Petrocronologia de granulitos e migmatito de temperatura ultra-alta da nappe Guaxupé nas regiões de Caconde e São José do Rio Pardo (SE, Brasil)

Abstract

Granulitos e migmatitos são rochas metamórficas de alto grau, formadas em contextos geológicos diversos, como zonas de convergência de placas tectônicas, rifts continentais, hot- spots e zonas adjacentes a grandes intrusões graníticas profundas. Desvendar o registro metamórfico (trajetórias P-T-t) destas rochas é fundamental para a compreensão de processos geodinâmicos relacionados a formação, evolução e exumação de orógenos. A nappe Socorro- Guaxupé corresponde a uma unidade tectono-estratigráfica neoproterozoica, localizada na porção sul do Orógeno Brasília Meridional (SE, Brasil), que hospeda uma ampla variedade de rochas ígneas (granitoides e rochas da série charnockítica) e metamórficas de alto grau (granulitos e migmatitos diversos). Sua gênese remonta aos estágios de convergência entre os paleocrátons São Francisco e Paranapanema, durante a amalgamação do Gondwana Ocidental, no Neoproterozoico. Estudos recentes apontam que as rochas da nappe Guaxupé (bloco setentrional da nappe Socorro-Guaxupé) foram submetidas a um metamorfismo de temperatura ultra-alta (UHTM; i.e., T ≥ 900 °C) durante a evolução do orógeno. No entanto, a maioria destes estudos foram empreendidos nos segmentos mais basais da nappe e, por isso, o metamorfismo nos demais níveis crustais carece de mais detalhamento. Além disso, até o momento, não há consenso sobre quando foi iniciado o UHTM nem sobre o modelo geotectônico que melhor explica como tais temperaturas extremas foram atingidas. Neste trabalho, é definida uma trajetória metamórfica P-T-t horaria a partir da investigação de granulitos com dois piroxênios (hornblenda granulito máfico e pargasita granulito félsico) e migmatito metapelítico (biotita- granada migmatito com sillimanita e feldspato potássico) das regiões de São José do Rio Pardo e Caconde (segmento centro-noroeste da nappe Guaxupé) utilizando (i) mapas composicionais e de temperatura, (ii) modelagem de equilíbrio de fases, (iii) geotermometria de elementos traço (Zr-no-rutilo e Ti-no-quartzo) e (iv) geocronologia U-Th-PT em monazita. As paragêneses de pico metamórfico correspondem a Opx + Cpx + Amp + Pl ± Ilm nos granulitos e Grt + Qz + Pl + Rt no migmatito metapelítico; demais fases como quartzo e feldspato potássico no granulito félsico e sillimanita, biotita, feldspato potássico e ilmenita no migmatito metapelítico correspondem a associações retrometamórficas. Nas amostras, predominam as texturas indicativas de retrometamorfismo, tais como uralitização dos piroxênios, substituição da ilmenita por magnetita, substituição da granada por biotita, intercrescimento de sillimanita + quartzo (± biotita) a partir de feldspato potássico e granada e substituição de rutilo por ilmenita. A condição P-T de pico metamórfico (aproximadamente 975-1030 °C e 9,0-9,5 kb) foi determinada com base na sobreposição dos campos de estabilidade interpretado para as paragêneses de pico das amostras e no cruzamento das isopletas de Al (iv) em orto e clinopiroxênio e Ti em anfibólio do granulito máfico. Após o pico metamórfico, é interpretado que o sistema foi submetido a sutil descompressão, seguida de resfriamento quase-isobárico até atingir condições de fácies anfibolito, em aproximadamente 750 °C e 7,0 kb. Idades próximas ao pico metamórfico, de ca. 642 ± 22 a 638 ± 19 Ma, são indicadas por núcleos de monazitas com alto Y. Já a idade do resfriamento, de ca. 627 ± 6, Ma foi inferida utilizando a média das idades obtidas em domínio com baixo-Y/alto-Th. O registro metamórfico levantado nestas rochas sugere que as condições de temperatura ultra-alta foram alcançadas provavelmente em regime de colisão continental, no qual foi edificado um Extenso Orógeno Quente (LHO: Large Hot Orogen). Neste contexto, a nappe Socorro-Guaxupé teria sido sobreaquecida quase- homogeneamente no núcleo do orógeno por conta principalmente de calor radioativo (decaimento de U, Th e K) advindo de material migmatítito remobilizado e sua exumação (junto aos demais compartimentos tectônicos do Orógeno Brasília Meridional) teria ocorrido somente após seu resfriamento até condições de fácies anfibolito.

Granulites and migmatites are high-grade metamorphic rocks formed in many geological settings, such as boundaries of convergent plates, continental rifts, hot-spots and zones near large plutonic intrusions. Unraveling the metamorphic record (P-T-t paths) in these rocks is pivotal to understanding the geodynamic processes of formation, evolution and exhumation of orogens. The Socorro-Guaxupé nappe is a neoproterozoic tectonostratigraphic terrain, located in the southernmost part of the Southern Brasília Orogen (SE, Brazil), that host a wide variety of igneous (granitoid and rocks in the charnockite series) and high-grade metamorphic rocks (granulites and migmatites). Its formation dates to the stages of convergency between the São Francisco and Paranapanema paleocratons, during the assembly of the West Gondwana, in the Neoproterozoic. Recent studies show that rocks from the Guaxupé nappe (which is the northern lobe of the Socorro-Guaxupé nappe) reached ultra-high temperature metamorphic conditions (UHTM; i.e., T ≥ 900 °C). However, most of these studies were carried out in the basal portion of the nappe; therefore, more detailed investigations are needed on the metamorphism in other crustal levels. Furthermore, the age of the beginning of UHTM and the geotectonic model that could better explain how such extreme temperatures were reached is still a matter of debate. In this contribution, it is described a clockwise metamorphic P-T-t path based on investigations of two-pyroxene granulites (hornblende mafic granulite and pargasite felsic granulite) and metapelitic migmatite (biotite-garnet migmatite with sillimanite and K-feldspar) from the São José do Rio Pardo e Caconde region (northwest-central portion of the Guaxupé nappe) by using (i) compositional and temperature maps, (ii) phase equilibrium modeling, (iii) single-trace element geothermometers (Zr-in-rutile and Ti-in-quartz) and (iv) monazite U-Th-PT geochronology. Peak metamorphic assemblages are Opx + Cpx + Amp + Pl ± Ilm in granulites and Grt + Qz + Pl + Rt in metapelitic migmatite; other phases such as quartz and K-feldspar in felsic granulite and sillimanite, biotite, K-feldspar and ilmenite in metapelitic migmatite correspond to retrograde assemblages. In these samples, retrograde textures are dominant, such as uralitization of former pyroxenes, replacement of ilmenite by magnetite, replacement of garnet by biotite, intergrowth of Sil + Qz (± Bt) after garnet and K-feldspar and replacement of rutile by ilmenite. Metamorphic peak condition (ca. 975-1030 °C and 9.0-9.5 kb) was obtained based (i) on the overlap of the stability fields interpreted for peak assemblages of the samples and (ii) in the crossing of Al (iv) in ortho and clinopyroxene and Ti in amphibole isopleths from the mafic granulite. After the metamorphic peak, it is interpreted that the system was submitted to weak decompression followed by near-isobaric cooling until amphibolite facies conditions (ca. 750 °C and 7.0 kb). Near metamorphic peak ages, of ca. 642 ± 22 to 638 ±19 Ma, were yielded by Y-rich cores of monazite from the metapelitic migmatite sample. A cooling age of ca. 627 ± 6 Ma was inferred using the mean of the ages yielded by Y-poor/Th-rich domains. The metamorphic record presented by the samples suggests that ultra-high temperature conditions were reached in a continental collision setting, which produced a Large Hot Orogen. In this case, the Guaxupé nappe may have been heated almost homogeneously in the orogenic core mainly by radiogenic heat (decay of U, Th and K) from remobilized anatectic material and its exhumation may have occurred (together with other tectonostratigraphic sheets of the Southern Brasília Orogen) soon after its cooling to amphibolite facies conditions.