Isótopos de enxofre de complexos alcalino‐carbonatíticos na margem da bacia do paraná ‐ Goiás, Minas Gerais e São Paulo

Abstract

Esta dissertação apresenta dados petrográficos, de química mineral e de isótopos estáveis de enxofre, com o intuito de contribuir para elucidar a gênese, evolução e mecanismos de diferenciação (processos como cristalização fracionada, imiscibilidade de líquidos, mistura de magmas e desgaseificação) em complexos alcalino‐carbonatíticos da Província Ígnea do Alto Paranaíba (APIP) e em Jacupiranga, um complexo Carbonatítico da Província Ponta Grossa. A Província Ígnea do Alto Paranaíba (APIP) é uma das maiores províncias ultramaficasultrapotássicas mundiais e uma das poucas associações kamafugíticas‐carbonatíticas conhecidas. Inclui 6 complexos carbonatíticos (Catalão I, II, Serra Negra, Salitre, Araxá, Tapira) que são intrusões multifásicas formadas por rochas das séries bebedourítica, carbonatítica e foscorítica. A Província de Ponta Grossa, diferente da APIP, é dominada por rochas alcalinas sódicas. Jacupiranga, o único complexo desta província estudado no presente trabalho, é composto de rochas das séries carbonatítica e ijolítica. As rochas dos complexos carbonatíticos, principalmente as da série carbonatítica, frequentemente contêm sulfetos (pirita, pirrotita, calcopirita, galena, bornita, pentlandita) e sulfatos (principalmente barita). Portanto, o enxofre é um elemento importante no estudo de processos de formação dessas rochas. Este é o primeiro trabalho a apresentar dados isotópicos de S nos complexos da APIP e Ponta Grossa. As principais ferramentas utilizadas para o estudo incluem petrografia, química mineral e análise isotópica de sulfetos e sulfatos em rochas das séries carbonatítica, foscorítica e bebedourítica, na APIP, e de carbonatitos e jacupiranguitos, em Jacupiranga. A petrografia das amostras permitiu o reconhecimento de texturas interpretadas como de resfriamento rápido, como cristais alongados (laminares) principalmente de carbonato e sulfeto, cujos insterstícios estão preenchidos por agregados microgranulares de carbonato, barita e sulfetos. Estas texturas são interpretadas como resultado de congelamento (quench) durante a desgaseificação de um magma super‐resfriado. A desgaseificação de CO2 nos complexos da APIP foi estudada em trabalhos anteriores do Grupo de Pesquisa em Rochas Alcalinas e Mineralizações Associadas e este trabalho agrega a desgaseificação de gases sulfetados (H2S e/ou SO2). As análises de isótopos de S em amostras com evidências petrográficas de desgaseificação apresentam uma diferença núcleo e borda do grão de sulfeto, onde a borda possui maiores valores (menos negativos) de δ34S em relação ao núcleo, o que leva à conclusão de que o processo de desgaseificação ocorreu em ambiente oxidante. Os dados isotópicos indicam que a medida que os processos de diferenciação progridem, os isótopos mais pesados são consumidos deixando o magma residual enriquecido em 32S, ao passo que que durante a desgaseificação de voláteis com S, em condições oxidantes, o magma residual enriquece em 34S nos complexos estudados. A composição isotópica de enxofre dos complexos estudados coincide com os valores esperados para rochas ígneas e para complexos carbonatíticos. Os dados de carbonatitos mundiais, de várias idades, sugerem que a composição isotópica de enxofre no manto pode ter mudado progressivamente ao longo do tempo geológico, em direção a valores mais negativos de δ34S. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis presents petrographic, chemical, and sulphur isotope data, in order to contribute to elucidate the origin, evolution and differentiation mechanisms (e.g. fractional crystallization, liquid immiscibility, magma mixing and degassing) in alkaline‐carbonatite complexes of the Alto Paranaiba Igneous Province (APIP) and in the Jacupiranga complex, from the Ponta Grossa Province. The APIP is one of the largest ultrapotassic‐ultramafic provinces worldwide, and one of the few known kamafugite‐carbonatite associations. It includes six carbonatite complexes (Catalão I, II, Serra Negra, Salitre, Araxá, Tapira), which are multiphase intrusions formed by rocks belonging to the bebedourite, phoscorite and carbonatite series. The Ponta Grossa Province, unlike APIP, is dominated by sodic alkaline rocks. Jacupiranga was the sole complex studied from this province, and is composed of rocks of the carbonatite and ijolite series. The rocks from carbonatite complexes, especially those of the carbonatite series, often contain sulphides (pyrite, pyrrhotite, chalcopyrite, galena, bornite, pentlandite) and sulphates (mainly barite). Therefore, sulphur is an important element for research in the petrogenesis of these rocks. This work presents the first sulphur isotope data from APIP and Ponta Grossa complexes. The main tools used in this study include petrography, mineral chemistry and isotopic analysis of sulphides and sulphates in carbonatites, phoscorites and bebedourites, in APIP, and carbonatites and jacupiranguites, in Jacupiranga. The studied samples show mesoscopic and microscopic quench textures, such as bladed carbonate and sulphide crystals, with interstitial microgranular aggregates of carbonate, barite and sulphides. These are interpreted as the result of rapid crystallization during degassing of a supercooled carbonatite magma. The CO2 degassing at APIP complexes was studied in previous works by the Research Group in Alkaline Rocks and Associated Mineralizations and this work adds degassing of sulphur gaseous phases (H2S and/or SO2) to that picture. The sulphur isotope results in sulphides from samples showing evidence of degassing vary from core to rim, with the latter showing higher (less negative) δ34S, compared with the former, which indicates that degassing took place in an oxidizing environment. Isotopic data indicates that as magma differentiation progresses it consumes particullarly heavier isotopes into the solid phases, leaving a residual magma/fluid enriched in 32S. On the other hand, sulphur loss by degassing under oxidizing conditions lead the residue to evolve toward higher δ34S. The sulphur isotope composition of the studied complexes is consistent with the expected values for igneous rocks and carbonatite complexes. Data for worldwide carbonatites of various ages suggest that the sulphur isotope global composition in the mantle might have progressively changed towards more negative δ34S values with time.