Abordagem multimétodo em apatita na Bacia do Rio do Peixe, nordeste de São Paulo: considerações sobre os processos de metamorfismo, exumação e erosão na Faixa Brasília Meridional

Abstract

A aplicação da geo-termocronologia em sedimentos de rios atuais (SRA), combinada com a análise geoquímica de elementos traço, incluindo elementos terras raras (ETR), pode fornecer importantes informações sobre a proveniência, fertilidade e exumação das fontes de sedimentos. Com aproximadamente 50 km de extensão, o Rio do Peixe (RP), localizado na região nordeste do estado de São Paulo, percorre uma região caracterizada por encostas íngremes, fortemente influenciadas por controles estruturais. O RP atravessa uma variedade de litologias, compostas principalmente por fragmentos e rochas gnáissicas e graníticas, formadas desde o Arqueano até o Neoproterozoico e situadas na porção meridional da Faixa Brasília. Durante o trabalho de campo, foram coletadas amostras tanto do embasamento rochoso quanto de sedimentos do Rio do Peixe (SRP), com o objetivo de obter informações sobre episódios de cristalização/metamorfismo, fertilidade e exumação das fontes de sedimentos aluviais. Para isso, buscou-se aplicar a análise multimétodo na mesma ablação do grão de apatita, usando espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado por ablação à laser (LA-ICP-MS). Essa abordagem permitiu aprimorar os métodos de dupla datação U-Pb e Traço de fissão (TF) e integrar a análise geoquímica de elementos traço. Os dados U-Pb na apatita para todos os grãos revelaram uma idade central de 587,5 ± 3,5 Ma, relacionada com o Ciclo Orogênico Brasiliano/Panafricano. A idade central TF de 157,4 ± 8,3 Ma para todos os grãos sugere um resfriamento da região anterior ao rifteamento do paleocontinente Gondwana. Por meio da modelagem térmica, a amostra do embasamento (RPE-2) indicou um episódio de reaquecimento entre 200 Ma e 120 Ma, associado com eventos compressivos na borda ocidental do paleocontinente Gondwana e posteriormente com a abertura do oceano Atlântico. Já as idades TF em SRP indicaram uma tendência para idades mais antigas (cerca de 180 Ma) na porção intermediária da bacia hidrográfica, sugerindo processo de inversão do relevo. A quantidade de apatitas encontradas no sedimento diminuiu ao longo do curso do rio, com predominância das apatitas ígneas máficas (IM), seguidas pelas apatitas de baixo e médio grau metamórfico (BM), apatitas de alto grau metamórfico (AM) e apatitas ultramáficas (UM). As apatitas IM e BM apresentaram idades similares em torno de 585-594 Ma para U-Pb e 157-167 Ma para TF. Já as apatitas UM registram as idades centrais mais antigas (668 ± 56 Ma para U-Pb e TF de 221 ± 104 Ma), enquanto as apatitas do tipo AM possuem as idades U-Pb e TF mais novas e restritas (580 ± 12 Ma e 128 ± 26 Ma, respectivamente).

The application of geo-thermochronology to modern river sediments (MRS), combined with the geochemical analysis of trace elements, including rare earth elements (REE), can provide important information about the provenance, fertility, and exhumation of sediment sources. Extending approximately 50 km, the Rio do Peixe (RP), situated in the northeastern region of São Paulo State, flows through an area characterized by steep slopes that are strongly influenced by structural controls. The RP crosses a variety of lithologies, mainly composed of fragments and gneissic and granitic rocks, formed from the Archean to the Neoproterozoic, situated in the southern portion of the Brasília Belt. During fieldwork, samples were collected from both the bedrock and sediments of the Rio do Peixe (SRP) to obtain information on episodes of crystallization/metamorphism, fertility, and exhumation of alluvial sediment sources. To achieve this, a multimethod approach was applied to the same apatite grain using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). This methodology enabled the enhancement of the U-Pb and Fission Track (FT) dual dating techniques and facilitated the integration of geochemical analysis of trace elements. The U-Pb data in apatite for all grains revealed a central age of 587.5 ± 3.5 Ma, related to the Brasiliano/Panafrican Orogenic Cycle. The central FT age of 157.4 ± 8.3 Ma for all grains suggests cooling of the region prior to the rifting of the paleocontinent Gondwana. Through thermal modeling, the bedrock sample (RPE-2) indicated a reheating episode between 200 Ma and 120 Ma, associated with compressive events on the western edge of the paleocontinent Gondwana and later with the opening of the Atlantic Ocean. In contrast, the FT ages in SRP showed a trend towards older ages (around 180 Ma) in the intermediate portion of the drainage basin, suggesting a process of topographic inversion. The amount of apatites found in the sediment decreased along the river course, with a predominance of mafic igneous apatites (IM), followed by low and medium grade metamorphic apatites (LM), high-grade metamorphic apatites (HM), and ultramafic apatites (UM). The IM and LM apatites showed similar ages around 585-594 Ma for U-Pb and 157-167 Ma for FT. In contrast, UM apatites recorded the oldest central ages (668 ± 56 Ma for U-Pb and 221 ± 104 Ma for FT), while HM type apatites have the youngest and most restricted U-Pb and FT ages (580 ± 12 Ma and 128 ± 26 Ma, respectively).