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Relationship between dioritic magmatism and oxide ore forming processes in the Beja Igneous Complex, Portugal
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Orientador(es)
Resumo(s)
O Complexo Ígneo de Beja (CIB) situa-se no bordo SW da Zona de Ossa Morena (ZOM), onde afloram
unidades lito-estratigráficas que integram secções de idade diversa, maioritariamente do
Neoproterozóico ao Devónico. O CIB estende-se ao longo de uma faixa de direcção NW-SE por mais
de 100 km e a sua instalação ocorreu durante as fases colisionais (pós-subducção) da orogenia Varisca,
na transição Devónico-Carbónico (ca. 350 Ma). Processos de slab break-off seguidos por relaxamento
do campo de tensões (desencadeando descompressão) das massas continentais terão promovido a
geração de sucessivos eventos magmáticos no decorrer da orogénese. O CIB é composto por três
unidades principais que documentam episódios magmáticos progressivamente mais evoluídos e
recentes, nomeadamente: a Sequência Gabróica Bandada, o Complexo gabro-diorítico de Cuba-Alvito
e os Pórfiros de Baleizão.
A Sequência Gabróica Bandada, que representa o membro mais primitivo do CIB, tem sido alvo de
diversos estudos no passado, alguns orientados para a compreensão da génese das mineralizações de
óxidos de Fe-Ti-V e sulfuretos que hospeda. A evolução da Sequência Gabróica Bandada caracterizase por um primeiro episódio magmático que deu origem às rochas mais primitivas (Fo88), representadas
por gabronoritos ricos em óxidos nas Soberanas, e evoluídas (Fo54), patenteadas por diversos gabros
com acumulações maciças de óxidos em Odivelas. Posteriormente, a recarga progressiva da câmara
magmática deu origem às designadas Séries Monótonas, cujo nome advém do facto destas rochas não
representarem magmas tão primitivos como os que deram origem aos gabros das Soberanas nem
atingirem os graus de diferenciação característicos de Odivelas. Além do interesse económico da
Sequência Gabróica Bandada, uma característica importante desta unidade é a ocorrência de corpos
dioríticos na sua bordadura, os quais não estão atribuídos a nenhuma unidade do CIB. A transição entre
gabros e dioritos nem sempre é clara e muitos dos contactos fazem-se através de falhas e zonas de
cisalhamento de direcção WNW-ESSE a E-W e outros rearranjos estruturais, comuns na ZOM devido
à sua evolução prolongada no tempo. Uma destas unidades dioríticas aflora no Torrão, situada a cerca
de 10 km a Norte das rochas gabróicas das Soberanas. Estudos prévios sobre os dioritos do Torrão
revelaram enriquecimentos em Fe e Ti, que se tornam de especial interesse tendo em conta o contexto
mineralizante da Sequência Gabróica Bandada.
O essencial da cartografia do Torrão pode ser descrito por duas fácies dioríticas: dioritos e quartzodioritos, cujos contactos são graduais ou feitos através de estruturas tectónicas. Ambas as litologias têm
a anfíbola e plagioclase (variavelmente zonada) como fases minerais silicatadas principais. Contudo, os
quartzo-dioritos apresentam aumento gradual na proporção modal de quartzo e biotite. As fases minerais
de óxidos são magnetite e ilmenite, sendo mais abundantes nos dioritos. No Torrão encontram-se ainda
em abundância encraves de anfibolito no seio dos dioritos e quartzo-dioritos. Os encraves anfibolíticos
ocorrem como blocos heterométricos variavelmente digeridos. São compostos por anfíbola e plagioclase
dispostos numa matriz grano-nematoblástica. A granularidade dos encraves permite a distinção entre
duas famílias de anfibolitos, uma mais fina e outra mais grosseira. Além destes critérios texturais, as
suas características petrográficas são essencialmente iguais, sendo a maior diferença a abundância de
magnetite, ilmenite e pirite nos anfibolitos mais finos. As amostras estudadas apresentam variáveis graus
de alteração que se manifestam através de veios compostos por clorite, calcite, prehnite e epídoto.
As composições das anfíbolas primárias nos quartzo-dioritos revelam características que são tipicamente
atribuídas a rochas mais evoluídas quando comparadas às dos dioritos, i.e. menos Ti, Al na posição
tetraédrica e ocupação da posição dodecaédrica por Na e K. A plagioclase é geralmente mais cálcica nos
dioritos do que nos quartzo-dioritos. Constata-se, contudo, que o zonamento dos cristais de plagioclase
é tanto normal como inverso. As biotites primárias contêm quantidades significativas de Fe3+, cujo “excesso” é suficiente para ocupar a posição tetraédrica. A magnetite e ilmenite têm composições
relativamente “puras”, ambas aproximando-se das composições ideias tanto nos dioritos como nos
quartzo-dioritos. As principais fases minerais dos anfibolitos têm composições que estão compreendidas
entre os extremos definidos pelas fácies dioríticas.
De acordo com o referido em estudos anteriores referentes às rochas aflorantes no Torrão, os dioritos
amostrados têm uma assinatura geoquímica semelhante aos ‘gabros’ das Soberanas, sendo enriquecida
em Fe2O3
T e TiO2 (valores medianos, X, = 9.35 e 1.46 wt%, respectivamente), e com valores de SiO2 em
torno dos 50 wt%. Estas características levaram autores anteriores a designar estas rochas por dioritos
‘high-Ti’. Por oposição, os quartzo-dioritos são mais enriquecidos em SiO2 (X = 55.5 wt%) e
empobrecidos em Fe2O3
T e TiO2, sendo designados de dioritos ‘low-Ti’. Por terem teores baixos em
Fe2O3
T mas quantidades apreciáveis em MgO, os quartzo-dioritos caracterizam-se ainda por terem
valores de Mg (Mg# = Mg/[Mg + FeTotal]) superiores a 50. Padrões de Elementos Terra-Raras (ETR)
normalizados ao condrito CN1 mostram que os quartzo-dioritos são mais enriquecidos que os dioritos
em ETR leves (XLa/SmN = 2.5 e 1.35, respectivamente), sem anomalias significativas em Eu. Os quartzodioritos estão também enriquecidos em Ni, Cr, Th, U, Zr e Hf em relação aos dioritos. Os dioritos
apresentam ainda padrões comparáveis e graus de enriquecimento ligeiramente superiores em relação
aos ‘gabros’ primitivos das Soberanas. Estas mesmas tendências confirmam-se ao nível de vários
elementos incompatíveis, sendo a maior diferença enriquecimentos significativos em LILE nos dioritos.
Os padrões de ETR e outros elementos incompatíveis permite a distinção entre as duas fácies
anfibolíticas, sendo os anfibolitos mais finos ligeiramente mais enriquecidos e com padrões “lisos” com
anomalias em Eu moderadas (Eu/Eu* = 0.72) em relação aos anfibolitos mais grosseiros, que
apresentam ligeiros enriquecimentos em ETR leves. Os anfibolitos mais grosseiros têm anomalias
marcadas em Nb e Ta que estão ausentes nos anfibolitos mais finos. As características composicionais
dos anfibolitos finos e “grosseiros” são semelhantes a rochas metabasálticas neoproterozóicas aflorantes
em Santiago do Escoural e metavulcanitos devónicos expostos na proximidade da Barragem de
Odivelas, sugerindo a sua respectiva correlação.
Estimativas de variáveis intensivas (P, T, wt% H2O) obtidas com base em calibrações empíricas de
diversas fases minerais (anfíbola, plagioclase e biotite) para as fácies dioríticas fornecem pressões de
instalação da câmara magmática a 4.5 kbar (ca. 13.5 km de profundidade); existem, porém, estimativas
de 7-8 kbar (ca. 24 km de profundidade) obtidas para cristais grosseiros de anfíbola. As temperaturas
de cristalização dos quartzo-dioritos (830-720 ºC) são mais baixas que as obtidas para os dioritos (830-
770 ºC). Estimativas higrométricas indicam conteúdos em água dos magmas dioríticos de ca. 6 wt%,
dentro do campo de estabilidade da anfíbola.
O Mg# dos quartzo-dioritos, juntamente com os seus conteúdos em Ni e Cr, sugerem que estes
cristalizaram a partir de um magma mais primitivo que o que deu origem aos dioritos. Por outro lado,
os enriquecimentos em Th, U, Zr e Hf sugerem a adição de componentes crustais. Simulações numéricas
fazendo uso de modelos de mistura binária e de assimilação concomitante com cristalização fraccionada
(AFC) revelam que é possível obter a composição de elementos maiores (Fe2O3
T
, TiO2 e Mg# incluídos),
ETR e outros incompatíveis dos quartzo-dioritos através destes processos, tomando como composição
inicial o gabronorito das Soberanas e diversas rochas aflorantes na OMZ como contaminantes.
Considerando o mesmo ponto de partida, a cristalização fraccionada de uma associação mineral
composta por clinopiroxena + olivina + espinela juntamente com pequenos graus de assimilação de
rochas crustais, reproduz os padrões de ETR e outros elementos incompatíveis dos dioritos a fracções
de melt residuais de 70% (F = 0.7). O envolvimento de rochas crustais é também denotado por dados
isotópicos relatados em estudos anteriores que revelam assinaturas mais contaminadas nos dioritos
relativamente à amostra de gabronorito das Soberanas. As estimativas de pressão mais elevadas para anfíbola sugerem que este processo ocorreu em domínios crustais profundos. O enriquecimento em
LILE dos dioritos relativamente aos gabros pode ser explicado por: 1) estes elementos se concentrarem
em fracções mais ricas em água, como os dioritos, ou 2) assimilação de rochas crustais. A modelação
inversa de H2O sugere que os ‘gabros’ das Soberanas teriam conteúdos em água de ca. 4 wt%, assumindo
que este composto se comportou como perfeitamente incompatível e que toda a água dos dioritos
resultou da cristalização de minerais nominalmente anidros.
A evolução dos dioritos do Torrão pode ser então descrita como se segue. A fraccionação de magmas
gabróicos hidratados, provavelmente em profundidade, levou a um enriquecimento em água dos
magmas deles derivados. A extracção destes magmas terá sido promovida pela sua reduzida viscosidade
tendo em conta os teores em água (> 4 wt%). Os primeiros magmas, mais primitivos, ao instalarem-se
a ca. 13.5 km de profundidade, foram contaminados por diversas rochas crustais, levando ao
enriquecimento destes em SiO2, ETR leves, Th, U, Zr e Hf, e ficando mais empobrecidos em Fe2O3
T e
TiO2. Ao cristalizarem, estes magmas deram origem aos quartzo-dioritos (ou dioritos ‘low-Ti’). A
recarga progressiva deste sistema levou à formação dos dioritos (ou dioritos ‘high-Ti’), que, por serem
menos contaminados, retiveram as suas características composicionais primárias, nomeadamente os
enriquecimentos em Fe2O3 T e TiO2.
The Layered Gabbroic Sequence (LGS) is the most primitive unit of the Beja Igneous Complex (BIC), emplaced during the collisional stages of the Variscan orogeny. The LGS hosts several occurrences of Fe-Ti-V oxide type mineralization. Furthermore, some diorite bodies, unaffiliated with any BIC unit, are recognized in the LGS northern-northeastern margin. This is the case with the Torrão dioritic suite, which features a unique geochemical signature due its Fe and Ti enrichments and incompatible elemental trends which are comparable to those of the most primitive LGS rocks. At Torrão, diorites and quartz-diorites are recognized, both being composed of amphibole + plagioclase plus quartz + biotite in the latter. Several amphibolite enclaves are found within the dioritic rocks, providing evidence of the involvement of country rocks in this magmatic event. The diorites show enrichments in Fe2O3 T and TiO2. Conversely, the quartz-diorites are depleted in these elements but enriched in SiO2, LREE, Th, U, Zr, Hf, Ni and Cr, as well as having relatively high Mg-number (> 50). Pressure, temperature and wt% H2O estimates reveal a cooling episode from 830-720 ºC at ca. 13.5 km depth (4.5 kbar) and water contents of 6 wt%. Numerical simulations using AFC, FC and binary mixing equations suggest that diorites might derive from hydrous LGS primitive magmas by fractional crystallization, probably at depth, of a mineral assemblage comprising clinopyroxene + olivine + spinel together with small degrees of crustal assimilation. This same process led to an enrichment in H2O of the derived magmas. The compositional features of the quartz-diorites can be reproduced by significant assimilation of diverse crustal sources at the depth of emplacement. Therefore, the quartz-diorites represent more contaminated, albeit more primitive, magmas, whereas diorites represent compositionally more evolved but less contaminated magmas.
The Layered Gabbroic Sequence (LGS) is the most primitive unit of the Beja Igneous Complex (BIC), emplaced during the collisional stages of the Variscan orogeny. The LGS hosts several occurrences of Fe-Ti-V oxide type mineralization. Furthermore, some diorite bodies, unaffiliated with any BIC unit, are recognized in the LGS northern-northeastern margin. This is the case with the Torrão dioritic suite, which features a unique geochemical signature due its Fe and Ti enrichments and incompatible elemental trends which are comparable to those of the most primitive LGS rocks. At Torrão, diorites and quartz-diorites are recognized, both being composed of amphibole + plagioclase plus quartz + biotite in the latter. Several amphibolite enclaves are found within the dioritic rocks, providing evidence of the involvement of country rocks in this magmatic event. The diorites show enrichments in Fe2O3 T and TiO2. Conversely, the quartz-diorites are depleted in these elements but enriched in SiO2, LREE, Th, U, Zr, Hf, Ni and Cr, as well as having relatively high Mg-number (> 50). Pressure, temperature and wt% H2O estimates reveal a cooling episode from 830-720 ºC at ca. 13.5 km depth (4.5 kbar) and water contents of 6 wt%. Numerical simulations using AFC, FC and binary mixing equations suggest that diorites might derive from hydrous LGS primitive magmas by fractional crystallization, probably at depth, of a mineral assemblage comprising clinopyroxene + olivine + spinel together with small degrees of crustal assimilation. This same process led to an enrichment in H2O of the derived magmas. The compositional features of the quartz-diorites can be reproduced by significant assimilation of diverse crustal sources at the depth of emplacement. Therefore, the quartz-diorites represent more contaminated, albeit more primitive, magmas, whereas diorites represent compositionally more evolved but less contaminated magmas.
Descrição
Tese de Mestrado, Geologia (Geodinâmica e Recursos Geológicos), 2024, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Diorito Anfibolito Gabros de Beja Diferenciação Magmatismo Teses de mestrado - 2024