Correlation between thermoluminescence sensitivity and crystallization temperatures of quartz: Potential application in geothermometry

The thermoluminescence (TL) characteristics of quartz are highly dependent of its thermal history. Based on the enhancement of quartz luminescence occurred after heating, some authors proposed to use quartz TL to recover thermal events that affected quartz crystals. However, little is know about the influence of the temperature of quartz crystallization on its TL characteristics. In the present study, we evaluate the TL sensitivity and dose response curves of hydrothermal and metamorphic quartz with crystallization temperatures from 209 +/- 15 to 633 +/- 27 degrees C determined through fluid inclusion and mineral chemistry analysis. The studied crystals present a cooling thermal history, which allow the acquiring of their natural TL without influence of heating after crystallization. The TL curves of the studied samples present two main components formed by different peaks overlapped around 110 C and 200-400 degrees C. The TL sensitivity in the 200-400 degrees C region increases linearly with the temperature of quartz crystallization. No relationship was observed between temperatures of quartz crystallization and saturation doses (<100 Gy). The elevated TL sensitivity of the high temperature quartz is attributed to the control exerted by the temperature of crystallization on the substitution of Si(4+) by ions such as Al(3+) and Ti(4+), which produce defects responsible for luminescence phenomena. The linear relationship observed between TL in the 200-400 degrees C region and crystallization temperature has potential use as a quartz geothermometer. The relative abundance of quartz in the earth crust and the easiness to measure TL are advantageous in relation to geothermometry methods based on chemistry of other minerals. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Caracterização química de cromitas nos maciços de cromínia e mairipotaba, goiás, Brasil

Metaultramafic bodies tectonically emplaced within the metasedimentary sequence of the Araxá Group are associated with an ophiolitic melange in southeast Goiás. In the region of Crominia - Mairipotaba, they occur as lenticular bodies aligned E-W. Cumulate textures and geochemical data indicate that the parent rocks had harzburgitic to dunitic compositions. Relicts of primary crystals of olivine and orthopyroxene are suggestive of amphibolite facies metamorphic re-equilibration fabrics, even though the paragenesis and mineral associations of these metaultramafic rocks are typical of greenschist facies (T < 550°C and P = 5.5 kbar). The chromitites exhibit massive to breccioid structure and pull-apart texture, with chromite crystals around 0.5 mm in size. Chromite concentrations in the chromitite levels reach 70 to 85% by volume of the rock. The crystals are dispersed in the matrix, which is composed essentially of serpentine, and subordinately of chlorite and talc. The textures and geochemical data (Cr 2O 3 x TiO 2 and Mg x Cr ratios present in the chromitite) are similar to those observed in ophiolitic complexes. Hence, they correspond to allochthonous bodies (Alpine type) associated with an ophiolitic mélange.

Evolução metamórfica e termobarometria das rochas metamáficas/metabásicas da região de Pontalina - GO

At the Pontalina region, the Magmatic Arc of Goiás is constituted by orthogneisses, metasediments, metaultramafics and metamafic/metabasics, geochemically related to island arcs. Mineral assemblages related to metamorphic peak observed in the study area are typically of the amphibolite facies and were generated before or during the initial stage of the development of the main foliation (S n). Thermobarometric data show the P and T conditions for the amphibole + plagioclase and plagioclase + garnet + amphibole assemblages in the metamafic/metabasic rocks correspond to amphibolite facies (medium to upper grade), and plot in the kyanite stability field. The results indicate that the metamorphic peak (M1) in the amphibolite facies (medium up to upper grade) reached temperatures slightly higher than 700°C, not exceeding 775°C, under conditions of medium pressure (∼10 kbar). Thermobarometric and petrographic data, related to the metamorphism, indicate a clockwise P-T path for the surrounding rocks.

Geotermobarometria de Granulitos Associados à Supracrustais na Porção Norte do Complexo Guaxupé - Região de Arceburgo - Santa Cruz do Prata, MG

This paper is a contribution for the understanding of the geological evolution of Guaxupé Complex. New data on petrography and mineral chemistry as well as estimates of metamorphic (P-T) conditions in the region of Arceburgo - Santa Cruz do Prata (MG) Brazil, at the southern portion of the Brasília Belt, more specifically at the Guaxupé Complex (Domain) are now presented. The lithotypes are high-grade metamorphic rocks subdivided into two groups: metasediments and granulites (orthoderivates). Chemical analysis of minerals was performed in three steps including core and rim of amphibole, pyroxene, feldspar, biotite, and garnet from samples of the following rock types: enderbites, mafic granulites, charnockites, and alkali feldspar charnockites. Results obtained with geothermobarometric calculations show metamorphic peak around 900°C of T and 10 kbar of P. Enderbites and tonalite granulites (mafic) show the highest values of temperature and pressure, while alkali feldspar charnockites show the lowest probably due to their late generation in relation to mafic rock types (enderbites and mafic tonalite granulite). Chemical mineral analysis in metamorphic parageneses and geothermobarometric calculations indicate that the possible metamorphic peak may be higher than 900°C of temperature and around 10 kbar of pressure, within a isothermal decompression (ITD) regime.

Caracterização metamórfica das rochas do grupo Araxá na região de São Sebastião do Paraíso, Sudoeste de Minas Gerais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

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.

Metamorphic evolution and P-T path of gneisses from Goiás Magmatic Arc in southwestern Goiás State

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Petrografia e geoquímica das rochas metacarbonatíticas do Complexo Angico dos Dias, divisa Bahia/Piauí, Brasil

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Crystallization conditions and controls on trace element residence in the main minerals from the Pedra Branca Syenite, Brazil: An electron microprobe and LA-ICPMS study

Major and trace-element microanalyses of the main minerals from the 610 Ma Pedra Branca Syenite, southeast Brazil, allow inferences on intensive parameters of magmatic crystallization and on the partition of trace-elements among these minerals, with important implications for the petrogenetic evolution of the pluton. Two main syenite types make up the pluton, a quartz-free syenite with tabular alkali feldspar (laminated silica-saturated syenite, LSS, with Na-rich augite + phlogopite + hematite + magnetite + titanite + apatite) and a quartz-bearing syenite (laminated silica-oversaturated syenite, LSO, with scarce corroded plagioclase plus diopside + biotite +/- hornblende + ilmenite magnetite +/- titanite + apatite). Both types share a remarkable enrichment in incompatible elements as K, Ba, Sr, P and LREE. Apatite saturation temperatures of similar to 1060-1090 degrees C are the best estimates of liquidus, whereas the pressure of emplacement, based on Al-in-hornblende barometry, is estimated as 3.3 to 4.8 khan Although both units crystallized under oxidizing conditions, oxygen fugacity was probably higher in LSS, as shown by higher mg# of the mafic minerals and higher hematite contents in Hem-Ilm(ss). In contrast with the Ca-bearing alkali-feldspar from LSO, which hosts most of the whole-rock Sr and Pb, virtually Ca-free alkali-feldspar from LSS hosts similar to 50% of whole-rock Sr and similar to 80% of Pb, the remainder of these elements being shared by apatite, pyroxene and titanite. This contrast reflects a strong crystal-chemical control, whereby a higher proportion of an element with similar ratio and charge (Ca2+) enhances the residence of Sr and Pb in the M-site of alkali feldspar. The more alkaline character of the LSS magma is inferred to have inhibited zircon saturation; Zr + Hf remained in solution until late in the crystallization, and were mostly accommodated in the structure of Ca-Na pyroxene and titanite, which are one order of magnitude richer in these elements compared to the same minerals in LSO, where most of Zr and Hf are inferred to reside in zircon. The REE, Th and U reside mostly in titanite and apatite; D(REE)Tit/Ap raises steadily from 1 to 6 from La to Tb then remains constant up to Lu in the LSO sample; these values are about half as much in the LSS sample, where lower contents of incompatible elements in titanite are attributed to its greater modal abundance and earlier crystallization. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Constraints on mantle melting from major and trace element systematics in residual abyssal peridotites

ZusammenfassungDie Bildung von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) ist einer der wichtigsten Stoffflüsse der Erde. Jährlich wird entlang der 75.000 km langen mittelozeanischen Rücken mehr als 20 km3 neue magmatische Kruste gebildet, das sind etwa 90 Prozent der globalen Magmenproduktion. Obwohl ozeanische Rücken und MORB zu den am meisten untersuchten geologischen Themenbereichen gehören, existieren weiterhin einige Streit-fragen. Zu den wichtigsten zählt die Rolle von geodynamischen Rahmenbedingungen, wie etwa Divergenzrate oder die Nähe zu Hotspots oder Transformstörungen, sowie der absolute Aufschmelzgrad, oder die Tiefe, in der die Aufschmelzung unter den Rücken beginnt. Diese Dissertation widmet sich diesen Themen auf der Basis von Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen in Mineralen ozeanischer Mantelgesteine.Geochemische Charakteristika von MORB deuten darauf hin, dass der ozeanische Mantel im Stabilitätsfeld von Granatperidotit zu schmelzen beginnt. Neuere Experimente zeigen jedoch, dass die schweren Seltenerdelemente (SEE) kompatibel im Klinopyroxen (Cpx) sind. Aufgrund dieser granatähnlichen Eigenschaft von Cpx wird Granat nicht mehr zur Erklärung der MORB Daten benötigt, wodurch sich der Beginn der Aufschmelzung zu geringeren Drucken verschiebt. Aus diesem Grund ist es wichtig zu überprüfen, ob diese Hypothese mit Daten von abyssalen Peridotiten in Einklang zu bringen ist. Diese am Ozeanboden aufgeschlossenen Mantelfragmente stellen die Residuen des Aufschmelz-prozesses dar, und ihr Mineralchemismus enthält Information über die Bildungs-bedingungen der Magmen. Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen von Peridotit-proben des Zentralindischen Rückens (CIR) wurden mit Mikrosonde und Ionensonde bestimmt, und mit veröffentlichten Daten verglichen. Cpx der CIR Peridotite weisen niedrige Verhältnisse von mittleren zu schweren SEE und hohe absolute Konzentrationen der schweren SEE auf. Aufschmelzmodelle eines Spinellperidotits unter Anwendung von üblichen, inkompatiblen Verteilungskoeffizienten (Kd's) können die gemessenen Fraktionierungen von mittleren zu schweren SEE nicht reproduzieren. Die Anwendung der neuen Kd's, die kompatibles Verhalten der schweren SEE im Cpx vorhersagen, ergibt zwar bessere Resultate, kann jedoch nicht die am stärksten fraktionierten Proben erklären. Darüber hinaus werden sehr hohe Aufschmelzgrade benötigt, was nicht mit Hauptelementdaten in Einklang zu bringen ist. Niedrige (~3-5%) Aufschmelzgrade im Stabilitätsfeld von Granatperidotit, gefolgt von weiterer Aufschmelzung von Spinellperidotit kann jedoch die Beobachtungen weitgehend erklären. Aus diesem Grund muss Granat weiterhin als wichtige Phase bei der Genese von MORB betrachtet werden (Kapitel 1).Eine weitere Hürde zum quantitativen Verständnis von Aufschmelzprozessen unter mittelozeanischen Rücken ist die fehlende Korrelation zwischen Haupt- und Spuren-elementen in residuellen abyssalen Peridotiten. Das Cr/(Cr+Al) Verhältnis (Cr#) in Spinell wird im Allgemeinen als guter qualitativer Indikator für den Aufschmelzgrad betrachtet. Die Mineralchemie der CIR Peridotite und publizierte Daten von anderen abyssalen Peridotiten zeigen, dass die schweren SEE sehr gut (r2 ~ 0.9) mit Cr# der koexistierenden Spinelle korreliert. Die Auswertung dieser Korrelation ergibt einen quantitativen Aufschmelz-indikator für Residuen, welcher auf dem Spinellchemismus basiert. Damit kann der Schmelzgrad als Funktion von Cr# in Spinell ausgedrückt werden: F = 0.10×ln(Cr#) + 0.24 (Hellebrand et al., Nature, in review; Kapitel 2). Die Anwendung dieses Indikators auf Mantelproben, für die keine Ionensondendaten verfügbar sind, ermöglicht es, geochemische und geophysikalischen Daten zu verbinden. Aus geodynamischer Perspektive ist der Gakkel Rücken im Arktischen Ozean von großer Bedeutung für das Verständnis von Aufschmelzprozessen, da er weltweit die niedrigste Divergenzrate aufweist und große Transformstörungen fehlen. Publizierte Basaltdaten deuten auf einen extrem niedrigen Aufschmelzgrad hin, was mit globalen Korrelationen im Einklang steht. Stark alterierte Mantelperidotite einer Lokalität entlang des kaum beprobten Gakkel Rückens wurden deshalb auf Primärminerale untersucht. Nur in einer Probe sind oxidierte Spinellpseudomorphosen mit Spuren primärer Spinelle erhalten geblieben. Ihre Cr# ist signifikant höher als die einiger Peridotite von schneller divergierenden Rücken und ihr Schmelzgrad ist damit höher als aufgrund der Basaltzusammensetzungen vermutet. Der unter Anwendung des oben erwähnten Indikators ermittelte Schmelzgrad ermöglicht die Berechnung der Krustenmächtigkeit am Gakkel Rücken. Diese ist wesentlich größer als die aus Schweredaten ermittelte Mächtigkeit, oder die aus der globalen Korrelation zwischen Divergenzrate und mittels Seismik erhaltene Krustendicke. Dieses unerwartete Ergebnis kann möglicherweise auf kompositionelle Heterogenitäten bei niedrigen Schmelzgraden, oder auf eine insgesamt größere Verarmung des Mantels unter dem Gakkel Rücken zurückgeführt werden (Hellebrand et al., Chem.Geol., in review; Kapitel 3).Zusätzliche Informationen zur Modellierung und Analytik sind im Anhang A-C aufgeführt

Sedimentary rocks of the Internal Hellenides, Greece: age, source, and depositional setting

Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der Liefergebiete und Ablagerungsräume sedimentärer Gesteine aus ausgewählten Gebieten der inneren Helleniden Griechenlands. Die untersuchten Sedimente Nordgriechenlands gehören zu den Pirgadikia und Vertiskos Einheiten des Serbo-Makedonische Massifs, zu den Examili, Melissochori und Prinochori Formationen der östlichen Vardar Zone und zur Makri Einheit und Melia Formation des östlichen Zirkum-Rhodope-Gürtels in Thrakien. In der östlichen Ägäis lag der Schwerpunkt bei den Sedimenten der Insel Chios. Der Metamorphosegrad der untersuchten Gesteine variiert von der untersten Grünschieferfazies bis hin zur Amphibolitfazies. Das stratigraphische Alter reicht vom Ordovizium bis zur Kreide. Zur Charakterisierung der Gesteine und ihrer Liefgebiete wurden Haupt- und Spurenelementgehalte der Gesamtgesteine bestimmt, mineralchemische Analysen durchgeführt und detritische Zirkone mit U–Pb datiert. An ausgewählten Proben wurden außerdem biostratigraphische Untersuchungen zur Bestimmung des Sedimentationsalters durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse dieser Arbeit sind von großer Bedeutung für paläogeographische Rekonstruktionen der Tethys. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die ältesten Sedimente Nordgriechenlands gehören zur Pirgadikia Einheit des Serbo-Makedonischen Massifs. Es sind sehr reife, quarzreiche, siliziklastische Metasedimente, die auf Grund ihrer Maturität und ihrer detritischen Zirkone mit ordovizischen overlap-Sequenzen vom Nordrand Gondwanas korreliert werden können. Die Metasedimente der Vertiskos Einheit besitzen ein ähnliches stratigraphisches Alter, haben aber einen anderen Ablagerungsraum. Das Altersspektrum detritischer Zirkone lässt auf ein Liefergebiet im Raum NW Afrikas (Hun Superterrane) schließen. Die Gesteinsassoziation der Vertiskos Einheit wird als Teil einer aktiven Kontinentalrandabfolge gesehen. Die ältesten biostratigraphisch datierten Sedimente Griechenlands sind silurische bis karbonische Olistolithe aus einer spätpaläozoischen Turbidit-Olistostrom Einheit auf der Insel Chios. Die Alter detritischer Zirkone und die Liefergebietsanalyse der fossilführenden Olistolithe lassen den Schluss zu, dass die klastischen Sedimente von Chios Material vom Sakarya Mikrokontinent in der West-Türkei und faziellen Äquivalenten zu paläozoischen Gesteinen der Istanbul Zone in der Nord-Türkei und der Balkan Region erhalten haben. Während der Permotrias wurde die Examili Formation der östlichen Vardar Zone in einem intrakontinentalen, sedimentären Becken, nahe der Vertiskos Einheit abgelagert. Untergeordnet wurde auch karbonisches Grundgebirgsmaterial eingetragen. Im frühen bis mittleren Jura wurde die Melissochori Formation der östlichen Vardar Zone am Abhang eines karbonatführenden Kontinentalrandes abgelagert. Der Großteil des detritischen Materials kam von permokarbonischem Grundgebirge vulkanischen Ursprungs, vermutlich von der Pelagonischen Zone und/oder der unteren tektonischen Einheit des Rhodope Massifs. Die Makri Einheit in Thrakien besitzt vermutlich ein ähnliches Alter wie die Melissochori Formation. Beide sedimentären Abfolgen ähneln sich sehr. Der Großteil des detritischen Materials für die Makri Einheit kam vom Grundgebirge der Pelagonischen Zone oder äquivalenten Gesteinen. Während der frühen Kreide wurde die Prinochori Formation der östlichen Vardar Zone im Vorfeld eines heterogenen Deckenstapels abgelagert, der ophiolitisches Material sowie Grundgebirge ähnlich zu dem der Vertiskos Einheit enthielt. Ebenfalls während der Kreidezeit wurde in Thrakien, vermutlich im Vorfeld eines metamorphen Deckenstapels mit Affinitäten zum Grundgebirge der Rhodopen die Melia Formation abgelagert. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Subduktion eines Teiles der Paläotethys und die anschließende Akkretion vom Nordrand Gondwanas stammender Mikrokontinente (Terranes) nahe dem südlichen aktiven Kontinentalrand Eurasiens den geodynamischen Rahmen für die Schüttung des detritischen Materials der Sedimente der inneren Helleniden im späten Paläozoikum bildeten. Die darauf folgenden frühmesozoischen Riftprozesse leiteten die Bildung von Ozeanbecken der Neotethys ein. Intraozeanische Subduktion und die Obduzierung von Ophioliten prägten die Zeit des Jura. Die spätjurassische und frühkretazische tektonische Phase wurde durch die Ablagerung von mittelkretazischen Kalksteinen besiegelt. Die endgültige Schließung von Ozeanbecken der Neotethys im Bereich der inneren Helleniden erfolgte schließlich in der späten Kreide und im Tertiär.