Coeficientes de partição de elementos traços entre minerais máficos (clinopiroxênio e olivina) e líquidos ultrabásicos alcalinos (basanitos e tefritos): estudo de diques relacionados ao magmatismo cretáceo no sudeste da Plataforma Brasileira

• Main Author: Ambrosio, Mariana Robertti
• Other Authors: Azzone, Rogério Guitarrari
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2016
• Subjects: Cristalização; not available; Oligoelementos; Petrologia
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/44/44144/tde-26042018-100226/

Os coeficientes de partição de elementos traços entre minerais máficos (clinopiroxênio e olivina) e matrizes assumidas como representativas dos fundidos magmáticos foram obtidos a partir de diques alcalinos ultrabásicos relacionados ao magmatismo cretáceo no sudeste da Plataforma Brasileira. Os quatro diques estudados, relacionados às Províncias alcalinas do Arco de Ponta Grossa (DAPGG) e Serra do Mar (DSMU, DSMPN e DSMB), são corpos porfiríticos de matriz fina a muito fina, melanocráticos, dos quais os três primeiros são caracterizados como lamprófiros (monchiquito ou camptonito) e o último como um olivina basalto. Os litotipos são potássicos a ultrapotássicos e classificados como tefritos e basanitos; os respectivos líquidos da última etapa de diferenciação magmática (matrizes de granulação fina a muito fina) também são classificados como tefritos e basanito. Estas rochas são enriquecidas em elementos incompatíveis, com teores de elementos terrasraras (ETR) leves e pesados apresentando valores em torno de 10 a 100 vezes maiores em relação ao reservatório condrítico, respectivamente; as concentrações mais elevadas são encontradas no dique da Província do Arco de Ponta Grossa (DAPGG). Os métodos experimentais para a obtenção da composição considerada representativa do líquido (fundido magmático) foram caracterizadas por meio de diferentes metodologias. A análise direta de matrizes por microssonda eletrônica (ME) e por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado e com amostrador por ablação a laser (LA-ICP-MS), empregando-se diâmetro de feixe em torno de 100 ?m para ambos os casos, tornou-se atrativa para aquelas mais finas e homogêneas (obtidas nas regiões de bordas de DAPGG e DSMU). Também foram realizadas análises globais por fluorescência de raios X e ICP-MS de material matricial separado manualmente a partir de amostras fragmentadas e excluindo-se (com auxílio de lupa binocular) as populações de mega- e macrocristais. Tais análises foram consideradas para as amostras em que tamanho e forma de macrocristais se sobressaiam em relação à matriz (DSMPN, amostras de borda e região intermediária de DAPGG). A escolha de amostras de borda de DSMB como representativa do líquido do dique foi uma alternativa encontrada a limitada disponibilidade de material, facilitada pelo zonamento mineralógico do corpo. No geral, as composições das matrizes se diferenciam das respectivas composições globais das amostras por uma maior abundância em minerais félsicos normativos, especialmente ortoclásio, albita e anortita, e pelo empobrecimento dos minerais máficos normativos olivina e/ou diopsídio, e também pelo enriquecimento em elementos incompatíveis. O estudo composicional de clinopiroxênio e olivina foi realizado por meio de determinações químicas por ME e LA-ICP-MS. Os cristais de clinopiroxênio analisados são zonados e são classificados como diopsídio, cuja composição molecular dos membros finais é restrita ao intervalo En26-46Wo42-52 Fs7-30. O enriquecimento de ETRs ocorre de 4 a 198 vezes em relação ao reservatório condrítico, com padrões de distribuição de ETR com formato côncavo para baixo e com maior enriquecimento de ETR leves em relação aos pesados, e estão mais concentrados nos clinopiroxênios de DSMPN e menos em DAPGG. Cristais de olivina se apresentaram como objeto de estudo apenas em DSMU e DSMB e estas são, predominantemente, magnesianas (Fo76-88). Dos elementos traços estudados em olivina (Na, P, Sc, Ti, V, Cr, Co, Zn e Y), há o empobrecimento máximo de 10-2 e o enriquecimento de até 10 vezes o manto primitivo. As zonas cristalinas dos clinopiroxênios e olivinas em equilíbrio com o líquido foram determinadas por meio da constante de equilíbrio de troca catiônica de Mg e Fe2+ entre minerais e líquido, KD Mg2+-Fe2+ . Segundo este critério, as bordas dos clinopiroxênios de DAPGG e DSMB e os centros de cristais de DSMU se encontram em equilíbrio com o líquido. Em DSMPN, a zona setorial mais pobre em Al, Ti e Fe e ETRs foi qualificada para o estudo do coeficiente de partição. Avaliaram-se as olivinas de textura e composição homogêneas de DSMB em equilíbrio com o líquido, ao contrário dos cristais de DSMU. Os coeficientes de partição obtidos, Di cpx/l, Di ol/l, tal qual o grau de incompatibilidade dos elementos traços variam de dique para dique e indicam ser dependentes da composição do cristal e do líquido. Os elementos envolvidos no estudo de partição em clinopiroxênio foram Sc, V, Cr, Mn, Co, Ni, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, ETRs, Hf, Ta, Th e U e, no estudo em olivina, foram Na, P, Ca, Sc, Ti, V, Mn, Cr, Co, Ni, Zn e Y. Os resultados de Di cpx/l, Di ol/l gerados integram o intervalo de dados da literatura. Observou-se que a crescente incorporação de high field strength elements (HFSE) está conectada a maior incorporação de Al no sítio T em clinopiroxênio. Da mesma forma, verificou-se que a menor estabilidade do Al no líquido diminui a incorporação HFSE nestes cristais. O grau de polimerização do líquido em DAPGG, evidenciada pelo parâmetro NBO/T, parece também influenciar nos baixos coeficientes de partição de elementos traços entre clinopiroxênio e o líquido. Em DSMU, DSMPN e DSMB, os valores de coeficientes são mais elevados que em DAPGG e apresentam líquidos com maior grau de polimerização. Os dados de Di cpx/l seguem o comportamento predito pelo diagrama de Onuma e pelo modelo Lattice Strain. Por outro lado, o modelo desenvolvido em Wood e Blundy (1997) parece não expressar a influência da estrutura do líquido na partição dos elementos traços, principalmente, no líquido estudado menos polimerizado. === The partition coefficients of trace elements between mafic minerals (clinopyroxene and olivine) and matrices assumed to be representative of the magmatic melt were obtained from ultrabasic alkaline dikes related to cretaceous magmatism at Southeast of Brazilian Plataform. The four studied dikes, related to Arco de Ponta Grossa (DAPGG) and Serra do Mar (DSMU, DSMPN and DSMB) alkaline provinces, are porphyritic melanocratic bodies, with fine-grained to very fine-grained matrices, from which the former three are lamprophyres (monchiquite or camptonite) and the last one is olivine basalt. The rocks have potassic to ultrapotassic character and are classified as tephrites and basanites; the respective liquids of the last stage of magmatic differentiation (fine-grained to very fine-grained matrices) also are classified as tephrites and basanites. These rocks are enriched with incompatible elements, with about 10 to 100 times more heavy and light rare earth elements (REE) respectively related to the condrite reservoir. The most abundant compositions are in Province of Arco de Ponta Grossa dike (DAPGG). The experimental procedures to obtain the representative liquid (magmatic melt) were characterized by two different methods. The direct analysis of the matrices by electron microprobe (EM) and by laser ablation inductively coupled plasma mass spectroscopy (LAICP- MS), both using a laser beam diameter of 100 ?m was an effective option to study the more homogenous and fine-grained matrices (obtained on the border regions of DAPGG e DSMU). Bulk rock analysis by ray-X fluorescence and ICP-MS were made in selected hand-picked matrices devoid of megacrystal populations (this selection made use of a binocular magnifying glass). These procedures were applied to samples in which the size and shape of macrocrystals exceded the matrix average (DSMPN, border samples and regions between center and border of DAPGG). The choice of samples from the DSMB border as representatives of the dike liquid was as an alternative to compensate the limited availability of sample material. This was facilitated by mineralogical zoning of the dike. In general, the compositions of matrices differentiate from the respective bulk rock compositions by an abundance of normative felsic minerals, mainly orthoclase, albite and anorthite, and by an impoverishing of normative mafic minerals olivine and/or diopside, and also by an enrichment in incompatible elements. The clinopyroxene and olivine composition study was developed by chemical analysis by EM and LA-ICP-MS. The analysed crystals of clinopyroxene are zoned and classified as diopside, whose molecular end-member composition is restrict to the range of En26-46Wo42-52Fs7-30. The enrichment of REE occurs from 4 to 198 times related to the condrite reservoir, with patterns of REE distribution in a downward concave shape. The enrichment of REE is more pronounced for light than heavy elements and is more concentrated in clinopyroxenes from DSMPN and less in clinopyroxenes from DAPGG. Preserved olivine crystals were found and studied only at DSMU and DSMB and they are representative of magnesian types (Fo76-88). From the trace elements studied in olivine crystals (Na, P, Sc, Ti, V, Cr, Co, Zn e Y), there is the maximium impoverishment of 10-2 and the enrichment of up to 10 times the condrite. The crystalline zones of clinopyroxenes and olivines in equilibrium with the liquid were defined through Mg-Fe2+ exchange equilibrium constant between minerals and liquid, KD Mg2+-Fe 2+ . According to this criterion, the borders of the clinopyroxenes from DAPGG and DSMB and the center of crystal from DSMU were in equilibrium with the liquid. In DSMPN, the poorest sector zoning in Al, Ti, Fe and REE was chosen to the partition coefficient study. The olivines with homogenous texture and composition from DSMB were studied in equilibrium with the liquid, unlike the olivine crystals from DSMU. The absolute values of the partition coefficients obtained, Di cpx/l, Di ol/l, and the level of trace elements incompatibility vary dike by dike and they are dependent of crystalline controls and liquid composition. The elements involved in the partition studies were Sc, V, Cr, Mn, Co, Ni, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, ETRs, Hf, Ta, Th e U in clinopyroxene and Na, P, Ca, Sc, Ti, V, Mn, Cr, Co, Ni, Zn e Y in olivine. The results of Di cpx/l, Di ol/lobtained are similar with the range of values from the literature. It was observed that the incorporation of high field strength elements (HFSE) is connected to the incorporation of Al into the T site in clinpyroxene. Similary, it was noticed that the decreasing stability of Al into the liquid decreases the incorporation of HFSE in the clinopyroxenes. The level of polymerization of the liquid in DAPGG, showed by the NBO/T parameter, seems to influence the low partition coefficients of trace elements between the clinopyroxene and the liquid. In DSMU, DSMPN e DSMB, the coefficient values are higher than in DAPGG and the liquids show a higher level of polymerization. The results of Di cpx/l follow the behaviour predicted by the Onuma diagram and by the Lattice Strain model. On the other hand, the model developed by Wood and Blundy (1997) seems not to express the influence of liquid structure in the partition of trace elements, notably in the more polymerized liquid studied.