Processos de fusão parcial no Complexo Migmatítico de Mundão (Centro Norte de Portugal): Evidências geoquímicas

As formações de idade ante-ordovícica estão amplamente representadas na região centro norte de Portugal, onde constituem um espesso conjunto metassedimentar, conhecido na literatura como “Complexo Xisto-Grauváquico ante-Ordovícico” (CXG), ao qual tem sido atribuída uma idade neoproterozóica a câmbrica inferior. Durante a orogenia varisca, as rochas do CXG foram afectadas por deformação polifásica e metamorfismo regional, de intensidade variável. Na área de Mundão, o metamorfismo regional atingiu as condições de fusão parcial, dando origem a um complexo migmatítico (CMM), composto por metatexitos estromáticos, diatexitos “schollen” e diatexitos nebulíticos leucocráticos. Do ponto de vista das relações com a deformação, o processo de migmatização parece ter-se iniciado no final da 1ª fase de deformação (D1), associada ao espessamento crustal do orógeno, prolongando-se durante todo o episódio extensional (D2) e, pelo menos, grande parte da tectónica transcorrente com que se relaciona a 3ª fase de deformação (D3). Os dados de geoquímica de elementos maiores e traço (em particular os padrões de terras raras) mostram que os metapelitos e metagrauvaques não migmatizados e os mesossomas dos metatexitos estromáticos apresentam assinaturas químicas muito semelhantes, caracterizadas por teores baixos de SiO2 e CaO, K2O > Na2O, concentrações altas de Al2O3, Fe2O3, TiO2, padrões de REE pouco fraccionados (LaN/YbN = 6.55 – 7.05) e anomalias negativas de Eu (Eu/Eu* = 0.52-0.56). A semelhança encontrada sugere que os mesossomas não sofreram extracção significativa de “melt”, correspondendo a protólitos relativamente pouco modificados. Em contrapartida, os leucossomas dos metatexitos estromáticos estão enriquecidos em SiO2 (74-75%), CaO (0.62-0.77%) e Na2O (2.11-2.79%), empobrecidos em Al2O3, Fe2O3, TiO2 e REE e mostram anomalias positivas de Eu de amplitude variável (Eu/Eu* = 1.05-1.58). As suas composições são típicas de fundidos gerados por pequenos graus de fusão parcial em condições de desequilíbrio, embora também possam ser atribuídas à precipitação precoce de feldspato a partir dos fundidos primários (cumulados). Por fim, os diatexitos nebulíticos leucocráticos têm conteúdos em SiO2 variando entre 70-72%, exibem um marcado enriquecimento em K2O (5.20-6.67%), padrões de terras raras mais fraccionados (LaN/YbN = 11.88 – 22.75) e pronunciadas anomalias negativas de Eu (Eu/Eu* = 0.34-0.47), pelo que são interpretados como líquidos mais fraccionados resultantes de taxas de fusão superiores. O cálculo das temperaturas de saturação em Zr para as amostras de leucossomas e de diatexitos leucocráticos apontam para temperaturas de fusão entre 740-780C, o que é consistente com processos de anatexia controlados essencialmente por reacções de desidratação de moscovite

Anatexis of metasedimentary rocks in the Iberian Variscan Belt: the example of the Mundão migmatites (Northern Central Portugal)

The oldest rocks exposed in the axial zone of the Iberian massif of Central Northern Portugal (Central Iberian Zone) belong to a thick turbiditic metasedimentary sequence of Neoproterozoic-Lower Cambrian age, consisting of metagreywackes and metapelites with minor calc-silicates and conglomerates. In the Mundão area, this sequence was extensively migmatized during the Variscan orogenic event. Field and structural evidence show that the partial melting conditions were reached in the last stages of crustal thickening (D1), continued during subsequent extensional deformation (D2) and culminated with the emplacement of large volumes of S-type granite magmas in a transcurrent tectonic regime (D3). The Mundão anatectic complex comprises two main migmatite types: metatexites and diatexites, showing in general transitional contacts. The metatexites are composed of dark fine-grained layered hosts and small volumes of quartz-feldspathic veins (leucosomes), whilst the diatexites have igneous looking appearance, larger amounts of the lighter portions and schollen or nebulitic structures. In the latter, the foliation is defined by the presence of biotite rich schlieren and/or the alignment of feldspar crystals in the leucocratic bands. Petrographically, the Mundão migmatite types are distinguished by variations of the modal proportions of the same mineral assemblage (quartz + plagioclase + biotite K- feldspar + apatite + zircon + monazite + opaques). Fibrolitic sillimanite occurs either as small clots of fibres or as needles included within the other mineral phases (plagioclase and muscovite). Tourmaline is a common accessory phase. Large flakes of retrograde muscovite overgrowing the syn-migmatization structures are generally present. The lack of garnet and orthopyroxene in these rocks suggests that melting was dominantly controlled by muscovite breakdown. Whole rock major and trace element geochemistry reveals that the unmigmatized schists and metagreywackes and the darker portions of the metatexites have similar geochemical signatures, characterized by low SiO2 and CaO contents, K2O > Na2O, high Al2O3, Fe2O3T, TiO2, poorly fractionated REE patterns (LaN/YbN = 6.55 – 7.05) and negative Eu anomalies (Eu/Eu* = 0.52-0.56). The similarities encountered appear to indicate that the dark metatexite layers represent partially melted metasediments from which little or no melt extraction occurred. The leucosomes of the metatexites are enriched in SiO2 (74-75%), CaO (0.62-0.77%) and Na2O (2.11-2.79%), depleted in Al2O3, Fe2O3T, TiO2 and REE and have positive Eu anomalies (Eu/Eu* = 1.05-1.58). Their compositions are typical of melts produced either by small amounts of partial melting in disequilibrium conditions and/or by early removal of feldspars from the primary melts (cumulates). In contrast, the leucocratic nebulitic diatexites display SiO2 values varying between 70-72%, K2O enrichment (5.20-6.67%), fractionated REE patterns (LaN/YbN = 11.88 – 22.75) and distinct negative Eu anomalies (Eu/Eu* = 0.34-0.47) and may therefore correspond to more fractionated melts derived from higher melt fractions. The zircon saturation temperatures for samples from the leucosomes of the metatexites and the leucocratic diatexites range between 740 and 780C, suggesting that migmatization occurred mainly via muscovite dehydration reactions. Apparently, the amount of melt generated was enough to flow, implying melt fractions above the melt escape threshold of 20% vol. melt

A sedimentação carbonífera na Bacia do Buçaco (Centro de Portugal)

Os aspectos gerais das ocorrências do Carbónico continental em Portugal são descritos por Ribeiro et al. (1979), Teixeira & Gonçalves (1980) e Teixeira (1981). A revisão da cronoestratigrafia da flora fóssil destas formações e uma síntese da evolução tectónica de cada uma das bacias podem ser encontradas no volume editado por Sousa & Oliveira em 1983, dedicado ao Carbónico de Portugal. (...

Relações entre migmatização e deformação na região de Banabuiù (Domínio Ceará Central, Brasil)

A região de Banabuiú localiza-se no Domínio Ceará Central (DCC), NE do Brasil e é constituída, em grande parte da sua extensão, por uma sequência sedimentar turbidítica de idade paleoproterozóica, intensamente deformada e metamorfizada durante a orogenia brasiliana (ca. 600 Ma). O metamorfismo regional de alto grau (topo da fácies anfibolítica / fácies granulítica) atingiu as condições de fusão parcial e deu origem a um complexo gnáissico-migmatítico, composto por metatexitos estromáticos, diatexitos “schlieren” e diatexitos nebulíticos. Os contactos entre os diferentes tipos litológicos são geralmente transicionais, embora tenha sido possível individualizar faixas alternadas de metatexitos e diatexitos à escala cartográfica. Nos metatexitos estromáticos, reconhecem-se com facilidade três componentes principais (a) o hospedeiro metassedimentar (paleossoma), formado por uma alternância de metapelitos e metagrauvaques, com intercalações pontuais de quartzitos e de rochas calcosilicatadas; (b) o fundido (leucossoma), representado por veios quartzo-feldspáticos, frequentemente pegmatíticos e (c) o resíduo refractário (melanossoma), constituído por finos leitos pelíticos envolvendo os leucossomas. Em contraste, os diatexitos são texturalmente muito mais heterogéneos, contêm maiores proporções de leucossoma (>30%) e não preservam as estruturas pré-migmatização. As observações realizadas no campo permitiram identificar três gerações de leucossomas. A primeira está associada à primeira fase de deformação (D1) e é marcada pela presença de veios de leucossomas com espessura centimétrica, indicando que o início da fusão parcial das litologias férteis da crusta terá ocorrido precocemente durante o engrossamento crustal. O segundo evento de deformação (D2) é responsável pelo dobramento do bandado migmatítico D1 e pela formação de abundantes quantidades de fundido. O último episódio de deformação dúctil (D3) parece estar relacionado com a actuação da zona de cisalhamento de Orós (ZCO), que limita a área estudada a este. Deu origem a dobras com planos axiais de direcção N-S a N30E, inclinação próxima de 90 e eixos mergulhantes para norte e para sul. As lineações minerais e de estiramento, quando visíveis, têm orientação N-S e baixo ângulo de mergulho para sul ou para norte. Durante a D3, formaram-se leucossomas concordantes e discordantes com as estruturas D3. À escala regional, o bandado migmatítico (D2+D3) é a estrutura dominante tanto nos diatexitos como nos metatexitos e chega a adquirir um carácter milonítico nas zonas em que a deformação D3 é mais intensa. A proporção de fundido parece aumentar progressivamente desde a D1 até às fases mais tardias (D2 e D3) e terá culminado com a formação de um granito anatéctico de tipo S que aflora no sector ocidental da região

The Migmatitic Complex of Mundão (Viseu, northern Portugal)

A presença de rochas migmatíticas (metatexitos e diatexitos) na região de Mundão (Zona Centro-Ibérica) mostra que as condições de fusão parcial foram atingidas durante o metamorfismo regional varisco neste sector. Com base nas relações com a deformação, foi possível identificar várias gerações de leucossomas e demonstrar que o processo de anatexia começou relativamente cedo, durante os estádios finais do engrossamento crustal (D1) e continuou durante a tectónica extensional (D2) e transcorrente (D3) subsequentes.The occurrence of migmatites (metatexites and diatexites) in the Mundão region (Central Iberian Zone) shows that the Variscan regional metamorphism reached the partial melting conditions in this sector. According to the relationships with the deformation, it was possible to identify several generations of leucosomes and demonstrate that crustal anatexis started relatively early, during the last stages of crustal thickening (D1) and continued during subsequent extensional (D2) and transcurrent (D3) tectonics

New U-Pb zircon ages for Early Ordovician magmatism in Central Portugal

The Mundão anatectic complex is located in the axial zone of the Iberian massif of Central Northern Portugal (Central Iberian Zone). It consists of lenticular bodies of felsic gneisses and stromatic metatexites derived from metasedimentary protoliths of Neoproterozoic-Lower Cambrian age, both showing evidence of incipient to extensive partial melting during the Variscan orogeny. Although the precise age of the migmatization event is still unknown, field and structural evidence show that the partial melting conditions were reached in the last stages of crustal thickening (D1), continued during subsequent extensional deformation (D2) and culminated with the emplacement of large volumes of S-type granite magmas in a transcurrent tectonic regime (D3). The upper limit for crustal melting is provided by the Late Carboniferous age of the S-type granitoids (312.4 2.7 Ma) intruding the Mundão anatectic complex. Due to their transitional contacts with the stromatic metatexites, the felsic gneisses were previously interpreted as diatexites resulting from anatexis of the same pelitic and/or metagreywacke protolith. However, new U–Pb dating by ID-TIMS show that the zircon fractions from one sample of the leucocratic gneisses are concordant and yield a 206Pb/238U weighted average age of 474.5 1.5 Ma. The results obtained reveal that these rocks correspond to orthogneisses instead of sedimentary-derived diatexites and provide a good estimate for the crystallization age of their magmatic protolith. In contrast, the monazite fractions show distinct 207Pb/235U ages of 341.8 2.1 Ma and 453.4 2.0 Ma and may therefore have lost Pb to different extent during Variscan deformation and metamorphism. The preservation of inherited ages of the igneous protolith in the Mundão leucocratic gneisses suggests that zircon was mainly incorporated as restitic material, with only minor precipitation and/or recrystallization during crustal anatexis. The new age of the Mundão orthogneiss brackets the so-called Early Ordovician Sardic unconformity, characteristic of the Central Iberian Zone

Origin and emplacement of syn-orogenic Variscan granitoids in Iberia the Beiras massif

The Beiras batholith consists of four main Variscan granitoid suites intruded into metasediments of Proterozoic-Cambrian and Palaeozoic age in Central Northern Portugal: a) the early, syn-D3 granodiorite-monzogranite suite (314-311 Ma); b) the highly peraluminous syn-D3 two-mica/leucogranite suite (308 Ma); c) the late-post-D3 granodiorite-monzogranite suite (306 Ma) and (d) the late-post-D3, peraluminous, biotite-muscovite granite suite (300-295 Ma). Major, trace and isotopic data suggest that the S-type synkinematic two-mica granites result from moderate degrees of partial melting under vapour absent conditions of middle crustal metasedimentary sources comparable to the Proterozoic-Cambrian metapelite-metagraywacke units presently exposed in the studied area. A major contribution from metaigneous lower crust materials and/or interaction with mantle derived magmas appears to be required to produce the early, syn-D3 granodiorite-monzogranite suite. The emplacement of large volumes of late-post-kinematic granites showing decoupled high-K calc-alkaline and peraluminous signatures documents the importance of combined fractional crystallization and mixing processes (AFC) in granite petrogenesis. In a scenario of post-collisional re-equilibration of a thickened lithosphere, asthenospheric mantle upwelling and underplating of abundant basaltic melts at base of the crust is thought to have lead to widespread dehydration melting of lower-to mid-crustal lithologies and consequent formation of peraluminous granite magmas (syn-D3 two-mica granites). Mixing to various degrees of anatectic crustal melts with a juvenile asthenospheric mantle component is considered the major controlling process involved in the production of the late-post-D3, high-K calc-alkaline suite. Concomitant fractional crystallization can explain the geochemical signatures of the more evolved rocks, including those of the late-post-D3, peraluminous, biotite-muscovite granites

Estudo Geológico-Estrutural do Complexo de Granja (NW Ceará)

O Complexo de Granja (CG), situado no extremo NW do Estado do Ceará, é constituído por uma sucessão de gnaisses orto- e paraderivados correspondendo a um cinturão metamórfico de médio a alto grau e é composto pelas seguintes unidades principais: (1) ortognaisses de afinidade TTG (Tonalito-Trondhjemito-Granodiorito), mostrando evidências de migmatização; (2) paragnaisses com granada e silimanita, intensamente migmatizados e; (3) granulitos máficos e félsicos aos quais frequentemente se associam corpos lenticulares de anfibolitos e de quartzitos. Estas litologias estão parcialmente cobertas por formações detrítico-lateríticas e sedimentares clásticas do Terciário e depósitos elúvio-coluvionares e aluvionares do Quaternário. De acordo com os dados geocronológicos atualmente disponíveis, estas unidades representam fragmentos do embasamento Paleoproterozóico (2.3-2.1 Ga), profundamente afetados pela orogenia Brasiliana durante o Neoproterozóico (600 Ma). A partir da recente informação adquirida nos levantamentos de campo e dos estudos petrográficos realizados, foi possível elaborar um novo mapa geológico para uma área adjacente ao município de Granja no âmbito do Programa Geologia do Brasil (Folha Cartográfica Granja SA.24-Y-C-III; 1:100.000), extraindo as seguintes conclusões principais: (1) os litótipos mostram evidências de terem sido afetados por metamorfismo regional de alto grau, que terá atingido as condições de fusão parcial, com consequente produção de uma grande variedade de estruturas migmatíticas (e.g. estromáticas, dictioníticas, “schlieren”, “augen”); (2) o bandado migmatítico está intensamente dobrado, sugerindo que os processos de migmatização se iniciaram antes do último evento de deformação dúctil (D3 regional, D2 Brasiliana) que afetou a região; (3) em todas as unidades do CG, a anisotropia planar mais penetrativa é a foliação S3, com direção N 50º E e inclinação variável (35º a 80º para SE), encontrando-se diretamente relacionada com a atuação de um importante acidente dextro, de escala crustal e orientação NE-SW, que atravessa a porção sul e sudeste da área cartografada – a Zona de Cisalhamento de Granja (ZCG) e; (4) nas zonas em que a influência da ZCG foi mais acentuada, a foliação S3 adquire um carácter milonítico, obliterando frequentemente as anisotropias anteriores. As análises petrográficas confirmam a classificação adotada em trabalhos anteriores para cada um dos tipos litológicos presentes no CG. Com efeito, os dados obtidos neste trabalho para os ortognaisses TTG e para os paragnaisses mostram que o metamorfismo regional prógrado (tipo Barroviano) que os afetou se situam na transição entre o topo da fácies anfibolítica e a fácies granulítica, tendo atingido as condições de fusão parcial, enquanto os granulitos félsicos e máficos registam evidências de terem sido sujeitos a pressões mais elevadas

Características petrográficas y geoquímicas de los paragneises de Granja (Dominio Medio Coreaú, NW Ceará, Brasil)

The Granja Granulite Complex (GGC) exposed in the Médio Coreaú Domain (NW Ceará, Brasil) consists mainly of garnet and sillimanite migmatitic paragneisses enclosing discontinuous lenses of mafic granulites and enderbites. According to the published geochronological data, this high-grade metamorphic belt represents a segment of the Paleoproterozoic basement intensely reworked during the Brasiliano/Pan-African Orogeny in the Neoproterozoic (600 Ma). The Granja paragneisses are strongly foliated rocks characterized by the alternance of dark garnet-biotite-sillimanite-rich layers and millimeter-thick leucocratic quartz-feldspathic bands, interpreted as indicative of incipient melting. As melt contents increase, layer-parallel leucosomes become thicker and a well-developed stromatic layering is defined. Both the gneissic and stromatic fabrics are strongly overprinted by a penetrative mylonitic foliation correlated to the last reactivation of the dextral NE-SW trending Granja Shear Zone (GCZ) that cuts across the studied area. Mineral assemblages and microstructures indicate that these rocks were affected by granulite-facies metamorphism and anatexis followed by decompression and cooling. In order to constrain the protolith composition of the Granja paragneisses, twelve whole-rock samples from the parts of the migmatitic paragneisses that appear to have undergone little or no melt extraction were analysed for major and trace elements. In the classification diagram of Herron (1988), the samples plot in the transition between the greywacke and the pelite fields, suggesting that the pre-metamorphic sequence was dominantly composed by shales and immature clastic sediments (greywackes). Their chondrite normalized REE patterns show a moderate LREE enrichment (LaN/YbN = 9.46-15.50), flat HREE profiles and negative Eu anomalies (Eu/Eu∗= 0.63-0.82), closely resembling those of PAAS (Post-Archean average Australian Shale) and Early Proterozoic Greywackes. Geochemical data also suggest that the precursor sediments of the Granja paragneisses derived from source areas of felsic to intermediate composition and were deposited in a tectonically active continental margin/continental island arc setting.El Complejo Granulítico de Granja (GGC), expuesto en el Dominio Medio Coreaú (NW del Estado de Ceará, Brasil), está constituido predominantemente por paragneises granatíferos con silimanita en cuyo seno se intercalan cuerpos lenticulares, discontinuos, de granulitas máficas y enderbitas. De acuerdo con los datos geocronológicos publicados, este terreno metamórfico de alto grado representa un segmento de un basamento Paleoproterozoico que fue intensamente retrabajado en el Neoproterozoico, durante la Orogénesis Brasiliense / Panafricana (600 Ma). Los paragneises de Granja son rocas con una fuerte foliación, caracterizadas por la alternancia de niveles oscuros, ricos en granate-biotita-silimanita, y bandas milimétricas leucocráticas cuarzo-feldespáticas interpretadas como resultado de fusión incipiente. Con el incremento del componente fundido, aumenta el espesor de los leucosomas concordantes y las rocas adquieren un aspecto estromático. A estas estructuras se superpone una foliación milonítica asociada a la última reactivación de la Zona de Cizalla de Granja, un accidente con dirección NE-SW y movimiento dextral que atraviesa la zona estudiada. Las asociaciones minerales y las texturas de reacción indican que después de alcanzar las condiciones de fusión parcial en la facies granulítica, las rocas sufrieron descompresión y enfriamiento. Con el fin de caracterizar la composición de los protolitos de los paragneises de Granja, se analizaron los elementos mayores y tierras raras de doce muestras de aquellas partes de los paragneises migmatíticos en los que la extracción de fundido parece haber sido nula o muy limitada. En el diagrama de clasificación de Herron (1988), las muestras se sitúan en la transición entre los campos de las grauvacas y pelitas, sugiriendo que en la secuencia pre-metamórfica dominaban sedimentos arcillosos y sedimentos clásticos poco maduros (grauvacas). Los patrones de tierras raras normalizados a condrita muestran un moderado enriquecimiento en las tierras raras ligeras (LaN/YbN=9.46–15.50), perfiles planos en tierras raras pesadas y anomalías negativas de Eu (Eu/Eu*=0.63–0.82), con pautas muy próximas tanto a las del PAAS (Post-Archean average Australian Shale) como a las del EP GREY (Early Proterozoic Greywackes). Los datos geoquímicos sugieren también que los sedimentos precursores de los paragneises de Granja tuvieron su origen en un área fuente con composición félsica a intermedia y fueron acumulados en un ambiente de margen continental activo / arco insular continental

Petrographical and geochemical signatures of the Granja paragneisses (NW Ceará, Brasil)

The Granja Granulitic Complex (GCC) constitutes a NE–SW trending high-grade metamorphic belt occupying the western sector of the Médio Coreaú Domain (NW Ceará, Brasil) (Figs. 1 and 2). According to the published data, the GCC represents a segment of the Paleoproterozoic basement intensely reworked during the Brasiliano Orogeny. Lithologically, the GCC is mainly composed of garnet-sillimanite migmatitic paragneisses, enclosing discontinuous lenses of mafic granulites and enderbites. At outcrop scale, the GCC gneisses are well-foliated fineto medium-grained grey rocks showing a stromatic layering parallel to the main regional fabric (Fig. 3). The occurrence of lenses of leucocratic quartzfeldspathic material interlayered with the host paragneisses indicates that these rocks reached partial melting conditions during the Brasiliano orogenic event (≈ 600 Ma). Petrographically, the gneisses are characterized by the presence of mineral assemblages dominated by garnet, sillimanite and biotite with moderate amounts of quartz, plagioclase, cordierite and K-feldspar (Figs. 4a-b). Twelve whole-rock samples were analyzed for major and trace elements. As shown in Graph 1, all the analyzed samples plot in the sedimentary field. Their REE patterns closely resemble those of PAAS (PostArchean average Australian Shale) confirming the sedimentary origin of the paragneiss protoliths (Graph 2). Geochemical data also suggest that these sediments derived from source areas of felsic to intermediate composition and were deposited in a tectonically active continental margin (Graphs 3 and 4)