base em dados U-Pb em zircão e rutilo detríticos, geoquímica de elementos-traço e termometria Zr-em-rutilo. Para a Bacia de Eleutério, esses dados foram complementados por análises petrográficas e de paleocorrentes. A integração dessas abordagens permitiu caracterizar a proveniência sedimentar, estabelecer restrições para as idades de deposição e discutir aspectos da história deposicional e geocronológica das bacias. Na Bacia de Eleutério, a preservação de texturas sedimentares primárias indica que as unidades não registram evidências de metamorfismo, em contraste com interpretações anteriores. Os espectros de idades U-Pb em zircão detrítico registram contribuição predominantemente neoproterozoica, com populações subordinadas mesoproterozoicas, paleoproterozoicas, arqueanas e cambro-ordovicianas. Estas últimas são compatíveis com fontes magmáticas distais, possivelmente relacionadas ao Arco Famatiniano. Os rutilos detríticos registram principalmente fontes metapelíticas tonianas a criogenianas submetidas a condições metamórficas de médio a alto grau. A idade máxima de deposição de aproximadamente 472 Ma posiciona a sedimentação no Ordoviciano Inferior, posteriormente ao intervalo de 605 – 530 Ma tradicionalmente atribuído às bacias de transição. Considerada em conjunto com a semelhança entre os espectros de zircão detrítico da Bacia de Eleutério e das unidades inferiores da Bacia do Paraná e com as evidências de reativação da Zona de Cisalhamento de Jacutinga, essa idade é compatível com a formação de um depocentro paleozoico controlado pela reativação de estruturas crustais herdadas. Na Bacia de Castro, foram reconhecidos dois padrões de proveniência. A Formação Aparição apresenta predomínio de zircões tonianos e contribuições Paleoproterozoicas, sem registro Ediacarano, enquanto a Formação Rio Piraí é dominada por zircões ediacaranos derivados de fontes proximais. O grão de zircão detrítico mais jovem da Formação Rio Piraí, com idade de 532 ± 14 Ma, sobrepõe-se, dentro da incerteza, à idade de cristalização dos riolitos da Formação Tirania, indicando que a sedimentação ocorreu contemporaneamente ou imediatamente após os estágios finais do vulcanismo. Os rutilos dessa formação apresentam idades exclusivamente neoproterozoicas e registram predominantemente fontes metapelíticas metamorfizadas em condições de médio a alto grau. Em ambas as bacias, o rutilo detrítico registra idades mais antigas que o zircão, embora por razões distintas. Na Bacia de Castro, o vulcanismo félsico a intermediário forneceu zircão jovem sem contribuição equivalente de rutilo, enquanto, na Bacia de Eleutério, os zircões mais jovens refletem fontes distais ou atualmente encobertas, e os rutilos registram principalmente o embasamento metamórfico. A comparação com outras bacias extensionais globais, mostra que a relação de idade entre os dois minerais não deve ser interpretada apenas em função de suas diferentes temperaturas de fechamento isotópico, pois também depende da fertilidade de rutilo e zircão das litologias-fonte, do magmatismo e da reorganização dos sistemas de dispersão sedimentar. Em escala regional, a comparação com outras bacias de transição revela diferenças cronológicas, tectônicas e de proveniência que não sustentam um único modelo de rifte intracontinental coevo, mas indicam respostas distintas de segmentos crustais durante a consolidação e a reorganização do Gondwana Ocidental.

The Eleutério and Castro basins are traditionally included among the Ediacaran-Cambrian transition basins of the southeastern South American Platform, although they exhibit distinct ages, sedimentary records, and tectonic settings. This thesis presents an integrated multi-mineral geochronological study of the siliciclastic successions of the Eleutério Basin and the volcano-sedimentary successions of the Castro Basin, based on U-Pb data from detrital zircon and rutile, trace-element geochemistry, and Zr-in-rutile thermometry. For the Eleutério Basin, these data were complemented by petrographic and paleocurrent analyses. The integration of these approaches allowed the characterization of sediment provenance, the establishment of depositional age constraints, and the discussion of aspects of the depositional and geochronological history of the basins. In the Eleutério Basin, the preservation of primary sedimentary textures indicates that the studied units show no evidence of metamorphism, in contrast to previous interpretations. Detrital zircon U-Pb age spectra record predominantly Neoproterozoic contributions, with subordinate Mesoproterozoic, Paleoproterozoic, Archean, and Cambro-Ordovician populations. The latter are compatible with distal magmatic sources, possibly related to the Famatinian Arc. Detrital rutile records mainly record Tonian to Cryogenian metapelitic ages from metapelitic sources that underwent medium- to high-grade metamorphic conditions. A maximum depositional age of approximately 472 Ma places sedimentation in the Early Ordovician, later than the 605–530 Ma interval traditionally attributed to the transition basins. Considered together with the similarity between the detrital zircon age spectra of the Eleutério Basin and those of the lower units of the Paraná Basin, as well as with evidence for reactivation of the Jacutinga Shear Zone, this age is compatible with the formation of a Paleozoic depocenter controlled by the reactivation of inherited crustal structures. In the Castro Basin, two provenance patterns were recognized. The Aparição Formation is dominated by Tonian zircons and contains Paleoproterozoic contributions, with no Ediacaran record, whereas the Rio Piraí Formation is dominated by Ediacaran zircons derived from proximal sources. The youngest detrital zircon grain from the Rio Piraí Formation, dated at 532 ± 14 Ma, overlaps, within uncertainty, with the crystallization age of the Tirania Formation rhyolites, indicating that sedimentation occurred contemporaneously with or immediately after the final stages of volcanism. Rutile grains from this formation yield exclusively Neoproterozoic ages and predominantly record metapelitic sources metamorphosed under medium- to high-grade conditions. In both basins, detrital rutile records older ages than detrital zircon, although for different reasons. In the Castro Basin, felsic to intermediate volcanism supplied young zircon without an equivalent contribution of rutile, whereas in the Eleutério Basin, the youngest zircon grains reflect distal or presently concealed sources, while rutile mainly records the metamorphic basement. Comparison with other extensional basins worldwide shows that the age relationship between the two minerals should not be interpreted solely in terms of their different isotopic closure temperatures, as it also depends on the zircon and rutile fertility of the source lithologies, magmatism, and the reorganization of sediment dispersal systems. At a regional scale, comparison with other transition basins reveals chronological, tectonic, and provenance differences that do not support a single model of coeval intracontinental rifting, but instead indicate distinct responses of crustal segments during the consolidation and reorganization of Western Gondwana.