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A classificação das rochas ígneas plutônicas ultramáficas (M’ > 90%) usada no presente trabalho, segue os parâmetros modais recomendados pela Subcomissão de Sistematização das Rochas Ígneas (Le Maitre et al., 2002*), da I.U.G.S. (International Union of Geological Sciences).

Fig. 1.5.1 – Diagrama de classificação e nomenclatura das rochas ígneas ultramáficas (M>90%) baseado na classificação modal das rochas plutônicas (OL, olivina; OPX, ortopiroxênio e CPX, clinopiroxênio), recomendado pela IUGS (Le Maitre et al., 2002). A inserção dos eclogitos na classificação é de Kirkley et al. (1991).

Essas rochas são classificadas de acordo com a quantidade modal de minerais máficos como olivina, ortopiroxênio e clinopiroxênio (Fig.1.5.1), distinguindo-se os peridotitos (dunito, harzburgito, wehrlito e lherzolito) dos piroxenitos (websterito) por esse último grupo de rocha conter menos de 40% de olivina.

Uma exceção será feita dentro da classificação da IUGS, na qual a nomenclatura dos lherzolitos é considerada como sendo a rocha contendo mais de 5% de clinopiroxênio em sua moda. Entretanto, as rochas predominantes no manto superior, que são classificadas de lherzolitos, contêm no máximo dois a três por cento de clinopiroxênio (Dawson, 1980). Assim, segundo a IUGS essa rocha seria chamada

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“clinopiroxênio-harzburgito”. Em vista disso, Dawson (1980) recomenda que o termo lherzolito seja aplicado a qualquer rocha com associação olivina + enstatita + diopsídio, uma vez que rochas mantélicas peridotíticas contém menos de 4% de diopsídio.

Entre os principais xenólitos mantélicos encontrados em kimberlitos e lamproitos estão peridotitos (lherzolito, harzburgito) e eclogitos. Já piroxenitos

(websterito) e peridotitos (wehrlito) são xenólitos mais característicos encontrados em basaltos alcalinos associados ao ambiente de rift (Haggerty, 1994).

A nomenclatura utilizada para as texturas de rochas da suíte de xenólitos ultramáficos encontrados em kimberlitos segue os conceitos empregados por Harte (1977) e Dawson (1980). Segundo esse último autor, as texturas dos xenólitos peridotíticos podem ser divididas em dois grupos principais: i) aquelas resultantes da deformação, recristalização e recuperação-de-subgrão (annealing) de rochas com textura originalmente equigranular grossa (coarse); e ii) aquelas com indicativos de interação sub-sólidas entre fases.

O primeiro grupo de textura de deformação foi inicialmente revisado por Harte

(1977) e encontra-se resumida no quadro 1.5.1a As principais estruturas (fabric) e texturas em xenólitos ultramáficos são mais evidentes em resposta à deformação dúctil (plástica) principalmente. Assim, cada fase mineralógica reage de forma diferente em resposta à deformação (strain), sendo que a olivina reage mais rapidamente, seguida pelo ortopiroxênio e clinopiroxênio. O espinélio e a granada reagirão somente em resposta a uma deformação considerável. A olivina e os piroxênios respondem à deformação principalmente por recristalização (formação de neoblastos). Porém, a granada e o espinélio respondem com microfraturamento (disruption).

As principais estruturas e texturas que são produzidas em resposta aos esforços sofridos pelos xenólitos podem ter sua origem tanto em movimentos laterais do manto litosférico-astenosférico (Boyd, 1973) e/ou devido aos movimentos de fluxo de ascendência do magma kimberlítico hospedeiro (Green & Gueguen, 1974). A seguir será apresentada a definição das principais texturas resultantes de deformação (Quadro 1.5.1a), segundo Harte (1977):

- Xenólitos com textura equigranular grossa (coarse granular e/ou coarse equant), é uma rocha sem porfiroclastos, dominantemente formada por minerais com granulação maior de 2,0 mm (aproximadamente equidimensional) na qual os limites entre os grãos são retos ou suavemente encurvados. Embora exibindo quase nenhuma deformação, os minerais exibem frequentemente extinção ondulante e mais raramente bordas com

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formação de subgrãos. São conhecidos também por xenólitos granulares de baixa temperatura (Boyd & Nixon, 1975). A rocha pode receber também as sub-texturas equigranular (equant) e tabular, conforme mostra o Quadro 1.5.1a;

- Xenólito com textura porfiroclástica, é uma rocha que contém mais de 10% de porfiroclastos (usualmente de olivina), em uma matriz com grãos menores (neoblastos). Os porfiroclastos, normalmente de olivina, são grãos relativamente grandes (1 - 2 mm) e com texturas de deformação (recristalizados ou fraturados). Os subtipos de texturas mais comuns são as microfraturas (em espinélio, granada), laminada (fina camada ou lente com predominância de olivina ou piroxênio) e “fluidal” (pequenas lentes < 0,03 mm, ou filetes com microgrãos conectados aos porfiroclastos – semelhante à textura de sombra de pressão, relativo à superplasticidade), como mostra o Quadro 1.5.1a;

- Xenólitos com textura porfiroclástica em mosaico, corresponde à rocha em que ocorrem porfiroclastos e na qual as olivinas da matriz (> 90%) ocorrem em pequenos grãos com textura em mosaico (grãos aproximadamente equidimensionais e com limites poligonais). Esses pequenos grãos (0,1 - 0,5 mm) formando a matriz apresentam também evidências de deformação e são considerados como produto de recristalização e denominados neoblastos. Os subtipos de texturas mais comuns são as microfraturas (em espinélio, granada), laminada, e “fluidal” (Quadro 1.5.1a);

Tipo de Rocha Porfiroclastos Tamanho dos _grãos Limite entre grãos Subtipos Grossa _{Ausentes em média > 2,0 mm}

Variável, limites em ângulo reto ou suavemente encurvado 1)Equigranular (equant); 2) Tabular Porfiroclástica Presentes. Mais de 10% das olivinas ocorrem como porfiroclastos Duas principais populações: -porfiroclástos (1 - 2 mm); -matriz fina (< 0,5 mm). Irregulares nos porfiroclástos e retos nos neoblastos. Alguns neoblastos são equidimensionais e outros são tabulares

1) Fraturada 2) Fluidal 3) Laminada e fraturada Mosaico - Porfiroclástica Presentes. Menos de 10% das olivinas ocorrem como porfiroclástos Duas principais populações: -porfiroclástos (1 – 2 mm); -matriz fina (< 0,5 mm). Irregulares nos porfiroclástos e reto nos neoblastos. Alguns neoblastos são equidimensionais e outros são tabulares

1) Fluidal; 2) Laminada e fraturada

Granuloblástica Ausentes ou raros _{para todos os} minerais Geralmente < 2,0 mm, exceto para raros porfiroclastos Reto ou suavemente encurvado, com grãos tabulares poligonais 1)Equigranular; 2)Tabular

Quadro 1.5.1a - Resumo das principais texturas de deformação encontradas em xenólitos ultramáficos (Harte, 1977).

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- Xenólitos com textura granuloblástica, é a rocha em que ocorrem pequenas quantidades (< 5%) de porfiroclastos em que os grãos pequenos (< 2,0 mm) formadores da rocha apresentam textura granuloblástica (grãos de tamanho aproximadamente igual, anédricos de hábito poligonal e com limites planares ou suavemente encurvados). Alguns porfiroclastos que sobrevivem o evento deformacional (alta temperatura) exibem texturas muito deformadas (faces encurvadas até kinks bands) mostrando até lamelas, rods ou blebs de exsolução. Uma característica notada nesse tipo de textura é a ocorrência de espinélio subarredondado incluso em olivina e piroxênio, como consequência da deformação, recristalização e formação de subgrãos. Dois principais subtipos de texturas granuloblásticas são reconhecidos: granuloblástica equigranular e granuloblástica tabular, (Quadro 1.5.1a).

A deformação ocorrida em rochas com texturas porfiroclástica e mosaico – porfiroclástica é acompanhada por algum grau de metassomatismo, normalmente por serpentinização e flogopitização.

O segundo grupo de texturas é aquele resultante da reação subsólida entre os

contituintes minerais. Por exemplo, são as bordas de “kelifita” ao redor de granadas, algumas vezes substituíndo por completo a granada. A kelifita consiste de um agregado microcristalino de cor escura, no qual o espinélio e mica são as fases principais identificadas ao microscópio. Porém, anfibólio, clinopiroxênio, plagioclásio e clorita têm sido confirmados por difração de raio X. Esse tipo de corona é atribuído a uma reação isoquímica subsólida entre a granada e a olivina, como resultado da mudança nas condições P-T da fácies granada lherzolito para a fácies espinélio lherzolito (Dawson, 1980).

Outra possível textura de reação subsólida é o intercrescimento de cromita com outras fases de silicatos. Essas cromitas com textura fingerprint têm sido encontradas intercrescidas com olivina, ortopiroxênio, clinopiroxênio e anfibólio. Normalmente esses intercrescimentos simplectíticos ocorrem nas junções tríplices dos silicatos hospedeiros, sugerindo uma redistribuição da cromita durante a recristalização.

Através de estudos geotermobarométricos associados às texturas encontradas em xenólitos peridotíticos Nixon (1987) identificou duas suítes principais (quadro 1.5.1b): - Peridotitos de baixa temperatura (900 - 1200°C), são representados por dunitos, harzburgitos e lherzolitos, e alguns piroxenitos. Normalmente mostram microtexturas

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granulares bem equilibradas e são considerados como sendo formados num manto litosférico extremamente refratário (altas razões Mg/Fe e Cr/Al) pobre em elementos basálticos (Al, Fe, Ca e Na). Os xenólitos de temperatura baixa têm sido interpretados como cumulatos ou resíduos de extração de picritos e komatiitos em áreas Arqueanas; - Peridotitos de alta temperatura (1200 - 1500°C) são representados por granada lherzolitos, mostrando microestruturas de deformação média expressa por texturas petrográficas fortemente recristalizada (annealing) e bordas de contato entre minerais com ângulos diedros, podendo chegar à textura milonítica. São relativamente férteis em composição (alto Fe, Al e Ca), em parte devido a processo de metassomatismo e, são interpretados como amostras do manto astenosférico. As diferenças composicionais também estão representadas no quadro 1.5.1b.

1.5.2 – METASSOMATISMO EM XENÓLITOS

Alguns xenólitos do manto mostram evidências de percolação de fluídos, os quais desenvolvem novos minerais pela interação entre o mineral pré-existente e o fluido. Portanto, fica claro que esses xenólitos foram modificados por processos metassomáticos em diversas intensidades. Para xenólitos peridotíticos em fácies de granada, Harte (1987) encontrou evidências de três tipos principais de enriquecimento químico de origem provavelmente metassomática. Esses três tipos de fenômenos são também encontrados em nódulos de peridotitos sem granada de intrusões basálticas e outras vulcânicas:

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Peridotitos Baixa T (< 1200oC) Alta T (> 1200oC)

Olivina (% modal) 62 75

Opx (% modal) 31 16

Cpx (% modal) 2 3

Granada (% modal) 5 6

Textura Granular grossa Porfiroclástica

Rocha total (pyrolito) Empobrecidos Fértil

Mg# 91 – 93 (M= 92,3) 86 – 91 (M= 89,2) Al2O3 (% peso) < 2,0 > 2,0 CaO (% peso)  1,0  1,0 Na2O (% peso)  0,15  0,15 TiO2 (% peso) < 0,10 > 0,10 La/Lu (condritos) 90 – 957 (M= 381) 12 – 75 (M= 38) (87Sr/86Sr)CPX 0,7059 – 0,7078 0,7028 – 0,7032 ( Nd)CPX _{- 21,1 a - 7,4 + 3,5 a + 4,3} Densidade (g/cm3) 3,32 3,38

Manto Litosfera (ou Tectosfera) Astenosfera

Origem Cumulado ígneo e/ou _{resíduo de komatiito oceânica subductada} Relicto de litosfera Quadro 1.5.1b – Resumo das principais características petrológicas dos xenólitos peridotíticos de alta e baixa temperatura da África do Sul (Nixon et al., 1981; Boyd & Mertzman, 1987; Herzberg, 1993; Nixon, 1994; Dawson, 1980; Pearson et al., 1995a; 1995b; Walker et al., 1989; Katayama et al., 2009).

i) Metassomatismo Modal é reconhecido petrograficamente devido à textura de substituição e o desenvolvimento de novas fases hidratadas. Nesse caso, o termo modal é utilizado para enfatizar a presença visível de minerais adicionais. Esse tipo de metassomatismo encontra-se frequentemente associado a texturas de deformação.

O metassomatismo modal é dessa forma empregado para descrição de xenólitos do manto, quando ocorre uma clara evidência mineralógica de metassomatismo. As mudanças químicas estão sempre associadas a modificações na mineralogia modal, com o desenvolvimento de minerais ricos Fe, K, Ti, H2O, CO2, Na, S, Nb, Zr, Hf, Sr, Cu, Rb e Ba, tais como anfibólio, flogopita, clinopiroxênio, óxidos de Fe e Ti (ilmenita, rutilo), óxidos exóticos (LIMA, Lindsleyita e Mathiasita; YIHA, Yimengita e Hawthorneita; Haggerty, 1994), titanatos, sulfetos, apatita, carbonatos e associções mineralógicas das suites MARID (mica-anfibólio-rutilo-ilmenita-diopsídio; Dawson & Smith, 1977) e IRPS (ilmenita, rutilo, flogopita e sulfeto; Harte et al., 1987).

A formação desses novos minerais implica também na mudança do conteúdo químico de elementos maiores, menores e traços para a rocha afetada. Entre as principais texturas de substituição estão (Dawson, 1984): substituição de olivina por

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serpentina, substituição de granada por anfibólio pargasítico, associação de richterita potássica, flogopita e ilmenita com clino e ortopiroxênios.

ii) Enriquecimento em elementos maiores, menores e traços. O reconhecimento desse tipo de metassomatismo depende de estabelecer o relacionamento entre a rocha não modificada e com a modificada quimicamente. A ocorrência de zonação química em grãos minerais pode ser particularmente útil para o estabelecimento de tais relações demonstrando um processo metassomático. Alguns peridotitos (kimberlito de Matsoku, Lesotho) apresentam finas camadas intrusivas ricas em piroxênios (pyroxenite sheets, Harte et al., 1987) e são considerados como pequenas intrusões ígneas conectados também a uma associação metassomática. Os peridotitos encaixantes mostram composição enriquecidas em Ti e Al/(Al+Cr) e menor razão Mg/(Mg+Fe) do que a composição das infiltrações de piroxenitos.

iii) Enriquecimento Isolado em Elementos Traços. Esse tipo de enriquecimento, particularmente em elementos terras raras leves (ETRL), não ocorre acompanhado de mudanças no conteúdo químico de elementos maiores e menores e nem mudanças petrográficas (não há mudanças na textura e muito menos no conteúdo modal da rocha). Devido à falta de evidências petrológicas sobre a natureza dos processos responsáveis por tais enriquecimentos em elementos traços, eles são tratados tanto como metassomatismo ou simplesmente como um evento de enriquecimento. Também denominado de metassomatismo críptico sendo encontrado geralmente em clinopiroxênios de peridotitos bem equilibrados e/ou sem deformação (Dawson, 1984).

Entretanto, a utilização frequente do termo enriquecimento (principalmente para elementos traços), como sinônimo de metassomatismo, tem causado discussões. Por exemplo, no prefácio da edição “Mantle Metasomatism” (Menzies & Hawkesworth, 1987), os autores recomendam a utilização dos termos enriquecimento e empobrecimento como uma simples descrição geoquímica, sem nenhuma implicação para o processo responsável, considerando que rochas enriquecidas ou empobrecidas podem resultar de ambos os processos, ígneos ou metassomáticos. Existe um clara gradação, entre a infiltração de líquido metassomático e infiltração de magma, consequentemente a distinção desses processos na rocha nem sempre é fácil.

Esse exemplo ilustra evidências de dois processos de enriquecimento: líquido de fusão e metassomatismo. Assim, a instalação de magmas silicatados em veios provavelmente resultará em enriquecimento de elementos incompatíveis, mas isso não é um processo metassomático. Já, modificações químicas de rochas pré-existentes

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(encaixantes) próximas ao veio poderiam representar excelentes exemplos de metassomatismo mantélico (com ou sem mudanças mineralógicas visíveis).

Em alguns casos, quando é possível determinar a idade no xenólito, pode-se verificar que o metassomatismo críptico (ou enriquecimento) é bem mais antigo (~ 2,0 Ga) que o evento kimberlítico hospedeiro (Dawson, 1984). Alguns exemplos de idade em metassomatismo modal são os de richteritas com idade (Sm-Nd) ~ 100 Ma, semelhante ao kimberlito hospedeiro.

Xenólitos de granada peridotitos hidratados e piroxenitos da suíte MARID (mica, anfibólio, rutilo, ilmenita e diopsídio; Dawson & Smith, 1977) e da suíte IRPS (ilmenita, rutilo, flogopita e sulfetos; Harte, 1989) proporcionam valiosas informações a respeito da proveniência de fluidos do manto na fácies da granada. Entretanto, parece haver um consenso entre pesquisadores (Menzies & Chazot, 1994) de que os fluidos responsáveis pela formação da suíte de piroxenitos (MARID e IRPS) são líquidos silicatados com afinidade kimberlítica, lamproítica ou basáltica.