UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Instituto de Geociências e Ciências Exatas Campus de Rio Claro REJANE LIMA LUCIANO PETROGRAFIA E GEOQUÍMICA DAS ROCHAS METACARBONATÍTICAS DO COMPLEXO ANGICO DOS DIAS, DIVISA BAHIA/PIAUÍ, BRASIL. Rio Claro 2016 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Instituto de Geociências e Ciências Exatas Campus de Rio Claro REJANE LIMA LUCIANO PETROGRAFIA E GEOQUÍMICA DAS ROCHAS METACARBONATÍTICAS DO COMPLEXO ANGICO DOS DIAS, DIVISA BAHIA/PIAUÍ, BRASIL. Tese de doutorado apresentada ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas de Rio Claro, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Geologia Ambiental. Orientador: Prof.Dr. Antonio Misson Godoy Rio Claro - SP 2016 522 L937p Luciano, Rejane Lima Petrografia e geoquímica das rochas metacarbonatíticas do Complexo Angico dos Dias, divisa Bahia/Piauí, Brasil / Rejane Lima Luciano. - Rio Claro, 2016 222 f. : il., figs., tabs. Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas Orientador: Antonio Misson Godoy 1. Petrologia. 2. Metacarbonatito. 3. Evolução geológica. 4. Metamorfismo. I. Título. Ficha Catalográfica elaborada pela STATI - Biblioteca da UNESP Campus de Rio Claro/SP REJANE LIMA LUCIANO PETROGRAFIA E GEOQUÍMICA DAS ROCHAS METACARBONATÍTICAS DO COMPLEXO ANGICO DOS DIAS, DIVISA BAHIA/PIAUÍ, BRASIL. Tese de doutorado apresentada ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas de Rio Claro, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Geologia Ambiental. Comissão Examinadora ____________________________________ Prof. Dr. Antonio Misson Godoy - Orientador Departamento de Petrologia e Metalogenia – DPM Instituto de Geociências e Ciências Exatas IGCE/UNESP, Rio Claro – SP. ____________________________________ Prof. Dr. Antonio Carlos Artur Departamento de Petrologia e Metalogenia – DPM Instituto de Geociências e Ciências Exatas IGCE/UNESP, Rio Claro – SP. ___________________________________ Prof. Dr. Marcos Aurélio Farias de Oliveira Departamento de Petrologia e Metalogenia – DPM Instituto de Geociências e Ciências Exatas IGCE/UNESP, Rio Claro – SP. ____________________________________ Prof. Dra. Larissa Marques de Araújo Universidade Federal de Uberlândia – UFU Instituto de Ciências Agrárias – Curso de Geologia Monte Carmelo – MG. ____________________________________ Prof. Dr. Fábio Machado Braz Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP Departamento de Ciências Exatas e da Terra Diadema – SP. Rio Claro, 18 de março de 2016. AGRADECIMENTOS Registro aqui a minha gratidão a todos aqueles que direta ou indiretamente me ajudaram a concluir mais esta etapa da minha vida. Em especial a Companhia Baiana de pesquisa Mineral (CBPM) por todo apoio logístico, que englobou as atividades de campo, a confecção das lâminas delgadas, polidas ou não, as análises químicas de rocha total e a disponibilização do laboratório de petrografia e ao Professor Doutor Antonio Misson Godoy por sua orientação e paciência ao longo de todo esse trabalho. Aos laboratórios de Microssonda Eletrônica e de Microscopia Eletrônica de Varredura da Universidade Estadual Paulista, Campus de Rio Claro, pelas análises de química mineral. Bem como a todos os amigos e colegas de trabalho que ajudaram na correção do texto, especialmente Luana Amaral Cruz (Geóloga da CBPM), Luiz Fernando Costa Cavalcante de Souza (Geólogo da CBPM), Michele Cássio Pinto Santos (Geóloga da CBPM) e Sâmia de Oliveira Silva (Mestranda em Geologia pela Universidade Federal da Bahia). Não poderia faltar aqui a minha eterna gratidão aos meus pais, que sempre priorizaram a educação dos filhos, independentes das adversidades. Muito obrigada a todos! RESUMO Este trabalho verificou que as rochas metacarbonatíticas do Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias (CMCAD), constituídas principalmente por calcita, apatita, olivina, flogopita e magnetita dispõem-se em dois conjuntos: um localizado na mina de fosfato da Galvani (corpo principal, Campo Alegre de Lourdes- BA) e o outro na Fazenda Pimenteira (Caracol-PI). Variação no conteúdo de apatita, minerais ferro-magnesianos e magnetita configura um acamadamento cumulático e permite individualizar cinco fácies petrográficas (contatos graduais). Além disso, exibem manto intempérico, que resulta no minério de fosfato residual (apatitito). Registram pelo menos três fases deformacionais marcadas por estruturas primárias (acamamento reliquiar - S0) que devido aos processos de transposição (D1) da foliação S1 e da deformação D2 associada às zonas de cavalgamento (S2) se mantêm de forma escassa nas áreas menos deformadas. D2 evolui para um bandamento tectônico vertical (S3) nas zonas de cisalhamento (D3). Dados isotópicos indicam que as rochas metacarbonatíticas, datadas em 2.011±6Ma (U-PB em badeleíta e zircão), originaram-se de uma fonte mantélica enriquecida e que o enriquecimento em 18O é reflexo do reequilíbrio durante o metamorfismo/ hidrotermalismo relacionado ao Evento Brasiliano. Dados petrográficos e de química mineral apontam: que a olivina altera para serpentina, tremolita, antofilita e magnetita; que é comum a exsolução de dolomita em calcitas e de ilmenita em magnetitas e; que os carbonatitos foram parcialmente silicificados. As demais rochas do CMCAD, milonitizadas e metamorfizadas em fácies anfibolito alto (mesopertitas), exibem processo de potassificação (fenitização), metassienito e metassienogranito, além de processos de sericitização, saussuritização e epidotização dos plagioclásios. O evento metassomático/hidrotermal (fácies xisto verde médio a alto) tem caráter regional e atinge além das rochas do CMCAD as rochas do Complexo Sobradinho-Remanso. Dados geoquímicos classificam as rochas metacarbonatíticas principalmente como calciocarbonatitos. Aquelas intensamente hidrotermalizadas são classificadas como ferrocarbonatitos e magnesiocarbonatitos. Indicam filiação magmática comum para todos os cinco litofácies, associada a processos de diferenciação magmática por segregação mineral. Palavras-chave: carbonatito; petrografia; geoquímica; metamorfismo. ABSTRACT This study found that the metacarbonatite rocks of the Angico dos Dias Metacarbonatite Complex (CMCAD), consisting mainly of calcite, apatite, olivine, phlogopite and magnetite are arranged in two sets: one located at the phosphate mine Galvani (main body, Campo Alegre de Lourdes-BA) and the other at the Farm Pimenteira (Caracol-PI). Variation in the content of apatite, iron-magnesium minerals and magnetite sets up a cumulatic layering and allows individualize five petrographic facies (gradual contacts). Furthermore, exhibit weathering mantle, which results in the residual phosphate ore (apatite-rock). Register at least three deformational phases marked by primary structures (layering reliquiar - S0) that due to the transposition process (D1) of the foliation S1 and D2 deformation associated with thrust zones (S2) remain scantily the least deformed areas. D2 evolves into a tectonic vertical banding (S3) in the shear zones (D3). Isotopic data indicate that metacarbonatite rocks, dated at 2,011 ± 6Ma (U-PB in baddeleyite and zircon), originated from a mantle source enriched and the enrichment in 18O reflects the rebalancing during metamorphism/hydrothermalism related the Brasiliano Event. Petrography and mineral chemistry data point: the olivine changes to serpentine, tremolite, anthophyllite and magnetite; which it is common to exsolution of dolomite in calcite and ilmenite in magnetite and; that carbonatites were partially silicified. The other rocks CMCAD, mylonite and metamorphosed to amphibolite facies high (perthites) exhibit potassification process (fenitization), metasyenite and metasyenogranite, and sericitization, saussuritization and epidotization processes of plagioclase. The metasomatic/hydrothermal event (medium to high greenschist facies) has regional character and reaches beyond CMCAD rocks the rocks of Sobradinho-Remanso Complex. Geochemical data classify metacarbonatite rocks mainly as calcium carbonatites. Those intensely hydrothermalized are classified as iron metacarbonatites and magnesium carbonatites. Indicate common magmatic membership for all five lithofacies, associated with magmatic differentiation processes for mineral segregation. Keywords: carbonatite; petrography; geochemistry; metamorphism. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Mapa esquemático apresentando os limites e as maiores unidades estruturais do Cráton São Francisco. ........................................................................ 31 Figura 2 - Mapa de situação com a localização da área de ocorrência do CMCAD, região entre Campo Alegre de Lourdes-BA e Caracol-PI. ......................................... 33 Figura 3 - Imagem do relevo da região de Campo Alegre de Lourdes-BA e Caracol- PI, com a localização da área de ocorrência do CMCAD, coletados pelo sensor Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). ............................................................. 35 Figura 4 - Classificação mineralógica de carbonatitos. ............................................ 46 Figura 5 - Classificação química de carbonatitos. .................................................... 46 Figura 6 - Classificação química diagrama CMF para rochas carbonatíticas. .......... 47 Figura 7 - Distribuição mundial dos principais carbonatitos conhecidos. .................. 50 Figura 8 - Ocorrências de rochas carbonatíticas por continente. ............................. 50 Figura 9 - Mapa de localização dos complexos alcalinos e carbonatíticos brasileiros. .................................................................................................................................. 58 Figura 10 - Mapa com o posicionamento dos complexos alcalinos e carbonatíticos brasileiros em zonas de margem de bacias Fanerozoicas e controlados estruturalmente por três lineamentos de escala continental. .................................... 60 Figura 11 - Ilustração esquemática do Cráton São Francisco e os três setores. ...... 67 Figura 12 - Ilustração esquemática do setor central do CSF, com área destacando o contexto geológico regional simplificado dos arredores do CCDA (em preto)........... 68 Figura 13 - Ilustração esquemática do Estado da Bahia mostrando os domínios tectônicos-geocronológicos Arqueanos e Paleoproterozoicos. Os traços das estruturas deformacionais Paleoproterozoicas, Neoproterozoicas e Mesozoicas estão também indicadas. À região de ocorrência da rocha metacarbonatíticas é indicada em vermelho. .............................................................................................. 69 Figura 14 - Ilustração esquemática do Bloco Gavião, com destaque para a região de ocorrência do CMCAD (em preto). ............................................................................ 70 Figura 15 - Mapa esquemático mostrando o contexto geológico regional em que se insere o CMCAD. ...................................................................................................... 76 Figura 16 - Mapa Geológico inicial da área do corpo de metacarbonatito do CMCAD. .................................................................................................................................. 78 Figura 17 - Mapa Geológico da área de ocorrência do corpo de metacarbonatito do CMCAD. .................................................................................................................... 79 Figura 18 - Mapa Geológico da área de ocorrência do corpo de metacarbonatito de Angico dos Dias, Bahia. ............................................................................................ 80 Figura 19 - Perfil geológico do mapa geológico do corpo de metacarbonatito de Angico dos Dias, Bahia. ............................................................................................ 81 Figura 20 - Diagrama concórdia relativo às análises em zircão, badeleíta e zircão/badeleíta de corpos metacarbonatíticos do CMCAD, idade obtida é de 2.011Ma ± 6Ma.(MARIANO, 1987). .......................................................................... 84 Figura 21 – Estudos de isótopos estáveis de carbono e oxigênio δ13C/δ18O em amostras de calcita do metacarbonatito de Angico dos Dias e em dolomitas de carbonatito de Barreiro (Araxá-MG) (TORQUATO, 1987). ........................................ 85 Figura 22 - Relações isotópicas δ13C/δ18O para os metacarbonatitos do CMCAD (círculos abertos), metapiroxenitos (círculos fechados) e apatitas (asteriscos) comparados com carbonatitos pré-cambriano típicos e carbonatos sedimentares pré- cambrianos. ............................................................................................................... 86 Figura 23 - εtNd/εtSr, rochas do CMCAD, comparados com os sienitos pré- Cambrianos (2,1Ga) do Cráton São Francisco e os carbonatitos pré-Cambrianos da América do Norte (0,6Ga - 2,6Ga) e África (0,5Ga - 2,1Ga). .................................... 87 Figura 24 - Mapa esquemático mostrando o contexto geológico regional simplificado em que se insere o CMCAD. ..................................................................................... 89 Figura 25 - Fotografia de afloramento de milonito gnaisse do embasamento. ......... 90 Figura 26 - Vista panorâmica com visada para norte em que se observam litotipos da Bacia do Parnaíba recobrindo rochas mais antigas. ............................................ 91 Figura 27 - Afloramento de rochas metassieníticas localizados mina Galvani. ........ 92 Figura 28 - Zona de contato entre as rochas metassieníticas e as rochas metacarbonatíticas localizados mina Galvani............................................................ 92 Figura 29 - Afloramento de rochas metadioríticas alcalinas localizados na porção central da mina Galvani. ............................................................................................ 94 Figura 30 - Mapa geológico da região da Fazenda Pimenteiras. ............................. 96 Figura 31 - Pequenos afloramentos (A e B) e/ou blocos em topos de pequenos morros (C e D) de metacarbonatito silicificado, área da Faz. Pimenteiras, arredores da cidade de Caracol, Piauí. ..................................................................................... 97 Figura 32 - Vista aérea da mina de fosfato da Mineradora Galvani, associada aos corpos de rocha metacarbonatítica, distrito de Angico dos Dias, Campo Alegre de Lourdes, Bahia. ......................................................................................................... 98 Figura 33 - Mapa geológico da região da mina de fosfato da Galvani . ................... 99 Figura 34 - Vista panorâmica da mina de fosfato associada aos corpos de rocha metacarbonatítica, distrito de Angico dos Dias, Campo Alegre de Lourdes, Bahia. 100 Figura 35 - Vista manto de intemperismo da mina de fosfato, que constitui o depósito de fosfato residual (apatitito). .................................................................... 100 Figura 36 - Registro de evidências de processos magmáticos de cristalização fracionada, ortocumuláticas (A e B), definido pelo acumulo de apatita, minerais ferro magnesianos e magnetita. ...................................................................................... 101 Figura 37 - Fotografias de detalhe de duas faciologias distintas em afloramentos dentro da mina de fosfato: (A) apatita metacarbonatito e (B) flogopita-apatita-olivina metacarbonatito. ...................................................................................................... 103 Figura 38 - Contexto geológico-geotectônico regional da área do Projeto Campo Alegre de Lourdes (LEITE et al., 1997), que abrange o objeto desse estudo. ........ 104 Figura 39 - Fotomicrografias (aumento de 2,5x), LD e NX) de metatonalito pertencente ao embasamento cristalino com feição de migmatização e dobramento de um conjunto mineral metamórfico anterior, ponto RL-37-D. ............................... 105 Figura 40 - Rochas do embasamento cristalino apresentando foliação plano-axial Sn, pontos RL-140 e RL-132. ........................................................................................ 105 Figura 41 - Bandamento composicional marcado por segregação de cumulatos (minerais ferro-magnesianos e magnetita) em magma carbonatítico, próximo aos ponto RL-67. ............................................................................................................ 107 Figura 42 - Bandamento composicional em rocha metacarbonatíticas, que marca o acamadamento original S0 subparalelo a foliação plano-axial S1, ponto RL-141. ... 107 Figura 43 - Bloco de rocha metacarbonatítica apresentando dobra isoclinal a recumbente com clivagem de partição oblíqua S2 cortando as superfícies S0//S1, próximo ao ponto RL-66. ......................................................................................... 108 Figura 44 - Dobramentos regionais inversos ou recumbentes associados às zonas de cavalgamento, produzindo superfícies S0//S1 paralelizada a foliação S2. Próximo ao ponto RL -03. ...................................................................................................... 108 Figura 45 - Zona de cisalhamento com produção de foliação milonítica S3, próximo ao ponto RL-04. ....................................................................................................... 109 Figura 46 - Afloramento (A) e blocos in situ (B) do apatita metacarbonatito, pontos RL-69 e RL-145. ...................................................................................................... 113 Figura 47 - Amostras de mão de apatita metacarbonatito, com porfiroclastos disseminados de apatita, utilizadas na confecção das lâminas delgadas. .............. 114 Figura 48 - Fotomicrografias de amostras do apatita metacarbonatito. .................. 115 Figura 49 - Afloramentos do olivina-apatita metacarbonatito, pontos RL-02 (A), RL- 06 (B), RL-66 (C), RL-67 (D), RL-68 (E), RL-146 (F), Rl-147 (G) e RL-148 (H). ..... 117 Figura 50 - Amostras de mão do litofácies meta olivina-apatita metacarbonatítica, com megacristais de apatita (cor esverdeada/amarelada, predominante) e de minerais ferro-magnesianos (cor marrom escura/preta), utilizadas na confecção das lâminas delgadas e lâminas delgadas polida. ......................................................... 118 Figura 51 - Fotomicrografias de amostras do olivina-apatita metacarbonatito. ...... 119 Figura 52 - Fotomicrografias de amostras do olivina-apatita metacarbonatito. ...... 121 Figura 53 - Afloramento e blocos in situ de flogopita-apatita-olivina metacarbonatito, pontos RL-06 (A) e RL-149 (B). .............................................................................. 124 Figura 54 - Amostras de mão do litofácies flogopita-apatita-olivina metacarbonatito, com cristais disseminados de apatita (esverdeada) e de minerais ferro-magnesianos (amarronzada) em matriz carbonática, utilizadas na confecção de lâmina delgada e lâmina delgada polida. ............................................................................................ 124 Figura 55 - Fotomicrografias de amostra do flogopita-apatita-olivina metacarbonatito, RL-R-06-C/NB-189. ................................................................................................. 125 Figura 56 - Afloramentos do olivina-apatita-biotita/flogopita metacarbonatito. ....... 128 Figura 57 - Amostras de mão do litofácies olivina-apatita-biotita/flogopita metacarbonatito utilizadas na confecção de lâmina delgada e lâmina delgada polida. ................................................................................................................................ 129 Figura 58 - Fotomicrografias de amostras do olivina-apatita-biotita/flogopita metacarbonatito. ...................................................................................................... 130 Figura 59 - Afloramentos do metacarbonatito silicificado. ...................................... 132 Figura 60 - Amostras de mão do litofácies metacarbonatito silicificado utilizadas na confecção de lâmina delgada e lâmina delgada polida. .......................................... 134 Figura 61 - Fotomicrografias de amostra do metacarbonatito silicificado. .............. 135 Figura 62 - Afloramentos do metassienito, ponto RL-03-D (A e B) e RL-04-A (C e D). ................................................................................................................................ 139 Figura 63 - Amostras de mão do metassienito utilizada na confecção de lâmina delgada. .................................................................................................................. 139 Figura 64 - Fotomicrografias de amostras do metassienito, RL-R-03-D/NB-183 (A, B, C e D) e RL-R-04-A/NB-185 (E e F). ....................................................................... 140 Figura 65 - Afloramento do metassienogranito (A), ponto RL-05-A, e amostras de mão utilizada na confecção de lâmina delgada (B). ................................................ 142 Figura 66 - Fotomicrografias da amostra de metassienogranito epidotizado. ........ 143 Figura 67 - Fotomicrografias de amostra do tremolitito. ......................................... 144 Figura 68 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de fluorapatita fraturado, amostra RL-149. ..................................................................................... 154 Figura 69 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de detalhe do cristal de fluorapatita contendo microcristais de monazita em suas bordas e preenchendo fraturas, amostra RL-149......................................................................................... 155 Figura 70 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de olivina, amostra RL-148. ...................................................................................................... 156 Figura 71 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de olivina alterado para serpentina, magnetita, antofilita e tremolita, amostra RL-147. .......... 157 Figura 72 - Análise química quantitativa de olivinas em microssonda eletrônica evidenciando a variação composicional de olivinas de metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-146 e RL-149. .................................................................................... 159 Figura 73 – Diagrama de classificação de et olivinas exibindo a variação composicional de olivinas de metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-146, RL-148 e RL-149.................................................................................................................. 160 Figura 74 - Diagrama ternário evidenciando a composição de forsterita com algum percentual de ferro de olivinas de metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-146, RL-148 e RL-149. .................................................................................................... 160 Figura 75 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de flogopita, amostra RL-149. ...................................................................................................... 161 Figura 76 - Análise química quantitativa de flogopitas em microssonda eletrônica evidenciando a variação composicional desses minerais em metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-148. ..................................................................................... 163 Figura 77 - Variação composicional de flogopitas de metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-147, RL-148 e RL-149. ...................................................................... 164 Figura 78 - Diagrama ternário de classificação da origem de minerais do grupo da biotita para amostras de flogopita de metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-147, RL-148 e RL-149. .................................................................................................... 165 Figura 79 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de calcita com exsoluções de dolomita, amostra RL-148. .............................................................. 166 Figura 80 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de detalhe do cristal de antofilita crescido entre grãos de calcita, amostra RL-149. ..................................... 167 Figura 81 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de magnetita com exsolução de ilmenita, amostra RL-147........................................................... 168 Figura 82 - Análise química quantitativa de magnetita e ilmenita em microssonda eletrônica evidenciando a composição desses minerais em metacarbonatito do CMCAD, amostras RL-146. ..................................................................................... 170 Figura 83 - Diagrama ternário de classificação para minerais do grupo do espinélio para amostras de magnetita e ilmenita de metacarbonatito do CMCAD, amostras RL- 146, RL-147, RL-148 e RL-149. .............................................................................. 170 Figura 84 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de pirrotita, amostra RL-147. ...................................................................................................... 171 Figura 85 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de badeleíta, amostra RL-148. ...................................................................................................... 172 Figura 86 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de celestita, amostra RL-147. ...................................................................................................... 173 Figura 87 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal de baritocelestita preenchendo fraturas na calcita, amostra RL-147. ........................... 173 Figura 88 - Imagem de microscópio eletrônico de varredura de cristal magnetita com exsolução de ilmenita com bordas constituída por hidróxido de ferro, amostra RL- 147. ......................................................................................................................... 174 Figura 89 - Diagrama C-M-F [CaO-MgO-(FeOt+MnO)] de classificação de rochas metacarbonatíticas com a plotagem das 17 amostras de exemplares analisados. . 180 Figura 90 - Diagramas binários de elementos maiores (TiO2, Al2O3, FeOt, MgO, SiO2, Na2O, K2O e P2O5) versus CaO, mostrando a variação composicional das amostras.................................................................................................................. 185 Figura 91 - Diagramas binários de elementos traços (Ni, Rb, Sr, Y, Zr, Ba, La e Ce) versus CaO, mostrando a variação composicional das amostras. .......................... 188 Figura 92 - Diagrama de distribuição multielementar para os elementos incompatíveis, normalizados para meteorito condrito de Thompson (1982), dos corpos metacarbonatíticos do CMCAD. .................................................................. 190 Figura 93 - Diagrama de distribuição multielementar para os elementos terras raras, normalizados para condrito de Boynton (1984), dos corpos carbonatíticos do Complexo Angico dos Dias. .................................................................................... 193 Figura 94 - Diagrama La/Yb versus somatório de elementos terras rasas para as rochas metacarbonatíticas do CMCAD. .................................................................. 195 Figura 95 - Diagramas binários de elementos maiores (Al2O3, CaO, FeOt, K2O, MgO, Na2O, P2O5, Cr2O3 e TiO2,) versus SiO2, evidenciando a variação composicional entre os litotipos. ..................................................................................................... 196 Figura 96 - Diagrama ternário Na-Al-K para distinção de alumina-saturação das demais rochas do CMCAD. ..................................................................................... 198 Figura 97 - Diagrama binário de correlação entre Na2O e K2O, indicando enriquecimento de potássio em relação ao sódio nas demais rochas do CMCAD. 199 Figura 98 - Diagramas binários de elementos traços (Ba, Sr, Rb, Zr, Ni, Ti, Y e Eu) versus SiO2, evidenciando a variação composicional entre os litotipos. ................. 200 Figura 99 - Diagrama de distribuição multielementar para os elementos traços e terras raras, normalizados para condrito de Thompson (1982), dos demais litotipos que compõem o CMCAD. ....................................................................................... 201 Figura 100 - Diagrama de distribuição multielementar para os elementos terras raras, normalizados para condrito de Boynton (1984), dos demais litotipos que compõem o CMCAD. .............................................................................................. 203 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Porcentagens mineralógicas das rochas metacarbonatíticas do CMCAD. ................................................................................................................................ 112 Tabela 2 - Análise química de apatita (concentrado purificado) de metacarbonatitos do CMCAD. ............................................................................................................. 150 Tabela 3 - Cálculo de química mineral a partir de análise química de apatita (concentrado purificado). Cálculos efetuados para número de íons na base de 26 (O, OH, F, Cl). ............................................................................................................... 151 Tabela 4 - Distribuição dos elementos químicos nos tipos de minério em Angico dos Dias. ........................................................................................................................ 152 Tabela 5 - Composição dos subtipos apatíticos do CMCDA................................... 152 Tabela 6 - Composição química da amostra representativa do minério fosfático de Angico dos Dias/Campo Alegre de Lourdes. ........................................................... 152 Tabela 7 - Análise química média, por microssonda eletrônica, de olivina para três amostras do metacarbonatito do CMCAD. Cálculos efetuados para número de íons na base de 4 oxigênios. .......................................................................................... 158 Tabela 8 - Análise química média de flogopitas para três amostras de metacarbonatito do CMCAD. Cálculos efetuados para número de íons na base de 24 (O, OH, F). ............................................................................................................... 162 Tabela 9 - Análise química média de (magnetita e ilmenita) para três amostras de metacarbonatito do CMCAD. Cálculos efetuados para número de íons na base de 32 oxigênios para a magnetita e na base de 6 oxigênio para a ilmenita. ..................... 169 Tabela 10 - Relação de amostras utilizadas em análies geoquímicas. ................... 176 Tabela 11 - Resultado de análises químicas para amostras das cinco litofácies de metacarbonatitos do CMCAD. ................................................................................. 178 Tabela 12 - Continuação. ........................................................................................ 179 Tabela 13 - Concentrações mínimas, máximas, médias e medianas para elementos maiores (% em peso), universo amostral contendo 17 amostras. ........................... 183 Tabela 14 - Concentrações mínimas, máximas, médias e medianas para elementos traços, universo amostral contendo 17 amostras. ................................................... 186 Tabela 15 - Concentrações mínimas, máximas, médias e medianas para elementos terras raras, universo amostral contendo 17 amostras. .......................................... 192 Tabela 16 - Concentrações mínimas, máximas, médias e medianas para somatório dos elementos terras raras e algumas razões entre esses elementos (normalizados para condrito de BOYNTON, 1984), universo amostral contendo 17 amostras. ..... 192 Tabela 17 - Resultado de análises químicas para amostras de alguns dos demais litotipos que compõem o CMCAD. .......................................................................... 197 Tabela 18 - Somatório dos elementos terras raras e algumas razões entre esses elementos (normalizados para condrito de Boynton (1984). ................................... 202 LISTA DE ABREVIATURAS Al - Alumínio a.f.u. - átomos por fórmula unitária Anf - Anfibólio Ap - Apatita Ap MC. - Apatita Metacarbonatito Ap-Phl-Ol MC. - Apatita Flogopita Olivina Metacarbonatito B. - Biotitito BA - Bahia Ba - Bário Bt - Biotita C - Carbono Ca - Cálcio Cb - Carbonato CBMM - Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração CBPM - Companhia Baiana de Pesquisa Mineral CMCAD - Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias CE - Ceará Ce - Cério Chl - Clorita Cl - Cloro CPRM - Serviço Geológico do Brasil Cr - Cromo CSF - Cráton São Francisco Czo - Clinozoizita Dx - Deformação Dd A’ - Clima semiárido segundo a classificação de Tornthwaite DDD - Discagem Direta à Distância DDI - Discagem Direta Internacional DNPM - Departamento Nacional de Pesquisa Mineral E - Leste EDS - Espectroscopia de Raios-X por Dispersão de Energia ENE - Leste-Nordeste Ep - Epídoto ETR - Elementos Terras Raras ETRL - Elementos Terras Raras Leves ETRP - Elementos Terras Raras Pesados ETRT – Total de Elementos Terras Raras F - Flúor Fa - Fayalita Fe - Ferro Fo - Forsterita Fsp - Feldspato GO - Goiás Gt - Goethita H - Hidrogênio HCl - Ácido Clorídrico IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística ICP-AES - Espectrômetro de Emissão Atômica com fonte de Plasma Indutivamente Acoplado ICP-MS - Espectrômetro de Massa com fonte de Plasma Indutivamente Acoplado IGCE - Instituto de Geociências e Ciências Exatas Ilm - Ilmenita INMET - Instituto Nacional de Meteorologia K - Potássio La - Lantânio Lcx - Leucoxênio Li - Lítio Lm - Limonita LOI - Perda ao fogo por calcinação da amostra a 405ºC e/ou 1000ºC LP - Luz plana Mb - Mica Branca Mc - Microclínio MC. S. - Metacarbonatito Silicificado MD. - Metadiabásio MEV - Microscópio Eletrônico de Varredura MG - Minas Gerais Mg - Magnésio ML. - Metaleucogranito ML. A. - Metaleucogranito Alcalino Mn - Manganês MP. - Metaperidotito Mp - Mesopertita Ms - Moscovita ou mica branca MS. P. - Metassienito Pegmatoide MSWD - Mean Square Weighted Deviation (Desvio ponderada quadrado médio) MT. - Metatonalito Mt - Magnetita N - Norte Na - Sódio Nb - Nióbio Nd - Neodímio NE - Nordeste NNE - Norte-Nordeste NNW - Norte-Noroeste NW - Noroeste NX - Nicóis cruzados/Luz polarizada O - Oxigênio Ol - Olivina Ol-Ap MC. - Olivina Apatita Metacarbonatito Ol-Ap-Bt/Phl MC. - Olivina Apatita Biotita/Flogopita Metacarbonatito Op - Minerais Opacos Or - Ortoclásio OTR - Óxido de Terra Raras P - Fósforo Pb - Chumbo PE - Pernambuco Pert - Pertita Phl - Flogopita PI - Piauí Pl - Plagioclásio Po - Pirrotita PPPs - Parcerias Público-Privadas Prv - Perovskita Px - Piroxênio Py - Pirita Q MD. - Quartzo Metadiorito Qtz - Quartzo S - Sul S - Enxofre Sx - Superfície de deformação SC - Santa Catarina SEI - Superintendência de Estudos Econômicos e Sociais da Bahia Ser - Sericita Srp - Serpentina Si - Silício SP - São Paulo Sr - Estrôncio Srp - Serpentina SRTM - Shuttle Radar Topography Mission SE - Sudeste SSE - Sul-Sudeste SSW - Sul-Sudoeste SW - Sudoeste Te - Tefroíta Th - Tório Ti - Titânio Tlc - Talco Tr - Tremolita TTG - Tonalito-Trondhjemito-Granodiorito Ttn - Titanita U - Urânio UNESP - Universidade Estadual Paulista V - Vanádio W - Oeste WSW - Oeste-Sudoeste Yb - Itérbio Zr - Zircônio SUMÁRIO CAPITULO I 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................22 1.1 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................................32 1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................................32 1.3 LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO .................................................................................33 1.4 ASPECTOS FISIOGRÁFICOS ...............................................................................................34 1.5 INFRAESTRUTURA E ASPECTOS SOCIOECONÔMICOS .........................................36 CAPITULO II 2 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................................38 2.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................................38 2.2 TRABALHOS DE CAMPO .......................................................................................................39 2.3 TRABALHOS DE LABORATÓRIO/ESCRITÓRIO ............................................................40 2.3.1 Análises Petrográficas ......................................................................................................40 2.3.2 Análises Geoquímicas .......................................................................................................41 2.3.3 Microscópio Eletrônico de Varredura .........................................................................41 2.3.4 Análises de Microssondas ...............................................................................................42 2.4 INTEGRAÇÃO DOS DADOS E ELABORAÇÃO DA TESE ............................................42 2.5 TESE DE DOUTORADO E ARTIGO CIENTÍFICO ..........................................................43 CAPITULO III 3 ROCHAS CARBONATÍTICAS: UMA REVISÃO ....................................................................44 3.1 DEFINIÇÕES E CLASSIFICAÇÕES DE ROCHAS CARBONATÍTICAS ...................45 3.2 GÊNESE E EVOLUÇÃO DE ROCHAS CARBONATÍTICAS .........................................49 3.3 PANORAMA BRASILEIRO DE ROCHAS CARBONATÍTICAS ...................................57 CAPITULO IV 4 CONTEXTO GEOLÓGICO ............................................................................................................62 4.1 REFERENCIAL TEÓRICO ......................................................................................................62 4.2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ...............................................................................67 4.3 REVISÃO DO CMCAD .............................................................................................................77 CAPITULO V 5 GEOLOGIA DO CMCAD ................................................................................................................88 5.1 LITOLOGIAS ..............................................................................................................................88 5.2 ROCHAS METACARBONATÍTICAS DO CMCAD ...........................................................94 5.3 ASPECTOS ESTRUTURAIS DO CMCAD ........................................................................ 102 CAPITULO VI 6 ANÁLISE PETROGRÁFICA DAS ROCHAS DA REGIÃO DE ANGICO DOS DIAS ... 110 6.1 ANÁLISES PETROGRÁFICAS DAS ROCHAS METACARBONATÍTICAS DO CMCAD ...................................................................................................................................................... 111 6.1.1 Apatita Metacarbonatito ................................................................................................ 113 6.1.2 Olivina-Apatita Metacarbonatito ................................................................................. 116 6.1.3 Flogopita-Apatita-Olivina Metacarbonatito ............................................................ 123 6.1.4 Olivina-Apatita-Biotita/Flogopita Metacarbonatito ............................................. 127 6.1.5 Metacarbonatito Silicificado ........................................................................................ 131 6.2 ANÁLISES PETROGRÁFICAS DAS DEMAIS ROCHAS DO CMCAD ..................... 138 6.2.1 Metassienito ........................................................................................................................ 138 6.2.2 Metassienogranito ............................................................................................................. 142 6.2.3 Tremolitito ............................................................................................................................ 144 CAPITULO VII 7 QUÍMICA MINERAL DAS ROCHAS METACARBONATICAS DO CMCAD ................. 145 7.1 APATITA .................................................................................................................................... 145 7.2 OLIVINA SERPENTINIZADA .............................................................................................. 155 7.3 BIOTITA E/OU FLOGOPITA ................................................................................................ 161 7.4 CARBONATO ........................................................................................................................... 165 7.5 ÓXIDOS ...................................................................................................................................... 167 7.6 MINERAIS ACESSÓRIOS/OPACOS/ALTERAÇÕES .................................................... 171 CAPITULO VIII 8 ANÁLISE GEOQUÍMICA DAS ROCHAS DO CMCAD ........................................................ 176 8.1 METACARBONATITOS......................................................................................................... 177 8.1.1 Elementos Maiores............................................................................................................ 177 8.1.2 Elementos Menores e Traços ....................................................................................... 186 8.1.3 Elementos Terras Raras ................................................................................................. 191 8.2 DEMAIS ROCHAS DO CMCAD ........................................................................................... 194 8.2.1 Elementos Maiores............................................................................................................ 195 8.2.2 Elementos Menores e Traços ....................................................................................... 199 8.2.3 Elementos Terras Raras ................................................................................................. 202 CAPITULO IX 9 DISCUSSÕES E CONCLUSÕES .............................................................................................. 204 CAPITULO X 10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 207 22 CAPITULO I 1 INTRODUÇÃO As rochas metacarbonatíticas vêm sendo estudadas desde o final do século XIX por Bose (1884) e Högbom (1892, 1893, 1894, 1895), contudo a ideia de que um magma carbonatítico teria sido originado como o produto final da diferenciação de um magma alcalino só foi introduzido por Stutzer (1907). O termo carbonatito somente foi usado e definido por Brögger (1921): “rocha composta predominantemente por carbonato: rocha carbonatítica (carbonatito), que ocorre como maciço sílico-carbonático, deve ser interpretada como rocha ígnea”. Desde então as pesquisas, conhecimento e definições acerca dessas rochas têm se multiplicado, apesar de sua exposição limitada. Atualmente, a definição mais aceita descreve carbonatito como um tipo especial de rocha rica em carbonato geneticamente relacionada ao processo de formação de rocha alcalina e erupção de magma alcalino (PECORA, 1956). Ainda, segundo Pecora (1956) esta definição pode ser estendida aos depósitos ricos em carbonatos formados por fluidos quentes, eliminando a conotação genética de magma sugerida por Brögger (1921) Heinrich (1966) simplificou: “Carbonatito é uma rocha rica em carbonato de derivação magmática aparente ou similar”. Streckeisen (1979) definiu carbonatito como rocha ígnea que contém mais de 50% de minerais carbonáticos. Os primeiros trabalhos publicados sobre carbonatitos no Brasil reportam a Leonardos (1956), que estudou carbonatitos com apatita e pirocloro, na região do 30 Triangulo Mineiro. Entretanto, o carbonatito de Jacupiranga, no Estado de São Paulo, foi descoberto por Bauer (1877) e primeiramente descrito por Derby (1891) e Hussak (1892, 1895, 1898, 1904), mas somente com a exposição de quase todo o corpo, devido à exploração de fosfato, os dados e amostras para detalhamento foram obtidos por Melcher (1962). A investigação econômica da ocorrência de apatita em Angico dos Dias, distrito de Campo Alegre de Lourdes, no Estado da Bahia, pelo Programa Carbonatitos, implantado pela Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), em 1984, foi o ponto de partida na investigação do Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias. O estudo do depósito de fosfato, relacionado ao carbonatito pré-cambriano de Angico dos Dias, pela CBMM (SILVA et al., 1987), forneceu dados até hoje utilizados na investigação dessas rochas. Apesar dos trabalhos produzidos pela CBMM serem as principais fontes de informações, indiscutivelmente, são escassos e insuficientes para uma caracterização genética e evolutiva desse complexo, inserido na Faixa de Dobramentos do Rio Preto, localizada na borda noroeste do Cráton São Francisco (Figura 1). Sendo assim, este trabalho propõe, através da aquisição de mais dados de petrografia, geoquímica de rocha total, microscópio eletrônico de varredura e microssonda eletrônica, melhorar o entendimento da delimitação, configuração tectono-estrutural, caracterização petrográfica e geoquímica das rochas metacarbonatíticas do Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias (CMCAD), visando comparar com as demais ocorrências e auxiliar no estudo da potencialidade econômica. 31 Figura 1 - Mapa esquemático apresentando os limites e as maiores unidades estruturais do Cráton São Francisco. Legenda: 1) Embasamento Arqueano/Paleoproterozoico com sequências Greenstone Belts (em preto); 2) Coberturas Paleo e Mesoproterozoicas do Supergrupo Espinhaço; 3) Coberturas Neoproterozoicas do Supergrupo São Francisco; 4) Coberturas Fanerozoicas; 5) Limites do Cráton (ALMEIDA, 1977; CRUZ e ALKMIM, 2006); 6) Lineamentos correspondentes aos cinturões de dobramentos Brasilianos. Fonte: Adaptado de Alkmim et al. (1993). 32 1.1 JUSTIFICATIVA O Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias (CMCAD), de feição linear e idade de 2.011Ma ± 6Ma (mais antigo do Brasil, U-Pb em badeleíta e zircão), aparentemente se assemelha a outros complexos carbonatíticos lineares conhecidos (SILVA et al., 1988), tais como: Chernigovka, Ucrânia (2.090Ma ± 20Ma, U-Pb em zircão, SHERBAK et al., 1995); Dubrava, Escudo de Voronezh (cortado pelo plúton granítico Zerenda de 448Ma ± 20Ma, idade obtida pelo método Rb-Sr, SHATAGIN, 1994); Nevânia, Índia (1.473Ma, idade obtida através da associação dos métodos Sm-Nd, Pb-Pb e Ar-Ar, RAY et al., 2013); e Tatar, Sibéria (640-660Ma, K-Ar em flogopita, LAPIN, 1987). No entanto, a correlação não é perfeita, pois segundo Silva et al. (1988) o CMCAD apresenta as seguintes peculiaridades: “i) o carbonatito tem alto conteúdo de apatita, superior a 14% em média; ii) os sienitos não são fenitos e não foi observado fenitização; iii) os conteúdos de Nb, Th e U das litologias são anomalamente baixos; iv) as rochas principais, carbonatitos e sienitos, estão deformadas.” Assim, uma melhor caracterização petrográfica e geoquímica desse complexo enriquecerá o conhecimento a respeito da origem e evolução das rochas, permitirá uma melhor comparação com outras ocorrências e auxiliará na análise de ampliação da potencialidade econômica. 1.2 OBJETIVOS O conhecimento sobre os corpos de metacarbonatito do CMCDA necessita ser revisado e acrescido de novos dados petrográficos e geoquímicos. Nesse sentido, pretende-se, com este trabalho, caracterizar petrograficamente e geoquimicamente esses carbonatitos a fim de que seja possível compará-los com outros existentes no Brasil e no mundo e, por conseguinte, distinguir similaridades, permitindo assim uma melhor compreensão acerca da história evolutiva dessas rochas e ampliar a análise da potencialidade econômica das rochas 33 metacarbonatíticas deste complexo. 1.3 LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO O CMCAD está situado na divisa entre o município de Campo Alegre de Lourdes, extremo noroeste do Estado da Bahia, e o município de Caracol, extremo sul do Estado do Piauí, entre as coordenadas geográficas 09º15’00” e 09º36’00” de latitude sul e 43º02’00” e 43º31’00” de longitude oeste (Figura 2), no contexto da região econômica do Médio São Francisco. Figura 2 - Mapa de situação com a localização da área de ocorrência do CMCAD, região entre Campo Alegre de Lourdes-BA e Caracol-PI. Fonte: Adaptado de Bizzi et al. (2003). 34 O melhor acesso por terra para Campo Alegre de Lourdes, centro urbano mais próximo do CMCAD, a partir de Salvador, é realizado por rodovias federais asfaltadas até a cidade de Petrolina, no Estado de Pernambuco. Viajando por terra, deixa-se a cidade de Salvador através da BR-324 até Feira de Santana (114km), em seguida segue-se pela mesma rodovia até Capim Grosso (161km) e na sequência pela BR-407 até Petrolina (235km). O percurso total de Salvador à Petrolina é de 510km. Alternativamente, é possível chegar à cidade de Petrolina, no Estado de Pernambuco, por meio de transporte aéreo via o aeroporto Senador Nilo Coelho. A partir de Petrolina, passando por Casa Nova (66km) e Remanso (206km), até o centro urbano de Campo Alegre de Lourdes (318km), segue-se pela BR-235, resultando em um percurso total de 828km, com dificuldade de trafegabilidade no trecho de Remanso a Campo Alegre de Lourdes, devido à precariedade da rodovia. O acesso ao CMCAD, que se situa a noroeste da sede municipal de Campo Alegre de Lourdes, pode ser feito através de estradas que dão acesso à cidade de Caracol no Piauí e acessos vicinais adjacentes. 1.4 ASPECTOS FISIOGRÁFICOS De acordo com a Superintendência de Estudos Econômicos e Sociais da Bahia (BRASIL, 2007), a região encontra-se inserida no Polígono das Secas do Nordeste. O clima, segundo a classificação de Tornthwaite, é semiárido (Dd A’), com índice hídrico variando entre -20% e -40%, sem excedente hídrico e regime pluviométrico de primavera e verão. De acordo com o Instituto Nacional de Meteorologia (BRASIL, 2014b), a região estudada apresenta uma precipitação acumulada anual entre 850mm a 1.050mm com precipitação média anual em torno de 742mm; insolação total entre 2.600h e 2.800h anuais; temperatura média compensada entre 24°C a 26°C, com temperaturas mínimas variando entre 15°C e 20°C, em junho e julho, e as máximas entre 30°C e 35°C, de setembro a novembro; e evaporação total entre 2.000mm a 2.400mm (Evaporímetro de Piché). A área investigada está inserida na bacia hidrográfica do rio São Francisco, 35 cujos cursos d’água na região são todos intermitentes, destacando-se a vereda Pimenteira, que nasce na divisa entre os estados da Bahia e do Piauí, próximo ao distrito de Peixe, no município de Campo Alegre de Lourdes. Fitologicamente, a região integra unidades naturais de vegetação representada por estepe (caatinga), com predominância de cantiga arbórea aberta e sem palmeiras. Nos chapadões da borda sudeste da Bacia do Parnaíba (porção noroeste d imagem SRTM), com altitudes médias entre 640m e 720m relacionadas ao pediplano regional com trechos dissecados (altitude mínima de 420m), destacam-se relevos residuais do tipo inselbergs, sustentados por níveis de ferro magmáticos, e cristas estruturais, com altitudes médias variando entre 500m e 600m (Figura 3). Figura 3 - Imagem do relevo da região de Campo Alegre de Lourdes-BA e Caracol- PI, com a localização da área de ocorrência do CMCAD, coletados pelo sensor Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Fonte: Adaptado de Brasil (2014a). 36 As reais dimensões das rochas metacarbonatíticas ainda são desconhecidas, pois a norte, sul e leste se acham recobertos por depósitos detritícos elúvio- coluvionares de idade Terciária-Quaternária e a oeste e noroeste estão sotopostos a arenitos e conglomerados da Formação Ipú, de idade Ordoviciana-Siluriana. 1.5 INFRAESTRUTURA E ASPECTOS SOCIOECONÔMICOS As cidades de Campo Alegre de Lourdes, Casa Nova, Remanso e Pilão Arcado, no Estado da Bahia, Caracol e São Raimundo Nonato, no Estado do Piauí, são os principais centros urbanos da região, onde se situa o objeto deste estudo. Possui razoável infraestrutura básica de energia elétrica, água, comunicações com interligação à rede de telefonia DDD e DDI, e serviços, destacando-se os núcleos populacionais mais desenvolvidos da região, com hospitais, clínicas de assistência odontológica, escolas e bancos (Banco do Brasil, Caixa Econômica Federal, Bradesco e etc.). As principais atividades econômicas estão associadas a agricultura, mineração, comércio e serviços. Os aspectos socioeconômicos e de infraestrutura ainda são bastante limitados, incluindo baixo desenvolvimento econômico, baixa densidade demográfica e baixa disponibilidade de acessos, essencialmente, rodoviário. Atrela-se a esse cenário a indisponibilidade de recursos hídricos, que é abundante somente no lago da barragem de Sobradinho, a uma distância aproximada de 100km de Campo Alegre de Lourdes. Com relação à disponibilidade de energia elétrica, há linhas de transmissão do sistema Chesf, de 13,8kV a 80km, em Casa Nova. As opções de escoamento de minério dos depósitos economicamente explotáveis da região, até o polo industrial e porto marítimo na região da Grande Salvador, poderão ser efetuadas exclusivamente por rodovia, ou através das combinações: hidrovia (lago da Barragem de Sobradinho) e rodovia, além da ferrovia, tal como: transporte rodoviário do local dos depósitos até o porto de Juazeiro - Petrolina e deste local até Salvador, através de via férrea, por cerca de 380km. 37 A Empresa GALVANI, especializada nas atividades de mineração, beneficiamento, industrialização e distribuição de fertilizantes fosfatados, constitui o maior empreendimento industrial da região com a Unidade de Mineração de Angico dos Dias, localizado no povoado homônimo, distrito do município de Campo Alegre de Lourdes, no Estado da Bahia. As atividades de mineração tiveram início em 2005, por meio de tecnologia de concentração a seco, superando desse modo o grande desafio do empreendimento, a falta de infraestrutura local. A empresa também contribui para o desenvolvimento da região ao ajudar a viabilizar a chegada de energia elétrica, estradas e água por meio de Parcerias Público-Privadas (PPPs) com o governo do Estado. 38 CAPITULO II 2 MATERIAIS E MÉTODOS A pesquisa sobre as rochas metacarbonatíticas do CMCAD se realizou com base no método científico de Popper (1975), que aborda uma realidade hipotética dedutiva de modo a oferecer uma solução provisória ao problema, com base em teorias-tentativas, até que se confirme ou se prove o contrário. Em conformidade com essa proposição, as pesquisas foram desenvolvidas em cinco etapas, distribuídas em trabalhos de campo e de laboratório executados na Companhia Baiana de Pesquisa Mineral (CBPM) e no Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE) do Departamento de Petrologia e Metalogenia da Universidade Estadual Paulista (UNESP), Campus de Rio Claro. 2.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Nesta etapa foram levantadas informações existentes sobre a área objeto de estudo, visando auxiliar no desenvolvimento do trabalho. Para isso, foram examinados livros, artigos científicos nacionais e internacionais, teses, dissertações, revistas eletrônicas e boletins internos de empresas, que disponibilizaram subsídio teórico acerca da geologia da área que compreende o objeto pesquisado e sobre os aspectos das ocorrências de rochas metacarbonatíticas nacionais e mundiais. Dentre os principais trabalhos pesquisados estão os produzidos por geólogos 39 da Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), da Companhia Baiana de Pesquisa Mineral (CBPM) e da Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM). 2.2 TRABALHOS DE CAMPO Os trabalhos de campo foram executados em duas campanhas, com duração média de oito dias, com objetivo de promover o reconhecimento da geologia regional, o entendimento dos aspectos geológicos locais, relacionados às rochas metacarbonatíticas do CMCAD e as demais rochas associadas; bem como, a coleta de amostras para análises petrográficas e geoquímicas. Para consumação dos resultados foram percorridos 135km em perfis estratégicos, abertas e descritas 16,5km de picadas, descritos 289 pontos, coletadas 94 amostras de rocha (fragmentos de afloramentos e de blocos rolados) para a confecção de 29 lâminas delgadas e de 07 lâminas delgadas polidas, a realização 21 análises geoquímicas em rocha total e a análise de 04 lâminas delgadas polidas para análise em microscópio eletrônico de varredura e microssonda eletrônica. Vale ressaltar, que durante os trabalhos de campo foi realizada a caracterização in situ dos litotipos observados (mineralogia, granulação, estruturas, forma de ocorrência, alterações, associações, contatos, etc,), e que os dados estruturais foram obtidos pelo sistema Dip e Direction-Dip (a pouca quantidade dos mesmos se deve a escassez de afloramentos). Os melhores afloramentos das rochas metacarbonatíticas encontram-se na mina de fosfato da GALVANI e é por conta desse fato que a maioria das amostras e dos dados obtidos em campo foram coletados na mina. A amostragem foi realizada para atender as necessidades do trabalho, distribuição espacial e variedade. Houve sempre a preocupação em amostrar as partes menos alteradas da rocha. Ferramentas como fotografias aéreas, mapas aerogeofísicos, mapas geológicos regionais e imagens de satélite e de radar foram utilizados para auxiliar no rastreamento e interpretação geológica da área estudada, uma vez que a região possui extensa cobertura sedimentar, de idade Cenozoica, com espessura média em torno de 7m de profundidade, e é margeada pelos chapadões da borda sudeste 40 da Bacia do Parnaíba, de idade Devoniana-Carbonífera. Ambos os fatos, somados as condições climáticas locais, que implicam em clima quente e seco com chuvas concentradas em um curto período do ano, resultam na escassez de afloramentos, o que inviabiliza a obtenção de dados geológicos de maior detalhe, como, por exemplo, a delimitação dos diversos litotipos existentes na região, bem como a relação de contato existente entre eles. 2.3 TRABALHOS DE LABORATÓRIO/ESCRITÓRIO As amostras coletadas durante os trabalhos de campo foram encaminhadas para os laboratórios especializados. 2.3.1 Análises Petrográficas Foram confeccionadas 24 lâminas delgadas e 07 lâminas delgadas polidas a partir de seixos, calhaus e fragmentos de metacarbonatito aflorante, bem como 04 lâminas delgadas de outros litotipos (metassienito pegmatoide, metassienogranito e tremolitito). Dentre as 28 lâminas delgadas confeccionadas, constam 02 lâminas delgadas produzidas a partir amostras de seixos e calhaus de metacarbonatito e tremolitito coletados por geólogos da Companhia Baiana de Pesquisa Mineral (CBPM) durante trabalhos realizados na região em 2008/2009, que foram aproveitadas nesta pesquisa. Tais lâminas foram confeccionadas pelo laboratório de preparação de lâminas delgadas da CBPM e descritas no laboratório de petrografia da mesma empresa pelos geólogos Antônio Marcos Vitória Moraes, Michele Cássia Pinto Santos e Rejane Lima Luciano (autora deste trabalho) em microscópio binocular de luz polarizada modelo Axio Scope.A1 da empresa ZEISS do Brasil. 41 2.3.2 Análises Geoquímicas Das 94 amostras que culminaram na confecção de 35 lâminas delgadas e delgadas polidas selecionou-se 21 amostras para análises geoquímicas em rocha total, 17 amostras de carbonatito e 04 amostras de litotipos associados, que foram enviadas ao laboratório da SGS Geosol Laboratórios Ltda por intermédio da CBPM, onde foram analisados elementos maiores, menores, traços e terras raras. Pelo método analítico de fusão de metaborato de lítio com acabamento em espectrometria de massas com fonte de plasma indutivamente acoplados (ICP-MS) foram analisados 16 parâmetros: Al2O3, Ba, CaO, Cr2O3, Fe2O3, K2O, MgO, MnO, Na2O, P2O5, SiO2, Sr, TiO2, V, Zn e Zr. Pelo método analítico de espectrometria de emissão atômica com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-AES) foram analisados 31 elementos: Ag, Ce, Co, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Hf, Ho, La, Lu, Mo, Nb, Nd, Ni, Pr, Rb, Sm, Sn, Ta, Tb, Th, Tl, Tm, U, W, Y e Yb. Analisou-se também, Au, Pd e Pt pelo método analítico Fire Assay, que consiste na mistura da amostra com um fluxo contendo reagentes, PbO e Ag, seguida por fusão a alta temperatura, e determinação das concentrações desses elementos por absorção atômica. Os resultados analíticos obtidos foram tratados utilizando os softwares Petrograph versão 2β (PETRELLI et al., 2005) e GCDKit versão 3.00 (JANNOUSĔK et al., 2006). A classificação mineralógica-químicas utilizada de carbonatitos é de Woolley e Kempe (1989). 2.3.3 Microscópio Eletrônico de Varredura Das 07 lâminas delgadas polidas confeccionadas para análise petrográfica, 04 foram selecionadas para obtenção de espectros de raio X dos seus respectivos constituintes minerais. Essas lâminas foram metalizadas com carbono e utilizadas na obtenção de imagens topográficas em escala micrométrica em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) da marca JEOL, modelo JSM-6010LA (Scanning Electron 42 Microscope), acoplado ao detector de EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectrometer), que realiza análises químicas qualitativas e semi-quantitativas de minerais presentes na lâmina. As condições analíticas utilizadas foram: tensão igual a 10kV; distancia focal de 11mm; diâmetro do feixe igual 65μm. Tais análises foram executadas no laboratório de Microscopia Eletrônica de Varredura do Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista, “Júlio de Mesquita Filho”, Campus Rio Claro. 2.3.4 Análises de Microssondas As mesmas 04 lâminas delgadas polidas e metalizadas com carbono utilizadas para obtenção de imagens topográficas, análises químicas qualitativas e análises químicas semi-quantitativas dos seus constituintes mineralógicos foram utilizadas na obtenção de dados quantitativos de química mineral (olivina, serpentina, magnetita, ilmenita e flogopita). A composição química dos minerais de interesse foi determinada por equipamento de microssonda eletrônica da marca JEOL-EO, modelo JXA-8230 (Electron Probe Microanalyzer), acoplado a detector de WDS (Wavelength Dispersive X-Ray Spectrometers). As condições analíticas utilizadas foram: tensão igual a 15kV; corrente igual 12,5nA e; distancia focal de 11,12mm. Tais análises foram executadas no laboratório de Microssonda Eletrônica do Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista, “Júlio Mesquita Filho”, Campus Rio Claro. 2.4 INTEGRAÇÃO DOS DADOS E ELABORAÇÃO DA TESE Nesta ocasião, os dados obtidos nas etapas anteriores foram integrados para possibilitar a confecção da tese. Para isso, diversos softwares específicos foram utilizados na criação de banco de dados, no tratamento de dados estruturais e geoquímicos, na plotagem de dados em diagramas de classificação e caracterização de rochas e ambientes tectônicos, na edição de figuras e de texto. 43 2.5 TESE DE DOUTORADO E ARTIGO CIENTÍFICO Na última etapa, a partir da integração de todos os dados obtidos durante a pesquisa, o texto final será apresentado na forma de tese de doutorado e publicações em revista. As normas a serem seguidas da tese de doutorado serão as previstas na Normalização Documentária, proposta pela Biblioteca da Universidade Estadual Paulista, Campus de Rio Claro. 44 CAPITULO III 3 ROCHAS CARBONATÍTICAS: UMA REVISÃO Há grande interesse científico sobre os complexos alcalino-carbonatitos em todo o mundo, apesar de constituírem rochas raras e de pouca expressão na crosta terrestre. Esses complexos são formados por magmas raros e contêm importantes jazidas de diversos minérios, como fosfato, nióbio, elementos terras raras (ETR), barita, anatásio, magnetita, vermiculita, cobre, urânio, bauxita, fluorita e recursos assinaláveis Th, U e diamantes. O potencial econômico destas rochas é agora amplamente agregado valor econômico e são os esforços de companhias mineiras que tem levado à descoberta de novos complexos, importantes na dinâmica da economia internacional (WOOLLEY, 2001). Neste capítulo será sintetizado rapidamente uma descrição das definições, nomenclaturas, e aspectos genéticos e evolutivos, além de apresentar uma caracterização e o panorama das ocorrências de rochas carbonatíticas em território brasileiro e situações de ocorrência internacionais que possam se assemelhar as ocorrências do Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias. As informações contidas neste item permitem correlacionar, associar e comparar com os dados obtidos e interpretados do CMCAD. 45 3.1 DEFINIÇÕES E CLASSIFICAÇÕES DE ROCHAS CARBONATÍTICAS O carbonatito é uma rocha ígnea, intrusiva ou extrusiva, constituída por 50% ou mais de minerais carbonatados, que podem ser dolomita, calcita, ankerita e/ou siderita (WOOLLEY e KEMPE, 1989; STRECKEISEN, 1976). Os carbonatitos são comuns em complexos de origem magmática associados com rochas alcalinas. A designação “rocha alcalina”, em termos de composição química, inclui várias séries petrogenéticas ou associações variando de saturadas a subsaturadas, predominantemente básicas até largamente ácidas, e de sódicas a potássicas. São caracterizadas pela presença de feldspatoides e/ou piroxênios e anfibólios alcalinos. Rochas associadas são, portanto, sienitos nefelínicos (fonólitos) e ijolitos (nefelinitos), basanitos e rochas gabróicas com feldspatoides, sienitos peralcalinos (isto é, contendo piroxênio e/ou anfibólios alcalinos), quartzo sienitos e álcali-granitos, juntamente com traquitos peralcalinos, comenditos e pantelleritos. Fenitos também são incluídos por causa da sua relação íntima com rochas alcalinas e carbonatitos, assim como certas rochas ultramáficas e melilitos, incluindo alnöitos e melilitolitos (WOOLLEY, 2001). Na designação destas rochas (STRECKEISEN, 1976) deve se ter em conta o carbonato dominante presente; este mineral deverá estar precedendo o nome da rocha e/ou secundariamente adjetivando o nome (e.g. calcita carbonatito e/ou carbonatito calcítico). Os carbonatitos podem ainda conter um prefixo, correspondente à fase mineral acessória dominante (e.g. carbonatito calcítico com pirocloro). Quando à necessidade de caracterizar a granulação da rocha deve-se usar, por exemplo, calcita carbonatito de granulação grossa ou simplificadamente calcita carbonatito grosso em substituição a sovito e calcita carbonatito de granulação fina ou simplificadamente calcita carbonatito fino em substituição alvikito. Recomenda-se usar dolomita carbonatito grosso em substituição rauhaugito e dolomita carbonatito fino em substituição beforsito (Figura 4). As rochas essencialmente constituídas por carbonatos de sódio, potássio e 46 cálcio, deverão ser designadas por natrocarbonatitos (atualmente está rocha é apenas conhecida como produto extrusivo do vulcão Oldoinyo Lengai no Norte da Tanzânia) (WOOLLEY e KEMPE, 1989). Figura 4 - Classificação mineralógica de carbonatitos. Fonte: Adaptado de Woolley e Kempe (1989). No caso específico de carbonatitos vulcânicos não alterados, como em Oldoynio Lengai, são característicos os carbonatos alcalinos, como a gregoryita [(Na2,K2,Ca)CO3] e a nyerereita [Na2Ca(CO3)2]. Cabe ressaltar que quando a identificação dos carbonatos não for possível, utiliza-se análise química de rocha total, os carbonatitos deverão ser classificados com base nas porcentagens sugeridas por Streckeisen (1976) e Le Maitre (2002) (Figura 5). Figura 5 - Classificação química de carbonatitos. Fonte: Adaptado de Streckeisen (1976). 47 Para as rochas carbonatíticas, a proposta de designações apresentada por Woolley (1982) encontra-se definida em duas situações: as rochas apresentando teor de SiO2>20% são definidas como “sílico carbonatito” e para rochas com teor de SiO2<20% em situação de misturas não identificadas de carbonatos propõe-se a utilização diagrama CMF, em percentagem em peso de CaO, MgO e FeO+Fe2O3+ MnO, resultando nos “calciocarbonatitos” com CaO>80%, nos “magnesiocarbonatitos” com MgO>FeO+Fe2O3+MnO e nos “ferrocarbonatitos” com FeO+Fe2O3+MnO>MgO, os quais consistem em carbonatitos que têm na sua composição fases minerais ferríferas (Figura 6). Figura 6 - Classificação química diagrama CMF para rochas carbonatíticas. Fonte: Adaptado de Woolley e Kempe (1989) Três principais tipos de magma (silicático, carbonatítico e fosfático-oxidado) são descritos em complexos carbonatíticos, embora nem sempre todos ocorram juntos. As relações entre estes magmas são muito complexas, envolvendo processos petrogenéticos diversos, geralmente multifásicos e recorrentes, como cristalização fracionada, imiscibilidade de líquidos, desgaseificação e metassomatismo. Cada tipo de magma pode gerar diferentes produtos durante a sua evolução, definindo séries petrogenéticas distintas. 48 A distinção química de carbonatitos com base na afiliação química dos magmas silicáticos associados, em sódicos e potássicos, permite atender às especificidades das principais províncias alcalino-carbonatíticas brasileiras a partir das Séries Petrogenéticas em Complexos Alcalino-Carbonatíticos. Dentre os magmas silicáticos, o tipo de série petrogenética que ocorrerá depende fundamentalmente da afiliação geoquímica. Os complexos alcalinos-carbonatíticos geralmente caracterizam por apresentar duas séries principais, a série silicática de maior volume no complexo e a série carbonatítica de menor volume. A série foscorítica pode estar presente, mas muito raramente (BROAD et al., 2004). Assim, uma das séries silicáticas comuns em complexos carbonatíticos é a série ijolítica, essencialmente compostas por nefelina e clinopiroxênio, e classificadas em função das variações modais entre estes dois constituintes. Este conjunto de rochas corresponde às rochas plutônicas cumuláticas derivadas da diferenciação de magmas parentais sódicos de composição nefelinítica e frequentemente representada por diques intrusivos nas rochas do complexo e encaixantes. Por outro lado, um número mais restrito de ocorrências, associadas a magmas alcalinos ultrapotássicos, como kamafugitos, caracteriza-se pela presença dos equivalentes plutônicos que formam a série bebedourítica. Em outros casos, quando os carbonatitos estão associados a rochas exclusivamente félsicas, como sienitos, torna-se mais difícil estabelecer uma distinção entre as linhagens sódica e potássica, situação característica das rochas metacarbonatíticas de Angico dos Dias. Associados a carbonatitos ocorrem geralmente diversos tipos de rochas alcalinas e algumas tentativas têm sido feitas no sentido de sistematizar essas associações. Uma primeira aproximação consiste em distinguir carbonatitos que ocorrem isolados, sem associação com outros tipos de rochas alcalinas (carbonatitos primários), daqueles que ocorrem associados a rochas silicáticas alcalinas e/ou foscoritos. Em uma proposta mais recente, Woolley e Kjarsgaard (2008) dividem os carbonatitos mundiais em oito classes, conforme o tipo de rocha alcalina associada: 1. Carbonatitos associados à melilitito (ou melilitolito). 49 2. Carbonatitos associados à nefelinito (ou ijolito). 3. Carbonatitos associados à basanito (ou gabro alcalino). 4. Carbonatitos associados à fonolito (ou feldspatoides sienito). 5. Carbonatitos associados à traquito (ou sienito). 6. Carbonatitos associados à kimberlito. 7. Carbonatitos associados à lamprófiro (tipicamente aillikito, alnöitos). 8. Carbonatitos isolados. Em razão da presença em Angico dos Dias dos sienitos, associados à dificuldade na definição das séries alcalinas, somente a classificação da série carbonatítica realizada com base no carbonato predominante (WOOLLEY e KEMPE, 1989) foi utilizada. Quanto à proposta de Woolley e Kjarsgaard (2008) sugere-se a classe 5, dos carbonatitos associados a sienitos. Segundo Chakhmouradian (2006) os carbonatitos podem ser classificados em dois grupos levando em consideração ambientes geológicos e associações litológicas que lhes conferem assinaturas de elementos traços distinguíveis: I. Carbonatitos posicionados em riftes e estruturas extensionais de escala menor desenvolvidos em crátons Arqueanos estáveis ou cinturões orogênicos. Tipicamente associados a rochas subsaturadas em sílica e ricas em sódio. II. Carbonatitos posicionados em ambiente colisional configurados por orogêneses. Tipicamente associados a rochas tanto saturadas em sílica como subsaturadas em sílica, além de rochas ricas em potássio. 3.2 GÊNESE E EVOLUÇÃO DE ROCHAS CARBONATÍTICAS São conhecidos no mundo cerca de 330 carbonatitos (WOOLLEY, 2001), localizados predominantemente em ambiente continental intraplaca relativamente estável, preferencialmente em ambientes geotectônicos como riftes intracontinentais, extensões continentais de falhas transformantes, hot spots, magmatismo ante-arco e ilhas oceânicas. São datados corpos do Proterozoico ao recente. Com exceção de 2 corpos que são intraplaca oceânico (Ilhas Cabo Verde e 50 Canárias), os demais são encontrados próximos a margens de placas e podem estar relacionados à atividade orogênica ou separação de placas (WOOLEY, 1989). Em levantamentos mais atuais, são contabilizados 527 corpos carbonatíticos segundo Woolley e Kjarsgaard (2008) (Figuras 7 e 8), sendo que 76% destas ocorrências encontram-se associadas a rochas silicática alcalinas e, geralmente, o magma carbonatítico encontra-se em menores proporções. Figura 7 - Distribuição mundial dos principais carbonatitos conhecidos. Fonte: Adaptado de Woolley e Kjarsgaard (2008). Figura 8 - Ocorrências de rochas carbonatíticas por continente. Fonte: Adaptado de Woolley e Kjärsgaard (2008). 51 Os carbonatitos representam complexos ultrabásicos-alcalinos que intrudem a crosta terrestre a partir de um mecanismo do tipo hot spot (plumas mantélicas responsáveis pela geração de magma), que associado a falhamentos profundos existentes na crosta (feições extensionais que funcionariam como condutos), permitiriam o emplacement dessas rochas. O magma carbonatítico forma corpos relativamente pequenos na crosta, em estruturas de plugs, cone sheets, diques e raramente sills, tefra e derrames. Afloram como estruturas complexas, multifásicas vulcânicas ou plutônicas. Os corpos plutônicos estão concentrados em zonas de falhas e lineamentos, geralmente formando domos circulares-ovalados com diâmetro entre 1,5km e 5km, podendo atingir mais de 10km. Estágios múltiplos de diques e veios/venulações tardios de natureza carbonatítica encontram-se também relativamente bem documentados, associando- se, por vezes, a enriquecimentos em fluorita, carbonato, quartzo, barita, fosfatos, etc. No geral, o magmatismo carbonatítico apresenta uma (1) fase sovítica ou cálcica, a esta pode suceder uma (2) fase beforsítica ou magnesiana que é seguida de uma (3) fase siderítica ou ferrosa, normalmente este conjunto de litotipos apresentam forte intemperismo, em razão da intensa dissolução dos seus minerais (BARKER, 1989). Frequentemente, estes corpos são circundados por auréolas de metamorfismo de contato (fenitização), que transformam as rochas encaixantes (independentemente da composição química e mineralógica) em tipos alcalinos sieníticos. As auréolas de metassomatismo potássico e/ou sódico (fenitização) são comuns e concorrem para a formação de halos constituídos por rochas quarzto- feldspáticas heterogeneamente modificadas (fenitos, constituídos por feldspato potássico, aegirina e outros piroxênios sódicos e quantidades subordinadas de anfibólios alcalinos). Gittins (1989) defende que os fluidos e a natureza de fenitização se relacionam, com a evolução magmática do carbonatito, ou seja, a ascensão lenta do magma carbonatítico propicia um maior fracionamento do mesmo, produzindo um fluido aquoso mais rico em álcalis. Pelo contrário, se a ascensão do magma ocorrer 52 rapidamente a saturação em água ocorrerá antes do fraccionamento ter tempo para aumentar substancialmente o conteúdo em álcalis, afetando o tipo de fenitização que ocorre nas rochas intrudidas Isto sugere que existe uma profundidade crítica na crosta abaixo da qual a fenitização é improvável, uma vez que um fluido aquoso apenas pode separar do magma carbonatítico após este atingir a saturação em água; enquanto não acontece, a fenitização não pode ser desencadeada a menos que, o magma se tenha tornado suficientemente enriquecido em Cl potenciando a dissolução dos agentes necessários à fenitização. Por estas razões Gittins (1989) defende que o magma carbonatítico se desenvolve na crosta inferior ou no manto superior. O suporte para esta ideia é sustentado pela ausência de fenitos em torno de alguns carbonatitos que se pensa ter cristalizado a profundidades consideráveis no seio de um terreno granulítico a Norte de Ontário, Canadá. Ainda, segundo Gittins (1989) a literatura sobre a gênese dos magmas carbonatíticos considera essencialmente duas hipóteses concorrentes: a) fracionamento a baixa pressão na crosta de um magma parental derivado do manto (normalmente “nefelinito carbonatado”) e; b) separação imiscível em níveis crustais pouco profundos do magma silicatado subsaturadas depois de diferenciação prolongada. Com base em estudo de equilíbrio de fases, razões isotópicas Sr-Nd-Pb, isótopos estáveis e gases nobres, a origem dos carbonatitos, ou de seus magmas silicático-carbonatados parentais, está firmemente ligada à fusão parcial de fonte mantélica. Devido à concentração extremamente alta de Sr e Nd em carbonatitos, os efeitos de contaminação crustal nesses sistemas isotópicos são minimizados por um “tampão composicional” (BELL e BLENKINSOP, 1989; BELL e RUKHLOV, 2004) Adicionalmente, como a ascensão do magma carbonatítico é presumivelmente rápida, a interação com a crosta continental é reduzida. Estudos experimentais e isótopos radiogênicos mostram evidências de magmas carbonatíticos produzidos no manto por fusão parcial de um peridotito carbonatado (DALTON e WOOD, 1993; HARMER e GITTINS, 1998). 53 Alternativamente, relações espaciais de carbonatitos e intrusões alcalinas são evidências da geração de magmas carbonatíticos por cristalização fracionada ou por separação de um líquido silicático parental por imiscibilidade de líquidos (KJARSGAARD e HAMILTON, 1989). Barker (1989) defende que em qualquer dos casos, o magma carbonatítico pode inicialmente ser baixo em álcalis, podendo, no entanto, fraccionar e produzir liquido alcalino como produto final extremo ou gerar um líquido alcalino. Uma vez contaminado pelas rochas hospedeiras dará origem a líquidos calcíticos e dolomíticos. Uma terceira possiblidade proposta por Gittins (1989) considera um melt com origem no manto parcialmente carbonatado e metassomatizado que produzirá magmas carbonatitos primários e magmas silicatados separados. Hall (1996) propõe três maneiras a partir das quais um magma carbonatítico pode se originar: (i) como produto inicial de fusão parcial de um manto portador de uma pequena proporção de carbonatos (carbonatitos primários); (ii) como produto final de diferenciação de um líquido silicático contendo carbonato dissolvido e; (iii) por imiscibilidade de líquidos em um sistema carbonatítico-silicático. A fusão parcial de um manto carbonatado gerando um magma carbonatítico primário ocorreria apenas sob condição apropriada (HALL, 1996), que seria: um baixo grau de fusão parcial (<1%) de um manto peridotítico carbonatado a profundidades superiores a 70km, com a geração de dolomita carbonatitos. A maior dificuldade em aceitar que o carbonatito possa ser um magma primário é a expectativa de altos conteúdos de Mg num líquido carbonatítico em equilíbrio com um peridotito do manto, o que dificulta explicar a existência dos carbonatitos calcíticos (HALL, 1996). Todavia, Dalton e Wood (1993) sugerem que estes são produtos de reação metassomática entre os carbonatitos dolomíticos e harzburgitos do manto superior, assim como carbonatitos sódicos seriam produtos de reação entre os carbonatitos dolomíticos e os lherzolitos do manto superior. Os carbonatitos primários deveriam ocorrer, em campo, como corpos isolados e sem uma necessária associação com rochas alcalinas silicáticas. Woolley e Kjarsgaard (2008) apontam que poucos carbonatitos no mundo correspondem a esta situação e que carbonatitos primários são, provavelmente, muito raros. 54 O processo de cristalização fracionada é um processo de diferenciação magmática que corresponde à progressiva cristalização e remoção de minerais, a partir de um magma parental, com a queda de temperatura. As fases minerais fracionadas podem se concentrar e formar rochas (cumulados) de diversas composições, por processos variados, como assentamento gravitacional de minerais mais densos ou flotação de minerais menos densos do que o magma residual, acumulação de cristais nas paredes da câmara magmática, filtragem do magma residual bombeado por pressão, ou concentração de minerais em bandas devido ao fluxo hidráulico de um magma contendo cristais em suspensão. Em condições plutônicas, a cristalização de um magma não é instantânea, mas ocorre em um intervalo de temperatura e período de tempo. Num magma parcialmente cristalizado, os cristais coexistentes e o líquido raramente apresentam a mesma composição. Então, se os cristais são separados do magma, o líquido remanescente será diferente do magma original, resultando daí na mudança progressiva da composição do magma (HALL, 1996). A ideia de que carbonatitos podem ser gerados por cristalização fracionada a partir de um magma de composição sílico-carbonatada é fortalecida pela grande quantidade de carbonatitos espacialmente associados com rochas silicáticas alcalinas, sendo que algumas delas observa-se a presença de calcita primária. A presença de calcita magmática é uma forte evidência para um fracionamento evoluindo para magmas residuais rico em carbonato Além disso, diversas evidências texturais encontradas em carbonatitos, como estrutura bandada e segregações de apatita, silicatos e óxidos mostram que eles podem ser cumulados. Carbonatitos associados a rochas silicáticas com forte gradação composicional sugerem que essas rochas são produtos de cristalização fracionada. A imiscibilidade de líquidos envolve a separação de um magma originalmente homogêneo em duas frações coexistentes. Em líquidos silicáticos, estudos experimentais identificaram uma extensão bastante limitada desse processo, além de serem raras as evidências petrográficas. 55 Em contrapartida, em líquidos de composição silicato-carbonatada ou silicato- sulfetada, esse processo é mais generalizado, e pode ocorrer em uma escala maior (HALL, 1996). A ideia de que a imiscibilidade de líquidos desempenha importante papel na gênese dos carbonatitos tem sido sugerida por diversos autores que propõem que a imiscibilidade é o principal processo no desenvolvimento tanto dos carbonatitos quanto das rochas silicáticas associadas, e que pode explicar a origem de muitos tipos de carbonatitos mais facilmente que qualquer outro processo. Em termos gerais, um magma silicático com alguma quantidade de carbonato dissolvido vai se tornando mais enriquecido neste componente pela progressiva cristalização de silicatos, óxidos e fosfatos, levando à saturação e separação de um líquido carbonatítico imiscível. Em rochas alcalinas, esse processo é às vezes evidenciado pela ocorrência de glóbulos (ocelos) ricos em carbonatos numa matriz de composição silicática, ou ainda por inclusões microscópicas de líquidos silicáticos e carbonatíticos coexistindo dentro de cristais (HALL, 1996). A presença de glóbulos de carbonatos na matriz dos flogopita picritos no complexo alcalino-carbonatítico de Tapira (BROD, 1999) sugere que um líquido carbonatítico imiscível deve ter se formado num estágio muito inicial na sequência de diferenciação de um magma silicato-carbonatado, uma vez que essas rochas representam o magma parental do complexo. Quando a imiscibilidade de líquidos carbonatítico-silicático ocorre, muitos elementos químicos concentram-se preferencialmente em um dos dois líquidos conjugados. Portanto, padrões geoquímicos são gerados em cada lado do par imiscível e podem ser utilizadas para definir a ocorrência da imiscibilidade de líquidos durante a evolução de uma suíte de rocha. As rochas metacarbonatíticas podem ser separados segundo sua disposição espacial no terreno e características estruturais em dois grupos. Os corpos de geometria circular ou oval são classificados como sendo do Tipo Central. Os corpos de geometria longitudinal, alongada, encaixados em falhas ou subconcordantes a essas falhas são classificados como sendo do Tipo Linear (KRAVCHENKO et al., 1988). 56 Os complexos alcalino-carbonatíticos brasileiros ocorrem na maioria das vezes associados a zonas de flexura e fraturas nas bordas das bacias do Paraná, Parnaíba e Amazonas, onde ao menos três principais lineamentos estruturais controlando-os são observados, sendo eles: Lineamento Alto Paranaíba, Lineamento Lancinha-Cubatão e Lineamento Transbrasiliano (BIONDI, 2005; COMIN-CHIARAMONTI e GOMES, 2005). Corpos carbonatíticos de natureza sintectônica se destacam pela morfologia linear dos seus corpos, localizam-se ao longo de zonas de falhas profundas e, em geral, estendem-se por dezenas de quilômetros, chegando por vezes a se prolongar por mais de 100km (LAPIN et al., 1999). Complexos alcalino-carbonatíticos do Tipo Central intrudem, predominantemente, ortoplataformas e estão, via de regra, desconectados no tempo e no espaço dos complexos carbonatíticos-feníticos do tipo linear, de cinturões orogênicos, desenvolvidos a partir do Pré-Cambriano (LAPIN et al., 1999). Corpos carbonatíticos extrusivos podem ser classificados de acordo com as rochas associadas aos complexos e ocorrem em dois grupos. Num primeiro grupo, os carbonatitos estão associados a grandes volumes de rochas silicáticas, compondo edifícios de extrusão vulcânica bem desenvolvidos na forma de estrato vulcões cônicos, também chamados de vulcões compostos. Num segundo grupo, estão associados a volumes pequenos de rochas silicáticas, e formam diatremas, crateras e cones de cinzas. As rochas carbonatíticas são raras. Magmas carbonatíticos são raros mesmo em relação aos demais magmas de composição alcalina. Unidades puramente carbonatíticas são pouco comuns em comparação aos complexos de associações alcalino-carbonatíticas. Extrusões carbonatíticas são ainda mais raras em relação às intrusões carbonatíticas. E os carbonatitos metamorfizados e deformados são mais raros que seus correlatos (BELL, 1989; BARKER, 1996). 57 3.3 PANORAMA BRASILEIRO DE ROCHAS CARBONATÍTICAS As idades das ocorrências brasileiras de corpos alcalinos são principalmente Mesozoicas com algumas idades Cenozoicas subordinadas, de ambiente intraplaca, na forma de stocks, sills, plugs, diques ou derrames, geralmente relacionados a ambientes de rifte (BIONDI, 1986). Ainda, segundo Biondi (1989) os complexos alcalinos amazônicos são de idades Neo-Mesoproterozoicas, o complexo alcalino baiano é de idade Paleoproterozoica. Os complexos alcalinos amazônicos são restritos e incluem Morro de Seis Lagos e Mutum, no Estado do Amazonas, e Maicuru, no Estado do Pará, e constituem complexos alcalino-carbonatíticos situados na Bacia Amazônica. Praticamente não possuem controles estruturais significativos, e estão relacionados provavelmente à eventos distensivos intraplacas de longa duração ou à uma sequência de eventos sucessivos marcados por regimes distensivos, compressivos e transcorrentes. Semelhanças ocorrem com uma intrusão alcalina no sudoeste do estado da Bahia, Angico dos Dias (Figura 9), associados a colisões continentais e zonas de subducção. No Morro de Seis Lagos (BONOW, 1980), também conhecido como Complexo Alcalino Seis Lagos (ISSLER, 1980; CÔRREA, 1997), localizado no município de São Gabriel da Cachoeira, no Estado do Amazonas, a ascensão de magmas dessa natureza geralmente é controlada por conjuntos de profundas falhas que geram regiões facilitadoras ao diapirismo. Dentro de um complexo com diferentes intrusões carbonatíticas, estruturas de escala local controlam os posicionamentos dos diferentes corpos, representados na forma de três estruturas aproximadamente circulares. O corpo maior denominado “Seis Lagos” possui 5,50km de comprimento por 4,50km de largura, enquanto as outras ocorrências menores apresentam diâmetro de 0,75km e 0,50km. Morfologicamente é um relevo pseudo-cárstico, cuja estrutura maior revela diversas depressões por colapso, seis das quais, apresentando lagos que conduziram à denominação “Morro dos Seis Lagos”. 58 Intenso processo de intemperismo efetivou a formação de espessa cobertura laterítica ferruginosa sobre rochas alcalinas, tendo destaque os elevados teores de terras raras, nióbio, zircônio, vanádio e berílio. O carbonatito de Morro dos Seis Lagos deve provavelmente tratar-se de um stock, devido à sua forma e dimensões. As bordas retas do corpo, marcadas pelos limites da crosta laterítica, que melhor caracteriza a forma original da intrusão, se assemelham a um hexágono e indicam que o corpo foi afetado por diferentes campos tensionais após sua consolidação. Figura 9 - Mapa de localização dos complexos alcalinos e carbonatíticos brasileiros. Fonte: Adaptado de Biondi (2005) 59 O Complexo Alcalino-Ultramáfico-Carbonatítico de Maicuru localiza-se no município de Monte Alegre, estado do Pará, apresenta uma forma aproximadamente elíptica, com eixo maior e menor de 9km e 6km, respectivamente, e é constituído por carbonatitos, piroxenitos, e subordinadamente por sienitos, dunitos, traquitos, carbonatitos, glimeritos e apatititos. Numerosos veios de apatititos e carbonatitos cortam os piroxenitos que estão em contato com os carbonatitos. As rochas apresentam idades Neoproterozoicas (586Ma ± 18Ma) intrusivo em gnaisses de composição tonalíticas a granodioríticas e granitos atribuídos ao Complexo Guianenese (LEMOS e GASPAR, 2002; LEMOS et al., 1988). No contexto tectônico, esse magmatismo alcalino pode ser relacionado ao evento extensional na borda norte da Bacia do Amazonas e pode ser interpretado como um importante registro da fase rifte que prenunciou a instalação dessa bacia no início do Paleozoico. O complexo alcalino-carbonatítico de Mutum, no Amazonas, também do Paleoproterozoico, é uma intrusão circular alojada em gnaisses e migmatitos, que cobre uma área de 16km2 e cujas principais rochas são nefelina sienitos, carbonatitos, ijolitos, urtitos e fenitos (GOMES et al., 1990). Atualmente pouco das rochas carbonatíticas presentes e documentadas no Brasil estão em fase de exploração. Comin-Chiaramonti e Gomes (2005) e Gomes et al. (1990) apontam somente as rochas carbonatíticas de Araxá, Catalão I, Catalão II, Jacupiranga e Tapira, perfazendo cinco explorações em atividade fora dos controles estruturais, além de Angico dos Dias. Estes seis carbonatitos são explorados principalmente por lavras a céu aberto para extração de fosfato e nióbio. Os complexos alcalino-carbonatíticos brasileiros ocorrem associados a zonas de flexura e fraturas nas bordas das bacias do Paraná, Parnaíba e Amazonas, onde ao menos três principais lineamentos estruturais controlando-os são observados, sendo eles: Lineamento Alto Paranaíba, Lineamento Lancinha-Cubatão e Lineamento Transbrasiliano (BIONDI, 2005) (Figura 10). I. Lineamento do Alto Paranaíba, orientado preferencialmente para o azimute 125°, se estende da costa do Rio de Janeiro ao leste do Estado de Rondônia. Os complexos alcalinos mais importantes economicamente associados a esse lineamento concentram-se no Triângulo Mineiro, juntamente com a maior província lamproítica- 60 kimberlítica conhecida no país. Alguns complexos carbonatíticos relacionados a este lineamento são Catalão, Araxá e Tapira. Figura 10 - Mapa com o posicionamento dos complexos alcalinos e carbonatíticos brasileiros em zonas de margem de bacias Fanerozoicas e controlados estruturalmente por três lineamentos de escala continental. Fonte: Adaptado de Biondi (2005). II. Lineamento Lancinha-Cubatão perfazendo o contorno litorâneo da Região Sudeste do país, iniciado no Rio de Janeiro e se estendendo para sudoeste até o Estado do Paraná, em contato com o Lineamento de Blumenau, concentrando complexos alcalinos entre o Arco de Ponta Grossa e a Sinclinal de Torres. Este lineamento se estenderia na África. As intrusões alcalinas encontradas no Lineamento Lancinha- Cubatão podem ser controladas por estruturas menores, como os 61 lineamentos paralelos de Guapiara, São Jerônimo-Curiúva, Rio do Alonzo e Rio Piquiri, todos de direção noroeste-sudeste, por sua vez relacionados ao arco jurássico de Ponta Grossa. III. Lineamento Transbrasiliano de azimute geralmente próximo de 45° e se estendendo do nordeste do Paraguai até a cidade de Fortaleza, no estado do Ceará. Essa feição estrutural cruza o Lineamento 125° no estado de Goiás, exibindo ocorrências alcalinas somente na zona de intersecção com este lineamento e nos arredores da cidade de Fortaleza- Ce. Estes lineamentos e o posicionamento dos complexos alcalinos, alcalino- carbonatíticos e carbonatíticos do Brasil pode ser visualizado na figura 9. Os depósitos minerais mais significativos relacionados aos complexos alcalino- carbonatíticos estão relacionados ao Lineamento do Alto Paranaíba, posicionado no azimute 125º. 62 CAPITULO IV 4 CONTEXTO GEOLÓGICO Nesta seção serão apresentados o referencial teórico utilizado no desenvolvimento desta pesquisa e o contexto geológico regional de ocorrência do Complexo Metacarbonatítico de Angico dos Dias (CMCAD). 4.1 REFERENCIAL TEÓRICO O CMCAD está inserido no contexto do limite do Cráton São Francisco (ALMEIDA, 1977), uma entidade geotectônica estabilizada no final do evento termo tectônico do Paleoproterozoico, entre 2,2Ga a 2,0Ga, com as faixas de dobramentos marginais Rio Preto e Riacho do Pontal e o domínio fisiográfico do norte da Cordilheira do Espinhaço Setentrional e do Aulacógeno do Paramirim, cujas estruturas lineares nas suas bordas e no interior mostram “relações espaciais”: i) com anomalias aero geofísicas magnéticas e gama espectrométricas; ii) com o posicionamento de ocorrências de faixas sedimentares e/ou Vulcano sedimentares e de corpos intrusivos, predominantemente alcalinos; iii) com mineralizações associadas (fosfato do corpo carbonatítico de Angico dos Dias, Fe-Ti-V do complexo gabróico de Campo Alegre de 63 Lourdes, ferro em formações ferríferas na região de Pilão Arcado e Campo Alegre de Lourdes e concentrações laterítico-residuais de manganês na região da serra do Estreito). De modo a obter um melhor entendimento a respeito da litoestratigrafia e do caráter tectônico/estrutural da região do extremo noroeste do estado da Bahia, nos arredores do município de Campo Alegre de Lourdes e sua vizinhança, que engloba os metacarbonatitos de Angico dos Dias, importantes pesquisas científicas e econômicas têm sido desenvolvidas desde meados da década de 70. Caldasso (1973) citam, pela primeira vez na literatura geológica (Relatório Final do Projeto Piauí I, mapeamento em escala 1:250.000), o minério de Fe-Ti-V de Campo Alegre de Lourdes. Os depósitos foram visitados e amostras para análises coletadas, o que resultou numa estimativa de potencial de recursos da ordem de 500 milhões de toneladas. Cassedane (1976) fez uma caracterização mineralógica a partir do minério de Fe-Ti-V superficial intemperizado e comparou o tipo do minério de Campo Alegre de Lourdes com minério do tipo Allard Lake. Os estudos seguintes contestam esta comparação devido à fa