Geology of metamorphic rocks deriving from paleohydrothermal systems in the Mesoproterozoic Serra do Itaberaba Group, São Paulo State, southeastern Brazil

<p>In the central portion of the Ribeira fold belt, southeastern Brazil, the Mesoproterozoic volcanosedimentary Serra do Itaberaba Group was deposited in an ocean basin having normal mid-ocean ridge basalt type basalts that evolved to a back-arc environment. This succession was affected by two medium-grade regional metamorphic events and a third low-grade retrometamorphic event. This geological map covers an area of approximately 16 km², between 23°16′41.824″ and 23°18′47.744″ latitudes S, and 46°20′57.056″ and 46°23′18.933″ longitudes W, as a scale of 1:5000. It encompasses the metamorphic products of tectonically deformed paleohydrothermal systems that developed in a back-arc environment, which are spatially and genetically linked to small metamorphosed andesitic-rhyolitic bodies. These systems were responsible for lixiviation of Ca and alkali in deeper parts, carbonatization in shallower parts, and a first large chloritic alteration zone (CZ1) that was crosscut by small chloritic (CZ2), silicification, and advanced argillic alteration zones. The metamorphic products of CZ1 are cummingtonite/anthophyllite rocks, whereas those related to CZ2 are Mg-rich chloritites. The metamorphic products of silicification and advanced argillic alteration zones are rocks composed of quartz ± specularite and of corundum, margarite, sericite, tourmaline, rutile, and Ca-plagioclase, respectively. Those associated with Ca and alkali depletions are garnet-hornblende amphibolites, whereas those related to carbonatization zones are composed of diopside, hornblende, tremolite/actinolite, carbonate, clinozoisite/epidote, plagioclase, and quartz. Cummingtonite/anthopyllite rocks and Mg-rich chloritites are similar to those associated with metamorphosed Kuroko-type volcanogenic massive sulfide deposits, whereas rocks composed of corundum, margarite, sericite, tourmaline, rutile, and Ca-plagioclase are genetically associated with oceanic high-sulfidation magmatic-hydrothermal gold mineralization.</p

Geologia, petrografia e gênese dos granada-cordierita-cumminatonita / antofilita anfibolitos e rochas associadas do Grupo Serra do Itaberaba, SP

Os trabalhos desenvolvidos nesta dissertação de mestrado tiveram como principal objetivo o estudo da geologia, da petrografia e da gênese dos granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos e rochas associadas da Formação Morro da Pedra Preta do Grupo Serra do Itaberaba, que afloram a nordeste da cidade de São Paulo, entre as cidades de Guarulhos e Santa Isabel. Para tanto foi efetuado um mapeamento geológico-estrutural detalhado (1:5000) das principais ocorrências destes anfibolitos, seguido por estudos petrográficos em luz transmitida e pela caracterização da composição química dos minerais por microssonda eletrônica. A integração dos dados possibilitou a definição da gênese destas rochas como tendo sido resultado do metamorfismo em fácies anfibolito de protólitos básicos e intermediários a ácidos alterados hidrotermal-metassomaticamente. No mapa puderam ser separadas sete unidades litotípicas maiores produzidas pelas alterações hidrotermais-metassomáticas, identificadas como das rochas intensamente alteradas, menos intensamente alteradas, rochas de composição intermediária a ácida alteradas, hornblenda-granada anfibolitos, tufos alterados, metabásicas de granulação grossa e metabasitos cálcio-silicáticos. Nestas unidades puderam ser distinguidos 15 litotipos principais, incluindo rochas produzidas pelas alterações que concentraram magnésio e ferro, pela carbonatização e/ou potassificação e pela silicificação de rochas vulcanoclásticas ou ígneas de composição básica ou intermediárias a ácidas. Dentre as rochas básicas foram observadas gradações completas entre rochas não alteradas e as fortemente alteradas, representadas pelos conjuntos das rochas incipientemente alteradas (hornblenda anfibolitos com cordierita e cummingtonita), rochas da zona de transição (onde coexistem dois ou três anfibólios), rochas menos intensamente alteradas (cummingtonita anfibolitos, cordierita-cummingtonita anfibolitos e granada-cordierita-cummingtonita anfibolitos) e as rochas mais intensamente alteradas (granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos). Nas rochas de composição intermediária a ácida foram distinguidos os conjuntos das rochas silicificadas, rochas menos intensamente alteradas (constituídas por cummingtonita/antofilita, clorita, quartzo e plagioclásio) e as mais intensamente alteradas (constituídas por cummingtonita/antofilita, cordierita e quartzo). O conjunto das rochas potassificadas é representado por hornblenda-biotita anfibolitos, biotita-hornblenda anfibolitos e biotita-cummingtonita anfibolitos. Dentre as rochas básicas afetadas pela carbonatização pré-metamórfica foram separadas as fracamente carbonatizadas (representadas por actinolita anfibolitos) e as intensamente carbonatizadas denominadas como metabasitos cálcio-silicáticos, formados essencialmente por diopsídio, actinolita, clinozoisita/epídoto, quartzo, plagioclásio e carbonatos. Foram identificados outros litotipos produzidos pelas alterações, mas que pela falta de afloramentos elucidativos, não puderam ser associados aos conjuntos anteriores, tendo sido, desta forma, separados nos conjuntos dos hornblenda-granada anfibolitos, cummingtonita-granada-clorita xistos e das metabásicas de granulação grossa, estas muito típicas e distintas dos metagabros pela presença de plagioclásio esbranquiçado inalterado. As estruturas e texturas indicam claramente a dissolução dos protólitos, de modo gradativo, até a gênese das rochas mais intensamente alteradas, que constituíram, ao microscópio, granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos e rochas constituídas por cummingtonita/antofilita, cordierita e quartzo. Estas estruturas foram afetadas pelas foliações metamórficas \'S IND.1\', \'S IND.2\', e \'S IND.3\' indicando que as alterações hidrotermais-metassomáticas foram produzidas antes dos eventos metamórficos. As principais paragêneses minerais cristalizaram-se concomitantemente ao primeiro evento deformacional, corroborando as informações estruturais de que as alterações químicas foram introduzidas nos protólitos previamente ao metamorfismo, embora possam ter ocorrido reequilíbrios menores causados pelos fluidos metamórficos. As condições metamórficas atuantes durante o desenvolvimento da \'S IND.1\' e da \'S IND.2\' foram da fácies anfibolito e, durante o desenvolvimento da \'S IND.3\', da fácies anfibolito à dos xistos verdes, esta tipicamente associada aos processos retrometamórficos, com reequilíbrio das assembléias de mais alto grau. Os metapelitos encaixantes tem cianita invertida para sillimanita associada à \'S IND.1\', e apenas sillimanita na \'S IND.2\', indicando a existência de dois eventos metamórficos, um anterior, de pressão intermediária, seguido por um de pressão mais baixa, ambos com clímax metamórfico na fácies anfibolito. Geologicamente observa-se uma associação íntima destas rochas alteradas com corpos de rochas andesíticas, dacíticas e riolíticas, definindo formas que podem ser interpretadas como antigos cones de alteração ou zonas alteradas semi-concordantes aos derrames básicos. Os zonamentos observados, juntamente com o contexto geológico/geotectônico regional e os dados bibliográficos, permitem interpretar que estas rochas foram geradas em dois ambientes geotectônicos. O primeiro, menos importante, corresponde a zonas de expansão de cadeias mesooceânicas, e o segundo corresponde à evolução de uma bacia de retro-arco, em regimes compressionais, sendo este o principal período de formação dos protólitos destas rochas. Granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos e rochas intermediárias intensamente alteradas ocorrem mundialmente associadas a depósitos de sulfetos maciços de Cu-Zn, onde constituem as zonas mais internas dos cones de alteração hidrotermal-metassomática produzidas pela percolação dos fluídos mineralizantes, tipicamente localizados sob as mineralizações, sugerindo potencial metalogenético para este tipo de mineralização na Formação Morro da Pedra Preta. Neste contexto as rochas menos intensamente alteradas, os hornblenda-granada anfibolitos, as metabásicas de granulação grossa e as rochas potassificadas se distribuem em fácies mais distais nestes cones de alteração. As rochas carbonatizadas estão relacionadas a zonas de alteração mais profundas, sub-concordantes com à estratigrafia vulcano-sedimentar.The principal objective of this Dissertation was the study of the geology, petrology and geneses of the garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites and associated rocks of the Morro da Pedra Preta Formation, Serra do Itaberaba Group. For this purpose a detailed 1:5,000 geological-structural map of the principal occurrences of these amphibolites was made, followed by petrographic studies transmitted light, and the characterization of the chemical composition of minerals by electron microprobe analysis. The integration of data made possible to interpretate the genesis of this rocks as being the result of metamorphism in amphibolite facies of hidrothermal-metasomatically altered basic and felsic protoliths. Seven major lithological units produced by alteration could be separated in the map, identified as strongly altered rocks, moderately altered rocks, altered felsic rocks, hornblendegarnet amphibolites, altered tuffites, coarse grained metabasites and calc-silicate metabasites. In these units, feveteen diferent lithotypes, produced by alterations that concentrated magnesium and iron, by carbonization and/ or potassification and by silification of basic or felsic volcanoclastic or igneous rocks could be se separated. In basic rocks a complete gradation between unaltered to strongly altered rocks was observed, represented by the groups of weakly altered (hornblende amphibolites with cordierite and cummingtonite), transitional (where two or tree amphiboles coexist), moderately altered (cummingtonite amphibolites, cordierite-cummingtonite amphibolites and garnet-cordierite-cummingtonite amphibolites) and strongly altered rocks (garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites). In altered felsic rocks silicified, moderately (cummingtonite/anthophillite-chlorite-quartz-plagioclase rocks) and strongly altered rocks (cummingtonite/anthophyllite-cordierite-quartz rocks) were distinguished. The potassified rocks are represented by hornblende-biotite amphibolites, biotite-hornblende amphibolites and biotite-cummingtonite amphibolites. The carbonatized metabasites were separated into weakly (represented by actinolite amphibolites) and strongly carbonatized recognized as calc-silicate metabasites, composed essencially by diopside, actinolite, clinozoisite/epidote, quartz, plagioclase and carbonates. Other lithotypes produced by alteration process were identified but because of the lack of elucidative outcrops, could not be related to the above mentioned groups and were therefore separated as hornblende-garnet amphibolites, cummingtonite-garnet-chlorite schists and coarse grained metabasites, which can be distinguished from metagabbros by the presence of unaltered whitened plagioclase. The structures and textures clearly indicate the gradual and progressive dissolution of protoliths until the protoliths of the strongly altered rocks, garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites and cummingtonite-anthopyllite-cordierite-quartz rocks, are produced. These structures were affected by the metamorphic foliations \'S IND.1\', \'S IND.2\' and \'S IND.3\', showing that the hydrotermal-metasomatic alterations occurred before the regional metamorphic events. The main mineral parageneses crystallized during the first deformation event, corroborating the structural evidence, that chemical modifications occurred in the protoliths before metamorphism, although minor reequilibra caused by metamorphic fluid movements may have occurred. The metamorphic conditions present during the development of \'S IND.1\' and \'S IND.2\' were in the amphibolite facies and during the development of the \'S IND.3\', in the amphibolite facies grading to the green schists facies, this one typically associated with retrometamorphism of assemblages of higher grade. In metapelites from the host rocks kyanite inverted to sillimanite, asociated to the \'S IND.1\',is found, and only sillimanite is found associated to \'S IND.2\', indicating the existence of two different metamorphic events, the former of intermediate pressure, and the latter of low pressure, both of them having their metamorphic climax in the amphibolite facies. A close association of the altered rocks with felsic rocks is observed, and their forms can be interpreted as old alteration pipes or semi-conformable altered zones within basic flows. The zonations observed, associated with the geological/geotectonic environment and the bibliographic references lead to the interpretation that these rocks were generated in two different geotectonic environments. The first one, less important, was in meso-oceanic expansion zones, and the other in compressive regime, during the evolution of a back-arc basin. Garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites and felsic rocks strongly altered are associated world-wide with massive sulfide deposits of Cu-Zn, where they form the inner parts of alteration pipes produced by the percolation of the mineralized fluids, and are typically localized under the mineralizations, suggesting a metallogenetical potencial for this type of mineralization in the Morro da Pedra Preta Formation. In this context, the intermediately altered rocks, the hornblende-garnet amphibolites, the coarse grained metabasites and the potassified rocks correspond to distal facies of these alteration pipes. The carbonatized rocks are related to lower-level semi-conformable alteration zones

Geologia, petrografia e gênese dos granada-cordierita-cumminatonita / antofilita anfibolitos e rochas associadas do Grupo Serra do Itaberaba, SP

Os trabalhos desenvolvidos nesta dissertação de mestrado tiveram como principal objetivo o estudo da geologia, da petrografia e da gênese dos granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos e rochas associadas da Formação Morro da Pedra Preta do Grupo Serra do Itaberaba, que afloram a nordeste da cidade de São Paulo, entre as cidades de Guarulhos e Santa Isabel. Para tanto foi efetuado um mapeamento geológico-estrutural detalhado (1:5000) das principais ocorrências destes anfibolitos, seguido por estudos petrográficos em luz transmitida e pela caracterização da composição química dos minerais por microssonda eletrônica. A integração dos dados possibilitou a definição da gênese destas rochas como tendo sido resultado do metamorfismo em fácies anfibolito de protólitos básicos e intermediários a ácidos alterados hidrotermal-metassomaticamente. No mapa puderam ser separadas sete unidades litotípicas maiores produzidas pelas alterações hidrotermais-metassomáticas, identificadas como das rochas intensamente alteradas, menos intensamente alteradas, rochas de composição intermediária a ácida alteradas, hornblenda-granada anfibolitos, tufos alterados, metabásicas de granulação grossa e metabasitos cálcio-silicáticos. Nestas unidades puderam ser distinguidos 15 litotipos principais, incluindo rochas produzidas pelas alterações que concentraram magnésio e ferro, pela carbonatização e/ou potassificação e pela silicificação de rochas vulcanoclásticas ou ígneas de composição básica ou intermediárias a ácidas. Dentre as rochas básicas foram observadas gradações completas entre rochas não alteradas e as fortemente alteradas, representadas pelos conjuntos das rochas incipientemente alteradas (hornblenda anfibolitos com cordierita e cummingtonita), rochas da zona de transição (onde coexistem dois ou três anfibólios), rochas menos intensamente alteradas (cummingtonita anfibolitos, cordierita-cummingtonita anfibolitos e granada-cordierita-cummingtonita anfibolitos) e as rochas mais intensamente alteradas (granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos). Nas rochas de composição intermediária a ácida foram distinguidos os conjuntos das rochas silicificadas, rochas menos intensamente alteradas (constituídas por cummingtonita/antofilita, clorita, quartzo e plagioclásio) e as mais intensamente alteradas (constituídas por cummingtonita/antofilita, cordierita e quartzo). O conjunto das rochas potassificadas é representado por hornblenda-biotita anfibolitos, biotita-hornblenda anfibolitos e biotita-cummingtonita anfibolitos. Dentre as rochas básicas afetadas pela carbonatização pré-metamórfica foram separadas as fracamente carbonatizadas (representadas por actinolita anfibolitos) e as intensamente carbonatizadas denominadas como metabasitos cálcio-silicáticos, formados essencialmente por diopsídio, actinolita, clinozoisita/epídoto, quartzo, plagioclásio e carbonatos. Foram identificados outros litotipos produzidos pelas alterações, mas que pela falta de afloramentos elucidativos, não puderam ser associados aos conjuntos anteriores, tendo sido, desta forma, separados nos conjuntos dos hornblenda-granada anfibolitos, cummingtonita-granada-clorita xistos e das metabásicas de granulação grossa, estas muito típicas e distintas dos metagabros pela presença de plagioclásio esbranquiçado inalterado. As estruturas e texturas indicam claramente a dissolução dos protólitos, de modo gradativo, até a gênese das rochas mais intensamente alteradas, que constituíram, ao microscópio, granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos e rochas constituídas por cummingtonita/antofilita, cordierita e quartzo. Estas estruturas foram afetadas pelas foliações metamórficas \'S IND.1\', \'S IND.2\', e \'S IND.3\' indicando que as alterações hidrotermais-metassomáticas foram produzidas antes dos eventos metamórficos. As principais paragêneses minerais cristalizaram-se concomitantemente ao primeiro evento deformacional, corroborando as informações estruturais de que as alterações químicas foram introduzidas nos protólitos previamente ao metamorfismo, embora possam ter ocorrido reequilíbrios menores causados pelos fluidos metamórficos. As condições metamórficas atuantes durante o desenvolvimento da \'S IND.1\' e da \'S IND.2\' foram da fácies anfibolito e, durante o desenvolvimento da \'S IND.3\', da fácies anfibolito à dos xistos verdes, esta tipicamente associada aos processos retrometamórficos, com reequilíbrio das assembléias de mais alto grau. Os metapelitos encaixantes tem cianita invertida para sillimanita associada à \'S IND.1\', e apenas sillimanita na \'S IND.2\', indicando a existência de dois eventos metamórficos, um anterior, de pressão intermediária, seguido por um de pressão mais baixa, ambos com clímax metamórfico na fácies anfibolito. Geologicamente observa-se uma associação íntima destas rochas alteradas com corpos de rochas andesíticas, dacíticas e riolíticas, definindo formas que podem ser interpretadas como antigos cones de alteração ou zonas alteradas semi-concordantes aos derrames básicos. Os zonamentos observados, juntamente com o contexto geológico/geotectônico regional e os dados bibliográficos, permitem interpretar que estas rochas foram geradas em dois ambientes geotectônicos. O primeiro, menos importante, corresponde a zonas de expansão de cadeias mesooceânicas, e o segundo corresponde à evolução de uma bacia de retro-arco, em regimes compressionais, sendo este o principal período de formação dos protólitos destas rochas. Granada-cordierita-cummingtonita/antofilita anfibolitos e rochas intermediárias intensamente alteradas ocorrem mundialmente associadas a depósitos de sulfetos maciços de Cu-Zn, onde constituem as zonas mais internas dos cones de alteração hidrotermal-metassomática produzidas pela percolação dos fluídos mineralizantes, tipicamente localizados sob as mineralizações, sugerindo potencial metalogenético para este tipo de mineralização na Formação Morro da Pedra Preta. Neste contexto as rochas menos intensamente alteradas, os hornblenda-granada anfibolitos, as metabásicas de granulação grossa e as rochas potassificadas se distribuem em fácies mais distais nestes cones de alteração. As rochas carbonatizadas estão relacionadas a zonas de alteração mais profundas, sub-concordantes com à estratigrafia vulcano-sedimentar.The principal objective of this Dissertation was the study of the geology, petrology and geneses of the garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites and associated rocks of the Morro da Pedra Preta Formation, Serra do Itaberaba Group. For this purpose a detailed 1:5,000 geological-structural map of the principal occurrences of these amphibolites was made, followed by petrographic studies transmitted light, and the characterization of the chemical composition of minerals by electron microprobe analysis. The integration of data made possible to interpretate the genesis of this rocks as being the result of metamorphism in amphibolite facies of hidrothermal-metasomatically altered basic and felsic protoliths. Seven major lithological units produced by alteration could be separated in the map, identified as strongly altered rocks, moderately altered rocks, altered felsic rocks, hornblendegarnet amphibolites, altered tuffites, coarse grained metabasites and calc-silicate metabasites. In these units, feveteen diferent lithotypes, produced by alterations that concentrated magnesium and iron, by carbonization and/ or potassification and by silification of basic or felsic volcanoclastic or igneous rocks could be se separated. In basic rocks a complete gradation between unaltered to strongly altered rocks was observed, represented by the groups of weakly altered (hornblende amphibolites with cordierite and cummingtonite), transitional (where two or tree amphiboles coexist), moderately altered (cummingtonite amphibolites, cordierite-cummingtonite amphibolites and garnet-cordierite-cummingtonite amphibolites) and strongly altered rocks (garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites). In altered felsic rocks silicified, moderately (cummingtonite/anthophillite-chlorite-quartz-plagioclase rocks) and strongly altered rocks (cummingtonite/anthophyllite-cordierite-quartz rocks) were distinguished. The potassified rocks are represented by hornblende-biotite amphibolites, biotite-hornblende amphibolites and biotite-cummingtonite amphibolites. The carbonatized metabasites were separated into weakly (represented by actinolite amphibolites) and strongly carbonatized recognized as calc-silicate metabasites, composed essencially by diopside, actinolite, clinozoisite/epidote, quartz, plagioclase and carbonates. Other lithotypes produced by alteration process were identified but because of the lack of elucidative outcrops, could not be related to the above mentioned groups and were therefore separated as hornblende-garnet amphibolites, cummingtonite-garnet-chlorite schists and coarse grained metabasites, which can be distinguished from metagabbros by the presence of unaltered whitened plagioclase. The structures and textures clearly indicate the gradual and progressive dissolution of protoliths until the protoliths of the strongly altered rocks, garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites and cummingtonite-anthopyllite-cordierite-quartz rocks, are produced. These structures were affected by the metamorphic foliations \'S IND.1\', \'S IND.2\' and \'S IND.3\', showing that the hydrotermal-metasomatic alterations occurred before the regional metamorphic events. The main mineral parageneses crystallized during the first deformation event, corroborating the structural evidence, that chemical modifications occurred in the protoliths before metamorphism, although minor reequilibra caused by metamorphic fluid movements may have occurred. The metamorphic conditions present during the development of \'S IND.1\' and \'S IND.2\' were in the amphibolite facies and during the development of the \'S IND.3\', in the amphibolite facies grading to the green schists facies, this one typically associated with retrometamorphism of assemblages of higher grade. In metapelites from the host rocks kyanite inverted to sillimanite, asociated to the \'S IND.1\',is found, and only sillimanite is found associated to \'S IND.2\', indicating the existence of two different metamorphic events, the former of intermediate pressure, and the latter of low pressure, both of them having their metamorphic climax in the amphibolite facies. A close association of the altered rocks with felsic rocks is observed, and their forms can be interpreted as old alteration pipes or semi-conformable altered zones within basic flows. The zonations observed, associated with the geological/geotectonic environment and the bibliographic references lead to the interpretation that these rocks were generated in two different geotectonic environments. The first one, less important, was in meso-oceanic expansion zones, and the other in compressive regime, during the evolution of a back-arc basin. Garnet-cordierite-cummingtonite/anthophyllite amphibolites and felsic rocks strongly altered are associated world-wide with massive sulfide deposits of Cu-Zn, where they form the inner parts of alteration pipes produced by the percolation of the mineralized fluids, and are typically localized under the mineralizations, suggesting a metallogenetical potencial for this type of mineralization in the Morro da Pedra Preta Formation. In this context, the intermediately altered rocks, the hornblende-garnet amphibolites, the coarse grained metabasites and the potassified rocks correspond to distal facies of these alteration pipes. The carbonatized rocks are related to lower-level semi-conformable alteration zones