Lu-Hf em zircão por LA-MC-ICP-MS: aplicação em gabro do Ofiolito Aburrá, Colômbia

The Lu-Hf methodology in zircon by LA-MC-ICP-MS established at the Laboratory of Isotope Geology, Rio Grande do Sul Federal University, and applied in igneous zircons from a gabbroic body of the Aburrá Ophiolite, Colombia, is described. The interest in the application of this methodology when it is available a system of in situ zircon analysis by LA-ICP-MS, should be consigned to relative simplicity, sensitivity and speed of analysis. The high concentration of Hf in zircon, which can reach thousands of ppm, provides highly accurate isotopic ratios and model ages that can support not only important inferences about the age of mantle extraction, but also as to its possible evolutionary history, and provenance related studies. The accuracy in order of 20 ppm in standard error of the 176Hf/177Hf ratios and about 10% in 176Lu/177Hf ratios provided by the Neptune (Thermo Finnigan) should be consigned to the modern technology of simultaneous measurements of the isotopes involved in the methodology. The Nd: YAG (213 nm) laser from New Wave used proved to be very appropriate using the following parameters: energy density of 5-6 J/cm2 , frequency of 10 Hz, 50 s of ablation and diameter of 55 µm. A flow of approximately 4 mL/min of nitrogen added to the carrier gas to inhibit the oxide formation in plasma proved to be effective in stabilizing the sign and brought a remarkable increase in ionization efficiency estimated at up to 100% in the signs, seen in GJ-1 and Mud Tank standards. These standards are slightly different in isotopic compositions for the176Hf/177Hf ratio and provided values of 0.282004 ± 0.000004 and 0.282466 ± 0.000022, respectively. The analytical procedure adopted followed a protocol in which three zircons were interspersed with the international standard GJ-1. In situ analyses of Hf in 12 grains separated from the gabbroic body, previously dated by U-Pb, revealed εHf(t) between +2.01 and +5.35, while the TDM model age values resulted in a range between 1.15 and 1.44 Ga.A metodologia Lu-Hf em zircão por LA-MC-ICP-MS implantada no Laboratório de Geologia Isotópica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e aplicada em zircões ígneos de um corpo gabróico do Ofiolito Aburrá, Colômbia, é detalhadamente descrita e constitui o objetivo deste trabalho. O interesse na aplicação desta metodologia, quando se dispõe de um sistema de análise de zircões in situ por LA-MC-ICP-MS, deve ser consignado à relativa simplicidade, sensibilidade e rapidez de análise. A alta concentração de Hf em zircão, que pode alcançar milhares de ppm, propicia razões isotópicas e idades modelos, que possibilitam subsidiar importantes inferências não só quanto à idade de extração mantélica, mas também quanto à sua possível história evolutiva, proveniência e estudos afins. A precisão da ordem de 20 ppm no erro do padrão nas razões 176Hf/177Hf e de cerca de 10% nas razões 176Lu/177Hf propiciada pelo Neptune (ThermoFinnigan) deve ser consignada à moderna tecnologia de medidas simultâneas dos isótopos envolvidos na metodologia. O laser de Nd:YAG(213 nm) da New Wave utilizado revelou-se muito apropriado ao usar os seguintes parâmetros: densidade de energia entre 5 a 6 J/cm2, frequência de 10 Hz, 50 s de ablação e diâmetro de 55 μm. Um fluxo de aproximadamente 4 mL/min de nitrogênio adicionado ao gás de arraste para inibir a formação de óxidos junto ao plasma mostrou se eficaz na estabilização do sinal, resultando em um notável aumento na eficiência de ionização estimado até em 100% nos sinais, verificado nos padrões GJ-1 e Mud Tank. Estes padrões são de composições isotópicas ligeiramente diferentes para a razão 176Hf/177Hf e forneceram valores de 0,282004 ± 0,000004 e 0,282466 ±0,000022, respectivamente. O procedimento analítico adotado seguiu um protocolo em que três zircões foram intercalados com o padrão internacional GJ-1. Análises in situ de Hf em 12 grãos separados do corpo gabróico, previamente datados por U-Pb, revelaram εHf(t) entre +2,01 e +5,35, enquanto as idades modelo TDM resultaram valores em um intervalo entre 1,15 e 1,44 Ga

U-Pb zircon in situ dating with LA-MC-ICP-MS using a mixed detector configuration

The LA-MC-ICP-MS method applied to U-Pb in situ dating is still rapidly evolving due to improvements in both lasers and ICP-MS. To test the validity and reproducibility of the method, 5 different zircon samples, including the standard Temora-2, ranging in age between 2.2 Ga and 246 Ma, were dated using both LAMC- ICP-MS and SHRIMP. The selected zircons were dated by SHRIMP and, after gentle polishing, the laser spot was driven to the same site or on the same zircon phase with a 213 nm laser microprobe coupled to a multi-collector mixed system. The data were collected with a routine spot size of 25 μm and, in some cases, of 15 and 40 μm. A careful cross-calibration using a diluted U-Th-Pb solution to calculate the Faraday reading to counting rate conversion factors and the highly suitable GJ-1 standard zircon for external calibrations were of paramount importance for obtaining reliable results. All age results were concordant within the experimental errors. The assigned age errors using the LA-MC-ICP-MS technique were, in most cases, higher than those obtained by SHRIMP, but if we are not faced with a high resolution stratigraphy, the laser technique has certain advantages

U-Pb zircon in situ dating with LA-MC-ICP-MS using a mixed detector configuration

The LA-MC-ICP-MS method applied to U-Pb in situ dating is still rapidly evolving due to improvements in both lasers and ICP-MS. To test the validity and reproducibility of the method, 5 different zircon samples, including the standard Temora-2, ranging in age between 2.2 Ga and 246 Ma, were dated using both LA-MC-ICP-MS and SHRIMP. The selected zircons were dated by SHRIMP and, after gentle polishing, the laser spot was driven to the same site or on the same zircon phase with a 213 nm laser microprobe coupled to a multi-collector mixed system. The data were collected with a routine spot size of 25 μm and, in some cases, of 15 and 40 μm. A careful cross-calibration using a diluted U-Th-Pb solution to calculate the Faraday reading to counting rate conversion factors and the highly suitable GJ-1 standard zircon for external calibrations were of paramount importance for obtaining reliable results. All age results were concordant within the experimental errors. The assigned age errors using the LA-MC-ICP-MS technique were, in most cases, higher than those obtained by SHRIMP, but if we are not faced with a high resolution stratigraphy, the laser technique has certain advantages

Metodologia Samário/Neodímio : uma abordagem analítica simplificada e alguns exemplos aplicativos

O presente trabalho discorre sobre o desenvolvimento de uma nova técnica para análise isotópica de Sm-Nd com uso de um traçador combinado de Nd145/Sm149 e de somente a coluna primária, que envolve apenas razões que não requerem correção por interferência isobárica. O trabalho divide-se em duas partes: (i) na primeira parte está apresentado um breve histórico da aplicação da metodologia Sm/Nd e a sua prática rotineira nos laboratórios de geocronologia; (ii) na segunda parte, a nova metodologia Sm/Nd proposta envolvendo calibrações de um traçador combinado de Nd145 e Sm149 e os resultados obtidos nas análises de 3 amostras pré-selecionadas, incluindo uma amostra de referência (BHVO-2) e um teste da validade da técnica de se traçar uma amostra em alíquota. A razão Sm147/Sm149 e as razões de Nd (Nd143/Nd145, Nd143/Nd146 e Nd145/Nd146) nas amostras foram analisadas simultaneamente utilizando um arranjo triplo de filamento (Ta, Re, Ta). A presença de outros ETR não interferiu na eficiência de ionização, sendo as emissões do Sm e do Nd praticamente simultâneas. Esse fato implica que para corrigir o fracionamento observado na razão Sm147/Sm149 pode ser usada a razão Nd143/Nd146 = 0,7101232. A correção de fracionamento, como é empregado no método convencional, reduz os erros nos cálculos das concentrações de Sm e Nd. A razão Nd143/Nd144 normalizada, necessária para idades modelo ou isócrona, é derivada da multiplicação da razão Nd143/Nd145 obtida na amostra natural normalizada para Nd145/Nd146 = 0,482620 por um fator constante de 0,348404. Esse valor de normalização estabelecido é baseado em 45 análises independentes em duas amostras de referência laboratorial (SPEX e Johnson Mattey) obtidas no modo dinâmico de análise utilizando um espectrômetro de massa da VG Sector equipado com 9 coletores A razão Nd143/Nd144 calculada e a idade modelo TDM são plenamente concordantes quando comparadas aos valores obtidos pelo método convencional. Algumas restrições podem surgir quando os valores de Sm e Nd obtidos nas alíquotas forem comparados com os resultados obtidos da amostra total. Pequenas discrepâncias, provavelmente atribuíveis à não homogeneização da solução final, podem ser irrelevantes, uma vez que as razões Sm147/Nd144 e Nd143/N144d derivada estão dentro dos erros experimentais (2s). Para laboratórios de geocronologia com um espectrômetro de massa equipado com pelo menos 5 coletores e com o método Rb/Sr implementado, a nova metodologia proposta para o método Sm/Nd constitui-se em uma alternativa de aplicação quase imediata, desde que a solução de traçador combinado Nd145 e Sm149 esteja bem calibrada e a coluna de resina catiônica tenha resolução adequada para eficiente separação dos elementos terras raras

Metodologia Samário/Neodímio : uma abordagem analítica simplificada e alguns exemplos aplicativos

O presente trabalho discorre sobre o desenvolvimento de uma nova técnica para análise isotópica de Sm-Nd com uso de um traçador combinado de Nd145/Sm149 e de somente a coluna primária, que envolve apenas razões que não requerem correção por interferência isobárica. O trabalho divide-se em duas partes: (i) na primeira parte está apresentado um breve histórico da aplicação da metodologia Sm/Nd e a sua prática rotineira nos laboratórios de geocronologia; (ii) na segunda parte, a nova metodologia Sm/Nd proposta envolvendo calibrações de um traçador combinado de Nd145 e Sm149 e os resultados obtidos nas análises de 3 amostras pré-selecionadas, incluindo uma amostra de referência (BHVO-2) e um teste da validade da técnica de se traçar uma amostra em alíquota. A razão Sm147/Sm149 e as razões de Nd (Nd143/Nd145, Nd143/Nd146 e Nd145/Nd146) nas amostras foram analisadas simultaneamente utilizando um arranjo triplo de filamento (Ta, Re, Ta). A presença de outros ETR não interferiu na eficiência de ionização, sendo as emissões do Sm e do Nd praticamente simultâneas. Esse fato implica que para corrigir o fracionamento observado na razão Sm147/Sm149 pode ser usada a razão Nd143/Nd146 = 0,7101232. A correção de fracionamento, como é empregado no método convencional, reduz os erros nos cálculos das concentrações de Sm e Nd. A razão Nd143/Nd144 normalizada, necessária para idades modelo ou isócrona, é derivada da multiplicação da razão Nd143/Nd145 obtida na amostra natural normalizada para Nd145/Nd146 = 0,482620 por um fator constante de 0,348404. Esse valor de normalização estabelecido é baseado em 45 análises independentes em duas amostras de referência laboratorial (SPEX e Johnson Mattey) obtidas no modo dinâmico de análise utilizando um espectrômetro de massa da VG Sector equipado com 9 coletores A razão Nd143/Nd144 calculada e a idade modelo TDM são plenamente concordantes quando comparadas aos valores obtidos pelo método convencional. Algumas restrições podem surgir quando os valores de Sm e Nd obtidos nas alíquotas forem comparados com os resultados obtidos da amostra total. Pequenas discrepâncias, provavelmente atribuíveis à não homogeneização da solução final, podem ser irrelevantes, uma vez que as razões Sm147/Nd144 e Nd143/N144d derivada estão dentro dos erros experimentais (2s). Para laboratórios de geocronologia com um espectrômetro de massa equipado com pelo menos 5 coletores e com o método Rb/Sr implementado, a nova metodologia proposta para o método Sm/Nd constitui-se em uma alternativa de aplicação quase imediata, desde que a solução de traçador combinado Nd145 e Sm149 esteja bem calibrada e a coluna de resina catiônica tenha resolução adequada para eficiente separação dos elementos terras raras

Lu-Hf em zircão por LA-MC-ICP-MS

Atualmente a metodologia de Lu-Hf é um dos métodos mais utilizados na geocronologia, principalmente nas análises in situ em zircão por LA-ICP-MS. O interesse na aplicação desta metodologia, quando se dispõe de um sistema como o LA-ICP-MS, deve ser consignado à relativa simplicidade, sensibilidade e rapidez da análise. A alta concentração e a baixa mobilidade do Hf no zircão propiciam razões isotópicas e idades modelos bastante precisas, que podem subsidiar importantes inferências não só quanto à idade de extração mantélica, mas também quanto à sua possível história evolutiva, proveniência e estudos afins. Assim, o projeto de tese foi elaborado com base nos principais objetivos, o aprendizado, a implementação e a aplicação da metodologia de Lu-Hf em zircão por ICP-MS. Zircões de três diferentes áreas, previamente datados pela metodologia U-Pb, foram analisados: Anortosito de Capivarita (Brasil), Ofiolito de Aburrá (Colômbia) e a Bacia de Camamu (Brasil). As análises foram feitas utilizando equipamentos como o ICP-MS Neptune (ThermoFinnigan), e os lasers Excimer 193 nm (ArF, GeoLas) e o 213 UP (Nd:YAG, New Wave). O ofiolito estudado consiste de rochas máficas e ultramáficas. Análises de 12 grãos revelaram Hf(t) entre +2,01 e +5,35, enquanto as idades modelo TDM resultaram valores em um intervalo entre 1,15 e 1,44 Ga, sugerindo a presença de um magma juvenil com possível contaminação crustal e forte afinidade com as rochas da Província Rondoniana - San Ignacio. Zircões magmáticos e metamórficos do Anortosito de Capivarita, localizado na porção NE do Escudo Sul-Rio-Grandense, fizeram parte de um estudo de comparação para verificar a reprodutibilidade dos dados obtidos pela metodologia de Lu-Hf desenvolvida no LGI. As análises foram feitas primeiramente no LGI-UFGRS (Brasil) e depois no MAFIIC-MUN (Canadá). Os resultados dos dois laboratórios mostraram boa reprodutibilidade, as idades TDM e os valores de Hf obtidos foram concordantes dentro dos erros experimentais. Estes resultados forneceram informações sobre a proveniência do anortosito e sugeriram uma fonte juvenil para a fusão com algum grau de contaminação crustal Paleoproterozóica. A Bacia de Camamu está relacionada ao rompimento do Gondwana e pertence ao grupo de bacias sedimentares da margem leste brasileira. Zircões detríticos dos Grupos Brotas e Almada, relacionados às fases pré-rifte e rifte da bacia, foram analisados por U-Pb e Lu-Hf. No Grupo Brotas, 70% dos zircões analisados são de idade Cambriana-Vendiana, provenientes do Orógeno Araçuaí- Congo Ocidental levando em conta as medidas de paleocorrente de S-SW para NNE. No Grupo Almada, as principais fontes dos zircões são Paleoproterozóica e Arqueana, de proveniência direta do embasamento adjacente a Oeste da Bacia de Camamu, consistente com as medidas de paleocorrente de oeste para leste das unidades estudadas. Os zircões paleoproterozóicos e arqueanos analisados, mesmo os Neoproterozóicos e os Eopaleozóicos mostram um forte componente crustal retrababalhado com menor contribuição de crosta juvenil. Contudo, a metodologia de Lu-Hf por LA-ICP-MS aplicada em zircões de diferentes áreas mostrou o potencial em fornecer dados precisos e confiáveis para estudos de proveniência e de crescimento crustal, de modo a redimensionar cada vez mais a geocronologia.Currently the methodology of Lu-Hf is one of the most widely used in geochronology, especially in in situ analysis in zircon by LA-ICP-MS. The interest in the application of this methodology, when it has a system like LA-ICP-MS, should be consigned to relative simplicity, sensitivity and speed of analysis. The high concentration and low mobility of Hf in zircon, provide isotopic ratios and model ages highly accurate that can support not only important inferences about the age of mantle extraction, but also as to its possible evolutionary history, provenance and related studies. Thus, the thesis project was elaborated based on main objectives, learning, implementation and application of Lu-Hf methodology in zircon by ICP-MS. Zircons from three different areas, previously dated by U-Pb method, were analyzed: Capivarita Anorthosite (Brazil), Aburrá Ophiolite (Colombia) and Camamu Basin (Brazil). The Lu-Hf in situ analyses were performed using equipments such as Neptune ICP-MS (ThermoFinnigan), and lasers Excimer 193 nm (ArF, GeoLas) and UP 213 (Nd: YAG, New Wave). The studied ophiolite consists of ultramafic and mafic rocks. Analyses of 12 grains revealed Hf(t) between +2.01 and +5.35, while the TDM model ages values resulted in a range between 1.15 and 1.44 Ga, suggesting the presence of a juvenile magma with possible crustal contamination and strong affinity with the rocks of the Rondonian-San Ignacio Province. Magmatic and metamorphic zircons from Capivarita Anorthosite, located in the NE portion of the Sul-Rio-Grandense Shield, were part of a comparison study to verify the reproducibility of obtained data by Lu-Hf methodology developed in the LGI. Analyses were performed first in the LGI-UFGRS (Brazil) and then at MAFIIC-MUN (Canada). Results from both laboratories show good reproducibility, TDM ages and Hf(t) values obtained are in agreement within experimental errors. These results provide information on the origin of anorthosite and suggested a juvenile source for the melt with some degree of Paleoproterozoic crustal contamination. Camamu Basin is related to the breakup of Gondwana and belongs to the group of sedimentary basins on the eastern Brazilian margin. Detrital zircons of Brotas and Almada Groups, related to the pre-rift and rift phases of the basin, were analyzed by U-Pb and Lu-Hf. In Brotas Group, 70% of analyzed zircons are Vendian-Cambrian age, from the Araçuaí-West Congo Belt taking into account the paleocurrent measurements from S-SW to N-NE. In Almada Group, the main sources of the zircons are Paleoproterozoic and Archean, with direct provenance from the basement adjacent to West Camamu Basin which is consistent with the paleocurrent measurements from west to east of the studied units. The analyzed Paleoproterozoic and Archean zircons, even the Neoproterozoic and Eopaleozoic show a strong reworked crustal component with small contribution of juvenile crust. However, the Lu-Hf methodology by LA-ICP-MS applied to zircons from different areas showed the potential to provide accurate and reliable data for provenance and crustal growth studies in order to resize increasingly the geochronology

Lu-Hf ANALYSIS BY LA-MC-ICP-MS: METHODOLOGY AND APPLICATION IN CAPIVARITA ANORTHOSITE ZIRCONS

A metodologia de Lu-Hf em zircão é importante para a geocronologia, pois complementa estudos de proveniência e de crescimento crustal. Nas últimas décadas, tornou-se um dos métodos mais utilizados neste campo fornecendo dados com qualidade e rapidez devido à eficiência dos MC-ICP-MS. Em vista disso, o presente artigo apresenta um estudo da metodologia Lu-Hf aplicada a zircões magmáticos e metamórficos do Anortosito de Capivarita, localizado no sul do Brasil. As análises in situ de Lu-Hf nos zircões foram feitas primeiramente no Laboratório de Geologia Isotópica (LGI) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil, e depois no Microanalysis Facilities Inco Innovation Centre da Memorial University of Newfoundland, Canada, com objetivo de testar a reprodutibilidade da metodologia desenvolvida no LGI. Ambos os laboratórios utilizaram o mesmo modelo de MC-ICP-MS, o Neptune da Thermo Finnigan, mas diferentes lasers assim como diferentes metodologias de trabalho. As principais diferenças além de diferentes lasers residem no fato de ter sido utilizado durante as análises no LGI um diâmetro maior para o furo do laser e nitrogênio. Os resultados dos dois laboratórios mostram boa reprodutibilidade nas análises de Hf. As idades TDM e os valores de epsilon Hf obtidos são concordantes dentro dos erros experimentais

Petrology of Chasqueiro Granite, Arroio Grande region, Southeastern Sul-Rio-Grandense Shield

O Granito Chasqueiro aflora como campos de matacões e lajeados, que em planta constituem um corpo alongado segundo N50oE com área de aproximadamente 400 km2, localizado no sul da porção oriental do Escudo Sul-Rio-Grandense. Compreende de monzo a sienogranito, leucocrático de cor cinza-clara e textura porfirítica com megacristais de K-feldspatos em matriz equigranular, hipidiomórfica grossa, composta por quartzo, K-feldspato, plagioclásio, biotita, hornblenda, minerais opacos e acessórios. Os megacristais atingem proporções modais entre 30,0 e 60,0%, e variam entre 4 e 8 cm, que com os minerais máficos da matriz evidenciam uma foliação de fluxo magmático subvertical bem desenvolvida que transaciona lateralmente para uma foliação tectônica nos bordos do granito próximo às zonas de cisalhamento onde ocorrem extensas faixas marcadas por intensa deformação dúctil e geração de protomilonitos. O granito apresenta enclaves máficos microgranulares de composição diorítica, apresentando diferentes formas e tamanhos. Geoquimicamente, é caracterizado por um magmatismo subalcalino do tipo cálcio-alcalino de alto potássio, metaluminoso a levemente peraluminoso, com assinatura característica de granitos gerados em ambiente pós-colisional. Processos de fusão crustal, mistura de magmas e cristalização fracionada são sugeridos para a sua evolução. Análises geocronológicas obtidas pelo método U-Pb (LA-ICP-MS) e geoquímica isotópica de Lu-Hf (LA-ICP-MS) em zircões indicaram, respectivamente, idade de cristalização 574 ± 3 Ma e valores negativos para εHf, sugerindo assim uma relação do Granito Chasqueiro com o evento deformacional D2 e fontes magmáticas dominantemente crustais com participação de componente mantélico subordinado.Chasqueiro Granite comprises an 400 km2 N50ºEtrend elongated body located at the southernmost portion of the eastern Sul-Rio-Grandense Shield. It consists of monzo to syenogranite, light gray and leucocratic porphyritic texture with megacrystals K-feldspar in a coarse equigranular hypidiomorphic matrix, composed of quartz, K-feldspar, plagioclase, biotite, hornblende, opaque minerals and accessories. The modal megacrystals reach proportions between 30.0 and 60.0%, and range from 4 to 8 cm, with mafic minerals of the matrix showing a subvertical magmatic foliation and a tectonic foliation prominent in the borders marked by intense ductile deformation and protomylonite generation. Another important aspect of the Granite Chasqueiro is the obiquitous presence of microgranular mafic enclaves of dioritic composition in the granite, having different shapes and sizes. The Chasqueiro Granite is high-K calc alkaline, metaluminous to slightly peraluminous and characterized by a narrow SiO2 variation, with characteristic signature of granites generated in post-collisional tectonic setting. Geochronological analyzes obtained by the U-Pb method (LA-ICP-MS) and isotope geochemistry of Lu-Hf zircon data (LA-ICP-MS) presenting, respectively, crystallization age 574 ± 3 Ma and negative εHf, which suggest a granite relationship with deformational event D2 and supporting a magmatic crustal sources with subordinate mantle component