Complexos acamados da Serra da Onça e Serra do Puma : geologia e petrologia de duas intrusões máfico-ultramáficas com sequencia de cristalização distinta na Província Arqueana de Carajás, Brasil

Abstract

Os complexos máficos-ultramáficos da Serra da Onça e Serra do Puma estão localizados na porção SW da Província Mineral de Carajás (PMC), um dos mais importantes distritos minerais do Brasil, conhecida por abrigar várias intrusões acamadadas que possuem significantes recursos de níquel laterítico. É resultado deste estudo, a primeira caracterização detalhada destas duas intrusões na porção ocidental da PMC, que indicam uma evolução magmática notavelmente diferente para os Complexos da Serra da Onça (CSO) e Complexo da Serra do Puma (CSP). A geologia do CSO foi previamente descrito por Macambira (1997) e Macambira e Ferreira Filho (2002). A CSO é uma intrusão de direção EW, com 24 km de comprimento e aproximadamente 3,5 km de largura. A estratigrafia da CSO consiste em um grupo de borda inferior (GBI), zona ultramáfica (ZU) e zona máfica (ZM). O GBI localizado na porção norte da intrusão, forma uma estreita e descontinua camada constituída por gabronoritos (Opx+Cpx+Pl cúmulus). A ZU forma uma serra alongada e é constituída principalmente por dunitos (Ol+Chr) e camadas de ortopiroxenitos (Opx+Chr). A sequência de cristalização da ZU consiste em Ol+Chr; Ol+Opx+Chr; Opx+Chr e Opx. A ZM abrange metade de toda área exposta da CSO e consiste em sua maioria de gabronoritos (Opx+Cpx+Pl). As rochas mais fracionadas da ZM consistem em camadas pouco espessas de ilmenita-magnetita gabronorito (Pig+Cpx+Pl+Mag+Ilm cúmulus). A sequencia de cristalização da ZM é Opx+Pl; Opx+Pl+Cpx; Pig+Pl+Cpx e Pig+Pl+Cpx+Mag+Ilm. O Complexo da Serra do Puma (CSP) é uma intrusão acamadada de direção SW-NE com aproximadamente 25 km de comprimento por 3 km de largura. Sua estratigrafia é formada por um grupo de borda inferior (GBI), zona ultramáfica (ZU) e zona acamadada (ZA). O GBI forma uma zona distinta formada por gabros (Cpx+Pl) na borda norte da CSP. A ZU forma uma serra alongada e é constituída principalmente por dunitos (Ol+Chr) com menores intercalações de peridotitos com Ol+Chr cúmulus ou Ol+Cpx+Chr, e variáveis proporções de Cpx+Opx+Pl intersticial, camadas descontinuas e pouco espessas de clinopiroxenito (Cpx cúmulus). A ZA é formada principalmente por gabros (Cpx+Pl) com inúmeras intercalações de peridotitos e em menor proporção clinopiroxenitos (Cpx+Pl). Pequenas lentes de magnetita gabro pegmatoide, interpretado como porções enriquecidas em líquido residual fracionado preso dentro da ZA. A sequencia de cristalização para CSP é formada por Ol+Chr, Ol+Cpx+Chr, Ol+Cpx, Cpx e Cpx+Pl. Sequencias de cristalização distintas para CSO (Ol+Chr > Opx+Chr > Opx > Opx+Pl > Opx+Pl+Cpx) e CSP (Ol+Chr > Ol+Cpx+Chr > Cpx > Cpx+Pl) indica que eles seguem diferentes linhas de cristalização do líquido magmático. A cristalização de Opx primeiro do que Cpx no CSO indica um magma primário saturado em sílica, no caso do CSP onde ocorre apenas a cristalização de Cpx como fase cúmulus, o magma parental deve ser insaturado em sílica. Uma composição muito primitiva (com alto conteúdo de MgO) para o magma parental da CSO e CSP é indicado pela abundância de dunitos e peridotitos (cerca de 50% nos dois complexos). O elevado conteúdo de MgO e de Ni é muito semelhante para os dunitos que são a base do minério laterítico dos dois depósitos. O range de composição dos cúmulus de Ol na ZU para o CSO (Fo86.2-92.4) e CSP (Fo88.6-87.7) suporta a interpretação da composição muito primitiva para o magma parental. A composição mais primitiva Fo92 dos cúmulus de Ol são comparáveis com as reportadas para o Great Dyke (Fo92; Wilson, 1982), Niquelândia Complex (Fo93; Ferreira Filho & Araújo, 2009; Ferreira Filho et al. 2010) e Ipueira-Medrado Sill (Fo93; Marques & Ferreira Filho, 2003), todos originados de magmas parentais muito primitivo. Perfis de elementos incompatíveis e traços, normalizados ao manto, de rochas gabroicas do CSO e CSP, mostram relativo enriquecimento em ETRL e Th, com anomalias negativas de Nb e Ta. A distribuição destes elementos traços é consistente com uma mistura de fusão de manto primitivo com crosta continental. A similaridade entre os perfis de elementos incompatíveis e traços da CSO e CSP sugere que as rochas cumuláticas dos dois complexos cristalizaram a partir de um magma parental similar em conteúdo de elementos incompatíveis. Evidências adicionais de contaminação crustal são fornecidas pelos dados isotópicos de Sm-Nd, onde o CSP tem valores de εNd (T=2.77 Ga) = -3,56 a 2,41 e o CSO com εNd (T=2.77 Ga) = -3,33 a -2,12. O fato do CSO ter valores menos variáveis e mais negativos de εNd (T=2.77 Ga) e ligeiro aumento nas razões La/Sm e Ce/Nb quando comparados as do CSP, indica uma maior contaminação crustal para o CSO. A combinação de todos os dados sugere que as composições de acordo com os magmas parentais do CSO e CSP foram derivados a partir de uma fonte semelhante, seguindo por uma contaminação variável por rochas da crosta, que é mais significativa no CSO. Dados de U-Pb em zircões ígneos, proveniente de uma magnetita gabro pegmatoide do CSP, indicaram uma idade de cristalização de 2713±30 Ma, que reforça um importante evento magmático Neoarqueno (2,76 Ga) para a PMC. Estas idades são correlatas ao vulcanismo bimodal do Grupo Grão Pará (2759±2 Ma, Machado et al., 1991; 2760±11 Ma, Trendall et al., 1998) apoiando assim a interpretação de que as rochas vulcânicas máficas e as intrusões máfica-ultramáficas resultaram de eventos coevos (Machado et al., 1991; Ferreira Filho et al., 2007). As grandes intrusões máfica-ultramáficas da CMP estão encaixadas em descontinuidades crustais profundas, que permitem a ascensão das intrusões acamadadas. Durante o processo de ascensão variáveis conteúdos de crosta continental mais antiga são assimilados, isso é esperado se o magmatismo máfico-ultramáfico em Carajás está associado com o rifteamento intra-placa de crosta mais antiga (Gibbs et al., 1986; Olszewski et al., 1989; Villas & Santos, 2001). ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The mafic-ultramafic complexes of the Serra da Onça and Serra do Puma are located in the SW portion of the Carajás Mineral Province (CMP), one of the most important mineral districts of Brazil, known for hosting several layered intrusions that have significant lateritic nickel resources. It is the result of this study, the first detailed characterization of these two intrusions in the western portion of CMP, indicating a remarkably different magmatic evolution for the Serra da Onça Complexe (SOC) and Serra do Puma Complex(SPC). The geology of the CSO was previously described by Macambira (1997) and Macambira and Ferreira Filho (2002). The SOC is an intrusion of EW direction, 24 km long and approximately 3.5 km wide. The stratigraphy of the SOC consists of a lower border group (LBG), ultramafic zone (UZ) and mafic zone (MZ). The LBG located in the northern portion of the intrusion, form a narrow and discontinuous layer consisting of gabbronorites (Opx + Cpx + Pl cumulus). The UZ form an elongated hill and is composed mainly of dunites (Ol + Chr) and orthopyroxenites layers (Opx + Chr). The sequence of crystallization of the UZ consists of Ol+Chr; Ol+Opx+Chr; Opx+Chr and Opx. The UZ covers half of the entire SOC exposed area and is characterized mostly by gabbronorites (Opx+Cpx+Pl). The most fractionated rocks of the MZ consist on slightly thick layers of ilmenite-magnetite gabbronorite (Pig+Cpx+Pl+Mag+Ilm cmulus). The crystallization sequence of the MZ is Opx+Pl; Opx+Pl+Cpx; Pig+Pl+Cpx and Pig+Pl+Cpx+Mag+Ilm. The Serra do Puma Complex (SPC) is a layered intrusion of SW-NE direction with approximately 25 km long by 3 km wide. The stratigraphy of this complex is formed by a lower border group (LBG), ultramafic zone (UZ) and layered zone (LZ). The LBG forms a distinct zone constituted by gabbros (Cpx + Pl) on the northern edge of the SPC. The UZ forms an elongated hill and is composed mainly by dunites (Ol+Chr) with minor peridotites intercalations with Ol+Chr cumulus or Ol+Cpx+Chr, and variable proportions of interstitial Cpx + Opx + Pl, discontinuous and slightly thick layers of clinopyroxenite (Cpx cumulus). The LZ is primarily composed of gabbros (Cpx + Pl) with innumerable intercalations of peridotites and clinopyroxenites in lower proportion (Cpx + Pl). Small lenses of magnetite gabbro pegmatoid are interpreted as portions enriched in fractionated residual liquid trapped inside the LZ. The crystallization sequence for the SPC is comprised of by Ol + Chr, Ol + Cpx + Chr, Ol + Cpx, Cpx and Cpx + Pl. Distinct crystallization sequences for the SOC (Ol+Chr > Opx+Chr > Opx > Opx+Pl > Opx+Pl+Cpx) and the SPC (Ol + Chr> Ol + Cpx + Chr> Cpx> Cpx + Pl>) indicates that they follow different processes of magmatic liquid crystallization. The crystallization of Opx, first of Cpx in the SOC indicates a primary magma saturated in silica, in the case of the SPC, where occurs only the Cpx crystallization as cumulus phase, the parental magma should be unsaturated in silica. A very primitive composition (with high MgO contents) for the parental magma of the SOC and the SPC is indicated by the abundance of dunites and peridotites (about 50% in both complexes). The high content of MgO and Ni is very similar to dunites which are the basis of the lateritic ore for both deposits. The composition range of Ol cumulus in UZ for the SOC (Fo86.2-92.4) and the SPC (Fo88.6-87.7) supports the interpretation of the very primitive composition for the parental magma. The most primitive composition Fo92 of Ol cumulus are comparable with those reported for the Great Dyke (Fo92; Wilson, 1982), Niquelândia Complex (Fo93; Ferreira Filho & Araújo, 2009; Ferreira Filho et al. 2010) and Ipueira-Medrado Sill (Fo93; Marques & Ferreira Filho, 2003), all originated from very primitive parental magmas. Profiles of incompatible elements and normalized to the mantle traces of the SOC and SPC gabbroic rocks, show relative enrichment in LREE and Th, with negative anomalies of Nb and Ta. The distribution of these trace elements is consistent with a fusion blend of primitive mantle and continental crust. The similarity between the profiles of incompatible elements and traces of the SOC and the SPC suggests that the cumulate rocks of both complexes crystallize from a similar parental magma regarding the contents of incompatible elements. Additional evidence of crustal contamination is provided by Sm-Nd isotopic data, where the SPC shows values of εNd (T=2.77 Ga) = -3.56 to 2.41 and the SOC presents εNd (T=2.77 Ga) = -3.33 to -2.12. The fact that the SOC have lower variable values and more negative values of εNd (T=2.77 Ga) and slight increase in La/Sm and Ce/Nb ratios compared to the SPC, indicates a greater crustal contamination to the SOC. The combination of all data suggests that the compositions, according to the parental magmas of the SOC and the SPC, were derived form a similar source, followed with a variable contamination by crustal rocks, which is more significant in the SOC. U-Pb data in igneous zircons from a magnetite gabbro pegmatoid of the SPC, indicated a crystallization age of 2713±30 Ma, which reinforces an important Neoarchean (2.76 Ga) magmatic event for the CMP. These ages correlate to the bimodal volcanism of the Grão Pará Group (2759±2 Ma, Machado et al., 1991; 2760±11 Ma, Trendall et al., 1998) supporting the interpretation that the mafic volcanic rocks and mafic-ultramafic intrusions resulted from coeval events (Machado et al., 1991; Ferreira Filho et al., 2007). Mafic-ultramafic large intrusions of the CMP are embedded in deep crustal discontinuities, allowing the ascension of the layered intrusions. During the ascension process, variable contents of oldest continental crust are assimilated, and this is expected if the mafic-ultramafic magmatism in Carajás is associated with the older crust intraplate rifting (Gibbs et al., 1986; Olszewski et al., 1989; Villas & Santos, 2001).