Sr-Nd-Pb isotopic constraints on the nature of the mantle sources involved in the genesis of the high-Ti tholeiites from northern Paraná Continental Flood Basalts (Brazil)

There has been little research on geochemistry and isotopic compositions in tholeiites of the Northern region from the Paraná Continental Flood Basalts (PCFB), one of the largest continental provinces of the world. In order to examine the mantle sources involved in the high-Ti (Pitanga and Paranapanema) basalt genesis, we studied Sr, Nd, and Pb isotopic systematics, and major, minor and incompatible trace element abundances. The REE patterns of the investigated samples (Pitanga and Paranapanema magma type) are similar (parallel to) to those of Island Arc Basalts' REE patterns. The high-Ti basalts investigated in this study have initial (133Ma) 87Sr/86Sr ratios of 0.70538-0.70642, 143Nd/144Nd of 0.51233-0.51218, 206Pb/204Pb of 17.74-18.25, 207Pb/204Pb of 15.51-15.57, and 208Pb/204Pb of 38.18-38.45. These isotopic compositions do not display any correlation with Nb/Th, Nb/La or P2O5/K2O ratios, which also reflect that these rocks were not significantly affected by low-pressure crustal contamination. The incompatible trace element ratios and Sr-Nd-Pb isotopic compositions of the PCFB tholeiites are different to those found in Tristan da Cunha ocean island rocks, showing that this plume did not play a substantial role in the PCFB genesis. This interpretation is corroborated by previously published osmium isotopic data (initial γOs values range from+1.0 to+2.0 for high-Ti basalts), which also preclude basalt generation by melting of ancient subcontinental lithospheric mantle. The geochemical composition of the northern PCFB may be explained through the involvement of fluids and/or small volume melts related to metasomatic processes. In this context, we propose that the source of these magmas is a mixture of sublithospheric peridotite veined and/or interlayered with mafic components (e.g., pyroxenites or eclogites). The sublithospheric mantle (dominating the osmium isotopic compositions) was very probably enriched by fluids and/or magmas related to the Neoproterozoic subduction processes. This sublithospheric mantle region may have been frozen and coupled to the base of the Parana basin lithospheric plate above which the Paleozoic subsidence and subsequent Early Cretaceous magmatism occurred. © 2013 Elsevier Ltd.

The Interplay between Melting, Refertilization and Carbonatite Metasomatism in Off-Cratonic Lithospheric Mantle under Zealandia: an Integrated Major, Trace and Platinum Group Element Study

It is widely accepted that stabilization of the continental crust requires the presence of sub-continental lithospheric mantle. However, the degree of melt depletion required to stabilize the lithosphere and whether widespread refertilization is a significant process remain unresolved. Here, major and trace element, including platinum group elements (PGE), characterization of 40 mantle xenoliths from 13 localities is used to constrain the melt depletion, refertilization and metasomatic history of lithospheric mantle underneath the micro-continent Zealandia. Our previously published Re–Os isotopic data for a subset of these xenoliths indicate Phanerozoic to Paleoproterozoic ages and, reinterpreted with the new major and trace element data presented here, demonstrate that a large volume (>2 million km3) of lithospheric mantle with an age of 1·99 ± 0·21 Ga is present below the much younger crust of Zealandia. A peritectic melting model using moderately incompatible trace elements (e.g. Yb) in bulk-rocks demonstrates that these peridotites experienced a significant range of degrees of partial melting, between 3 and 28%. During subsolidus equilibration clinopyroxene gains significant rare earth elements (REE), which then leads to the underestimation of the degree of partial melting by ≤12% in fertile xenoliths. A new approach taking into account the effects of subsolidus re-equilibration on clinopyroxene composition effectively removes discrepancies in the calculated degree of melting and provides consistent estimates of between 4 and 29%. The estimated amount of melting is independent of the Re–Os model ages of the samples. The PGE patterns record simple melt depletion histories and the retention of primary base metal sulfides in the majority of the xenoliths. A rapid decrease in Pt/IrN observed at c. 1·0 wt % Al2O3 is a direct result of the exhaustion of sulfide in the mantle residue at c. 20–25% partial melting and the inability of Pt to form a stable alloy phase. Major elements preserve evidence for refertilization by a basaltic component that resulted in the formation of secondary clinopyroxene and low-forsterite olivine. The majority of xenoliths show the effects of cryptic metasomatic overprinting, ranging from minor to strong light REE enrichments in bulk-rocks (La/YbN = 0·16–15·9). Metasomatism is heterogeneous, with samples varying from those with weak REE enrichment and notable positive Sr and U–Th anomalies and negative Nb–Ta anomalies in clinopyroxene to those that have extremely high concentrations of REE, Th–U and Nb. Chemical compositions are consistent with a carbonatitic component contributing to the metasomatism of the lithosphere under Zealandia. Notably, the intense metasomatism of the samples did not affect the PGE budget of the peridotites as this was controlled by residual sulfides.

Petrologia dos diabásios da região de Angra dos Reis, RJ

O tema abordado nesta dissertação de mestrado é a petrogênese dos diabásios do Eocretáceo que integram o Enxame de Diques da Serra do Mar na região de Angra dos Reis (RJ). Estes diques intrudem rochas do Terreno Ocidental e do Arco Magmático Rio Negro, inserindo-se no contexto geodinâmico de fragmentação do Gondwana no Cretáceo Inferior. Essas intrusões são subverticais e orientam-se preferencialmente a N039E. Intrusões retilíneas são as mais observadas em campo. Os diabásios são compostos, essencialmente, por plagioclásio e clinopiroxênios (augita e pigeonita). Quartzo, minerais opacos, apatita e olivina ocorrem como minerais acessórios. A composição mineral secundária é marcada pela presença de biotita, uralita e saussurita. Os diabásios estudados compreendem uma série transicional com afinidade toleítica. Os estudos petrológicos revelam a existência de cinco suítes de alto-TiO2, tendo sido as mesmas discriminadas com base nas razões La/Yb de amostras com o mesmo teor de MgO. Destas, apenas a suíte 2 têm quantidade mínima de amostras para avaliação de processos evolutivos. O resultado da modelagem petrogenética aponta que o processo evolutivo mais provável para a geração dos diabásios da suíte 2 é cristalização fracionada sem mudança na assembleia fracionante. As amostras representativas dos líquidos parentais das cinco suítes apresentam razões La/Nb e La/Yb maiores que a unidade, típicas de derivação de fonte enriquecida, que, em várias províncias basálticas continentais, tem sido associada à fusão exclusiva do manto litosférico subcontinental ou a sua participação em processos de mistura de fontes. A discriminação de fontes mantélicas foi feita exclusivamente com base nos teores de elementos traços de amostras representativas de líquidos parentais das cinco suítes discriminadas na área de estudo. Os modelos indicam que todas as cinco suítes estudadas estão relacionadas a fontes harzburgíticas com granada residual. A suíte 5 da área de estudo não pode ser associada à mesma fonte mantélica geradora das suítes 1, 2, 3 e 4 que, por sua vez, se originaram por diferentes quantidades de fusão parcial (respectivamente, 44%, 35%, 31% e 25%) de uma mesma fonte. Cabe ressaltar que a ocorrência de duas suítes, com razões La/Yb muito distintas, porém geograficamente muito próximas, sugere que processos de heterogeneidade mantélica, tipicamente laterais, devem também ocorrer verticalmente.

Petrogênese das rochas máficas alcalinas do litoral entre São Sebastião (SP) e Parati (RJ)

Lamprófiros e diabásios alcalinos afloram no litoral dos estados de São Paulo e Rio de Janeiro e integram o Enxame de Diques da Serra do Mar (EDSM). Essas rochas ocorrem sob a forma de diques e intrudem o Orógeno Ribeira, de idade Neoproterozóica/Cambro-Ordoviciana, inserindo-se no contexto geodinâmico de abertura do Oceano Atlântico Sul durante o Cretáceo Superior. Essas intrusões são subverticais e orientam-se preferencialmente a NE-SW, seguindo a estruturação das rochas encaixantes. Os lamprófiros são classificados como monchiquitos e camptonitos e exibem, respectivamente, textura hipocristalina e holocristalina. Apresentam também textura panidiomórfica, fenocristais de clinopiroxênio e olivina, imersos em matriz formada essencialmente por esses mesmos minerais, além de biotita, kaersutita e minerais opacos. O camptonito apresenta ainda plagioclásio na matriz. Os diabásios alcalinos são hipocristalinos a holocristalinos, equigranulares a inequigranulares, com fenocristais de olivina e/ou clinopiroxênio e/ou plagioclásio, em uma matriz composta essencialmente por esses minerais. As rochas estudadas caracterizam séries alcalinas miaskíticas, com os lamprófiros sendo tanto sódicos, potássicos e ultrapotássicos e os diabásios alcalinos como predominantemente sódicos. Modelagens petrogenéticas envolvendo possíveis processos evolutivos mostram que é improvável que os lamprófiros sejam cogenéticos por processos evolutivos envolvendo tanto cristalização fracionada, com ou sem assimilação concomitante, quanto hibridização. O mesmo ocorre para os diabásios alcalinos. A discriminação de fontes mantélicas foi feita com base nos teores de elementos traços de amostras representativas de líquidos parentais e indica que esse magmatismo alcalino está relacionado a fontes lherzolíticas com fusão parcial na zona de estabilidade do espinélio, isto é, a poucas profundidades. Os dados litogeoquímicos e isotópicos do sistema Sr-Nd das rochas estudadas sugerem tanto o envolvimento de fontes férteis, associadas ao manto sublitosférico, quanto de fontes enriquecidas, relacionadas ao manto litosférico subcontinental. Modelagens de mistura binária revelam que a petrogênese dos lamprófiros e diabásios alcalinos envolveu uma grande participação de um componente fértil misturado com contribuições menores de um componente enriquecido. Idades TDM (760-557 Ma) obtidas sugerem remobilização do manto litosférico no Neoproterozóico, talvez relacionadas à subducção da Placa São Francisco preteritamente à colisão do Orógeno Ribeira. Altas razões CaO/Al2O3 para os líquidos lamprofíricos menos evoluídos, altos teores de Zr, correlações negativas Zr/Hf e Ti/Eu e associação com carbonatitos indicam condições metassomáticas de alto CO2/H2O. Em escala local, modelos geodinâmicos baseados na astenosfera não isotérmica parecem mais aplicáveis. No entanto, modelos geodinâmicos baseados na astenosfera isotérmica (com o envolvimento de plumas) parecem mais indicados num contexto regional, considerando-se outras províncias alcalinas contemporâneas e correlatas.

拉萨地块中新生代火山作用-从大洋到大陆俯冲转换的构造演化纪录

Late Mesozoic－Cenozoic volcanic rocks are well exposed in Lhasa Terrane, southern Tibet. This research attempts to apply 40Ar/39Ar geochronology, major, trace element and Sr-Nd-O isotopic geochemistry data to constrain the spatio-temporal variations, the composition of source, geodynamic setting. The results indicate that Lhasa Terrane mainly went through three tectonic-magmatic cycle: (1) Phase of Oceanic subduction (140-80Ma). Along with the subducting beneath the Eurasian Plate of Neo-Tethys slab, the oceanic sediment and/or the subducting slab released fluids/melts to metasomatize the subcontinental lithospheric mantle, and induced the mantle wedge partially melt and produced the calc-alkaline continental arc volcanic rocks; (2) Phase of continental-continental collision. Following the subducting of the Neo-Tethys slab, the Indian Plate collided with the Eurasian Plate dragged by the dense Neo-Tethys oceanic lithosphere. The oceanic lithosphere detached from continental lithosphere during roll-back and break-off and the asthenosphere upwelled. The resulting conducted thermal perturbation leads to the melting of the overriding mantle lithosphere and produced the syn-collisional magmatism: the Linzizong Formation and dykes; (3) Following by the detachment of the Tethys oceanic lithosphere, the Indian Lithosphere subducted northward by the drive from the expanding of Indian Ocean. The dense Indian continental lithospheric mantle (±the thickened lower crust) break off, disturb the asthenosphere, and lead to the melting of the overriding mantle lithosphere, which has been metasomatized by the melts/fluids from the subducting oceanic/continental lithosphere and the asthenosphere, and produced the rift-related ultrapotassic rocks.

Plume-lithosphere interaction at Santiago Island (Cape Verde) : implications for ocean island magma genesis models

Tese de doutoramento, Geologia (Geoquímica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014