Estudo geoquímico do maciço do Carrascal (Portalegre) - o desenvolvimento de metodologias analíticas no LGI-UA

Abstract

A determinação da composição isotópica dos elementos constitutivos dos materiais naturais é uma “ferramenta” importante no estudo dos processos geológicos. Como os elementos de interesse geocronológico apresentam abundâncias naturais diminutas, a medição da sua composição isotópica, necessita de equipamentos de grande precisão, que envolvem técnicas analíticas sensíveis e morosas. Na primeira parte deste trabalho (capítulos 1, 2 e 3) desenvolve-se a metodologia utilizada na determinação das razões isotópicas associadas aos sistemas isotópicos Rb-Sr e Sm-Nd, apresentando-se também os resultados das análises em padrões de espectrometria de massa e de rocha, afim de avaliar a qualidade da metodologia analítica, tanto ao nível do laboratório químico como ao nível da espectrometria de massa. Assim, são abordadas as técnicas necessárias para: 1) individualizar, por processos químicos, os elementos a partir da matriz da rocha; 2) determinar as concentrações elementares por diluição isotópica, apresentando-se os princípios e os intervalos de aplicabilidade (em função do erro analítico), assim como a preparação e calibração dos traçadores isotópicos para as análises de Rb, Sr, Sm e Nd 3) medir as diferentes razões isotópicas por espectrometria de massa de ionização térmica, onde se mencionaram os diferentes aspectos do funcionamento e formas de análise do equipamento, apresentando-se exemplos de algumas determinações. Da primeira parte deste trabalho pode-se concluir que nas análises associadas ao método Sm-Nd, os padrões de espectrometria de massa apresentam bons resultados, mas alguns dos procedimentos analíticos associados ao laboratório químico ainda necessitam de ser aferidos e validados, impossibilitando assim a apresentação de resultados práticos na parte final desta tese. Quanto ao método Rb-Sr, obtiveram-se em amostras padronizadas resultados reprodutíveis e similares aos valores referenciados, concluindo-se que as metodologias implementadas permitem, no fundamental, obter resultados credíveis das razões isotópicas e das concentrações em Rb e em Sr. Na segunda parte deste trabalho (capítulo 4), apresenta-se um exemplo de como os resultados isotópicos associados ao sistema Rb-Sr, podem contribuir para a caracterização geoquímica e para a interpretação petrogenética dos materiais geológicos. Com esta finalidade foi estudado o Maciço do Carrascal localizado em Portalegre na Zona de Ossa Morena, junto à Faixa Blastonilonítica Tomar-Badajoz-Cordoba. A esta intrusão atribui-se uma idade varisca precoce, com base em informação estrutural. O Maciço do Carrascal apresenta uma forma grosseiramente elíptica, com eixo maior na direcção das estruturas hercínicas (NW-SE) e pode ser dividido em duas unidades. A primeira corresponde a um núcleo de rochas graníticas gnaissóides não porfiróides de grão médio a fino (granito interno) e de rochas de composição mais máfica predominantemente dioritos e microdioritos quártzicos. A segunda unidade (granito externo) envolve a primeira e é constituída por granitos gnaissóides, porfiróides de grão grosseiro a médio. Da observação petrográfica constatou-se que o granito externo e interno apresentam composições modais semelhantes variando de granodiorito a monzogranito biotítico. Identificaram-se como minerais essenciais quartzo, feldspato alcalino, plagioclase e biotite e como fases acessórias encontraram-se apatite, opacos, zircão e escassa alanite. Os corpos máficos são predominantemente de dioritos e microdioritos quártzicos, constituídos por: anfíbola, plagioclase, quartzo e biotite, como minerais essenciais e opacos, apatite e zircão como minerais acessórios. Os diagramas de variação dos elementos maiores e vestigiais das duas unidades, apresentam tendências lineares (frequentemente curvilíneas) indiciando que os vários termos da sequência podem ter-se gerado por diferenciação magmática em que a cristalização fraccionada das fases: plagioclase, horneblenda, biotite, apatite e opacos, teve um papel fundamental. Dos perfis multi-elementares, observa-se um enriquecimento dos elementos mais incompatíveis e anomalias negativas de Nb, sugerindo que os magmas menos evoluídos (composições quartzo-dioríticas) da sequência estudada teriam características de líquidos calcoalcalinos. Os dados das análises isotópicas das amostras permitem constatar que a génese da associação litológica estudada não pode ser explicada unicamente por processos de cristalização fraccionada. A existência das correlações lineares 87Sr/86Sr vs. 87Rb/86Sr (esta, sem significado geocronológico) e 87Sr/86Sr vs. 1/Sr revelam a ocorrência de um processo de mistura entre um pólo de composição máfica, de afinidade mantélica, e um pólo de natureza félsica que seria um magma gerado por fusão de fonte crustal muito enriquecida em Sr radiogénico. Os dados geoquímicos e isotópicos permitem concluir que as litologias do Maciço do Carrascal estão relacionadas geneticamente através de processos de cristalização fraccionada e de mistura de magmas, que deverão ter ocorrido em ambiente de arco continental durante as fases iniciais da orogenia Varisca

ABSTRACT: The isotopic composition of elements in natural materials is an important tool for the study of geological processes. As the chemical elements of geochronological interest occur in trace amounts the precise measurement of their isotopic composition requires special equipment and demanding and timeconsuming analytical procedures. In the first part of this work (chapters 1 to 3) the methodology used at the LGIUA for isotopic analysis related to the Rb-Sr and Sm-Nd isotopic systems is presented. In order to evaluate the quality of the methods used in the chemical and the mass spectrometric procedures, the results for mass spectrometry standards as well as for rock standards are presented. The techniques used for the following analytical stages are presented: 1) the chemical isolation and purification of the elements of interest from a rock; 2) the determination of elemental concentrations by isotope dilution, including the principles of the method, the range of applicability as a function of the analytical error as well as the procedure for the preparation and calibration of tracers (spikes) for Rb, Sr, Sm and Nd analysis; 3) the measurement of isotopic ratios by thermal ionisation mass spectrometry, including the operating conditions and the different kinds of analysis with some illustrative examples of isotopic ratios determinations; The results related to the Sm-Nd system presented in the first part of this work lead to the conclusion that the mass spectrometric procedures yielded reliable results on standards and that the chemical procedures still need further work. For this reason it is not possible to present reliable results for natural samples in this thesis. Regarding the Rb-Sr method, the results obtained on rock standards are reproducible and within error of the referenced values, thus leading to the conclusion that the methodology used yields reliable Sr isotopic compositions and Rb and Sr concentrations. In the second part of this work (Chapter 4), an example is presented of the application of the Rb-Sr system to the geochemical characterization and petrogenetic interpretation of the Carrascal Massif, located near Portalegre, on the Ossa Morena Zone close to the Tomar-Badajoz-Cordoba Shear Zone. Based on structural observations, the intrusion is thought to have been emplaced during early Variscan deformation. The Carrascal Massif is approximately elliptical with the major axis oriented along Hercinian structures (NW-SE). It can be divided into two units: one occurs in the core of the intrusion and is composed of a medium to fine-grained granite (internal granite) and of more mafic rocks, mainly diorites and quartz microdiorites. The other unit (external granite) surrounds the former and is composed of coarse porphyroid granites. Petrographic observations show that both granites have similar modal compositions that vary from granodiorite to biotite monzogranite. The essential minerals are quartz, alkaline feldspar, plagioclase and biotite, and accessory minerals identified are apatite, opaques, zircon and rare allanite. The mafic components are predominantly diorites and quartz microdiorites variably retrograded into amphibolite facies associations, amphibole, plagioclase, quartz are the most abundant minerals, biotite, opaques and minor amounts of apatite and zircon are also present Major and trace element variation diagrams for the two units display linear distributions indicating that the rock types could have been generated by crystal fractionation of plagioclase, hornblende, biotite, apatite and opaque minerals. The spidergrams show an enrichment of the most incompatible elements and negative Nb anomalies suggesting that the least evolved magmas (quartz diorites) had calc-alkaline characteristics. The isotopic results indicate that the genesis of the rock suite cannot be explained only by crystal fractionation. The linear correlation between 87Sr/86Sr and 87Rb/86Sr and one hand and between 87Sr/86Sr and 1/Sr indicate a mixing process between a mantle-derived mafic component and a crustal component enriched in radiogenic Sr. The chemical and isotopic data lead to the conclusion that the lithologies of the Carrascal Massif are genetically related through processes of fractional crystallization and magma mixing, that probably took place in a continental arc setting during the early stages of the Variscan orogeny.