Physical volcanology, sedimentology, stratigraphy and petrochemistry of the Berry Creek metavolcanics: an Archean calc-alkaline complex, Lake of the Woods, Ontario

The steeply dipping, isoclinally folded early Precambrian (Archean) Berry Creek Metavolcanic Complex comprises primary to resedimented pyroclastic, epiclastic and autoclastic deposits. Tephra erupted from central volcanic edifices was dumped by mass flow mechanisms into peripheral volcanosedimentary depressions. Sedimentation has been essentially contemporaneous with eruption and transport of tephra. The monolithic to heterolithic tuffaceous horizons are interpreted as subaerial to subaqueous pumice and ash flows, secondary debris flows, lahars, slump deposits and turbidites. Monolithic debris flows, derived from crumble breccia and dcme talus, formed during downslope collapse and subsequent gravity flowage. Heterolithic tuff, lahars and lava flow morphologies suggest at least temporary emergence of the edifice. Local collapse may have accompanied pyroclastic volcanism. The tephra, produced by hydromagmatic to magmatic eruptions, were rapidly transported, by primary and secondary mechanisms, to a shallow littoral to deep water subaqueous fan developed upon the subjacent mafic metavolcanic platform. Deposition resulted from traction, traction carpet, and suspension sedimentation from laminar to turbulent flows. Facies mapping revealed proximal (channel to overbank) to distal facies epiclastics (greywackes, argillite) intercalated with proximal vent to medial fan facies crystal rich ash flows, debris flows, bedded tuff and shallow water to deep water lava flows. Framework and matrix support debris flows exhibit a variety of subaqueous sedimentary structures, e.g., coarse tail grading, double grading, inverse to normal grading, graded stratified pebbly horizons, erosional channels. Pelitic to psammitic AE turbidites also contain primary stru~tures, e.g., flames, load casts, dewatering pipes. Despite low to intermediate pressure greenschist to amphibolite grade metamorphism and variably penetrative deformation, relicts of pumice fragments and shards were recognized as recrystallized quartzofeldspathic pseudomorphs. The mafic to felsic metavolcanics and metasediments contain blasts of hornblende, actinolite, garnet, pistacitic epidote, staurolite, albitic plagioclase, and rarely andalusite and cordierite. The mafic metavolcanics (Adams River Bay, Black River, Kenu Lake, Lobstick Bay, Snake Bay) display _holeiitic trends with komatiitic affinities. Chemical variations are consistent with high level fractionation of olivine, plagioclase, amphibole, and later magnetite from a parental komatiite. The intermediate to felsic (64-74% Si02) metavolcanics generally exhibit calc-alkaline trends. The compositional discontinuity, defined by major and trace element diversity, can be explained by a mechanism involving two different magma sources. Application of fractionation series models are inconsistent with the observed data. The tholeiitic basalts and basaltic andesites are probably derived by low pressure fractionation of a depleted (high degree of partial melting) mantle source. The depleted (low Y, Zr) calc-alkaline metavolcanics may be produced by partial melting of a geochemically evolved source, e.g., tonalitetrondhjemite, garnet amphibolite or hydrous basalt.

Major- and trace-element composition of olivine, perovskite, clinopyroxene, Cr-Fe-Ti oxides, phlogopite and host kamafugites and kimberlites, Alto Paranaiba, Brazil

An integrated whole-rock petrographic and geochemical study has been carried out on kamafugites and kimberlites of the Late Cretaceous Alto Paranaiba igneous province, in Brazil, and their main minerals, olivine, clinopyroxene, perovskite, phlogopite, spinels and ilmenite. Perovskite is by far the dominant repository for light lanthanides, Nb, Ta, Th and U, and occasionally other elements, reaching concentrations up to 3.4 x 10(4) chondrite values for light lanthanides and 105 chondrite for Th. A very strong fractionation between light and heavy lanthanides (chondrite-normalized La/Yb from similar to 175 to similar to 2000) is also observed. This is likely the first comprehensive dataset on natural perovskite. Clinopyroxene has variable trace-element contents. likely due to the different position of this phase in the crystallization sequence; Sc reaches values as high as 200 ppm whereas the lanthanides show very variable enrichment in light over heavy REE, and commonly show a negative Eu anomaly. The olivine, phlogopite (and tetra-ferriphlogopite), Cr-Ti oxide and ilmenite are substantially barren minerals for lanthanides and most other trace elements, with the exception of Ba, Cs and Rb in mica, and V, Nb and Ta in ilmenite. Estimated mineral/whole-rock partition coefficients for lanthanides in perovskite are similar to previous determinations, though much higher than those calculated in experiments with synthetic compositions, testifying once more to the complex behavior of these elements in a natural environment. The enormous potential for exploitation of lanthanides, Th, U and high-field-strength elements in the Brazilian kamafugites, kimberlites and related rocks is clearly shown.

Zr- AND Ba-RICH MINERALS FROM THE PONTE NOVA ALKALINE MAFIC-ULTRAMAFIC MASSIF, SOUTHEASTERN BRAZIL: INDICATION OF AN ENRICHED MANTLE SOURCE

Zirconium- and Ba-rich minerals are found in gabbroic rocks from the Ponte Nova alkaline mafic-ultramafic massif in southeastern Brazil. The unusual mineralogical assemblage includes zirconolite, baddeleyite, Ba-rich alkali feldspar, and Ba- and Ti-rich biotite. Zirconolite of the Ponte Nova massif has higher levels of Zr (up to 1.172 apfu) than those registered in other terrestrial rocks and a prominent enrichment in the light rare-earth elements. Baddeleyite contains small quantities of Hf, Ti, and Fe. The Ba-rich alkali feldspar and Ba- and Ti-rich biotite contain up to 9.25 and 7.35 wt% BaO, respectively, and the biotite contains up to 12.01 wt% TiO(2). In the different intrusions of the Ponte Nova massif, such an unusual assemblage typifies the residual magma after the crystallization of clinopyroxene and olivine from previously enriched basanitic parental magma. The different trends of enrichments in REE and Th + U found for zirconolite of the intrusions of the Ponte Nova massif provide a better understanding of the variable degrees of enrichment of incompatible elements of the distinct gabbroic bodies. A lithospheric mantle source enriched in incompatible elements by the metasomatic action of volatile-rich fluids and with the presence of phlogopite or amphibole (or both) and other minor accessory phases could explain the presence of the Zr- and Ba-rich minerals in this gabbroic massif.

Geologia e geoquimica do complexo cambaizinho, sao gabriel - RS

Mapeamentos geológicos feitos pelo autor na região do Arroio Cambaizinho - são Gabriel/RS, resultaram na definição do Complexo Cambaizinho, representado pelas seqüências meta-sedimentar e máfica-ultramáfica, intimamente associadas ao longo de toda a extensão da associação supracrustal. A seqüência meta-se dimentar é constitu1da por gnaisses quartzo-feldspáticos dominan tes, anfibolitos bandados e quartzitos subordinados, derivados de sedimentos areno-pelítico-carbonatados estruturados, de forma ritmica em ambiente subaquoso. Niveis composicionais de ocorrência restrita contendo estaurolita, definem o grau metamórfico (médio) para esta região. Intercalações de serpentinitos, xistos magnesianos variados e anfibolitos a granulação fina, na forma de camadas e/ou lentes interestratificadas nos meta-sedimentos indicam suas derivações a partir de derrames e/ou intrusões , ígneas de pequena profundidade de composição básica-ultrabásica. Este juntamente com níveis de sedimentos qu1micos intercalados e corpos de gabros, constituem a seqüência máfica-ultramáfica. O complexo, representa o segmento norte de um cintu rão supracrustal polideformado de forma geométrica aproximadamente linear, com orientação NNE, que se extende desde a localidade de Passo do Ivo, situado mais a sul, até a região objeto deste trabalho. Quatro fases de deformação dúcteis foram das para a área, estando as duas primeiras (Dl e D2) identifica associadas xx aos eventos metamórficos regionais Ml e M2. O metamorfismo mais antigo (Ml), assinalado por paragêneses diagnósticas em metapelitos alcançou o fácies anfibolito (zona da estaurolita), estando representado em outras litologias pela ocorrência de olivina metamórfica em paragênese com tremolita e/ou talco (meta-serpentinitos) e hornblenda mais oligoclásio/andesina em meta-básicas. O M2, mais jovem, atingiu o fácies xistos verdes, cujas assembléias mineralógicas se associam à foliação S2, de distribuição ir regular ao longo do cinturão. As condições fisicas de Ml foram de média P/T, similares às do metamorfismo Dalradiano. Intrusões graniticas na forma de lâminas (corpos ta bulares) durante a segunda fase de deformação D2, datados pelo mé todo Rb/Sr em 661 :: 29 Ma e agrupados sob a denominação de Granatóides Sanga do Jobim, fornecem idades mínimas para o complexo. Os vários grupos composiciconais da seqüência máfic~ -ultramáfica, individualizados com base em critérios petrográf~ cos e conteúdo de elementos maiores correspondem a: serpentinitos e olivina-talco ultramafitos (cumulados komatilticos); xis tos magnesianos à talco e clorita e anfibólio xistos (komatiitos); clorita-hornblenda xistos (basaltos komatiiticos), litos e metagabros (basaltos e gabros tolelticos). anfibo Estes vários tipos litológicos foram originados através de diferentes graus de fusão parcial do manto como indicado pelo hiato composicional de MgO (11 à 17%) e os diferentes padrões de ETR existentes entre os anfibolitos/metagabros (toleitos) e os serpentinitos/xistos magnesianos (komatiltos).As variações composicionais no interior de cada grupo, foram controladas pelo fracionamento (acumulação ou extração) de olivina e pouco ortopiroxênio (serpentinitos e olivina-talco ultramafitos)clinopiroxênios (clorita e anfibólios xistos, clorita hornblenda xistos), clinopiroxênio e plagioclásio (anfibolitos e metagabros). As abundâncias e os padrões de ERTL (elementos terras raras leves) enriquecidos, juntamente com os baixos valores das razões A1203/Ti02 e CaO/Ti02 das amostras de xistos magnesiinos das camadas A e B sugerem derivações deste material a partir de baixas percentagens de fusão de um manto enriquecido em mentos incompatíveis. As anomalias negativas de Ce e Eu na ele maio ria das rochas da seqüência máfica-ultramáfica indicam que protólitos ígneossofreram alterações em ambiente submarino.

Avaliação do potencial mineral de rochas metabásicas e metaultramáficas da faixa Itapira-Amparo para uso em processo de carbonatação mineral no sequestro de CO2

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Geologia, geoquímica e petrologia magnética do magmatismo básico da área de Nova Canadá (PA), Província Carajás

O mapeamento geológico realizado na área de Nova Canadá, porção sul do Domínio Carajás, Província Carajás, possibilitou a individualização de duas unidades de caráter máfico e intrusivas nos granitoides do Complexo Xingu e, mais restritamente, na sequência greenstone belt do Grupo Sapucaia. São representadas por diques de diabásio isotrópicos e por extensos corpos de anfibolito, com os últimos descrevendo texturas nematoblástica e granoblástica, de ocorrência restrita à porção SW da área. Ambos apresentam assinatura de basaltos subalcalinos de afinidade toleítica, sendo que os diques de diabásio são constituídos por três variedades petrográficas: hornblenda gabronorito, gabronorito e norito, sendo essas diferenças restritas apenas quanto à proporção modal de anfibólio, orto- e clinopiroxênio, já que texturalmente, as mesmas não apresentam diferenças significativas. São formados por plagioclásio, piroxênio (orto- e clinopiroxênio), anfibólio, minerais óxidos de Fe-Ti e olivina, apresentam um padrão ETR moderadamente fracionado, discreta anomalia negativa de Eu, ambiente geotectônico correspondente a intraplaca continental, e assinaturas dos tipos OIB e E-MORB. Já os anfibolitos são constituídos por plagioclásio, anfibólio, minerais opacos, titanita e biotita, mostram um padrão ETR horizontalizado, com anomalia de Eu ausente, sendo classificados como toleítos de arco de ilha e com assinatura semelhante aos N-MORB. Os dados de química mineral obtidos nessas unidades mostram que, nos diques de diabásio, o plagioclásio não apresenta variações composicionais significativas entre núcleo e borda, sendo classificados como labradorita, com raras andesina e bytownita; o anfibólio mostra uma gradação composicional de Fe-hornblenda para actinolita, com o aumento de sílica. Nos anfibolitos, o plagioclásio mostra uma grande variação composicional, de oligoclásio à bytownita nas rochas foliadas, sendo que nas menos deformadas, sua classificação é restrita à andesina sódica. O piroxênio, presente apenas nos diabásios, exibe considerável variação em sua composição, revelando um aumento no teor de magnésio nos núcleos, e de ferro e cálcio, nas bordas, permitindo classificá-los em augita, pigeonita (clinopiroxênio) e enstatita (ortopiroxênio). Os diabásios apresentam titanomagnetita, magnetita e ilmenita como os principais óxidos de Fe-Ti, permitindo reconhecer cinco formas distintas de ilmenita nessas rochas: ilmenita treliça, ilmenita sanduíche, ilmenita composta interna/externa, ilmenita em manchas e ilmenita individual. Feições texturais e composicionais sugerem que a titanomagnetita e os cristais de ilmenita composta externa e individual foram originados durante o estágio precoce de cristalização. Durante o estágio subsolidus, a titanomagnetita foi afetada pelo processo de oxi-exsolução, dando origem a intercrescimentos de magnetita pobre em titânio com ilmenita (ilmenitas treliça, em mancha, sanduíche e composta interna). Os anfibolitos possuem a ilmenita como único mineral óxido de Fe e Ti ocorrendo, portanto, sob a forma de ilmenita individual, onde encontra-se sempre associada ao anfibólio e à titanita. Os valores mais elevados de suscetibilidade magnética (SM) estão relacionados aos gabronoritos e noritos, os quais exibem maiores conteúdos modais de minerais opacos e apresentam titanomagnetita magmática em sua paragênese. A variedade hornblenda gabronorito define as amostras com valores intermediários de SM. Os menores valores de SM são atribuídos aos anfibolitos, que são desprovidos de magnetita. A correlação negativa entre valores de SM com os conteúdos modais de minerais ferromagnesianos indica que os minerais paramagnéticos (anfibólio e piroxênio) não possuem influência significativa no comportamento magnético dos diabásios, enquanto nos anfibolitos a tendência de correlação positiva entre estas variáveis pode sugerir que estas fases são as principais responsáveis pelos seus valores de SM. Dados geotermobarométricos obtidos a partir do par titanomagnetita-ilmenita nos diabásios indicam que estes se formaram em condições de temperatura (1112°C) e Fo₂ (-8,85) próximas daquelas do tampão NNO.

Petrology of Gameleira potassic lamprophyres, São Francisco Craton

Gameleira lamprophyres are dykes and mafic microgranular enclaves associated with the shoshonitic Gameleira monzonite. This association belongs to the Paleoproterozoic alkaline magmatism from Serrinha nucleus, northeast Brazil. The liquidus paragenesis is diopside, pargasite, apatite and mica. Reverse zoning was identified in the groundmass alkali feldspar and was related to the undercooling of lamprophyric magma during the emplacement, with high growth rate of pargasite/edenite inducing disequilibrium between feldspars and liquid. Chemical data indicate that the lamprophyres are basic rocks (SiO2 < 48 wt%), with alkaline character (Na2O + K2O &gt; 3 wt%) and potassic signature (K2O/Na2O &#8776; 2). High contents of MgO and Cr are consistent with a signature of a primary liquid, and such concentrations, as well as Al, K, P, Ba, Ni- and light rare earth elements, are consistent with an olivine-free metasomatic mantle source enriched in amphibole, clinopyroxene and apatite. By contrast, the ultrapotassic lamprophyres from Morro do Afonso, contemporaneous alkaline ultrapotassic magmatism in Serrinha nucleus, were probably produced by melting of a clinopyroxene-phlogopite-apatite enriched-source. The identification of different mineral paragenesis in the source of potassic and ultrapotassic lamprophyres from Serrinha nucleus can contribute to the understanding of the mantle heterogeneities and tectonic evolution of this region.

Computer simulations of microstructures related to the olivine spinel transition

Tiefherd-Beben, die im oberen Erdmantel in einer Tiefe von ca. 400 km auftreten, werden gewöhnlich mit dem in gleicher Tiefe auftretenden druckabhängigen, polymorphen Phasenübergang von Olivine (α-Phase) zu Spinel (β-Phase) in Verbindung gebracht. Es ist jedoch nach wie vor unklar, wie der Phasenübergang mit dem mechanischen Versagen des Mantelmaterials zusammenhängt. Zur Zeit werden im Wesentlichen zwei Modelle diskutiert, die entweder Mikrostrukturen, die durch den Phasenübergang entstehen, oder aber die rheologischen Veränderungen des Mantelgesteins durch den Phasenübergang dafür verantwortlich machen. Dabei sind Untersuchungen der Olivin→Spinel Umwandlung durch die Unzugänglichkeit des natürlichen Materials vollständig auf theoretische Überlegungen sowie Hochdruck-Experimente und Numerische Simulationen beschränkt. Das zentrale Thema dieser Dissertation war es, ein funktionierendes Computermodell zur Simulation der Mikrostrukturen zu entwickeln, die durch den Phasenübergang entstehen. Des Weiteren wurde das Computer Modell angewandt um die mikrostrukturelle Entwicklung von Spinelkörnern und die Kontrollparameter zu untersuchen. Die Arbeit ist daher in zwei Teile unterteilt: Der erste Teil (Kap. 2 und 3) behandelt die physikalischen Gesetzmäßigkeiten und die prinzipielle Funktionsweise des Computer Modells, das auf der Kombination von Gleichungen zur Errechnung der kinetischen Reaktionsgeschwindigkeit mit Gesetzen der Nichtgleichgewichtsthermodynamik unter nicht-hydostatischen Bedingungen beruht. Das Computermodell erweitert ein Federnetzwerk der Software latte aus dem Programmpaket elle. Der wichtigste Parameter ist dabei die Normalspannung auf der Kornoberfläche von Spinel. Darüber hinaus berücksichtigt das Programm die Latenzwärme der Reaktion, die Oberflächenenergie und die geringe Viskosität von Mantelmaterial als weitere wesentliche Parameter in der Berechnung der Reaktionskinetic. Das Wachstumsverhalten und die fraktale Dimension von errechneten Spinelkörnern ist dabei in guter Übereinstimmung mit Spinelstrukturen aus Hochdruckexperimenten. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Computermodell angewandt, um die Entwicklung der Oberflächenstruktur von Spinelkörnern unter verschiedenen Bedigungen zu eruieren. Die sogenannte ’anticrack theory of faulting’, die den katastrophalen Verlauf der Olivine→Spinel Umwandlung in olivinhaltigem Material unter differentieller Spannung durch Spannungskonzentrationen erklärt, wurde anhand des Computermodells untersucht. Der entsprechende Mechanismus konnte dabei nicht bestätigt werden. Stattdessen können Oberflächenstrukturen, die Ähnlichkeiten zu Anticracks aufweisen, durch Unreinheiten des Materials erklärt werden (Kap. 4). Eine Reihe von Simulationen wurde der Herleitung der wichtigsten Kontrollparameter der Reaktion in monomineralischem Olivin gewidmet (Kap. 5 and Kap. 6). Als wichtigste Einflüsse auf die Kornform von Spinel stellten sich dabei die Hauptnormalspannungen auf dem System sowie Heterogenitäten im Wirtsminerals und die Viskosität heraus. Im weiteren Verlauf wurden die Nukleierung und das Wachstum von Spinel in polymineralischen Mineralparagenesen untersucht (Kap. 7). Die Reaktionsgeschwindigkeit der Olivine→Spinel Umwandlung und die Entwicklung von Spinelnetzwerken und Clustern wird durch die Gegenwart nicht-reaktiver Minerale wie Granat oder Pyroxen erheblich beschleunigt. Die Bildung von Spinelnetzwerken hat das Potential, die mechanischen Eigenschaften von Mantelgestein erheblich zu beeinflussen, sei es durch die Bildung potentieller Scherzonen oder durch Gerüstbildung. Dieser Lokalisierungprozess des Spinelwachstums in Mantelgesteinen kann daher ein neues Erklärungsmuster für Tiefbeben darstellen.