Petrology of the Afonso Cláudio Intrusive Complex (Espírito Santo State, Araçuaí Orogen): insights from petrography, lithogeochemistry, U-Pb geochronology and Lu-Hf isotopes

Abstract

O Complexo Intrusivo Afonso Cláudio (ACIC, em inglês) é um corpo ígneo de forma quase elíptica com aproximadamente 73 km² de área. É localizado no estado do Espírito Santo, no sudeste do Brasil, e se insere com contexto geológico dos granitoides pós-colisionais (Supersuíte G5) do sistema orogênico Araçuaí-Congo Ocidental (AWCO, em inglês). Estes granitoides são associados a fase de colapso extensional (530-490 Ma) deste sistema orogênico e tem evolução associada a interação entre magmas mantélicos e crustais. Neste trabalho foram integrados dados de mapeamento geológico, petrografia, litoquímica, geocronologia U-Pb e isótopos de Lu-Hf com intuito de entender os processos ígneos que atuaram neste corpo ígneo. O ACIC está encaixado em ortognaisses da Supersuíte G1 do AWCO (granitoides pré-collisionais de idade entre 630-580 Ma) e paragnaisses neoproterozóicos do Complexo Nova Venécia. É constituído por dois núcleos máficos compostos de monzogabro e monzodiorito, circundados por quartzo monzonito. Entre estas rochas ocorrem zonas de mistura de magmas física (mingling) e química (mixing), onde jotunito e quartzo mangerito ocorrem localmente. Xenólitos de rochas encaixantes são encontrados no monzogabro, monzodiorito e no quartzo monzonito, assim como enclaves de monzogabro e monzodiorito, quase sempre circulares, são encontrados no quartzo monzonito. Ambas as rochas, máficas e félsicas, são enriquecidas em LILE e LREE, além disso, ambas mostram assinatura geoquímica álcali-cálcica de ambiente tectônico pós-colisional. Datação U-Pb em zircão revelou idades de cristalização magmática de 480,9 ±- 3,2 Ma para quartzo monzonito e 496,5 ± 3,6 Ma para monzogabro. Ambos litotipos possuem valores negativos de ɛHf em zircão (os valores médios são -11,78 para o quatzo monzonito e -10,41 para o monzogabro) e idades TDM de 1,79 Ga para o quartzo monzonito e 1,72 Ga para o monzogabro. Nossos resultados indicam que algum processo de contaminação crustal ocorreu nos magmas do ACIC antes ou durante a intrusão deste corpo ígneo. Falhas profundas relacionadas a forças extensionais, geradas no colapso orogênico, e a descompressão associada podem explicar os processos de fusão em crosta inferior e no manto litosférico e a subsequente ascensão dos magmas. São propostos dois modelos para a evolução do ACIC durante o estágio de colapso do AWCO. Ambos os modelos envolvem processos de contaminação crustal e assimilação somados a cristalização fracionada (processos AFC). Um dos modelos é a favor de contemporânea fusão crustal e mantélica, onde os magmas gerados teriam interagido para gerar um magma mais rico em álcalis. A cristalização deste magma teria produzido o monzogabro e o monzodiorito. Com a continuidade do colapso do orógeno, estas rochas máficas álcali-cálcicas recém formadas teriam se fundido parcialmente e gerado um magma monzonítico, do qual cristalizou o quartzo monzonito. Os enclaves máficos neste modelo seriam considerados como resíduos da fusão do monzogabbro e monzodiorito. O segundo modelo argumenta em favor de uma intrusão de um magma máfico mantélico em uma câmara magmática já preenchida com um magma félsico crustal. Estes magmas teriam interagido entre si e o magma máfico teria formado o monzogabro e o monzodiorito através de sua cristalização, enquanto o magma félsico teria formado o quartzo monzonito. Neste modelo, os enclaves máficos são interpretados como injeções do magma máfico no magma félsico. Ambos modelos podem ser sustentados pelas idades TDM e pelos valores ɛHf dos zircões. Nos dois modelos as zonas de mistura química e física de magmas seriam geradas pela interação dos magmas félsicos e máficos. Evidências de cisalhamento são encontradas localmente onde aflora o quartzo monzonito (principalmente nas bordas do ACIC) e estas evidencias podem indicar que alguma força transtensional atuou na região até o fim do resfriamento das rochas do ACIC. Devido à similaridade entre os plutons da Supersuíte G5 do AWCO, os modelos propostos para o ACIC também poderiam explicar a petrogênese de alguns outros plutons desta supersuíte.The Afonso Cláudio Intrusive Complex (ACIC) is a ca. 73 km² igneous body located in the Espírito Santo state, Southeastern Brazil. It is inserted in the geologic context of the post-collisional G5 plutonic Supersuite related to the extensional collapse stage (530-490 Ma) of the Araçuaí-West Congo Orogen (AWCO). The G5 plutons evolution is related to interaction between mantle and crustal magmas. In this study we have integrated field relationships, petrography, lithogeochemistry, U-Pb geochronology, and Lu-Hf isotopes to understand the ACIC petrology. The ACIC is hosted in pre-collisional orthogneisses of the AWCO G1 Supersuite (630-580 Ma) and Neoproterozoic paragneisses of the Nova Venécia Complex. This plutonic body is constituted by two monzogabbro/monzodiorite mafic cores surrounded by quartz monzonite. There are mingling and mixing zones between these rocks, where jotunite and quartz mangerite occur. In addition, there are host rock enclaves in the monzograbbro, monzodiorite and quartz monzonite, as well as rounded monzogabbro/monzodiorite enclaves in the quartz monzonite. The mafic and felsic rocks are enriched in LILE and LREE and they have alkali-calcic post-collisional geochemical signature. Zircon U-Pb dating revealed crystallization ages of 480.9 ± 3.2 Ma to quartz monzonite and 496.5 ± 3.6 Ma to monzogabbro. Both quartz monzonite and monzogabbro show negative zircon ɛHf values (the average values are -11.78 to quartz monzonite and -10.41 to monzogabbro) and average TDM age of 1.79 Ga to quartz monzonite and 1.72 Ga to monzogabbro. These results indicate that crustal contamination process occurred before or during the emplacement of this igneous body. Deep faulting related to the extensional forces during the orogenic collapse and the associated decompression can explain lower crust and mantle melting and subsequent magma rising. Based on presented data, two models are proposed to the ACIC evolution during the collapse stage of the AWCO. Both models involve crustal contamination and assimilation more fractional crystallization (AFC). One is based on coeval mantle and crustal melting, with magmas interaction to generate an alkali-calcic magma, whose crystallization produced the monzogabbro and monzodiorite. With collapse continuity, these mafic rocks would have melted and generated felsic magmas that crystalized as quartz monzonite. This model is supported by zircon ɛHf and TDM data and it considers mafic enclaves as residuals of monzogabbro/monzodiorite. Our second model argues that mantle magma intruded in a magmatic chamber loaded by crustal felsic magma, with subsequent interaction between them. Monzogabbro and monzodiorite would have been generated by fractional crystallization of the mafic magmas, while the quartz monzonite by the crystallization of the felsic magmas. The mafic enclaves could be interpreted as mafic magma blobs inside felsic magma in this model. The zircon ɛHf and TDM data also support this one. In both models, the mingling and mixing zones were generated by the interaction between the mafic and felsic magmas. Shear evidences were mapped in the quartz monzonite at ACIC edge and could be an evidence that there was any transtensional force acting until the ACIC cooled. Due to the similarities among the post-collisional plutons in the AWCO, these models can be used to explain the petrogenesis of other similar plutons of this orogenic system.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic