Geocronologia aplicada ao mapeamento regional

Geocronologia aplicada ao mapeamento regional

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Capa: Foto panorâmica do Corcovado e Pão de Açúcar escolhida como cartão postal e um dos ícones do 31º. Congresso Geológico Internacional realizado no Rio de Janeiro em agosto de 2000. O cartão postal destacava as datações U-Pb de alta precisão obtidas pela técnica SHRIMP (ver Capítulo I, Item 4.3) nos dois monumentos geológicos. A menção às idades constam também da Placa Comemorativa ao reconhecimento do Pão de Açúcar como patrimônio geológico internacional, que foi inaugurada (in loco), mesma ocasião, pela União Internacional das Ciências Geológicas (IUGS/UNESCO). (Foto Ary Bassous/ TYBA)

SERVIÇO GEOLÓGICO DO BRASIL-CPRM AGAMENON DANTAS Diretor Presidente

MANOEL BARRETO Diretor de Geologia e Recursos Minerais

JOSÉ RIBEIRO MENDES Diretor de Hidrologia e Recursos Hídricos

FERNANDO PEREIRA DE CARVALHO Diretor de Relações Institucionais ÁLVARO ALENCAR Diretor de Administração e Finanças

Número 1, Setembro de 2006 (versão Beta)

COM ÊNFASE NA TÉCNICA U-Pb SHRIMP E ILUSTRADA COM ESTUDOS DE CASOS BRASILEIROS Por: Luiz Carlos da Silva

Brasília, Setembro de 2006

SECRETARIA DE GEOLOGIA MINERAÇÃO

Copyright © 2006

Impresso no Brasil

Direitos exclusivos para esta edição: Serviço Geológico do Brasil – CPRM. Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio sem a autorização da CPRM. O texto foi elaborado para uso interno dos técnicos responsáveis pelo mapeamento básico do SBG e para outros interessados no assunto. Como essa versão em fase de correção (Beta) foi disponibilizada na internete, para interessados externos, devem ter conhecimento que parte da publicação poderá ser alterada em futuras edições, não cabendo ao autor ou ao SGB, qualquer responsabilidade advinda do uso por terceiros dessa edição. Sugestões e críticas devem ser encaminhadas autor no endereço: luizcarlos@df.cprm.gov.br .

PUBLICAÇÕES ESPECIAIS DO SERVIÇO GEOLÓGICO DO BRASIL Número 1, Setembro de 2006 (versão Beta) GEOCRONOLOGIA APLICADA AO MAPEAMENTO REGIONAL, COM ÊNFASE NA TÉCNICA U-Pb SHRIMP E ILUSTRADA COM ESTUDOS DE CASOS BRASILEIROS Por: Luiz Carlos da Silva

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ISBN 85-7499-016-7

Citação: O Texto deve ser citado da seguinte forma:

SILVA, Luiz Carlos da. 2006. Geocronologia aplicada ao mapeamento regional, com ênfase na técnica U-Pb SHRIMP e ilustrada com estudos de casos brasileiros.Brasília: CPRM,150 p. (Publicações Especiais do Serviço Geológico do Brasil; 1) Disponível em: < w.cprm.gov.br > Inserir data de acesso: dia/mês/ano

Silva, Luiz Carlos da.
Geocronologia aplicada ao mapeamento regional, com ênfase na técnica U-Pb
SHRIMP e ilustrada com estudos de casos brasileiros / Luiz Carlos da Silva - Brasília :
CPRM, 2006.
134 p. ; 30 cm. - (Publicações Especiais do Serviço Geológico do Brasil; 1)
1. Geocronologia. 2. U-Pb SHRIMP. 3. Estudos de casos-Brasil. I. CPRM - Serviço Geológico
do Brasil. I. Título

CDD 551.701

Uma das interfaces mais reconhecidas dos Serviços Geológicos de todos os países, com a sociedade são suas publicações especializadas. Ao levarem ao público externo dados, informações e notícias de seus trabalhos e pesquisas, esses órgãos não só dão retorno dos investimentos, como contribuem para o avanço geocientífico ou para as formulações políticas nas áreas dos “geonegócios”.

Em relação ao Serviço Geológico do Brasil, o período de estagnação vivenciado nas duas últimas décadas, sobretudo na geração de novos levantamentos geológicos, acarretou também significativa queda na produção geocientífica voltada para os debates externos. Por isso, desde 2003, grande tem sido o esforço no sentido de reestruturar a área de divulgação da empresa, retomando sua linha de publicações especializadas, na esteira da revitalização institucional em curso.

Em consonância com esse propósito, temos hoje, a grata satisfação de apresentar o primeiro número da Série Publicações Especiais do Serviço Geológico do Brasil. Essa série, sem periodicidade definida, tem como objetivo preencher uma lacuna entre as publicações técnicas internas da Casa e os artigos publicados em periódicos externos. Não se pretende estabelecer uma linha temática rígida, admitindo-se, em princípio, qualquer assunto, de nossa seara institucional, desde que indiscutivelmente de interesse da comunidade mínero-geológica, acadêmica ou mesmo da gestão pública setorial.

Esse primeiro número, disponibilizado inicialmente em versão beta, apenas no sítio eletrônico do

Serviço Geológico do Brasil (w.cprm.gov.br), inclui um guia de procedimentos para amostragem e critérios para escolha de métodos geocronológicos, aplicados ao mapeamento geológico regional, bem como um abrangente estudo de casos de aplicação sistemática U-Pb SHRIMP, em diversas províncias e terrenos précambrianos nacionais e no Cinturão Saldania, na África do Sul. A abordagem integrada de parte dos dados e o foco didático-metodológico aqui apresentado, constituem contribuição inédita do presente trabalho.

Temos certeza de que este volume, originariamente direcionado para as equipes internas, especializadas em cartografia geológica, será de grande utilidade para a comunidade geocientífica brasileira, incluindo pesquisadores, professores e profissionais de mercado, especialistas ou não, em geocronologia, bem como estudantes de graduação e pós-graduação em geociências.

Brasília, Setembro de 2006

Agamenon Dantas Diretor-Presidente Serviço Geológico do Brasil

O sucesso da rotina de datações radiométricas -, como suporte aos programas de cartografia básica de alcance nacional do SGB -, depende da introdução de critérios e procedimentos de padronização nacional a serem implementados da seleção das unidades alvos à opção pelos métodos e técnicas mais apropriados. É evidente que a padronização deve incluir a fase crucial de estudos de campo e amostragem. O sucesso dessa rotina depende também da atualização e nivelamento dos conhecimentos de toda a equipe de geólogos envolvidos com o mapeamento, na interpretação e contextualização dos dados. Assim, o Capítulo I, é focado nesses procedimentos, definindo critérios-padrões relativos às questão fundamentais: como, quando, onde, e quanto amostrar, tendo em conta as especificidades dos métodos e técnicas mais utilizados em cartografia básica: U-Pb, Pb-Pb evaporação, bem como Sm-Nd? Atenção especial é dada aos procedimentos de amostragem em terrenos gnáissicos, especialmente ortognaisses bandados em zonas de alto”strain” e/ou alto grau, migmatitos I e S, seus produtos residuais e anatéticos. Protólito bandado, cuidado redobrado!

Por outro lado, o conhecimento das principais vantagens, limitações, usos (e abusos) de cada um dos métodos e técnicas analíticas aplicáveis para cada problema específico por todos os geólogos participantes do mapeamento básico é, depois da (correta) amostragem, o passo mais importante para o sucesso de um programa geocronológico de abrangência nacional (Para cada problema geológico, o método e a técnica mais apropriado). Assim, o Capítulo I aborda os métodos e técnicas mais empregados em cartografia básica são aqui tratados com detalhe suficiente para um nivelamento inicial de todos participantes, em especial: i) A técnica “convencional (IDTIMS (Isotopic Dilution - Thermal Ionization Mass Spectrometre”); i) ) A técnica SHRIMP (Sensitive High Resolution Ion Microprobe); i) A técnica laser-ablation (LA-ICP-MS Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometre); iv) O método Pb-Pb evaporação); v) O método Sm-Nd). São enfocados os princípios elementares indispensáveis à boa leitura e interpretação dos dados analíticos, como tipos e significado de diagramas concórdias; a Média dos Quadrados dos Desvios Medidos ( MSWD) – e a distinção entre discórdias e errócronas; distinção entre precisão e acurácia e entre incertezas e erros analíticos; noções qeoquímica isotópica U-Th-Pb; interpretações qualitativas de imagens de zircão por catodoluminescência (CL) e elétrons retro-espalhados (BSE). São também abordados os fundamentos das técnicas SHRIMP e LA-ICP-MS e tabulados os parâmetros comparativos entre as performances analíticas TIMS x SHRIMP e SHRIMP x LA-ICP-MS. Além disso, são revistos os princípios básicos da técnica Pb- Pb Evaporação e do método Sm-Nd, bem como suas aplicações em cartografia regional, com exemplos nacionais.

O Capítulo I apresenta estudo de casos com o objetivo de fornecer às equipes de mapeamento regional do SGB uma visão crítica da aplicação da geocronologia U-Pb em diversos terrenos pré-cambrianos brasileiros, por meio de estudos U-Pb SHRIMP em zircões, bem como a comparação dessas análises com resultados previamente obtidos em parte desses terrenos, por meio da técnica TIMS ou Pb-Pb evaporação. A seleção de casos comentados foi baseada em populações de zircões morfologicamente complexas, para as quais as interpretações dos dados isotópicos e obtenção de idades consistentes são fortemente dependentes de imageamento por (catodoluminescência-CL) e elétrons retro-espalhados (BSE). Foram escolhidos os dados de 53 análises, selecionadas em um universo de mais de uma centena, visando proporcionar uma visão detalhada das complexidades e armadilhas analíticas e apresentar as soluções interpretativas assumidas pelo(s) autor(es). As 53 análises são provenientes de unidades geológicas chaves (principalmente ortognaisses e granitóides) dos cinturões neoproterozóicos Dom Feliciano, Araçuaí-Ribeira setentrional e Saldania (África do Sul); dos cinturões paleoproterozóicos margem oriental do Cráton do São Francisco (incluindo o Cinturão mineiro: complexos Mantiqueira, Juiz de Fora e Caparaó e o Cinturão Bahia Oriental); do embasamento arqueano retrabalhado do CSF (complexos Guanhães e Itabuna-Salvador-Curaçá), bem como do arqueano ao neoproterozóico da Província Borborema. Para proporcionar uma iniciação mais consistente aos interessados na “arte” da zirconologia, as 53 concórdias e suas interpretações são cotejadas com centenas de imagens de BSE e CL,devidamente descritas e interpretadas. São abordados, em especial, zircões com morfologias complexas incluindo sobrecrescimentos magmáticos (“melt-precipitated”); sobrecrescimentos metamórficos, “annealing” termo-tectônico, polimetamorfismo; núcleos herdados restíticos (fusão parcial e migmatitização); núcleos herdados assimilados, núcleos herdados detríticos, núcleo dentro de núcleo (“core-within-core”), texturas” bow tie” (gravata borboleta) and “soccer-ball” (bola de futebol), entre outras.

The success of radiometric dating activities as support to the basic geological mapping program of the

Geologicall Survey of Brazil-, depends upon the establishment of standard procedures to be implemented from the selection of the targeted units, to the correct option fir the appropriate analytical methods and techniques. This, of course, must include the crucial phase of field studies and sampling. It also relies on the actualization and leveling of the skills of the entire team of geologists on the interpretation and contextualization of geochronological analyses. Chapter I is focused on these procedures and defines standardized criteria related to the fundamental questions: How, when, where, and how much rock volume must be collected for each method and technique currently used in basic geological mapping ? (namely: U-Pb, Pb-Pb evaporation and Sm-Nd). Special attention is drawn to the sampling procedures in gneissic terranes, namely banded orthogneisses, in high-strain and/or highgrade domains as well as I and S type migmatites and theirs anatectic and residuals products - folded protoliths, double attention!

The knowledge of the main advantages, limitations, uses and abuses of each geochronological method and technique by all the geologists specialized in basic geological mapping is, after the correct sampling procedures, other crucial step to the success of any nationwide geochronological research project (To each geologic problem, the appropriate method and technique). Accordingly, in Chapter I the geocronological methods an techniques more useful as support to regional geological mapping are focused, in order to provide an initial leveling for all the geologists participating of the program; specially with respect to: i) “conventional” (ID-TIMS - Isotopic Dilution - Thermal Ionization Mass Spectrometre”) technique; i) SHRIMP (Sensitive High Resolution Ion Microprobe) technique; i) laser-ablation (LA-ICP-MS Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometre) technique; iv) e Pb-Pb evaporation technique); v) Sm-Nd method). The fundamental principles to a good lecture and precise interpretationa of the analytical data are detailed as types and meaning of concordia diagrams; the Mean Squared Weighted Deviates parameter (MSWD) and the distinction between discordia and errorchron; distinction between precision and accuracy and between uncertainties and analytical errors; fundaments of U-Th-Pb isotopic geochemistry; quantitative interpretations of cathodoluminescence (CL) and backscattering (BSE) zircon images. The fundaments of the SHRIMP and LA-ICP-MS techniques as well of the comparative parameters of the analytical performances SHRIMP vs TIMS and SHRIMP vs LA-ICP-MS are discussed and tabulated. In addition, the basic principles of the Pb-Pb evaporation technique and the Sm-Nd method are reviewed and theirs major utilization in regional cartography are discussed and illustrated by Brazilian examples.

Chapter I provides detailed comments on several case studies, in order to furnish to the team in charge of the regional mapping program of the SGB, a critical view of the employ of the U-Pb geochronology on several Brazilian Precambrian terranes by means of zircon U-Pb SHRIMP studies, as well as the comparison of these analyses with others results previously obtained in part of these terranes by TIMS ou Pb-Pb evaporation techniques. The selection of the commented cases was based on the presence of morphologically complex zircon populations which are strongly dependent on previous backscattering (BSE) and cathodoluminescence (CL) imaging, in order to reach reliable isotopic interpretations and precise ages. Fifty three out of more than 100 analyses were chosen with the purpose of provide a detailed view of the analytical complexities and tricks and present interpretative solutions favored by the author(s). The 53 analyses represent key geological units (chiefly orthogneisses and granitoids) ascribed to the Neoproterozoic belts from eastern Brazil(Dom Felciano, Northern Ribeira- Araçuaí) and from southwestern Africa ( Saldania, South Africa); from Paleoproterozoic belts from the eastern margin of the São Francisco Craton (Mineiro Belt: Mantiqueira, Juiz de Fora and Caparaó complexes, and the Eastern Bahia Belt); form the reworked Archean basement of the São Francisco Craton (Guanhães and Itabuna-Salvador-Curaçá complexes), as well as from Archean to Neoproterozoic belts from Borborema Province. To provide a consistent initiation to the most interested into the zirconology art, the 53 concordia diagrams and their interpretations are matched with hundreds of CL and BSE described and interpreted images. Zircons characterized by complex internal morphlogies as: magmatic (melt-precipitated) overgrowths, metamorphic overgrowths, thermo-tectonic annealing, polimetamorphism, inherited cores (restites) partial melting and migmatization), assimilated inherited cores, detrital inherited cores and crystals, core-within-core, bow-tie and soccer-ball textures, among others .

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