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EDUARDO REIS VIANA ROCHA JÚNIOR
Comportamento de terras raras e outros
elementos-traço em soleiras e derrames da região
norte-nordeste da Província Magmática do
Paraná
São Paulo
2006
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EDUARDO REIS VIANA ROCHA JÚNIOR
Comportamento de terras raras e outros elementos
-traço em
soleiras e derrames da região norte
-
nordeste da Província
Magmática do Paraná
Dissertação apresentada ao Instituto de Astronomia,
Geofísica e Ciências Atmosféricas da Univers
idade
de São Paulo para obtenção do título de mestre em
ciências.
Área de Concentração: Geofísica
Orientadora: Profa. Dra. Leila Soares Marques
São Paulo
2006
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A minha família, em especial
a painho e a mainha
.
AGRADECIMENTOS
À minha orientadora profa. Dra. Leila S. Marques que nos anos de
convivência me fez despertar um enorme interesse nas investigações dos processos
geodinâmicos de grande escala, além de ter contribuído, e muito, para meu
amadurecimento científico, intelectual e pessoal.
À profa. Dra. Ana M. G. Figueiredo, pela orientação na parte analítica, e aos
colegas Regina B. Ticianelli e Leandro Gabioli pelas sugestões relativas à
preparação das amostras e método de ativação neutrôn
ica.
Aos professores Antônio J. Nardy e Marcos Aurélio, e aos amigos de pós-
graduação Fábio Machado e Eloíza Squisato, do Departamento de Metalogenia e
Petrologia da UNESP
Rio Claro, que muito contribuíram na gênese desta
pesquisa, como também nos prov
eitosos campos e congressos compartilhados.
Ao Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas
IAG da
Universidade de São Paulo
USP, pela oportunidade de realização do curso de
mestrado. Em especial, aos seus professores, que direta e indire
tamente,
contribuíram para realização desta dissertação de mestrado, como também para
meu crescimento científico.
Ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN
SP), por colocar à
disposição o laboratório de análises por ativação com nêutrons.
Ao Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade
Estadual de Santa Cruz
UESC, pela realização do curso de bacharelado em
Física.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e
à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP: processos
04/03892
-0 e 04/10081-9) pela concessão da bolsa de mestrado e apoio financeiro
para realização desta pesquisa.
Agradeço a Deus por ter me dado à oportunidade de estar no mundo e ter
guiado os meus passos e me orientado durante todos esses anos, principalmente
nos dois últimos anos, que fiquei longe de minha família meu aconchego ; melhores
amigos, e,
oxente
, não poderia esquecer de minha linda
terrinha
, a chamada São
Jorge dos Ilhéus, Terra da Gabriela (Jorge Ama
do), localizada no sul da Bahia.
Aos meus pais (Eduardo R. V. Rocha e Ana M. A. Rocha) que sempre
confiaram em meus sonhos, mesmo nos mais loucos, e me ensinaram a acreditar
que é possível realizá
-
los, além de me mostrarem que trabalho duro, perseverança e
honestidade são as ferramentas ideais para atingirmos nossas metas.
Meus sinceros agradecimentos às minhas irmãs (Marcelle A. Rocha e Luana
C. A. Rocha) e ao meu sobrinho (Luan Rocha) que sempre vêem o lado belo de tudo
que faço, apesar de vários dias, meses, ou melhor, anos, que fiquei longe do lar em
busca de meu grande sonho, e assim mesmo continuaram a me incentivar em meu
crescimento pessoal e profissional. Também quero expressar minha enorme
gratidão aos meus avós (
vó
Nenga), tios e primos, que acreditaram e acreditam em
meus sonhos e ideais.
Ao Movimento Escalada que me faz Viver em Clima de Oração e crer que:
Vale a pena acreditar no que os olhos não podem ver. Vale a pena ser feliz porque
há uma luz maior, há uma luz maior ... (Pe. Mane).
Sou também grato
ao
Pe. Aldemiro Sena (Miro) meu conselheiro espiritual e
grande amigo. É no alto que está nossa meta, não na terra", por isso, "procurai o
que está no alto, lá onde se encontra Cristo .
Aos meus grandes amigos baianos : Luíza Andrade, Anderso
n André, Dayse,
Cicinho, Juliane Nunes, Aline Bastos, Ceceu, Duduzinho, Daniel, Agostinho,
Luciana, Valdir, Vick, Paula, Dark anne, Victor, entre outros, que apesar da distância
e saudade, preserva a amizade e a comunicação (
Messenger
).
Aos amigos Viciados em Vôlei do CEPE-USP e da Atlética da Física que
minimizaram meu
stress
e ansiedade durante a redação
desta
dissertação nos
últimos meses, principalmente à Kátia, Carlos Eduardo (Carlitos), René (Rê),
Rafaela (Rá), Luizes (Poli e Geografia), Sidney (Mauro), Eduardo, Humberto,
Alexei, Fernanda, entre outros, meu muito obrigado.
Aos amigos e colegas do IAG, que conheci durante os dois últimos anos, e
principalmente àqueles que sentiram o mesmo que eu, ficando longe da família e
amigos em busca de um ideal comum. De modo especial à Manuelle, Alanna,
Marcos Vasconcelos, Thiago, Franklin, Selma, Elizete, Lucieth, Alan, Deborah, Erika,
Rosana, Alexandre Lago, Wellington, Cláudia, Lívia, Rodrigo, Kleidson e aos do
departamento de educação, saúde e alimento
s, Ana, Aline e Ilana, respectivamente.
É muito difícil agradecer a todos sem esquecer, inevitavelmente, de alguém ...
RESUMO
ROCHA JR., E. R. V. Comportamento de terras raras e outros elementos-
traço
em soleiras e derrames da região norte-
nor
deste da Província Magmática do
Paraná.
2006. 95 f. Dissertação (Mestrado)
Instituto de Astronomia, Geofísica e
Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.
Foram determinadas as concentrações de terras raras (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb e
Lu) e outros elementos-traço (Cs, Rb, Ba, U, Th, Ta, Hf, Co e Sc) em 51 amostras
representativas de derrames e soleiras das regiões norte e nordeste da Província
Magmática do Paraná, que ocorrem no norte do estado de São Paulo e no sul de
Minas Ger
ais. O método utilizado para estas determinações foi a técnica de ativação
com nêutrons térmicos e epitérmicos, seguida de espectrometria gama de alta
resolução, que forneceu resultados com elevados níveis de precisão e de exatidão
(geralmente com valores inferiores a 10%), conforme atestado pelas concentrações
determinadas no material geológico de referência JB-1. Os dados obtidos foram
analisados conjuntamente com determinações de elementos maiores, menores e
dos traços Sr, Y, Zr, Nb, Cr e Ni, realizadas
por fluorescência de raios
X. As rochas
investigadas são quimicamente representadas por basaltos toleíticos, andesi-
basaltos toleíticos e lati-basaltos, enquanto as mais evoluídas (MgO < 3%), que
ocorrem de modo muito subordinado, são representadas por latitos e lati-
andesitos,
além de um riodacito. As rochas básicas (SiO
2
< 55% e/ou MgO > 3%) são
caracterizadas por apresentarem conteúdos de TiO
2
maiores que 3%, sendo que
grande maioria possui fortes semelhanças com os magmas-tipo Pitanga, embora
tenham sido encontrados alguns derrames, localizados no norte do estado de São
Paulo, geoquimicamente semelhantes aos magmas-tipo Urubici (típicos do sul da
província). Rochas básicas com concentrações de TiO
2
entre 2% e 3% foram
também raramente encontradas, as quais representam equivalentes intrusivos de
derrames Paranapanema. As rochas mais evoluídas só foram encontradas em
soleiras e possuem características geoquímicas que indicam diferenciação a partir
de magmas do tipo Pitanga. O comportamento de elementos maiores, menores e
traços nas rochas intrusivas e extrusivas do tipo Pitanga, incluindo as mais
diferenciadas, é compatível com um processo de evolução por cristalização
fracionada envolvendo plagioclásios, clinopiroxênios e titano-magnetitas. A
comparação entre derrames e soleiras do tipo Pitanga indica a atuação significativa
de processos de diferenciação in situ nas rochas intrusivas, que causaram uma
maior variabilidade composicional (soleiras: MgO entre 2,3% e 6,4%; derrames: MgO
entre 3,2% e 5,5%). As rochas mais diferenciadas são também caracterizadas por
anomalias positivas de európio, que sugerem o acúmulo de plagioclásio devido a
esse processo de fracionamento. Os dados obtidos também reforçam que não houve
participação significativa de componentes astenosféricos do tipo N-MORB, E-
MORB
e OIB na gênese das rochas básicas investigadas, as quais possuem grande
similaridade geoquímica com os basaltos da Cadeia Rio Grande (sítio 516F) e
Cadeia Walvis (sítio 525A), especialmente com os desta última, indicando o
envolvimento do componente mantélico EMI.
Palavras
-chave: Província Magmática do Paraná; Soleiras e derrames da Bacia do
Paraná; Províncias de basaltos continentais; Rochas basálticas; Elementos terras
raras; Análise por ativação neutrônica.
ABSTRACT
ROCHA JR., E. R. V. Rare earth and other trace element behaviour in sills and
flows from north-northeast region of Paraná Magmatic Province. 2006. 95 f.
Dissertation (Master degree)
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências
Atmosféricas, Univers
idade de São Paulo, São Paulo, 2006.
It is presented the determination of rare earth (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb and Lu)
and other trace (Cs, Rb, Ba, U, Th, Ta, Hf, Co and Sc) element concentrations in 51
representative samples of flows and sills from northern and northeastern Paraná
Magmatic Province, particularly those located at north of São Paulo State and south
of Minas Gerais. The employed analytical method to those determinations was
thermal and epithermal neutron activation analysis, followed by high resolution
gamma ray spectrometry, which provided high precision and accuracy results (in
general better than 10%), as verified by determinations in the international geological
reference material JB-1. The obtained results were integrated with major, minor and
trace (Sr, Y, Zr, Nb, Cr and Ni) elements determined by X-ray fluorescence. The
investigated rocks are mainly represented by tholeiitic basalts, tholeiitic andesi-
basalts and lati-basalts, with subordinate relatively evolved (MgO < 3wt%) lithotype
s,
which are represented by latites and lati-andesites, besides one rhyodacite. The
basic rocks (SiO
2
< 55% and/or MgO > 3%) are characterized by presenting TiO
2
contents higher than 3wt%, very similar to Pitanga magma-type, although some
flows, located at northern São Paulo State, geochemically similar to Urubici magma-
type (typical of southern Paraná) were also found. Basic rocks having TiO
2
contents between 2 and 3 wt% were rarely encountered and represent intrusive
equivalents of Paranapanema flows. The more evolved rocks were just found in sills
and have geochemical characteristics that indicate differentiation from Pitanga
magma
-types. Major, minor and trace element behaviour of intrusive and extrusive
rocks of Pitanga type, including those differen
tiated ones, is compatible with evolution
by fractional crystallization of plagioclases, clinopyroxenes and titanium magnetites.
The comparison between flows and sills of Pitanga type indicates the significant role
of
in situ differentiation in the genesis
intrusive rocks, causing its larger compositional
variability (sills: MgO between 2.3 and 6.4wt%; flows: MgO between 3.2 and 5.5wt%).
The most evolved rocks are also characterized by positive europium anomalies,
which suggest plagioclase accumulation caused by such fractionation process. The
obtained data also corroborate the lack of significant participation of N-MORB, E-
MORB and OIB asthenospheric mantle components in the genesis of basic rocks,
which present very close geochemical similarity with Rio Gr
ande Rise (site 516F) and
Walvis Ridge (site 525A) basalts, particularly with the last ones, indicating the
involvement of EMI mantle component.
Keywords: Paraná Magmatic Province; Sills and flows from Paraná Basin;
Continental flood basalts; Basaltic rocks; Rare earth elements; Neutron activation
analysis.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1
Mapa de localização da Bacia do Paraná (Melfi et al., 1988)
...............
22
Figura 2.2
Mapa geológico simplificado da Bacia do Paraná (Bellieni et al., 1986;
Nardy
et al., 2002 e Milani, 2004): (1) Sedimentos pós-vulcânicos; (2) Rochas ácidas
da Formação Serra Geral; (3) derrames básicos e intermediários da Formação Serra
Geral; (4) Sedimentos pré-vulcânicos; (5) Embasamento cristalino; (6) estrutura
anticlinal; (7) estrutura sinclinal; (8) lineamentos oceânicos; (9) lineamento tectônico
e/ou magnético
..........................................................................................................
24
Figura 2.3
Mapa de localização das amostras
......................................................
35
Figura 3.1
Ilustração do processo de formação de radioisótopos na ativação com
nêutrons
....................................................................................................................
39
Figura 4.1
Valores obtidos para o material geológico de referência JB-1 em
relação aos valores certificados. Concentrações determinadas utilizando-se os
materiais de referência GS
-
N e BE
-
N. Os erros referem
-
se à incerteza de 1
........
58
Figura 4.2
Padrão de distribuição dos ETR normalizado em relação aos condritos
(Boynton, 1984) do material geológico de referência JB-
1 e comparação com valores
de Govindaraju (1994)
..............................................................................................
59
Figura 4.3
Nomenclatura das rochas de derrames (símbolos abertos) e soleiras
(símbolos cheios) do norte e nordeste da PMP (De La Roche et al., 1980). Legenda:
cores = verde (ATi-P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350), vermelho (ATi-
U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500), azul (ITi-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr <
450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta (SiO
2
> 55 % e/ou MgO < 3 %); símbolos: círculos =
basaltos toleíticos, triângulos = andesi-basaltos toleíticos, quadrados = lati-
basaltos,
cruzes = lati
-
andesito, losangos = latitos e triângulo invertido = riodac
ito
.................
60
Figura 4.4
Classificação e nomenclatura das rochas de derrames e soleiras do
norte e nordeste da PMP segundo o diagrama TAS (Le Bas et al., 1986 e Zanettin,
1984). A linha pontilhada vermelha separa os campos das rochas alcalinas e
toleíticas (Irvine & Baragar, 1971). Cores: verde (ATi-P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550
µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); azul
(ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta ( SiO
2
> 55 %
e/ou MgO < 3 %). Os símbolos são os mesmos da Figura 4.3. Valores em %MgO < 3
%). Os símbolos são os mesmos da Figura 4.3. Valores em %
................................
61
Figura 4.5
Diagramas discriminatórios dos tipos de magmas dos derrames da
PMP. (a) Sr (µg/g) vs. Ti/Y e (b) Fe
2
O
3
(t) (%) vs.
Sr (µg/g). Cores: verde (ATi
-
P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550
µg/g e Ti/Y > 500); azul (ITi-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e
preta (rochas diferenciadas, com SiO
2
> 55 % e MgO < 3 %); campo pontilhado
verde = derrames Pitanga; e campo pontilhado vermelho = derrames Urubici. Os
símbolos são os mesmos da Figura 4.3
....................................................................
63
Figura 4.6
Diagramas de variação (a) SiO
2
, (b) CaO, (c) TiO
2
, (d) Na
2
O, (e) Al
2
O
3
,
(f) K
2
O, (g) Fe
2
O
3
(t) e (h) P
2
O
5
, em função de MgO das rochas do norte e nordeste
da PMP (concentrações em %). Cores: verde (ATi-P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550
µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); azul
(ITi
-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta (SiO
2
> 55% e/ou
MgO < 3% ); campo pontilhado verde = derrames Pitanga; e campo pontilhado
vermelho = derrames Urubici. Os símbolos são os mesmos da Figura 4.3
..............
66
Figura 4.7
Diagramas de variação (a) La, (b) Ta, (c) Ce, (d) Ba, (e) U, (f) Rb, (g)
Th e (h) Sc (µg/g), em função de MgO (%) das rochas do norte e nordeste da PMP.
Cores: verde (ATi
-
P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi
-
U;
TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); azul (ITi-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450
µg/g e Ti/Y > 350) e preta (SiO
2
> 55 % e/ou MgO < 3 %); campo pontilhado verde =
derrames Pitanga; e campo pontilhado vermelho = derrames Urubici. Os símbolos
são os mesmos da Figura 4.3
...................................................................................
68
Figura 4.8
Diagramas de variação (a) Hf, (b) Sm, (c) Eu, (d) Tb, (e) Yb, (f) Nd, (g)
Lu e (h) Cs (µg/g), em função de MgO (%) das rochas do norte e nordeste da PMP.
Cores: verde (ATi
-
P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi
-
U;
TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); azul (ITi-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450
µg/g e Ti/Y > 350) e preta (SiO
2
> 55 % e/ou MgO < 3 %); campo pontilhado
vermelho = derrames Urubici. Os símbolos são os mesmos da Figura 4.3
..............
69
Figura 4.9
Padrões de abundância de elementos terras raras, normalizados em
relação aos meteoritos condríticos (Boynton, 1984), dos derrames e soleiras ATi-
P
da parte norte e nordeste da PMP. (a) derrames e soleiras com MgO > 4%; (b)
derrames e soleiras com 3%
MgO
4%; (c) soleiras com MgO < 3% e (d)
Comparação entre os derram
es ATi
-
P e magmas
-tipo Pitanga com MgO > 4%
......
71
Figura 4.10
Padrões de abundância de elementos terras raras, normalizados em
relação aos meteoritos condríticos (Boynton, 1984), das rochas intrusivas e
extrusivas do norte e nordeste da PMP. (a) derrames A
Ti
-U; (b) Comparação entre
soleiras ITi-P e derrames Paranapanema; (c) Dique ATi-P e campo dos derrames
Pitanga e (d) Comparação entre derrames ATi
-
U e Urubici
......................................
74
Figura 4.11
Diagramas de elementos incompatíveis normalizados em relação ao
manto primordi
al (Sun & McDonough, 1989) das rochas ITi
-
P, ATi
-P e ATi-
U da parte
norte e nordeste da PMP. (a) Derrames e soleiras ATi-P; (b) Derrames ATi-U; (c)
Soleiras ITi
-P e (d) Comparação entre rochas ITi-
P, ATi
-P e ATi-U
..........................
75
Figura 4.12
Diagramas de elementos-
tr
aço ( g/g) por elementos-traço ( g/g) de
rochas intrusivas (símbolos cheios) e extrusivas (símbolos abertos) da PMP. (a) La
vs. Sm; (b) Th vs. Yb; (c) La vs. Th; (d) Th vs. Hf; (e) La vs. Ta; (f) Ta vs. Yb; (g) Ta
vs. U e (h) U vs. Tb. Cores: verde (ATi-
P;
TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y >
350); vermelho (ATi
-
U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500) e azul (ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350).A linha pontilhada delimita os campos em
ATiP e ATi-U
..............................................................................................................
76
Figura 4.13
Diagramas de va
riação (a) La/Yb vs. La; (b) Th/Tb vs. Tb; (c) Th/Hf vs.
Th; (d) U/Tb vs. U; (e) Th/Ta vs. Th e (f) Th/La vs. Th de rochas intrusivas (símbolos
cheios) e extrusivas (símbolos abertos). Cores: verde (ATi-P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr <
550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500) e
azul (ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350)
................................
.
77
Figura 4.14
Diagramas de elementos incompatíveis normalizados em relação ao
manto primordial (Sun & McDonough, 1989) das rochas ITi
-
P, ATi
-P e ATi-
U do norte
e nordeste da PMP. (a) Comparação entre rochas ATi-P e Pitanga; (b) Comparação
entre derrames ATi-U e Urubici; (c) Comparação entre soleiras ITi-P e derrames
Paranapanema e (d) Comparação entre rochas ITi-
P, ATi
-P e ATi-U
.......................
80
Figura 4.15
Diagramas de elementos incompatíveis normalizados em relação ao
manto primordial (Sun & McDonough, 1989) das rochas ITi-P, ATi-P e ATi-
U.
Comparação destas rochas com: (a) componentes E-MORB e OIB (Sun &
McDonough, 1989); (b) componentes N-MORB (Sun & McDonough, 1989) e de
Tristão da Cunha (Weaver et al., 1987 e Le Roex et al., 1990)
................................
82
Figura 4.16
Diagrama das razões Zr/Nb vs. Zr/Y das rochas intrusivas (símbolos
cheios) e extrusivas (símbolos abertos) do norte e nordeste da PMP. Cores: verde
(A
Ti
-P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %,
Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500) e azul (ITi-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y
> 350). Comparação com basaltos do tipo N-MORB, E-MORB e OIB (Sun &
McDonough, 1989), rochas toleíticas e alcalinas das cadeias Walvis e Rio Grande, e
rochas alcalinas de Tristão da Cunha (MgO > 5%; Weaver et al., 1987; Le Roex et
al., 1990; Gibson et al., 2005) e HIMU (Woodhead, 1996)
........................................
83
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1
Critérios de classificação dos magmas-tipo da PMP, segundo Peate et
al. (1992)
...................................................................................................................
27
Tabela 3.1
Elementos determinados nas medidas realizadas 5 dias após a
irradiação com nêutrons epitérmicos
.........................................................................
53
Tabela 3.2
Elementos determinados nas medidas realizadas 18 dias após a
irradiação com nêutrons epitérmicos
.........................................................................
54
Tabela 3.3
Elementos determinados na ativação com nêutrons térmicos
.............
54
Tabela 4.1
Concentrações de elementos terras raras e outros elementos-traço no
material geológico JB-
1 e comparação com as recom
endadas na literatura
............
58
Tabela 4.2
Análises químicas de elementos maiores (%), menores (%) e traços
(µg/g) de amostras representativas do norte e nordeste da Província Magmática do
Paraná
.......................................................................................................................
64
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
......................................................................................................
16
2 CONTEXTO
GEOLÓGICO
...................................................................................
21
2.1 Características gerais da Bacia do Paraná
........................................................
21
2.2 Província Magmática do Paraná
........................................................................
23
2.2.1 Características geoquímicas
...........................................................................
25
2.2.2 Características isotópicas
................................................................................
28
2.2.3 Rochas intrusivas
............................................................................................
30
2.3 Localização das amostras
..................................................................................
34
3 METODOLOGIA ANA
LÍTICA
...............................................................................
37
3.1 O Método de Análise de Ativação com Nêutrons
...............................................
38
3.1.1 Princípios básicos
............................................................................................
38
3.1.2 Equação fundamental da análise por ativação com nêutrons
.........................
43
3.2 Procedimento experimental
................................................................................
48
3.2.1 Preparação de amostras
.................................................................................
49
3.2.2 Materiais de referência
utilizados
....................................................................
50
3.2.3 Irradiação de amostras e materiais de referência
...........................................
51
3.2.4 Sistemas de detecção e contagem
..................................................................
52
3.2.5 Determinação das concentrações de elementos
-
traço
...................................
53
3.2.6 Validação do procedimento analítico
...............................................................
54
3.2.7 Tratamento estatístico nos
dados de AAN
......................................................
55
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
............................................................................
56
4.1 Análise do material de referência JB-1
...............................................................
57
4.2 Classificação e nomenclatura das amostras
......................................................
59
4.3 Características geoquímicas
..............................................................................
65
4.3.1 Elementos maiores, menores e traços
............................................................
65
4.3.2 Comparação entre derrames
e soleiras
..........................................................
72
4.4 Comparação com os derrames básicos da PMP
...............................................
78
4.5 Fontes mantélicas
..............................................................................................
81
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
..................................................................................
84
REFERÊNCIAS
.........................................................................................................
87
Capítulo 1
Introdução
___________________________________________________________________
16
apítulo 1
Introdução
A maior parte dos processos geodinâmicos de grande escala, envolvendo
ruptura de continentes, está geralmente associada a expressivos eventos
magmáticos, que causaram mudanças significativas na estrutura e composição
química da litosfera continental, no decorrer do tempo geológico. Esses episódios
ígneos são principalmente representados por grandes províncias de derrames
basálticos continentais, ocorrendo também magmatismo de natureza intrusiva, na
forma de soleiras e de importante
s enxames de diques máficos.
Nos últimos anos, o estudo de províncias de basaltos continentais, bem como
os processos geodinâmicos que originaram essas manifestações, têm sido temas
intensamente pesquisados e muito debatidos na literatura internacional. C
omo
resultado dessas investigações, foram propostos diferentes modelos para explicar a
origem dessas províncias, sendo que até o presente momento, não existe um
consenso sobre a seqüência dos processos tectônicos envolvidos, como também
sobre a participação de diferentes componentes mantélicos na gênese das rochas
básicas.
Os modelos propostos têm implicações bastante distintas no que concerne às
características geoquímicas e isotópicas dos magmas basálticos originados. Nos
Capítulo 1
Introdução
___________________________________________________________________
17
modelos que envolvem plumas não há participação significativa de manto litosférico
subcontinental no processo de geração de basaltos (Richards et al., 1989, Campbell
& Griffiths, 1990; Arndt & Christensen, 1992), cujas composições devem
substancialmente refletir aquela do manto astenosférico profundo (interface manto-
núcleo, Richards et al., 1989, ou na descontinuidade de 670 km, Anderson et al.,
1992), onde as plumas são provavelmente originadas.
Nos modelos que envolvem distensão da litosfera sobre uma região
anomalamente aquecida, causando fragmentação continental e abertura de um
oceano, as rochas básicas podem apresentar uma considerável variabilidade
composicional ao longo do processo magmático. No início pode haver maior
contribuição de material proveniente da pluma, enquanto nas fases finais ocorre
forte participação de manto astenosférico empobrecido, originando basaltos que
apresentam assinatura geoquímica do tipo N-MORB (Mckenzie & Bickle, 1988;
White & Mckenzie, 1989, 1995
).
Pesquisas efetuadas recentemente têm mostrado que a origem dessas
províncias ainda é um tema muito debatido e controverso. Embora as plumas
mantélicas tenham sido amplamente utilizadas para explicar as características gerais
de várias províncias basálticas, o modelo clássico está sendo seriamente
questionado.
Os principais problemas deste modelo são sintetizados e discutidos por
Sheth (1999, 2005), Smith & Lewis (1999), Anderson (2005) e Kumar & Mohan
(2005) com base em dados geoquímicos, isotópicos e geofísicos, principalmente
dados de tomografia sísmica.
O debate tem sido bastante intensificado nestes últimos anos, com a
formulação de propostas alternativas à teoria clássica de plumas, com o
envolvimento de litosfera subductada e reciclada no manto astenosférico (Meibon &
Capítulo 1
Introdução
___________________________________________________________________
18
Anderson, 2003; Koneraga, 2004; Sheth, 2005; Foulger et al., 2005; Foulger &
Anderson, 2005) ou no manto inferior (mesosfera; Cordery et al., 1997; Takahashi et
al., 1998), que explicariam os elevados graus de fusão parcial do manto para a
geração de elevados volumes de rochas vulcânicas. Outras hipóteses para explicar
as características das províncias ígneas incluem origem no manto litosférico
subcontinental heterogêneo (Hergt et al., 1991; Cox, 1992, Molzahn et al., 1996) e
delaminação litosférica (Lustrino, 2005).
Recentemente, Ernst et al. (2005) propõem um estudo sistemático e
detalhado sobre grandes províncias ígneas, continentais ou oceânicas e de
diferentes idades, para a obtenção de vínculos adicionais que possam elucidar os
processos geodinâmicos envolvidos na gênese dessas rochas. De acordo com
esses autores, somente um estudo com a integração de diferentes metodologias
(geoquímica, geocronologia e paleomagnetismo) permitirá testar os vários modelos
de plumas ou outros alternativos, além do tipo de vinculação entre as províncias com
pr
ocessos de ruptura continental, produção de crosta juvenil, mudanças na
freqüência de reversões do campo geomag
nético e mudanças climáticas.
Nesse contexto, o estudo da Província Magmática do Paraná (PMP) possui
grande importância por constituir uma das maiores manifestações de basaltos
continentais do mundo. Esse magmatismo precedeu a separação continental
América do Sul - África, ocorrendo na forma de intenso vulcanismo na Bacia do
Paraná, associado a uma expressiva atividade ígnea de caráter intrusivo (A
lmeida,
1986; Piccirillo & Melfi, 1988; Peate, 1997; Marques & Ernesto, 2004).
Embora muitos estudos já tenham sido conduzidos na PMP, existe ainda uma
grande controvérsia sobre os processos envolvidos na gênese destas rochas. De
acordo com Gibson et al. (1995, 1999), Milner & Le Roex (1996), Ewart et al. (1998;
Capítulo 1
Introdução
___________________________________________________________________
19
2004) e Marsh et al. (2001) a composição das rochas basálticas reflete a
participação da pluma de Tristão da Cunha. Por outro lado, Hawkesworth et al.
(1992), Turner & Hawkesworth (1995), Comin-
Chia
ramonti et al. (1997), Peate et al.
(1999) e Marques et al.
(1999
) propõem que essa pluma pode ter contribuído
apenas como fonte de calor para a fusão de manto litosférico. Além disso, foi
também sugerido o possível envolvimento de porções do manto astenos
férico
empobrecido do tipo N-MORB nas últimas fases da atividade extrusiva (Peate &
Hawkesworth, 1996).
Por fim, a reconstrução paleogeográfica dos continentes, baseada em dados
paleomagnéticos (Ernesto, 1996; Raposo et al., 1998; Ernesto et al., 1999), in
dica
que, se a pluma de Tristão da Cunha já existia há 133 Ma, mantendo-se, desde
então, como um ponto fixo no manto, sua posição estava deslocada em cerca de
1.000 km em relação à região sul da Província Magmática do Paraná. Ernesto et al.
(2002) integrando dados paleomagnéticos, geoquímicos e de anomalias de geóide,
propõem uma fonte de calor alternativa, situada na região oceânica contígua à costa
oeste da África, sobre a qual a região da litosfera continental, onde se desenvolveu a
PMP, ficou estacionária por cerca de 50 Ma. Devido a este processo, houve um
aumento da temperatura, em cerca de 100-150°C, a qual foi suficiente para que a
temperatura do
solidus
fosse atingida (e.g. McKenzie & Bickle, 1988), causando
fusão parcial do manto litosférico subcontinental, por alívio de pressão, ainda nos
estágios incipientes de ruptura continental.
Ressalta
-se, no entanto, que o conhecimento atual sobre a gênese da PMP
baseia
-se em estudos que se concentraram principalmente na sua porção central e
sul, onde há uma grande quantidade de afloramentos. O norte da província foi muito
menos investigado, carecendo de estudos de detalhe para o entenda
Capítulo 1
Introdução
___________________________________________________________________
20
processos de origem e evolução das rochas que compõem esta tão importante
província ígnea.
Este trabalho apresenta os resultados de um estudo geoquímico, baseado na
determinação de terras raras e outros elementos-traço compatíveis e incompatíveis,
em rochas intrusivas e extrusivas do norte e nordeste da Província Magmática do
Paraná, que ocorrem em São Paulo e no sul de Minas Gerais. Desta forma, a
presente pesquisa visa fornecer informações adicionais sobre essas rochas, para as
quais havia somente um número muito restrito de análises desta natureza, de modo
a preencher parte da lacuna existente para a completa caracterização geoquímica
da Província Magmática do Paraná.
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
21
apítulo 2
Contexto Geológico
2.1 Características gerais da Bacia do Paraná
A Bacia do Paraná está localizada no centro-leste da América do Sul (Figura
2.1) e cobre uma área de 1.600.000 km
2
(Brasil = 1.000.000 km
2
; Argentina =
400.000 km
2
; Uruguai = 100.000 km
2
e Paraguai = 100.000 km
2
) (Melfi et al., 1988;
Milani, 2004
).
A bacia (Figura 2.1) é alongada
na
direção NE-SW e desenvolveu-se sobre a
plataforma Sul-Americana, que foi afetada por eventos metamórficos e magmáticos
no Ciclo Brasiliano (700
450 Ma). O embasamento cristalino da bacia é composto
por diferentes núcleos cratônicos cercados por diversos cinturões móveis
orogênicos, formados durante
esse cicl
o (Cordani et al., 1984).
Segundo Melfi et al. (1988) e Milani (2004), a forma da Bacia do
Paraná
assemelha
-se a um J tendendo a NE (Figura 2.1) e é relacionada à reativação de
estruturas tectônicas antigas do embasamento, que localmente promoveu grandes
subsidências ao longo das direções NNE, NE e NW
,
cujo início ocorreu
no
Paleozóico
I
nferio
r. As características tectônicas mais importantes são estruturas
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
22
alongadas positivas ( arcos ) que geralmente rodeiam a bacia (Figura 2
.2)
, exceto
na
s
margens continentais, onde são ausentes
. Além dos arcos, estruturas de direção
noroeste são também repres
entadas por alinhamen
tos tectônicos e/ou magnéticos.
Figura
2.1
Mapa de localização da Bacia do Paraná (Melfi et al., 1988)
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
23
2.2 Província Magmática do Paraná
A Província Magmática do Paraná (PMP) representa uma das maiores
manife
stações de basaltos continentais do mundo. O magmatismo ocorreu no
Cretáceo Inferior, precedendo a separação continental América do Sul
África,
sobre a Bacia Sedimentar do Paraná. Associado à grande atividade vulcânica houve
intenso magmatismo de natureza intrusiva, na forma de enxames de diques máficos
(Ponta Grossa, Serra do Mar e Florianópolis), como também por soleiras de
diabásio, que afloram principalmente no norte e nordeste da província.
A PMP abrange uma área de 1.200.000 km
2
e totaliza um volum
e de cerca de
780.000 km
3
(Piccirillo & Melfi, 1988), sendo mais concentrada no Brasil e
subordinadamente no Uruguai, Paraguai e Argentina (Figura 2.1), e sua extensão
atual é limitada pela margem da Bacia do Paraná. A PMP cobriu uma área de
aproximadament
e 75% da bacia e as rochas vulcânicas ocorrem como uma
sucessão de lavas, com espessura média do pacote de derrames de 650 m (e.g.
Almeida, 1986; Piccirillo et al., 1988; Marques & Ernesto, 2004). Na região de
Presidente Epitácio, porção sudoeste do estado de São Paulo, foram identificados
32 derrames que compõem um pacote vulcânico com espessura superior a 1.
500 m.
Os derrames distribuem-se continuamente por toda bacia e apresentam
espessuras que geralmente variam entre 10 e 80 m, sendo que em algumas
loc
alidades foram encontradas espessuras superiores a 100 m. Os pacotes de lavas
assentam
-se sobre os arenitos da Formação Botucatu. Na parte nordeste (estados
de Minas Gerais e Goiás) os derrames encontram-se em contato direto com o
embasamento pré
-
cambriano
(Petri & Fúlfaro, 1983).
Capítulo 2
Contexto Geológico
___________________________________________________________________
24
Figura
2
.2
Mapa geológico simplificado da Bacia do Paraná (Bellieni et al., 1986; Nardy et al., 2002
e Milani, 2004): (1) Sedimentos pós-vulcânicos; (2) Rochas ácidas da Formação Serra Geral; (3)
derrames
básicos e intermediários da Formação Serra Geral; (4) Sedimentos pré-vulcânicos; (5)
Embasamento cristalino; (6) estrutura anticlinal; (7) estrutura sinclinal; (8) lineamentos oceânicos; (9)
lineamento tectônico e/ou magnético
A distribuição de lavas na PMP sugere que as mesmas originalmente
cobriram uma área muito maior que a observada, tendo sido reduzida por processos
de erosão subseqüentes. Modelagens de dados de traços de fissão efetuados por
Gallagher et al. (1994) indicaram que mais de 3 km de material
pode ter sido erodido
na planície costeira brasileira desde a ruptura continental, embora nem todas estas
rochas fossem necessariamente derrames.
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
25
Datações
40
Ar/
39
Ar de alta precisão, combinadas com informações
paleomagnéticas, efetuadas nas rochas extrusivas e intrusivas da PMP permitiram
obter informações mais precisas sobre a evolução da atividade ígnea (Marques &
Ernesto, 2004). Os resultados obtidos por Renne et al. (1992, 1997) indicam que o
magmatismo na região sul da PMP iniciou há 133
1 Ma, migrando para região
norte, conforme datações de 132 Ma e dados paleomagnéticos. De acordo com
esses autores, a atividade ígnea principal concentrou-se principalmente entre 133 e
132 Ma, situando
-
a no Cretáceo Inferior.
Por outro lado, em um estudo cobrindo toda a área da PMP, Turner et al.
(1994) concluíram que as idades dos derrames situam-se no intervalo entre 138,4
1,3 e 126,8
2,0 Ma, propondo que o magmatismo durou cerca de 10 Ma, migrando
da direção noroeste para a direção sudeste.
2
.2.1 Característic
as geoquímicas
Estudos geológicos e geoquímicos anteriores permitiram dividir a área de
ocorrência dos derrames basálticos em dois grandes conjuntos: a subprovíncia sul,
caracterizada por apresentar basaltos toleíticos
com
baixo titânio (BTi), com TiO
2
2%
e empobrecidos em elementos menores e traços incompatíveis, tais como P, Ba,
Sr, Zr, Hf, Ta, Y e terras raras leves; e a subprovíncia norte, cujos basaltos possuem
altas concentrações de titânio (ATi; TiO
2
> 2%) e de elementos incompatíveis
(Bellieni et al., 1984a; Piccirillo & Melfi, 1988; Marques et al., 1989). De maneira
geral, estes grupos não ocorrem aleatoriamente na província, sendo dispostos
preferencialmente em latitudes inferiores e superiores a 26°, caracterizando
respectivamente as regiões
no
rte e
sul
da PMP.
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
26
A subprovíncia sul caracteriza-se por apresentar basaltos toleíticos e andesi-
basaltos toleíticos (70% em volume), nas porções inferiores dos pacotes de
derrames
,
atingindo
espessuras
variando
de 30 a 550 m, com média de 330 m. As
porçõe
s superiores d
est
as seqüências são essencialmente representadas por
andesitos toleíticos (cerca
de
17%) e por
rioda
citos e riolitos (cerca de 13%), do tipo
Palmas, com espessuras variando em torno de 60 a 400 m, com média de 280 m
(
Melfi et al.
, 1988; Marq
ues et al, 1989; Garland et al., 1995
).
A subprovíncia norte é principalmente caracterizada por
rochas
básicas (cerca
de 99% em volume), representadas por basaltos toleíticos, andesi-basaltos e lati-
basaltos (espessura
variando
de 50 a 550 m), cobertas por riodacitos e riolitos do
tipo Chapecó. Os termos intermediários são praticamente ausentes (Bellieni et al.,
1984a; Marques et al., 1989; Nardy, 1996; Nardy et al., 2002; Marques & Ernesto,
2004).
É importante destacar que na subprovíncia sul ocorrem, em pequena escala,
basaltos e andesi-basaltos com alto conteúdo de titânio (ATi; sistematicamente com
TiO
2
> 3%), correspondendo a 7% da atividade básica e concentrando-se na parte
sudeste da província. Por outro lado, na subprovíncia norte ocorrem, também em
pequena proporção, basaltos com conteúdos relativamente baixos de titânio (BTi;
sistematicamente com TiO
2
2%), constituindo cerca de 6% das rochas básicas
e
localizando
-se predominantemente na região noroeste da província. Contudo,
existem diferenças geoquímicas significativas entre os basaltos BTi que ocorrem na
subprovíncia norte, bem como entre os basaltos ATi da região norte e sul da
província (Bellieni et al., 1984a; Mantovani et al., 1985; Piccirillo et al., 1988;
Marques et al., 198
9, Peate et al.
, 1999;
Marques & Ernesto, 2004).
Capítulo 2
Contexto Geológico
___________________________________________________________________
27
Peate et al. (1992) baseando-se nas concentrações de elementos maiores,
menores e traços, dando maior relevância aos elementos com alta densidade de
carga (HFS), tais como Ti, Zr e Y, que são geralmente imóveis durante alt
eração
hidrotermal e processos de intemperismo, dividiram os magmas basálticos em 6
grupos, que receberam denominações específicas (Tabela 2
.1).
Para essa divisão
foram utilizadas razões de elementos incompatíveis, pois minimizam o efeito da
mudança composicional causado por variados graus de cristalização fracionada. F
oi
necessário
estabelecer diversos parâmetros geoquímicos para resolver
ambigüidades quando as concentrações de um elemento particular ou razão de
elementos sobrepõem-
se
entre dois ou mais ma
gmas
-tipo. Desta forma, foram
estabelecidos
alguns limites composicionais
(Tabela
2
.1)
que
permitir
am
uma melhor
caracterização de cada grupo
.
Tabela 2
.1
Critérios de classificação dos magmas
-
tipo da PMP, segundo Peate et al. (1992)
Grupo
Alto
-
Ti
Bai
xo
-
Ti
Magmas
-
tipo
Urubici
Pitanga
Paranapanema
Ribeira
Esmeralda
Gramado
Subprovíncia
Sul
Norte Norte Norte
Sul
Sul
SiO
2
(%)
> 49
>47
48 - 53 49 - 52 48 - 55 49 - 60
TiO
2
(%)
> 3,3
> 2,8
1,7
-
3,2
1,5
-
2,3
1,1
-
2,3
0,7
-
2,0
P
2
O
5
(%)
> 0,45
> 0,35
0,2
-
0,8
0,15
-
0,50
0,1
-
0,35
0,05
-
0,40
Fe
2
O
3
(t) (%)
< 14,5
12,5
- 18
12,5
- 17 12 - 16 12 - 17
9
- 16
Sr
(µg/g)
> 550 > 350
200
-
450
200
-
375
< 250
140
-
400
Ba
(µg/g)
> 500 > 200
200
-
650
200
-
600
90 -
400
100
-
700
Zr
(µg/g)
> 250 > 200 120 -
250
100
-
200
65 -
210
65 -
275
Ti/Zr
> 57
> 60
> 65
> 65
> 60
< 70
Ti/Y
> 500 > 350 > 350 > 300 < 330 < 330
Zr/Y
> 6,5
> 5,5
4,0
-
7,0
3,5
-
7,0
2,0
-
5,0
3,5
-
6,5
Sr/Y
> 14
> 8
4,5
- 15
5
- 17
< 9
< 13
Ba/Y
> 14
> 9
5
- 19
6
- 19
< 12
< 19
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
28
2
.2.2 Características isotópicas
De acordo com Cordani et al. (1988), Peate et al. (1992) e Garland et al.
(1995)
, as razões iniciais de
87
Sr/
86
Sr (Sr
i
), corrigidas para 133 Ma, atingem valores
de até 0,728 nas rochas mais diferenciadas (ácidas do tipo Palmas)
.
Utilizando
-
se
estas razões isotópicas para discriminar os magmas-
tipo,
verifica
-se que, em ordem
decrescente, seus valores são para o tipo Gramado (0,7
07
5
0,7167), Esmeralda
(0,704
6
0,7086), Ribeira (0,7055
0,7059), Paranapanema (0,7055
0,7063),
Pitanga (0,7055
0,7060) e Urubici (0,7046
0,7066).
Os dados isotópicos mostram
que a maioria das rochas da região sul da PMP foi fortemente afetada por processos
de contaminação crustal (e.g.
Petrini et al., 1987;
Cordani et al., 1988; Picciri
llo et al.,
1989; Peate et al., 1992; Peate & Hawkesworth, 1996; Marques
et al.
, 1999
;
Peate et
al., 1999). Estes processos masca
ra
ra
m fortemente as características geoquímica
s
originais, pois à medida que
(Sr
i
)
aumenta, há um enriquecimento acentuado de
elementos traços com maior grau de incompatibilidade, como Rb, U, Th, K, Ta, La e
Ce
, como observado nos derrames básicos BTi do tipo Esmeralda e
Gramado
(
e.g.
Marques et al., 1989). Estas rochas apresentam valores de
143
Nd/
144
Nd (Nd
m
)
no
intervalo entre 0,5128 e 0,5122 (Cordani et al., 1988; Piccirillo et al., 1989; Peate &
Hawkesworth, 1996), exibindo também variações significativas de Pb medidos, com
206
Pb/
204
Pb
m
,
207
Pb/
204
Pb
m
e
208
Pb/
204
Pb
m
,variando de 18,33 a 18,90, 15,60 a 15,69 e
38,50 a 38,94, respectivamente (Marques et al., 1990, 1999; Peate & Hawkesworth,
1996).
De acordo com esses pesquisadores, os magmas-
tipo
Esmeralda (BTi)
configuram rochas que sofreram pouca ou nenhuma contaminação
crustal.
Segundo Marques et al. (1990, 1999) os derrames ATi da subprovíncia norte
do tipo Pitanga e Paranapanema possuem razões isotópicas de Sr, Nd e Pb com
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
29
pequenas variações, com Sr
i
= 0,7058
0,7062, Nd
m
= 0,5124
0,5123,
206
Pb/
204
Pb
m
= 17,85
18,02,
207
Pb/
204
Pb
m
= 15,52
15,54 e
208
Pb/
204
Pb
m
= 38,33
38,43
.
Petrin
i et al. (1987), Piccirillo et al. (1989) e Marques et al. (1999) mostraram
que as rochas basálticas do tipo Ribeira (BTi-
N)
possuem razões isotópicas de Sr
i
=
0,7055
0,7059, Nd
m
= 0,5125
0,5124,
206
Pb/
204
Pb
m
= 17,91
17,96,
207
Pb/
204
Pb
m
= 15,
53
15,55 e
208
Pb/
204
Pb
m
= 38,40
38,46, similares às do grupo ATi d
o
norte
,
indicando
que es
t
es grupos sofreram
pouca ou nenhuma contaminação crustal
.
Os derrames Urubici apresentam razões isotópicas relativamente restritas,
com Sr
i
= 0,7046
0,7066 e
Nd
m
= 0,5125
0,5123
(Mantovani et al., 1985
;
Piccirillo
et al., 1989). Por outro lado, Peate et al. (1999), mostraram que alguns destes
derrames
foram também afetados por contaminação crustal, causando leves
variações nas características geoquímicas do grupo, com o aumento das
concentrações de elementos fortemente incompatíveis, que são os mais sensíveis
aos efeitos deste tipo de processo, como por exemplo, Rb, Ba, Th, Ta, entre outros.
Cabe sali
entar que o magma
-
tipo Urubici possui as menores razões iso
tópicas de Pb
(
206
Pb/
204
Pb
m
= 17,46
18,25,
207
Pb/
204
Pb
m
= 15,46
15,58 e
208
Pb/
204
Pb
m
= 38,02
38,45) dentre todos
os
litotipos da PMP (Marques et al., 1999
;
Peate et al., 1999).
Cálculos de balanço de massa (e.g. Petrini et al., 1987; Piccirillo et al
.,
1989)
correlacionados
a dados geoquímicos de elementos-
tr
aço e razões isotópicas de Sr,
Nd
e Pb
,
mostram
que os magmas-tipo ATi e BTi não podem ter sido gerados por
diferentes graus de fusão parcial de uma mesma fonte mantélica ou por processos
de cristalização fracionada a partir de uma mesma fonte, associados a diferentes
graus de contaminação crustal. Os dados geoquímicos e isotópicos evidenciam que
esses magmas
-
tipo foram originados em fontes mantélicas quimicamente distintas.
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
30
2
.2
.3
Rochas intrusiv
as
Um grande número de intrusões na forma de soleiras e diques são
encontrados por toda região afetada pelo vulcanismo, caracterizando uma intensa
atividade de natureza
intrusiva
.
Três importantes enxames de diques são
associado
s ao
magmatismo
ocorrido na PMP e encontram-se encaixados principalmente em sedimentos
paleozóicos e no embasamento cristalino Proterozóico
Arqueano. O mais
expressivo é o Enxame do Arco de Ponta Grossa que é caracterizado por centena
de diques de composição basáltica (principalmente alinhados na direção NW-
SE).
Os dois outros enxames ocorrem na margem continental, e possuem direção
preferencial NE-SW, sendo paralelos à costa. Um deles localiza-se ao longo
da
costa entre os estados de São Paulo e Rio de Janeiro
(Enxame da Serra do
Mar) e o
outro (Enxame de Florianópolis) situa-se na Ilha de Santa Catarina e região costeira
adjacente (Comin-Chiaramonti et al., 1983; Almeida, 1986; Melfi et al., 1988;
Piccirillo et al., 1989; Marques & Ernesto, 2004)
.
Em geral, os diques apresentam a mesma provincialidade geoquímica
observada nos derrames da PMP. Entretanto, cabe salientar que um considerável
número de diques do Enxame da Serra do Mar possui características
composicionais
semelhantes aos derrames
Urubici
, porém, mais enriquecidos em
elementos fortemente incompatíveis, tais como, Th, U, Ta e La, que sugerem que
este
s
diques
podem representar uma variedade contaminada desse magma-
tipo
(Marques, 2001
; Marques & Ernesto, 2004; Marques et al., 2005).
A maior parte das intrusões de soleiras ocorre nas partes leste e nordeste da
PMP (estados de São Paulo e Paraná), onde foram identificadas seções com mais
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
31
de 1.000 m de espessura (Melfi et al., 1988). Nas regiões de Piracicaba, Limeira,
Pirassununga e Franca (estado de São Paulo) há um grande número de soleiras,
mas a escassez de afloramentos tem dificultado a determinação das extensões
laterais de cada corpo.
Grand
e parte das soleiras aflorantes por toda Bacia do Paraná
está
encaixada
preferencialmente em sedimentos paleozóicos da Bacia do Paraná (Melfi et al.,
1988).
De acordo com Machado (2005), a maioria das soleiras aflorantes está
estratigraficamente localizada no intervalo que compreende a porção superior do
Supergrupo Tubarão (Grupo Itararé e Formação Tatuí) e inferior do Grupo Passa
Dois (Formações Irati e Corumbataí). Além disso, também ocorrem soleiras
intrudidas nos arenitos síltico-argilosos da Formação Pirambóia, e mais raramente
nos arenitos da Formação Botucatu (Melfi et al., 1988 e Machado, 2005).
As soleiras de diabásio da parte nordeste da PMP possuem espessuras que
variam de
poucos
metros a cerca de 200 m (Bellieni et al., 1984b), podendo atingir,
em alguns casos, cerca de 1.000 m (Melfi et al., 1988). Zalan et al. (1986), através
de estudos baseados em 104 furos de sondagem, mostraram que a maioria das
intrusões ocorreu entre 1
.
700 e 1
.
900 metros de profundidade.
Na região que abrange as cidades paulistas de Artur Nogueira, Paulínia,
Americana, Piracicaba, Limeira, Iracemápolis, Cosmópolis, Santa Bárbara do Oeste
e Campinas, ocorrem diversos corpos de diabásio, que não
exibem
em superfície
continuidade lateral, mas que receberam a denominação de soleira Limeira -
Cosmópolis
(Soares, 1985). De acordo com este autor, perfurações feitas para água
subterrânea na região de Cosmópolis e Paulínia, indicam a continuidade entre os
corpos que ocorrem nesta área.
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
32
Em alguns estudos realizados por Soares (1985) e Monteiro (1986), foram
obser
vadas espessuras da ordem de 250 m em Cajuru, entre 100 e 200 m em
Cachoeira de Emas, 120 m em Pirassununga, 80 m em Iracemápolis, 230 m em
Cosmópolis, 280 m em Paulínia, 300 m em Tambaú e 73 m em Tanquinho.
Carvalho et al. (1988) mostraram que a soleira Borda da Mata-Cajuru, forma
uma faixa irregular de orientação geral norte-sul, estendendo-se de Tambaú (SP) a
São Sebastião do Paraíso (MG), com comprimento superior a 80 km e espessura
maior do que 100 m. Entretanto, de acordo com Soares (1985), esta
soleira
é
formada por duas ou três intrusões, constituindo uma soleira múltipla que atinge
mais de 150 km de extensão e espessura superior a 250 m, representando a maior
soleira conhecida na região.
Alguns estudos geoquímicos mostraram que as soleiras de diabásio são
principalmente de caráter básico (e.g. Bellieni et al., 1984b; Piccirillo & Melfi, 1988;
Erne
sto et al., 1999; Machado, 2005) e quimicamente representadas por basaltos
transicionais, lati-basaltos, basaltos toleíticos, andesi-basaltos toleíticos e andesitos
toleíticos.
Bellieni et al. (
1984b
), Ernesto et al. (
1999
) e Machado (2005)
mostraram
ainda
, que as soleiras localizadas no norte da PMP possuem assinaturas
geoquímicas similares aos derrames Pitanga e Paranapanema. Vale salientar que,
de maneira geral, as soleiras de diabásio da subprovíncia sul apresentam baixos
conteúdos de titânio (TiO
2
2%; tipos Esmeralda e Gramado), enquanto as que
ocorrem na subprovíncia norte apresentam concentrações relativamente elevadas
(TiO
2
> 2%).
Esses mesmos autores observaram variação no conteúdo de elementos
maiores, menores e traços em diferentes níveis de um mesmo corpo, como também
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
33
entre corpos distintos indicando que o processo de cristalização fracionada teve um
papel importante na gênese dessas rochas. Em geral, todas as soleiras
experimentaram processos de fracionamento a baixa pressão (cerca de 1 kb),
es
sencialmente através de cristalização fracionada de plagioclásio, piroxênio,
magnetita e olivina (Bellieni et al., 1984b). Segundo Ernesto et al. (1999), processos
de cristalização fracionada in situ ocorreram nas intrusões mais espessas de
soleiras.
Do ponto de vista petrográfico, as soleiras apresentam texturas fracamente
porfiríticas (cerca de 60%) a subofíticas (cerca de 40%) e possuem como
mineralogia essencial, plagioclásios, pirôxênios e titanomagnetita, sendo que nas
rochas mais diferenciadas observa-se intercrescimento de quartzo e feldspato
alcalino
(Bellieni et al., 1984b;
Machado
,
2005)
. Este último autor mostrou que não
há grandes diferenças petrográficas entre as rochas extrusivas e intrusivas
que
ocorrem na região leste do estado de São Paulo.
Datações de
40
Ar/
39
Ar efetuadas em três soleiras do
norte da PMP
forneceram
idades de 129,9
0,1, 130,3
0,1 e 131,9
0,4 (Ernesto et al., 1999), as quais são
portanto similares àquelas obtidas para os diques de Ponta Grossa e derrames
localizados no norte da PMP, porém mais jovens que a grande maioria das idades
40
Ar/
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
34
2.3 Localização das amostras
Com a finalidade de atingir os objetivos propostos foram efetuados trabalhos
de campo em duas etapas principais, totalizando cerca de 8 dias, para coleta de
rochas ígneas que ocorrem no norte e nordeste da PMP, particularmente as que
ocorrem
no norte do estado de São Paulo e extremo sul de Minas Gerais, cobrindo
de maneira satisfatória a área investigada. A área de estudo está compreendida
entre as latitudes 20° e 23° e longitudes 47° e 48° (Figura 2
.3
). Esta área
compreende a região de maior ocorrência de rochas intrusivas, encaixadas nas
rochas
sedimentares da Bacia do Paraná, e também a borda dos derrames
da
Formação Se
rra Geral.
Essa área é composta por rochas sedimentares pertencentes
ao Supergrupo Tubarão (Grupo Itararé e Formação Tatuí) e Formações Irati,
Corumbataí, Pirambóia, Botucatu e Serra Geral, além do embasamento cristalino
adjacente
, sendo que nas regiões de Franca e Jaú
são
encontrados sedimentos
do
Grupo
Bauru
(Machado, 2005).
As soleiras amostradas estão concentradas no nordeste do estado de São
Paulo (ao redor das cidades de Leme, Franca, Piracicaba, Iracemápolis, Paulínia e
Cajuru) e sul de Minas Gerais (nas proximidades das cidades de Uberaba, Cássia e
São Sebastião do Paraíso), conforme mostrado no mapa de localização de amostras
(Figura
2
.3).
As amostras restantes referem-se a derrames localizados próximos às
soleir
as de diabásio amostradas.
Foram amostradas rochas de algumas pedreiras, onde os afloramentos
geralmente se encontram com pouco ou nenhum grau de intemperismo, e em
afloramentos encontrados em rodovias de fácil acesso
.
Foi coletado um total de
48
amostras, das quais 31 foram selecionadas para
análise por ativação com nêutrons.
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
35
Figura
2
.3
Mapa de localização das amostras
Capítulo 2
Contexto G
eológico
___________________________________________________________________
36
Cabe salientar que 54 amostras de soleiras, derrames e diques, também
localizadas nessa região, coletadas principalmente para estudos paleomagné
ticos
(Ernesto et al., 1999) estavam disponíveis para análise na litoteca do Instituto de
Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo
(USP), sendo que deste conjunto foram selecionadas 8 amostras para análises
complemen
tares. Foram também analisadas 4 amostras de soleiras da região de Rio
das Pedras
SP pertencentes à litoteca do IAG-USP e outras 8 amostras de rochas
intrusivas e extrusivas, pertencentes à litoteca do Departamento de Petrologia e
Metalogenia do Institut
o de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual
Paulista (UNESP)
Rio Claro e investigadas sob o ponto de vista geoquímico e
petrográfico por (Machado, 2005).
Em síntese, do conjunto de 114 amostras disponíveis para este trabalho, para
as quai
s
haviam
determinações de elementos maiores, menores e de alguns
elementos
-traço por fluorescência de raios
X, foram também selecionadas 51
amostras para a análise de elementos terras raras e outros traços pela técnica de
ativação com nêutrons térmicos e epitérmicos. Para esta seleção foram
consider
adas amostras representativas da variedade composicional observada na
região investigada e também da forma de ocorrência. Todas as amostras
selecionadas possuem perda ao fogo inferior a 2%, das quais 31 são soleiras, 19
são
de derrames e 1 é de um dique.
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
37
apítulo 3
Metodologia Analítica
Para a
caracteriza
ção geoquímica dos derrames basálticos e das soleiras de
diabásio d
a
regi
ão nordeste d
a Província Magmática do Paraná foram
utilizados
dois
métodos
analíticos. As determinações dos óxidos
de
elementos maiores e menores
,
e dos traços Cr, Ni, Sr, Zr, Y e Nb foram efetuadas no Departamento de Petrologia e
Metalogenia do Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade
Estadual
Paulista
(
UNESP
Rio Claro), mediante o emprego da técnica de f
luores
cência de
Raios
X.
O método utilizado p
ara
a
determinação de elementos-
traço
, incluindo os
elementos terras raras, foi a análise de ativação com n
êutrons
térmicos e
epitérmicos, a qual foi efetuada no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
IPEN
/CNEN
SP.
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
38
3.1 O Método de Análise de Ativação com Nêutrons
3
.1.1 Princípios básicos
A análise por ativação com nêutrons (AAN) baseia-se na formação de
isótopos radioativos, por meio de reações nucleares (F
igura
3
.1
). Este método se
diferencia da mai
m
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
39
Onde:
A = número de massa
;
Z = número atômico
;
n = nêutron
;
= emissão gama
;
= emiss
ão alfa
;
p
= próton
.
Figura
3
.1
Ilustração
do processo de formação d
e
radioisótopos na ativação com nêutrons
No caso de se irradiarem amostras em um reator nuclear, onde existe um
amplo espectro de energia para os nêutrons, todas essas reações podem ocorrer
simultaneamente
.
Os nêutrons podem ser classificados em:
1.
Nêutrons térmicos: Caracterizados por baixas energias, variando de 0 a
0,026 eV. A distribuição desses nêutrons térmicos é Maxwelliana, com
velocidade mais provável de 2200 m/s a 20°C, correspondendo a uma
energia de 0,0253 eV (Molnár, 2000). A secção de choque de absorção
para esses nêutrons varia inversamente com a raiz quadrada da energia
;
2.
Nêutrons epitérmicos ou de ressonância: São aqueles em processo de
termalização no moderador, possuindo energias de 0,027 a 1.000 eV,
também favorecendo a reações do tipo (
n,
). Estes nêutrons são
neutron
incidente
núcleo
alvo
núcleo
c
omposto
raios gama
prontos (
p
)
núcleo
radioativo
particula
beta (
-
)
núcleo
produto
raios gama de
decaimento (
d
)
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
40
resultantes do processo da perda de velocidade dos nêutrons em sua
interação com o moderador;
3.
Nêutrons de fissão ou rápidos: São nêutrons com energias superiores a 1
keV. Estes nêutrons são caracterizados por baixas secções de choque de
absorção, e que diminuem com o incremento da energia. Alguns núcleos
podem apresentar secções de choque um pouco mais elevadas, que
geralmente
induzem reações rápidas do tipo (
n,p
), (
n,2n
) e (
n,
).
Quando
a energia for superior a 1 MeV, estas reações predominam sobre as (
n,
)
que se tornam cada vez mais raras.
A ativação com nêutrons epitérmicos é particularmente útil na análise de
elementos terras raras (
ETR
)
em material geo
lógico por não favorecerem as reações
que dão origem aos radioisótopos
24
Na,
59
Fe e
46
Sc
(geralmente elementos
abundantes
em amostras geológicas), reduzindo consideravelmente a atividade
gama
induzida da amostra e permitindo obter melhores resultados (Witk
owska,
2005)
. Esse tipo de ativação é também empregado com bastante sucesso em
rochas que apresentam significativas concentrações de urânio, pois neste caso a
fissão do
235
U é bastante suprimida, pois este ao sofrer fissão origina os
radioisótopos
140
La,
1
41
Ce,
147
Nd e
153
Sm,
que são os mesmos utilizados para os
cálculos de concentração dos respectivos elementos (Marques, 1989; Witkowska,
2005).
A ativação com nêutrons térmicos favorece especialmente a determinação de
Eu, Yb e Lu.
Segundo Steinnes (1971) os nêutrons térmicos podem ser eficientemente
removidos por meio de cádmio, que tem alta secção de choque de absorção de
nêutrons térmicos, mas é virtualmente transparente para nêutrons com energia
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
41
acima de
certo valor
E
c
,
que é
dependente da espessura da folha de cádmio (ca. 0,4
eV para 0,7 mm de Cd).
Em resumo, conforme salientado por Steinnes (1971), a aplicação da ativação
com nêutrons epitérmicos em materiais geológicos possui as seguintes vantagens:
1.
Melhoria da precisão e sensibilidade na análise
por
ativação instrumental;
2.
Redução d
os
níveis de atividade
da amostra
;
3.
Redução de interferências devido à fissão nuclear.
Uma vez que cada radioisótopo produzido no processo de ativação com
nêutrons possui características de decaimento próprias, é possível deter
miná
-
lo
quantitativamente através de medidas das radiações e/ou partículas emitidas. Cerca
de 70% dos elementos da tabela periódica possuem nuclídeos com propriedades
favoráveis para análise por ativação com nêutrons.
No presente trabalho, tais medidas foram efetuadas utilizando-se a
espectrometria gama de alta resolução, sendo de particular interesse a ativação
térmica e epitérmica.
A sensibilidade obtida pela AAN é uma função dos parâmetros nucleares dos
elementos em questão (secção de choque, abundância isotópica, meia-vida e
probabilidade de emissão de raios gama), fluxo de nêutrons disponíveis, período da
irradiação, eficiência do detector, composição
da matriz
e dimensões
da amostra.
Uma vantagem deste método é que ele é auto-validativo, ou seja, duas
ou
mais linhas -
podem ser usadas para a determinação do mesmo elemento
permitindo a confirmação do resultado.
Há várias maneiras de subdividir os tipos de AAN. De acordo com Witkowska
(2005)
, têm
-
se dois tipos de AAN:
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
42
1.
AAN com separação radioquímica (AANR) ou destrutiva
:
É usada no caso
em que os radionuclídeos de interesse
produzidos
são mascarados pela
atividade
de outros presentes n
a matriz
, tornando
-
se necessário decompor
quimicamente a amostra radioativa. Após esse processo, os
radionuclídeos são isolados por separações químicas em uma única parte
ou
em
várias partes livres
de
interferentes. Embora a AANR tenha a
vantagem de aumentar a sensibilidade do método para a determinação da
maioria dos elementos e forne
ça
dados com boa acurácia, o método tem
também
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
43
3
.1.2 Equação fundamental da análise por ativação com nêutrons
Considerando
-se um determinado nuclídeo [1] submetido à ativação,
formando um isótopo radioativo [2], que decai formando um isótopo estável [3],
conform
e o esquema a seguir:
onde
1
é a secção de choque de ativação do nuclídeo alvo [1];
(n,
) é a reação em que o núcleo captura um nêutron e emite radiação gama;
2
é a constante de
decaimento do nuclídeo [2], onde
2/12
/693,0 T .
A taxa de formação do nuclídeo radioativo [2],
dt
dN
/
2
, é proporcional à
secção de choque de ativação
1
, ao número de átomos N
1
do nuclídeo [1] e ao
fluxo de partículas ativadoras (
).
Com a formação do nuclídeo [2], ocorrerá também o seu decaimento, devido
à sua instabilidade. Este decaimento ocorre a uma taxa
22
N
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
44
(3
.2)
o
nde
t
i
é o tempo de irradiação.
Considerando
-se que no início da irradiação (t
i
= 0) não haja nuclí
deos
radioativos ( 0
0
2
N ), a equação 3.2 pode ser simplificada, obtendo-se a seguinte
equação:
(3
.3)
Esta equação permite determinar o número de átomos de [2]
formados
após o
tempo de irradiação
t
i
, desde que sejam conhecidos os valor
es
,
1
,
0
1
N
e
2
.
Considerando que a
atividade D
de um isótopo radioativo
é dada por:
(3
.4)
a
atividade
A medida experimentalmente
, em taxas de contagem é:
(3
.5)
o
nde
z é o coeficiente de detecção, o qual depende do arranjo experimental, da
natureza do equipamento utilizado para detecção e da eficiência do detector.
Portanto, e
m termos de atividade, a equação
3
.3
é
representada por:
(3
.6)
2
.
0
2
.
0
11
2
].)1
.(
..[
)(
22 ii
tt
i
eNeN
tN
2
.
0
11
2
)1
.(
..
)(
2 i
t
i
eN
tN
N
dt
dN
D .
NzDzA ...
)1
.(
.....
.
0
11222
2 i
t
eNzNzA
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
45
A equação geral da atividade induzida, após um tempo de irradiação
t
i
, é dada
por:
(3
.7)
que mostra que durante a irradiação a atividade de um radioisótopo aumentará com
o tempo de irradiação pelo fator
)1(
.
i
t
e .
A taxa de produção P de um dado radioisótopo, para uma reação específica,
é função do fluxo
de nêutrons com uma determinada energia, da secção de
choque
para a reação nuclear, do coeficiente de detecção do equipamento
utilizado
e do número N de núcleos sujeitos ao bombardeio, ou seja, ... NzP
e
,
portanto, substituindo na equação
3
.7,
obtém
-se
que:
(3
.8)
o
nde
T
1/2
é a meia
-
vida do radioisótopo formado e
2/1
/693,0 T .
A atividade máxima que pode ser produzida por um dado
radioisótopo
por
meio de um dado fluxo de partículas ativadoras é chamada de atividade de
saturação.
O termo )1(
.
i
t
e
n
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
46
(3
.10)
O
nde
:
N
av
é o número de Avogrado ( mol
átomos
N
av
/10023,6
23
);
m é a massa do
elemento irradiado, em gramas; f é a abundância isotópica do nuclídeo alvo e M é a
massa atômica do elemento irradiado, em u.m.a
ou dalton (Da)
.
A atividade induzida em um dado
radioisótopo
A(t
0
) após um certo tempo de
irradia
ção
t
i
pode ser obtida introduzindo a equação 3.10 na equação 3.9, ou seja,
pela equação:
(3
.11)
o
nde
A(t
0
)
é a atividade medida no tempo de decaimento
0t , no final da irradiação;
z é o coeficiente de detecção;
é a secção de choq
ue;
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
47
Escrevendo a equação 3.11 para um mesmo elemento presente em uma
amostra e
um
material de referência certificado, irradiados nas mesmas condições
,
têm
-
se as seguintes equações:
(
3
.13)
(
3
.14)
onde os índices a
e p
referem-se à amostra e material de referência
,
respectivamente.
Dividindo a equação (
5
.14) pela equação (
5
.13), t
em-
se:
(
3
.15)
Uma vez
que:
(
3
.16)
o
nde
M
a
,
M
p
e
C
a
,
C
p
são as massas totais da amostra e do
material de referência
, e
concentrações da amostra e do
material de referência
, respectivamente.
Subs
tituindo a relação
3
.16 na relação
3
.15, t
em-
se a seguinte relação:
(
3
.17)
M
efmNz
tA
T
t
p
av
p
i
2/1
.
693
,0
0
1.....
)(
M
efmNz
tA
T
t
a
av
a
i
2/1
.
693
,0
0
1.....
)(
p
ap
a
p
a
p
a
tA
tAm
m
seja
ou
m
m
tA
tA
)(
)(.
,
)(
)(
0
0
0
0
p
p
p
a
a
a
M
m
Ce
M
m
C
a
pp
a
MtA
CtAM
C
).
(
).
(.
0
0
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
48
Substituindo a equação 3
.12 na equação
3
.17, t
em-se a seguinte relação:
(
3
.18)
o
nde
t
é o intervalo de tempo de decaimento entre as contagens do
ma
terial de
referência e da amostra.
Normalmente não são conhecidos todos os parâmetros físicos, tais como o
fluxo de nêutrons térmicos e epitérmicos no reator, secção de choque de absorção
dos nêutrons, etc., com suficiente exatidão para se fazer medidas absolutas da
atividade do radioisótopo formado na reação nuclear. Desta forma, neste trabalho,
foi adotado o método comparativo de análise por ativação, sendo que, as amostras e
materiais certificados foram irradiados nas mesmas condições e posteriormente
m
ediram
-
se os picos de radiação gama na mesma geometria de contagem.
3.2 Procedimento experimental
A técnica de fluorescência de raios
X foi empregada na determinação das
concentrações dos óxidos de elementos maiores e menores (SiO
2
, TiO
2
,
Al
2
O
3
,
Fe
2
O
3
, MgO, MnO, CaO, Na
2
O, K
2
O e P
2
O
5
) e também para os elementos-traço Cr,
Ni, Sr, Zr, Y e Nb. O procedimento empregado na determinação dos elementos
maiores e menores foi o de analitos fundidos em meio borato diluídas em uma
proporção de 1:5, enquanto para os elementos-traço, os analitos são produzidos
através da mistura da rocha pulverizada na qual são adicionados 25% de cera micro-
pulverizada e prensados a 30 t/cm
2
(Nardy et al., 1997
).
t
a
i
p
pp
i
a
a
T
tt
a
i
p
pp
i
a
a
e
MA
CMA
C
seja
ou
e
MA
CMA
C
pa
.
)(
693
,0
.
.
..
,.
.
..
2/1
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
49
A análise
por
ativação com nêutrons térmicos e epitérmicos, seguida de
espectrometria gama de alta resolução utilizando detectores de germânio hiperpuro,
foi empregada para a determinação de terras raras (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb e
Lu) e dos elementos-traço U, Th, Ba, Rb, Ta, Hf, Cs, Co e Sc, seguindo a
metodologia descrita em Marques (1983, 2001), Marques et al. (1989), Figueiredo &
Marques (1989), e Rocha Jr. et al. (2005).
3
.2.1
Preparação
de amostras
A preparação de amostras é fundamental para obtenção de resultados
precisos e exatos, considerando a possibilidade de contaminação nesta etapa.
Inicialmente, os fragmentos d
e
amostras de rochas frescas (sem alteração e/ou
parte serrada) são triturados em frações menores, diâmetro máximo de 0,5 cm. A
seguir os fragmentos são lavados com água e álcool técnico, em peneira de
aço inox
de 80 mesh (0,177 mm de diâmetro), para eliminação de grãos finos produzidos no
processo de britagem, e a secagem é feita em estufa
sob
baixa temperatura
(aproximadamente 65°C) por cerca de 1 hora. A etapa seguinte consiste em
pulverizá
-
lo
s em almofariz de ágata, para evitar processos de contaminação, até
obter uma granulometria suficiente para que o material passe
totalmente
numa
peneira de aço inox de 100 mesh (0,149 mm de diâmetro). Em seguida, o material
dever ser muito bem homogeneizado, uma vez que a quantidade recomendada para
irradiação é da ordem de 100 mg. Para conseguir essa homogeneização foi utilizado
o método de espalhar o pó sobre uma folha de papel e levantar as pontas
alternadamente.
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
50
Por se tratar de análises de elementos-
traço
pro
curou
-se evitar ao máximo o
contato das amostras com peças metálicas ou outros materiais que pudessem
introduzir elementos indesejáveis antes da irradiação.
As amostras foram estocadas em recipientes adequados de vidro ou
envelopes de polietileno, que eram agitados na hora da retirada das amostras para
pesagem.
3
.2.2 Materiais de referência
utilizados
Os materiais geológicos de referência de granito GS-N (ANRT), basalto BE-
N
(GIT
-IWG) e basalto JB-1 (GSJ) foram usados como padrões para os cálculos de
con
centração. Vale salientar que estes padrões já se encontram em forma de pó de
granulometria fina.
O uso de padrões certificados por instituições reconhecidas apresenta uma
série de vantagens, podendo
-
se mencionar as seguintes:
1.
Possuem valores certificados para um grande número de elementos,
que é apropriado para uma análise multielementar;
2.
Apresenta a mesma natureza física das amostras, o que garante uma
boa geometria de irradiação e contagem;
3.
Evitam
-se problemas relacionados à preparação de
padrões.
Estes
materiais
de referência foram escolhidos por possuírem composições
semelhantes às amostras analisadas, e por apresentarem concentrações bastante
dist
intas com relação aos elementos-traço, fornecendo indicações acerca da
precisão e exatidão do método empregado nas determinações de tais elementos.
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
51
3.2.3 Irradiação
de
amostras e
materiais de referência
Para a irradiação com nêutrons, cerca de 100 mg de amostras e materiais
geológicos de referência certificados foram pesados e, para ativação com nêutrons
té
rmicos,
cada alíquota foi acondicionada em envelope de polietileno, enquanto na
ativação com nêutrons epitérmicos as
alíquotas
foram acondicionada
s em envelopes
de alumínio comercial. As alíquotas foram irradiadas por 16 horas com nêutrons
térmicos e por 2
4 horas com nêutrons epitérmicos, sob um fluxo total de nêutrons da
ordem de 10
12
n cm
-2
s
-1
no reator nuclear IEA-R1 do Instituto de Pesquisas
Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN/SP). Nessas irradiações
cada
conjunto
contendo
amostras e materiais de referê
ncia
(intercalados) foi irradiado em um tubo
de alumínio com cerca de 7 cm de comprimento e 2 cm de diâmetro, especialmente
desenvolvido para uso no reator IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP. No caso da ativação
com nêutrons epitérmicos, o tubo de alumínio foi revestido internamente por uma
folha de cádmio de aproximadamente 1 mm de diâmetro, uma vez que este
elemento possui alta secção de choque para nêutrons térmicos.
Após
a irradiação, as amostras e padrões ativados com nêutrons térmicos
foram acondicionados em pequenos discos de aço inoxidável com 1 mm de
espessura, 3 cm de diâmetro e 2 mm de rebordo, para realização das medidas de
espectrometria gama. No caso da irradiação com nêutrons epitérmicos, as alíquotas
foram transferidas para cápsulas de polietileno ou outros envelopes de alumínio não
irradiados e novamente pesados para evitar as interferências causadas pela
presença de impurezas, como Sm, U, La, Th, Hf, Ba, Sc, Ta e Co, normalmente
presentes no papel alumínio (Marques, 1983). Após
est
a transferência, as a
líquotas
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
52
foram também acondicionadas em discos de aço inoxidável, para que fosse
m
r
ealizada
s
a
s medidas de
espectrometria gama.
3
.2.4 Sistemas de detecção e contagem
As medidas da atividade gama induzida foram efetuadas em um
espectrômetro de raios gama
com
resolução nominal de 1,9 keV, para o pico de
1332,49 keV de
60
Co,
e 20% de eficiência. O espectrômetro de raios gama
utilizado
é constituído de:
1.
Detector de germânio hiperpuro Canberra modelo GX2020;
2.
Pré
-amplificador modelo 2002C;
3.
Criostato vertical m
odelo 7500 SL e tanque de 30 L;
4.
Interface especial modelo 100 Master;
5.
Integrador e processador de sinais modelo 1510, incluindo: 100 MHz
ADC 8192 canais, amplificador espectroscópico e software para
espectroscopia VISPECT, que localiza os picos e calcula sua área e
energias;
6.
Microcomputador modelo 486 DX, 56 MHz de memória RAM, 4MB com
monitor tipo VGA colorido;
7.
Blindagem de chumbo Canberra, série 747, de Low Background .
Logo no início do trabalho experimental, para as análises envolvendo ativação
térmic
a,
as medidas
foram
iniciadas cerca de 7 dias após o término da irradiação,
enquanto na ativação epitérmica,
foram
efetuadas duas contagens, uma após 7 dias
e outra após 14 dias da irradiação, sendo que a duração de cada contagem
foi
de
4.000s. Entretanto, após a obtenção dos primeiros resultados, verificou-se que esse
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
53
tempo de resfriamento estava apresentando problemas na determinação de
alguns
elementos
, como, por exemplo, U, Sm, Ba e Yb. Por este motivo, no caso da
ativação com nêutrons epitérmicos, foi alterada a 1ª contagem para o 5° dia após a
irradiação, enquanto a 2ª contagem passou a ser efetuada no 18° dia após a
irradiação. Já para ativação com nêutrons térmicos, a 1ª contagem passou a ser
feita no 10° dia após a irradiação. Também foi otimizado o tempo de contagem
da
radiação
gama induzida, sendo que na contagem térmica e na 1ª
contagem
epitérmica, o tempo foi reduzido para 3.600s, enquanto a 2ª contagem epitérmica
permaneceu com o tempo de 4
.
000s.
3
.2
.5
Determinação da
s concentrações
de
element
os
-
traço
No método de ativação neutrônica, cada radioisótopo é determinado de
acordo com sua energia característica da emissão gama, sendo que alguns deles
são determinados através da utilização de mais de um pico. Em cada tipo de
ativação (térmica e epitérmica), é possível determinar um grupo de diferentes
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
54
Tabela 3
.2
Elementos determinados nas medidas realizadas 18 dias após a irradiação
com nêutrons epitérmicos
Elementos
Reação nuclear
Meia
-
vida
Energia (keV)
Ce
140
Ce(
n,
)
141
Ce
32,5 d
145,4
4
Th
232
Th
(n,
)
233
Pa
27 d
312,01
Hf
180
Hf(
n,
)
181
Hf
42,39 d
482,18
Ba
130
Ba(
n,
)
131
Ba
11,8 d
496,26
Cs
133
Cs(
n,
)
134
Cs
2,06 a
795,85
Tb
159
Tb(
n,
)
160
Tb
72,3 d
879,38
Sc
45
Sc(
n,
)
46
Sc
83,81 d
889,28
Rb
85
Rb(
n,
)
86
Rb
18,66 d
1076,60
Ta
181
Ta(
n,
)
182
Ta
114,5d
1189,05; 1221,41
Co
59
Co(
n,
)
60
Co
5,27 a
1332,50
Tabela 3
.3
Elementos determinados na ativação com nêutrons térmicos
Elementos
Reação nuclear
Meia
-
vida
Energia (keV)
Nd
146
Nd
(
n,
)
147
Nd
10,98 d
91,10; 531,01
Yb
168
Yb
(
n,
)
169
Yb
32,02 d
177,21; 197,96
Lu
176
Lu
(
n,
)
177
Lu
6,71 d
208,36
Yb
174
Yb
(
n,
)
175
Yb
4,19 d
396,33
Eu
151
Eu
(
n,
)
152
Eu
13,33 a
1408,00
La
139
La(
n,
)
140
La
40,27 h
328,76; 487,02; 1596,21
As concentrações nas amostras
foram
determinadas com o auxílio da
equação
3.18 (expressão clássica de análise por ativação com nêutrons) através do
método comparativo.
3.
2.6
Validação do procedimento analítico
Considerando as baixas concentrações de elementos terras raras e outros
traços nas rochas investigadas, foi necessário investigar os níveis de precisão e
exatidão fornecidos pela metodologia
adotada
. A validação desse procedimento foi
feita por meio da análise do material geológico certificado
JB
-1 do GSJ (S
erviço
G
eológico
J
aponês)
. Esse material foi analisado nas mesmas
co
ndições u
tilizadas
para análise
das rochas da PMP
investigadas
neste trabalho.
Capítulo
3
Metodologia Analítica
_______________________________________________________________
____
55
3
.2.
7
Tratamento estatístico nos dados de AAN
O tratamento estatístico dos dados obtidos foi efetuado em várias etapas.
Primeiramente, os valores representativos das grandezas medidas foram obtidos
através do cálculo da média e desvios padrões, que fornecem uma indicação a
respeito da reprodutibilidade do método analítico utilizado, como também sobre
a
precisão dos resultados.
Em seguida, foi efetuada a eliminação de dados anômalos que ocorreram em
algumas determinações, os quais podem comprometer os resultados finais. Esta
etapa consistiu no emprego do teste
estatístico
de r
min
e r
max
que verifica a
homogeneidade de um conjunto de resultados (Nalimov, 1963; Atalla, 1978). Para a
determi
nação destes parâmetros, utilizaram
-
se as equações
3
.19 e
3
.20
.
(
3
.19)
(
3
.20)
o
nde x
min
e x
max
são os valores mínimo e máximo da população, respectivamente.
Em seguida, estes parâmetros são comparados com os respectivos valores
tabelados, para um número de graus de liberdade f = n-2, onde n é o número de
medidas. O conjunto será considerado como homogêneo para valores menores que
os tabelados e o inverso indicará a presença de um valor anômalo, que é rejeitado e
os cálculos reinicializados para testar se o novo conjunto é homogêneo. O nível de
si
gnificância adotado foi de 0,05, ou seja, um nível de confiança de 95%.
n
n
s
xx
r
x
)1(
min
min
n
n
s
xx
r
x
)1(
max
max
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
56
apítulo 4
Resultados e Discussão
Este capítulo apresenta os resultados geoquímicos, incluindo elementos
maiores, menores e traços, de
51
amostras selecionadas, incluindo
derrames
e
soleiras
, além de um dique, do norte do Estado de São Paulo e sul de Minas Gerais.
Entretanto, uma vez que neste
trabalho
foi dada particular ênfase à determinação de
elementos
-
traço
, utilizando a
técnica de ativação com nêutrons,
foi essencial verificar
a qualidade dos dados obtidos, verificando-se os seus níveis de precisão e de
exatidão. Para tanto, foram efetuadas determinações em réplicas do material de
referência JB
-
1 (basalto certificado internacionalmente), o qual foi analisado como se
fosse uma amostra.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
57
4.1 Análise do material de referência JB-1
A validação do método empregado foi efetuada no material de referência
JB
-
1, tomando-se como referência os padrões geológicos, internacionalmente
certificados, GS-N (granito) e BE-N (basalto). Para os cálculos foram utilizados os
valores de concentração propostos por
Govindaraju (1994)
.
Os níveis de precisão e exatidão do método, conforme
as
condições
experimentais adotadas, foram
determinados
através da análise de sete réplicas
de
sse padrão geológico. Os dados obtidos
(Tabela
4
.1)
mostram que o méto
do
adotado apresenta elevada reprodutibilidade, com valores de precisão inferiores a
12
%, e possui também bons níveis de exatidão, visto que os erros relativos
são
inferiores a
10% para todos os elementos químicos analisados, exceto para Tb e Cs,
cujos erros relativos
são
de 11% e 13%, respectivamente, conforme mostrado na
F
igura
4
.1
. C
onsiderando
-
se
incertezas analíticas de 2 , todas as concentrações
determinadas são estatisticamente iguais àquelas recomendadas por Govindaraju
(1994).
Com o objetivo de melhor visualizar as diferenças entre os valores de
concentração dos elementos terras raras (
ETR
) obtidos neste trabalho e os valores
da literatura foi feito um diagrama normalizado pelos condritos (Figura 4.2), no qual
se observa a grande concordância dos resultados
.
O erro relativo obtido para cada elemento analisado, no material de referência
JB
-1, foi adotado como sendo o erro associado às concentrações determinadas nas
amostras investigadas.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
58
Tabela 4
.1
Concentrações
de
elementos terras raras e outros elementos
-
traço
n
o ma
terial geológico
JB
-
1 e comparação co
m as recomendadas na literatura
Concentração (
µg/g
)
Elementos
Govindaraju (1994)
Determinada
EP
(%)
La
3
7,9
38,4
3,0
0,6
Ce
6
6,7
65,4
7,
4
3,6
Nd
26,
7
28,3
4,
7
5,5
Sm
5,
07
5,3 0,7
2,4
Eu
1,5
1,6 0,2
8,0
Tb
0,8
4
0,7 0,1
11,0
Yb
2,1
6
2,1 0,2
2,5
Lu
0,31
0,30 0,02
3,1
Ta
2,
7
2,8
0,
4
5,8
Th
9,2
9,1 0,3
2,3
U
1,
7
1,6 0,1
4,2
Hf
3,
4
3,5 0,2
4,1
Ba
49
0
515,6
46,8
4,6
Rb
41,
2
39
3
6,1
Cs
1,
19
1,4 0,1
13,3
Co
38,
7
36,3
1,
2
4,9
Sc
27,5
25
3
9,2
Concentrações determinadas aco
mpanhadas pelos desvios padrões.
EP é o erro percentual em relação ao valor apresentado na literatura.
Figura
4
.1
Valores obtidos para o material geológico de referência JB
-
1 em relação aos valores
certificados. Concentrações determinadas utilizando
-
se os materiais de ref
erência GS
-
N e BE
-
N. Os
erros referem
-
se à incerteza de 1
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
59
Figura
4
.2
Padrão de distribuição dos ETR normalizado em relação aos condritos
(Boynton, 1984)
do materi
al geológico de referência JB
-
1 e c
omparação com valores de Govindaraju (199
4)
4.2 Classificação e nomenclatura das amostras
A nomenclatura das
rocha
s
selecionadas
foi obtida por meio de suas
composições químicas, seguindo o esquema proposto por De La Roche et al.,
(1980), modificado para o campo dos basaltos por Bellieni et al. (1981)
,
o qual
encontra
-se representado na
Figura
4
.3
. O diagrama
TAS
, de sílica versus álcalis
[SiO
2
vs. (Na
2
O + K
2
O)]
, proposto pela Subcomissão de Sistemática de Rochas
Ígneas (
Zanettin
, 1984 e Le Bas et al., 1986), foi utilizado para a classificação das
amostras
(Figura
4
.4)
.
Para minimizar possíveis interferências na nomenclatura, os óxidos de
elementos maiores e menores foram normalizados a 100%, eliminando
-
se o valor de
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
60
perda ao fogo (LOI).
Ressalta
-se ainda que
as
amostras que apresentaram LOI >
2% não foram selecionadas para a análise por ativação com nêutrons
,
devido à
possibilidade de alteração, que pode
ria
mascarar as características geoquímicas
originais
.
Figura
4.3
Nomenclatura das rochas de derrames (símbolos abertos) e s
oleiras
(símbolos cheios)
do
norte e nordeste da PMP (De La Roche et al.,
1980).
Legenda
:
cores = verde (
ATi
-P; TiO
2
> 3 %,
350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350
),
v
ermelho (
ATi
-U
; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500
),
a
zul (
ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta (
SiO
2
> 55 % e
/ou
MgO < 3
%);
símbolos:
círculos = basaltos toleíticos, triângulos =
andesi
-
basalt
os toleíticos, quadrados =
lati
-
basalto
s,
cruzes
= lati
-
andesito,
losangos = latitos
e
triângulo invertido = riodacito
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
61
Figura
4
.4
Classificação e nomenclatura das rochas de derrames e soleiras do norte e nordeste da
PMP segundo o diagrama TAS (Le Bas et al., 1986 e Zanettin, 1984). A linha pontilhada vermelha
separa os campos das rochas alcalinas e toleíticas (Irvine & Baragar, 1971). Cores: verde (ATi-
P;
TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y >
500); azul (ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta ( SiO
2
> 55 % e/o
u
MgO < 3 %). Os símbolos são os mesmos da Figura
4
.3. Valores em %
Embora o diagrama TAS seja recomendado pela IUGS, foi empregado o
diagrama R1-R2 [
R1
= 4*Si - 11*(Na + K) - 2*(Fe + Ti);
R2
= Al + 2*Mg + 6*Ca], pois
este
utiliza a grande maioria dos óxidos de elementos maiores na definição dos
vários campos. Conforme esta proposta, as rochas investigadas (Figura 4.3) são
representadas por basaltos toleíticos, andesi-basaltos toleíticos e lati-
basaltos,
enquanto as mais evoluídas são representadas por latitos e lati-andesitos, além de
um riodacito (amostra LM-9). O comportamento anômalo desta amostra, que
inclusive possui LOI ligeiramente superior a 2%, é devido à ocorrência de um
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
62
processo de contaminação com as rochas encaixantes (siltitos), conforme
evid
enciado nos trabalhos de campo.
De maneira geral, as composições químicas das rochas investigadas
mostram a predominância de andesi
-
basaltos toleíticos (cerca de 60%), lati
-
basaltos,
basaltos toleíticos e latitos (cerca de 10% cada um), e subordinadamente
lati
-
andesitos (cerca de 8%) e riodacito (aproximadamente 2%). As composições
químicas das
soleiras
analisadas evidenciam a predominância de andesi-
basaltos
toleíticos (cerca de 56%), ocorrendo subordinadamente basaltos toleíticos (cerca de
16%), lati-
ande
sitos (aproximadamente 13%) e latitos, lati-basaltos e riodacitos,
totalizando 15%. No que se refere aos derrames, observa-se que as composições
são representadas por andesi-basaltos toleíticos (aproximadamente 68%), lati-
basaltos (aproximadamente 21%) e cerca de 11% para os latitos.
Com o objetivo de identificar possíveis diferenças geoquímicas entre
amostras de soleiras e derrames, foi necessário discriminá-las nos diagramas
confeccionados. Além disso, as rochas básicas (SiO
2
< 55% e/ou MgO > 3%) foram
ag
rupadas de acordo com os magmas-tipo (Figura 4.5), conforme os limites
propostos por Peate et al. (1992). Portanto, as amostras investigadas foram divididas
em 4 conjuntos: a) básicas ITi-P (2% < TiO
2
3%, 200 µg/g < Sr < 450 µg/g, 12,5%
< Fe
2
O
3
(t) < 17,0% e Ti/Y > 350, 2 amostras); b) básicas ATi-P (TiO
2
> 3%, Sr > 350
µg/g, 12,5% < Fe
2
O
3
(t) < 18,0% e Ti/Y > 350, 39 amostras); c) básicas ATi-U (TiO
2
>
3%, Sr > 550 µg/g, Fe
2
O
3
(t) < 14,5% e Ti/Y > 500, 4 amostras) e d) rochas
diferenciadas (SiO
2
> 55% e/ou MgO < 3%, 6 amostras). Análises químicas de
amostras representativas de cada um destes grupos encontram
-
se na Tabela
4
.2.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
63
Nota
-se na Figura 4.5a, que existem três amostras (
KS
-565, KS-566 e KS-
616
) que possuem concentrações de Sr > 550 g/g e foram classificadas como
pertencentes às rochas do tipo ATi-
P.
Estas amostras possuem razões de
elementos
-
traço
, incluindo os ETR, distintas do tipo de rochas ATi-U e coincidentes
com
as do tipo ATi-P, sendo por isso classificadas como tal. Além disso, como as
concent
rações de
Cr, Ni, Sr, Zr, Y e Nb, determinados pela técnica de fluorescência
de raios
X, possuem
erros
relativ
os
de
até
10%
, os resultados verdadeiros devem
oscilar
nesses intervalos, fazendo com que as amostras situadas no limite entre os
campos ATi
-
P e
ATi
-
U
possam
cair
tanto
no
campo ATi
-
P quanto
no
campo ATi
-U.
Figura
4.5
Diagramas discriminatórios dos tipos de magmas dos derrames da PMP. (a) Sr (µg/g)
vs. Ti/Y e (b) Fe
2
O
3
(t
) (%)
vs. Sr
(µg/g)
. Cores:
v
erde (ATi
-
P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr <
550 µg/g e Ti/Y >
350);
v
ermelho (ATi
-
U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500);
a
zul (ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr
< 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta (rochas
diferenciadas
, com SiO
2
> 55 % e MgO < 3 %); campo
pontilhado
verde = derrames Pitanga; e campo pontilhado vermelho = derrames Urubici. Os símbolos
são os mesmos
da Figura
4
.3
Nota
-se que as amostras ATi-U, pertencentes ao magma-tipo Urubici,
geralmente são representadas por lati-
basaltos
(Figura 4
.3)
, com exceção da
amostra KS
-
614, que cai no
campo dos andesi
-
basaltos toleíticos
.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
64
Tabela
4.2
Análises químicas de elementos maiores (%), menores (%) e traços (µg/g) de amostras
representativas do norte e nordeste da
Província Magmática do Paraná
Grupos
ATi
-P
ATi
-U
ITi
-P
Diferenciadas
Amostras
KS-
628
d
KS
-
655
s
KS
-6
17
d
KS
-
618
d
KS
-
660
s
KS
-
671
s
KS
-
636
s
KS
-
641
s
LM
-9
s
Latitude
21º02
21º5
1
19º59
20º06
21º44
23º00
21º01
20º55
22º12
Longitude
47º35
47º18
47º28
47º28
47º25
47º25
47º11
47º00
47º25
SiO
2
50,04
49,30
49,8
49,5
49,51
49,43
54,35
52,79
64,21
TiO
2
3,84
3,01
4,1
4,1
2,57
2,46
2,44
3,28
0,57
Al
2
O
3
12,49
13,27
14,02
13,83
13,29
12,93
12,43
12,41
13,08
Fe
2
O
3
(t)
15,72
15,01
13,85
13,82
15,71
15,21
13,94
14,72
5,08
MnO
0,21
0,17
0,10
0,12
0,19
0,24
0,23
0,22
0,06
MgO
3,68
5,65
4,72
4,63
5,48
5,72
2,27
2,73
2,81
CaO
7,92
9,04
7,89
8,09
9,22
10,03
6,23
7,03
1,93
Na
2
O
2,63
2,47
2,84
2,85
2,37
2,13
3,08
2,86
1,46
K
2
O
1,51
1,28
2,15
2,0
1,10
1,08
2,29
1,99
6,79
P
2
O
5
0,62
0,38
0,67
0,67
0,26
0,32
0,76
0,65
0,16
LOI
0,47
0,52
0,65
0,72
0,42
0,44
1,08
0,77
2,41
Soma
99,13
100,1
100,79
100,33
100,12
99,99
99,1
99,45
98,56
La
(1)
41,2
27
,0
42,8
44,6
22,6
24,2
55,4
52,6
36,3
Ce
(1)
89
59
94
10
4 46
nd
12
6
10
7
80
Nd
(1)
39
38
51
55
22 25
70
53
33
Sm
(1)
10,2
7,3
11,9
8,6
3,9
6
,0
6,5
12,9
7,7
Eu
(1)
3,1
2,4
3,5
3,5
1,8
2,2
4,1
3,8
1,2
Tb
(1)
1,5
1,1
1,6
1,5
1,1
1,1
2,3
2
,0
1
,0
Yb
(1)
4,0
2,9
3
,0
3
,0
3,5
2,7
4,7
4,4
2,8
Lu
(1)
0,50
0,37
0,40
0,37
0,34
0,41
0,62
0,61
0,38
Ba
(1)
524
377
557
692
331
347
708
615
813
Rb
(1)
33
17
38
39
21
27
62
51
210
Sr
(2)
423
411
653
681
335
330
413
412
288
Zr
(2)
300
186
296
307
157
147
397
341
143
Y
(2)
38
30
37
40
29
30
53
48
30
Ta
(1)
2
,0
1,5
1,9
2
,0
1
,0
1,1
2
,0
2,4
1,2
Th
(1)
3,6
2,4
4,7
5,3
2,2
2,6
4,8
5,6
14,7
U
(1)
0,7
0
0,6
1,4
1,4
0,6
0,4
1,3
1,3
5,5
Hf
(1)
7,1
5,1
6,5
7,1
3,3
3,4
9,8
9,4
3,9
Cs
(1)
0,25
0,46
1,02
1,05
0,15
0,39
nd
0,51
8,7
Sc
(1)
31
32
23
26
33
37
18
26
11
Co
(1)
36
43
37
40
44
42
22
27
14
Cr
(2)
136
177
106
91
149
184
66
75
147
Ni
(2)
32
81
66
67
71
62
9
12
37
d
Derrame
s.
(1)
Análise por ativação neutrônica.
s
Soleiras.
(2)
Fluorescência de raios
X.
A natureza toleítica (ou sub-alcalina) das rochas investigadas pode ser
constatada no diagrama TAS (Figura 4.4), onde se observa que todas as
amostras
se situam no campo da
s
rochas toleíticas, com conteúdos de sílica variando entre
47,6
%
e 55
,4% e de álcalis entre 3,0% e 5,8% (exceto a amostra LM-9 com álcalis =
8,6%). Nota-se que as rochas toleíticas
ITi
-
P,
pertencentes ao magma-
tipo
Paranapane
ma,
são caracterizadas por apresentarem conteúdos de álcalis mais
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
65
baixos que as ATi-P (magma-tipo Pitanga), que por sua vez também possuem
menos álcalis que as do tipo ATi-U.
4.3 Características geoquímicas
4.3
.1
Elementos maiores
,
menores
e traços
Os
elementos maiores e menores (Figura 4.6
)
mostram
significativa
variabilidade composicional, com teores de MgO que variam entre 2,3% e 6,4% e
conteúdos de SiO
2
entre 47,6% e 55,4%, sendo que a amostra LM-9 possui
conteúdo de SiO
2
= 66,8% (valor
es
normaliza
do
s excluindo-se a perda ao fogo). As
análises químicas mostram que a grande maioria das
rochas
possui conteúdo de
TiO
2
acima de 3%, correspondendo a aproximadamente
95
% dos litotipos básicos
analisados. Foram encontradas poucas rochas com conteúdos de TiO
2
entre 2% e
3%, perfazendo aproximadamente 20% das ocorrências. A amostra LM-
9
(riodacito)
possui
conteúdo de
TiO
2
= 0,60.
De modo geral, observa-se que à medida que o grau de evolução aumenta,
isto é, com a diminuição de MgO, há um aumento nas concentrações de SiO
2
, Na
2
O,
K
2
O e P
2
O
5
, e uma diminuição no conteúdo de CaO e Al
2
O
3
(Figura 4.6). Os óxidos
de TiO
2
e de Fe
2
O
3
(t) apresentam um aumento em seu conteúdo, seguido de
decréscimo (inflexão) com a diferenciação. O comportamento apresentado pelos
elemento
s maiores e menores é compatível com um processo de evolução por
cristalização fracionada envolvendo plagioclásios, clionopiroxênios e titano-
magnetita.
Entretanto, nota-se certa
dispersão
na maior parte dos diagramas,
indicando também a presença de magmas
parentais levemente distintos.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
66
Figura
4.6
Diagramas de variação
(a)
SiO
2
,
(b) CaO
,
(c) TiO
2
, (d) Na
2
O,
(e) Al
2
O
3
, (f) K
2
O
,
(g)
Fe
2
O
3
(t)
e
(h)
P
2
O
5
, em função de MgO das ro
chas
do norte e nordeste da PMP (concentrações em
%)
.
C
ores:
v
erde (
ATi
-P
; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350);
v
ermelho (
ATi
-U
; TiO
2
> 3 %,
Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); azul (
ITi
-P; 2 < TiO
2
3
%,
200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e pre
ta
(
SiO
2
> 55% e
/ou
MgO
< 3% ); campo pont
ilhado
verde =
derrames
Pitanga
;
e
campo
pontilhado
vermelho = derrames Urubici
. Os símbolos são os mesmos da Figura
4
.3
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
67
Nota
-se que as rochas ATi-U (Figura 4
.6)
são
caracterizad
as
por
apresentar
em
um intervalo mais restrito de MgO (4,1%
4,7%), destacando-
se
por
possuí
rem
maiores concentrações de Al
2
O
3
, Na
2
O, K
2
O e P
2
O
5
e
menores
concentrações de
CaO e
Fe
2
O
3
(t) que as rochas ATi
-
P e ITi
-
P. Pode
-
se notar que as
amostras mais evoluídas, com MgO < 3%, seguem a linha de tendência
observada
para
elementos maiores e menores das rochas ATi-P. Cabe destacar
também
que
o
grupo
ATi
-P
distribui
-se aleatoriamente por toda a área investigada, enquanto
as
rochas
ATi-U ocorrem apenas nas proximidades dos municípios de Rifaina e
Buritizal,
localizados no
norte do
estado de São Paulo.
Os
diagramas de variação de elementos-traço fortemente incompatíveis,
como terras raras leves, Ba, U, Th, Ta e Hf
,
mostram enriquecimentos significativos
à medida que o grau de evolução aumenta (Figuras 4.7 e 4.8) e, considerando-se o
mesmo grau de evolução, as rochas do grupo ATi-U tendem a apresentar maiores
concentrações desses elementos. Por outro lado, observa-se um decréscimo no
conteúdo de Sc com a diferenciação, sendo que as rochas ATi-P possuem
concentrações levemente maiores nas concentrações de Sc e Yb, para o mesmo
conteúdo de MgO.
Embora a amostra LM-9 (contaminada por siltitos) não tenha sido
representada nos diagramas das Figuras
4
.7 e
4
.8, é importante mencionar seu forte
enriquecimento em elementos fortemente incompatíveis, tais como Ba, Rb, Th, U e
Cs
, e empobrecimento em elementos traços compatíveis, tais como Sc e Co,
que
são características comuns quando há processos de contaminação crustal (Tabela
4
.2).
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
68
Figura
4.7
Diagramas de variação (a) La, (b) Ta, (c) Ce, (d) Ba, (e) U, (f) Rb, (g) Th e (h) Sc (µg/g),
em função de MgO (%) das rochas do norte e nordeste da PMP. Cores:
v
erde (
ATi
-P
; TiO
2
> 3 %, 350
< Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350);
v
ermelho (
ATi
-U
; TiO
2
> 3 %
, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); a
zul (
ITi
-P; 2
< TiO
2
3 %, 200 <
Sr
< 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta (
SiO
2
> 55 % e
/ou
MgO < 3 %);
campo
pontilhado verde = derrames Pitanga; e campo pontilhado vermelho = derrames Urubici. Os símbolos
são os mesmos da Figura
4
.3
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
69
Figura
4.8
Diagramas de variação (a) Hf, (b)
Sm
, (c)
Eu
, (d)
Tb
, (e)
Yb
, (f)
Nd
, (g)
Lu
e (h)
Cs
(µg/g),
em função de MgO (%) das rochas do norte e nordeste da PMP. Cores: verde (ATi
-
P; TiO
2
> 3
%, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500); azul
(ITi
-P; 2 < TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350) e preta (SiO
2
> 55 % e/ou MgO < 3 %);
campo pontilhado vermelho = derrames Urubici. Os símbolos são os mesmos da Figura
4
.3
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
70
As diferenças composicionais observadas entre os três grup
os
de rochas
encontrada
s no norte e nordeste da PMP são também claramente evidenciadas nos
padrões de abundância de
ETR
, normalizados em relação aos condritos (Boynton,
1984; Figuras 4
.9
e 4
.10
), mostra
ndo
um enriquecimento significativo dos ETR leves
em relação aos pesados em todas as amostras analisadas, com razões (La/Lu)
n
que
variam entre 5,4 e 12,4. Nas rochas básicas do grupo ATi-P estas razões situam-
se
entre 5,4
e
10,3
(média =
8
1), enquanto as do grupo ATi-U possuem
fracionamento mais acentuado, com razões (La/Lu)
n
entre 11,0 e 12,4 (média = 11,6
0,7), (La/Sm)
n
entre 2,3 e 3,3 (média = 2,7
0,5) e (Tb/Lu)
n
entre 2,3 e 2,7 (média
= 2,6
0,2). Por outro lado, nas
duas
rochas do grupo ITi-P as referidas razões são
de
6,1
e
6,8
.
Os termos diferen
ciados
(Figura 4.9c)
possuem razões (La/Lu)
n
situadas entre
7,5 e 9,3 (média =
8,6
0,9). A amostra LM-9, na qual houve processo de
contaminação pelo
s
siltitos encaixantes
, destaca
-
se por possuir (La/Lu)
n
= 9,8.
Em todos os grupos de rochas básicas investigados não há variações muito
importantes em termos de anomalias de európio, nos quais as razões Eu/Eu* variam
de levemente positivas a levemente negativas, havendo predomínio das positivas. A
média das razões Eu/Eu* são de 1,1
0,1, 1,0
0,
2
e 1,
1
0,1
para os grupos ITi
-
P,
ATi
-P e ATi-U, respectivamente. As rochas diferenciadas geralmente apresentam
anomalias de európio positivas (0,9 < Eu/Eu* < 1,4, média = 1,2
0,2), as quais se
destacam fortemente da amostra LM-9, que possui uma forte anomalia nega
tiva,
com Eu/Eu* = 0,5
1
(Figura
4
.9c)
.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
71
Figura
4
.9
Padrões de abundância de elementos terras raras, normalizados em relação aos
meteoritos condríticos (Boynton, 1984), dos derrames e soleiras
AT
i-
P
da parte norte e nordeste da
PMP.
(a)
derrames e
soleiras
com
MgO > 4%; (b) derrames e
soleiras
com
3%
MgO
4%; (c)
soleiras
com MgO < 3% e
(d)
Comparação
entre os
derrames
ATi
-P e
magmas
-
tipo
Pitanga
com MgO
>
4%
Observa
-se, nos padrões de abundância de elementos incompatíveis,
normalizad
os em relação ao manto primordial (Figura 4.11)
de
amostras
representativas dos grupos ITi-P, ATi-P e ATi-U, que a rocha KS-614 (ATi-U) possui
razão Rb/Ba muito mais elevada com relação às demais, sendo um indicativo de
significativo processo de contaminação crustal. Por este motivo, essa amostra não
foi utilizada na determinação das composições médias
dos ETR das rochas ATi
-U.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
72
Com o objetivo de melhor visualizar as diferenças entre os tipos de rochas
ATi
-P e ATi-U investigadas nesta pesquisa, foram feitos vário
s
diagramas com
diferentes
combinações de elementos incompatíveis e
fortemente incompatíveis
,
determinados pela técnica de ativação com nêutrons, cujos resultados apresentam
melhor precisão e exatidão, sendo que na
Figura
4.12 encontram-se os mais
si
gnificativos. Além das marcantes diferenças geoquímicas entre as rochas
ATi
-U e
ATi
-P, nota-se uma certa dispersão neste último grupo, indicando a possibilidade de
evolução por cristalização fracionada a partir de magmas parentais levemente
distintos.
Tamb
ém foram feitas diversas combinações da razão entre elementos
fortemente incompatíveis e elementos incompatíveis, em função dos elementos
incompatíveis dessa mesma razão, com os diagramas mais notáveis apresentados
na Figura 4.13. Nesta figura observa-
se
que as rochas ATi-P dispõem-
se
subparalelamente ao eixo das abscissas, embora com dispersão, reforçando que a
cristalização fracionada teve um papel fundamental na gênese deste grupo.
4
.3.2 Comparação entre derrames e soleiras
No
s di
agrama
s da
Figura
4.6
observa
-se que as rochas pertencentes às
soleiras apresentam conteúdos de MgO entre 2,3% a 6,4%, cuja variação é
significativamente
mais
ampla que aquela das amostras provenientes de derrames,
cujo intervalo
é
mais restrito, situando-se entre 3,2% e 5,5%. Além disso, nota-
se
que as soleiras tendem a ter padrões de ETR
(Figura
4
.9)
ora mais enriquecidos
(menores conteúdos de MgO), ora mais empobrecidos (maiores conteúdos de MgO)
que os derrames
.
Este comportamento é indicativo da ocorrência de diferenciação
in
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
73
situ
nas soleiras, pois com o processo de
res
friamento destas intrusões
,
pode haver
segregação
de magmas mais diferenciados e enriquecidos em incompatíveis, para
algumas regiões da intrusão. Neste processo pode haver também a formação de
zonas
dentro dos corpos intrusivos contendo maior predominância de minerais
máficos ficando, por conseguinte, mais empobrecida em elementos incompatíveis. A
ocorrência de diferenciação in situ nas soleiras é corroborada pelo fato de que
somente nestes corpos foram encon
tradas rochas com MgO < 3%.
Cabe ainda destacar que as sistemáticas anomalias positivas de Eu
observadas nas rochas mais evoluídas, são muito provavelmente relacionadas ao
acúmulo de plagioclásio, causado por processos de fracionamento in situ que
ocorrera
m nas soleiras.
Entretanto, esses processos de fracionamento magmático
são
bastante
complex
os
, pois envolvem sistemas dinâmicos
,
que dependem da espessura dos
corpos, da viscosidade dos magmas e do contraste de temperatura entre o
magma
e
a encaixante no momento da intrusão, variando de corpo para corpo, o que re
quer
estudos detalhados para seu
completo entendimento
.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
74
Figura
4
.10
Padrões de abundância de elementos terras raras, normalizados em relação aos
meteoritos condríticos (Boynton, 1984)
,
das rochas intrusivas e extrusivas do norte e nordeste da
PMP.
(a) derrames ATi-U; (b) Comparação entre soleiras
ITi
-
P e
derrames Paranapanema; (c) Dique
ATi
-
P e campo dos derrames Pitanga e (d) Comparação entre derrames ATi
-
U e Urubici
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
75
Figura 4.11
Diagramas de elementos incompatíveis normalizados em relação ao manto primordial
(Sun & McDonough, 1989) das rochas ITi-P, ATi-P e ATi-U da parte norte e nordeste da PMP. (a)
Derrames e soleiras ATi-P; (b) Derrames ATi-U; (c) Soleiras ITi-P e (d) Comparação entre rochas ITi-
P, ATi
-
P e ATi
-U
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
76
Figura
4
.1
2
Diagrama
s de elementos-
traço
(
g/g)
por elementos-
traço
(
g/g)
de rochas intrusivas
(símbolos cheios) e extrusivas (símbolos abertos)
da
PMP
. (a)
La
vs.
Sm
; (b) Th vs. Yb; (c)
La
vs.
Th
;
(d) Th vs. Hf; (e)
La
vs.
Ta
;
(f)
Ta vs. Yb;
(g)
Ta vs. U
e (h)
U vs. Tb.
Cores: verde (ATi
-
P; TiO
2
> 3 %,
350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500) e azATi
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
77
Figura
4
.1
3
Diagramas de variação (a)
La/
Yb vs. La; (b)
Th/Tb
vs. Tb; (c) Th/Hf vs. Th; (d) U/Tb vs.
U; (e) Th/Ta vs.
Th
e (
f)
Th/
La
vs.
Th
de rochas intrusivas (símbolos cheios) e extrusivas (símbolos
abertos).
Cores: verde (ATi
-
P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr < 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi
-
U; TiO
2
>
3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500) e azul (ITi
-
P; 2 < TiO
2
3 %, 200 <
Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350)
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
78
4.4 Comparação com os derrames básicos da PMP
Nos diagramas de variação das soleiras e dos derrames do norte e nordeste
da PMP (Figuras 4
.6,
4.7 e 4.8) encontram-se também representados os campos
referentes aos magmas-tipo Urubici, que ocorrem no sul da Bacia do Paraná, e aos
Pitanga, do norte da província. Os dados para confecção dos campos Pitanga e
Urubici foram retirados de Mantovani et al. (1985), Piccirillo & Melfi (1988), Marques
et al. (1989, 199
9
) e Peate et al. (1999)
.
Com relação aos elementos maiores e menores, nota-se, de modo geral, que
os grupos ATi-P e ATi-U apresentam
fortes
semelhança
s com os derrames Pitanga
e Urubici, respectivamente. Destaca
-
se que as amostras
ATi
-P
mais evoluídas (MgO
< 3%), pertencentes às soleiras e cuja gênese está provavelmente relacionada a
processos de diferenciação in situ, concentram-
se
externamente ao campo de
derrames Pitanga, mas exibindo características geoquímicas
similares
às demais
rochas ATi-
P.
Verifica
-se que a maioria das rochas ATi-P com MgO > 3% que estão
na parte externa dos campos Pitanga são também referentes a soleiras de diabásio.
No que se refere ao conteúdo de elementos maiores, menores e traços, as
amostras ATi-U
tendem a se concentrar no campo delimitado pelos der
rames Urubici
que ocorrem no sul da PMP, destacando-se apenas por possuírem
conteúdo
s de
SiO
2
levemente
inferiores
aos
desses derrames
.
Da mesma forma que ocorre nos magmas-tipo Pitanga e Urubici, verifica-
se
que as rochas ATi-P e ATi-U possuem diferenças composicionais significativas,
ambas destacando
-
se pelas maiores abundâncias de elementos
-
traço em relação às
rochas ITi-P (que correspondem ao magma-tipo Paranapanema), com exceção do
Sc, que é m
ais enriquecido nestas últimas.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
79
Em comparação com os derrames da PMP (Paranapanema: La/Lu
n
= 5,7
0,8, Eu/Eu* = 1,05
0,05; Pitanga: La/Lu
n
= 7,5
0,3, Eu/Eu* = 1,08
0,05; Urubici:
La/Lu
n
= 11
1, Eu/Eu* = 0,98
0,06), nota-se uma grande semelhança nas razões
La/Lu
n
com as das rochas básicas analisadas
, conf
orme a discriminação geoquímica
efetuada
(Figura
4.9 e 4
.10). Isto
reforça
que os grupos ITi-P, ATi-P e ATi-
U
correspondem aos magmas
-
tipo Paranapanema, Pitanga e Urubici, respectivamente.
Entretanto, as razões Eu/Eu* tendem a ser levemente maiores nas rochas ATi
-U
(1,1
0,1) qu
e aquelas dos derrames Urubici.
É importante destacar que as concentrações de terras raras e de outros
traços incompatíveis determinadas neste trabalho, corroboram os resultados obtidos
por Machado (2005), revelando a presença de rochas basálticas com características
similares aos derrames Urubici (típicos da região sul) no norte da PMP.
A título de comparação, na Figura 4
.1
4 encontram-se também representados
os padrões de abundância de elementos incompatíveis, normalizados em relação ao
manto primordial
,
mostrando o forte enriquecimento de elementos com maior grau
de incompatibilidade, tais como Rb, Ba, Th, U, entre outros, das rochas ATi-U com
relação àquelas ATi-P, e também destas
em
relação às rochas ITi-P, o que
é
compatível com as características dos magmas-tipo Urubici, Pitanga e
Paranapanema, respectivamente. Todas as rochas investigadas apresentam
também fortes anomalias negativas de Nb, Ta e Sr.
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
80
Figura
4
.1
4
Diagramas de elementos incompatíveis normalizados em relação ao manto primordial
(Sun & McDonough, 1989) das rochas ITi-P, ATi-P e ATi-U
do
norte e nordeste da PMP.
(a)
Comparação entre rochas ATi-P e Pitanga; (b) Comparação entre derrames ATi-U e Urubici;
(c)
Comparação entre soleiras ITi-P e derrames Paranapanema e
(d)
Comparação entre rochas ITi
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
81
4.5 Fontes mantélicas
Com o objetivo de obter informações sobre quais componentes mantélicos
participaram da gênese das rochas ITi-P, ATi-P e ATi-U, em termos de elementos
incompat
íveis, foram considerados os litotipos com SiO
2
< 55% e MgO > 4%, para
minimizar os efeitos causados por cristalização fracionada.
De acordo com a Figura 4.15, observa-se que não há evidências do
envolvimento de componentes astenosféricos na gênese das rochas investigadas,
pois seus padrões de abundância de elementos incompatíveis são muito diferentes
daqueles de basaltos oceânicos do tipo N-MORB, E-MORB e OIB (Tristão da
Cunha), os quais exibem pronunciadas anomalias positivas de Nb e Ta, o que fora
também
observado em investigações anteriores referentes aos magmas-
tipo
Paranapanema, Pitanga e Urubici, bem como dos outros magmas-tipo da PMP
(Peate, 1997; Marques et al., 1999). Cabe salientar que as rochas investigadas,
exceto as amostras KS-614 e LM-9 (Rb/Ba = 0,11 e 0,26, respectivamente),
possuem razões Rb/Ba variando entre 0,03 e 0,09 (Média = 0,06
0,01), sendo
inferiores a 0,10, que de acordo com Peate et al. (1992) correspondem a basaltos
que não foram contaminados pela crosta continental, já que altas razões Rb/Ba são
características de granitóides e sedimentos da crosta superior, sendo raramente
observadas em rochas oriundas do manto.
Conforme salientado por Milner & Le Roex (1996), Marques et al. (1999),
Peate et al. (1999) e Marques (2001), as rochas toleíticas do norte da PMP e os
derrames Urubici, possuem características geoquímicas similares a amostras do
DSDP localizada no sítio 525A (idades de ~ 80 Ma) da Cadeia Walvis e no sítio 516F
da Cadeia Rio Grande, indicando o envolvimento do componente mantélico EMI
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
82
(Zindler & Hart, 1986). A origem desse componente mantélico enriquecido, que é
caracterizado por apresentar razões isotópicas de
143
Nd/
144
Nd e
206
Pb/
204
Pb
relativamente baixas e de
87
Sr/
86
Sr relativamente altas, tem sido interpretada como
se
ndo um fragmento de manto litosférico subcontinental, desmembrado no processo
de ruptura, o qual foi posteriormente remobilizado nos processos de fusão parcial,
relacionados à gênese dos basaltos da dorsal oceânica.
Figura
4
.1
5
Diagramas de elementos incompatíveis normalizados em relação ao manto primordial
(Sun & McDonough, 1989) das rochas ITi-P, ATi-P e ATi-U. Comparação destas rochas com: (a)
componentes E-MORB e OIB (Sun & McDonough, 1989); (b)
componentes
N-
MORB
(Sun &
McDonough, 1989)
e
de Tristão da Cunha
(Weaver et al., 1987 e Le Roex et al., 1990)
O comportamento das razões dos elementos incompatíveis Zr/Nb e Zr/Y nas
rochas investigadas (ITi-P, ATi-P e ATi-U) do norte e nordeste da PMP, juntamente
com aquela dos basaltos N-MORB, E-
MO
RB, OIB (Tristão da Cunha), Cadeia
Walvis, incluindo o sítio 525A, e do sítio 516F da Cadeia Rio Grande, são mostradas
na Figura 4.16. A partir desta figura, observa-se que essas razões descartam até
mesmo um envolvimento de fontes astenosféricas na gênese dos grupos ITi-P, ATi-
P e ATi-U, uma vez que tais rochas não se situam na linha de mistura dos
Capítulo
4 Resultados
e
Discussão
___________________________________________________________________
83
componentes mantélicos N
-
MORB e Tristão da Cunha. Cabe salientar que as rochas
investigadas não apresentam semelhanças geoquímicas com o componente HIMU
(
Figura 4.16).
Nota
-se uma forte semelhança das rochas ITi-P, ATi-P e ATi-U com basaltos
da Cadeia Walvis do sítio 525A e Rio Grande do sítio 516F (Figura 4.16), indicando
a participação das mesmas fontes mantélicas na gênese dessas rochas, conforme já
iden
tificado em estudos isotópicos de Sr-
Nd
-Pb anteriores realizados em outras
amostras da PMP (e.g. Marques et al., 1999 e Peate et al., 1999).
Figura
4
.1
6
Diagrama das razões Zr/Nb vs. Zr/Y das rochas intrusivas (símbolos cheios) e
extrusiv
as (símbolos abertos) do norte e nordeste da PMP. Cores: verde (ATi-P; TiO
2
> 3 %, 350 < Sr
< 550 µg/g e Ti/Y > 350); vermelho (ATi-U; TiO
2
> 3 %, Sr > 550 µg/g e Ti/Y > 500) e azul (ITi-P; 2 <
TiO
2
3 %, 200 < Sr < 450 µg/g e Ti/Y > 350).
Comparação com
basaltos do tipo N-MORB, E-
MORB
e OIB (Sun & McDonough, 1989), rochas toleíticas e alcalinas das cadeias Wa
lvis
e Rio Grande, e
rochas alcalinas de Tristão da Cunha (MgO > 5%; Weaver et al., 1987; Le Roex et al., 1990; Gibson
et al., 2005
)
e
HIMU
(Woodhead
, 1996)
Capítulo
5 C
onsiderações Finais
___________________________________________________________________
84
Capítulo
5 C
onsiderações Finais
___________________________________________________________________
85
3
As análises químicas mostram que a grande maioria das rochas básicas
possui conteúdo de TiO
2
acima de 3%, correspondendo a aproximadamente 95%
dos litotipos analisados. Das amostras investigadas, o grupo ATi-P corresponde a
76%, ATi
-
U a 8%, ITi
-
P a 4% e diferenciadas a 12%;
4
As raras soleiras ITi-P encontradas são quimicamente representadas por
andesi
-
basalt
os toleíticos. Estas rochas possuem características geoquímicas
(elementos maiores, menores e traços) similares aos derrames da subprovíncia
norte do tipo Paranapanema;
5
As rochas ATi-U foram encontradas somente como derrames localizados
no norte do estado de São Paulo. Este grupo é quimicamente representado por lati-
basaltos e subordinadamente por andesi-basaltos toleíticos, possuindo
características similares aos magmas-tipo Urubici.
Nota
-se que estas rochas são
caracterizadas por apresentarem um intervalo restrito de MgO (4,1%
4,7%),
destacando
-se por possuírem maiores concentrações de Al
2
O
3
, Na
2
O, K
2
O e P
2
O
5
e
menores concentrações de CaO e Fe
2
O
3
(t) que as rochas do tipo ATi-P e ITi-P. As
rochas ATi-U destacam-se também por possuírem concentrações
distintivamente
mais elevadas de terras raras, Ba U, Th, Ta e Hf;
6
Do ponto de vista químico, as rochas ATi
-
P são representadas por andesi
-
basaltos toleíticos, basaltos toleíticos, lati-basaltos, lati-andesitos e latitos. Estas
rochas possuem características muito similares aos magmas-tipo Pitanga. O
comportamento dos elementos maiores, menores e traços, incluindo os padrões de
ETR destas rochas, é compatível com um processo de evolução por cristalização
fracionada envolvendo plagioclásios, clinopiroxêni
os e titano
-
magnetitas;
Capítulo
5 C
onsiderações Finais
___________________________________________________________________
86
7
A comparação entre derrames e soleiras do grupo ATi-P, permitiram
verificar a ocorrência significativa de fracionamento in situ nas intrusivas, pois estas
apresentam uma maior variabilidade composicional (soleiras: MgO entre 2,3% e
6,4%; derrames: MgO entre 3,2 e 5,5) e exibem padrões de ETR ora mais
enriquecidos ora mais empobrecidos com relação aos derrames;
8
As amostras mais evoluídas (MgO < 3%) são quimicamente
representadas por latitos e lati-andesitos (além de um riodacito contaminado pelas
encaixantes) e todas pertencem a soleiras. Este grupo apresenta características
geoquímicas, como razões de elementos-traço fortemente incompatíveis,
semelhantes às rochas ATi-P e geralmente possuem anomalias positivas de Eu, nos
diag
ramas de ETR. O comportamento geoquímico de elementos maiores, menores e
traços sugere gênese relacionada a processos de fracionamento in situ com
acúmulo de plagioclásios;
9
É importante destacar que as concentrações de terras raras e de outros
traços incompatíveis determinadas neste trabalho para o grupo ATi-P, reforçam os
resultados obtidos por Machado (2005), revelando a presença de rochas basálticas
com características similares aos derrames Urubici (típicos da região sul) no norte da
PMP;
10
Os dados geoquímicos dos derrames e
de
intrusivas
básicas
investigad
a
s neste trabalho, como também os reportados na literatura, mostram uma
forte semelhança com os basaltos da Cadeia Walvis (sítio 525A) e Rio Grande (sítio
516F),
reforçando a participação do componente mantélico EMI na gênese dessas
rochas
. Comparações das rochas investigadas com componentes HIMU (Ilhas
Mangaia) não apresentaram nenhuma similaridade, não evidenciando origem
relacionada a este componente mantélico.
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