Geological evolution of Paraiba do Sul terrane, Orógeno Ribeira belt, southeastern Brazil, base onlitogeochemical studies and U-Pb (LA-ICPMS)

A estrutura crustal do Orógeno Ribeira pode ser definida, em seu segmento central, por alguns terrenos tectono-estratigráficos distintos entre si, e limitados por empurrões por sobre o Cráton de São Francisco e zonas de cisalhamento oblíquas, resultado de sucessivos eventos de colagem no Brasiliano. Neste contexto, o Terreno Paraíba do Sul se apresenta como uma estrutura sinformal, recobrindo o Terreno Ocidental, margem retrabalhada do Cráton de São Francisco (Heilbron et al., 2004). Ainda que o Orógeno Ribeira seja o mais estudado do Gondwana Oeste, esta tese contribui para o entendimento da constituição, origem e evolução das unidades que compõem o Terreno Paraíba do Sul, neste orógeno. Para tanto foram realizadas investigações geocronológicas sistemáticas subsidiadas por análises litogeoquímicas, tendo em vista o caráter regional do terreno estudado. Este estudo integrado se faz necessário em virtude da poucas e espacialmente restritas idades existentes para os ortognaisses do embasamento (Complexo Quirino) e granitóides, e à ausência de idades de proveniência de sua cobertura metassedimentar (Grupo Paraíba do Sul). Os dados litogeoquímicos de quarenta e uma análises (trinta e duas de Valladares et al., 2002) discriminam duas séries cálcio-alcalinas para o Complexo Quirino: uma de médio-K e composição tonalítica; e outra de alto-K e composição granítica/granodiorítica, relacionadas a ambiente de arco vulcânico. Foram ainda identificados alguns possíveis grupos cogenéticos, para cada uma destas séries (grupos 1 a 8 para a série de alto-K, e 1 a 3 para a série de médio-K), considerando razões entre elementos incompatíveis com variações inferiores a 1,5 vezes (Allégre & Minster, 1978) e outros critérios petrológicos, para orientação da investigação geocronológica. A análise geocronológica U-Pb foi realizada pelo método LA-ICPMS, em zircões selecionados de dez amostras, sendo seis de ortognaisses do Complexo Quirino (quatro da série de alto-K e duas da série de médio-K), duas de quartzitos do Grupo Paraíba do Sul e duas de granitóides neoproterozóicos. Todas as análises foram produzidas pelo autor no Radiogenic Isotope Facility of University of Alberta, Canadá. Os dados obtidos apresentaram, para o Complexo Quirino, idades de cristalização paleoproterozóica relacionadas ao Evento Transamazônico, sendo a série de alto-K mais antiga (2308 9,2 Ma a 2185 8 Ma) do que a série de médio-K (2169 3 Ma a 2136 14 Ma). A integração dos dados geocronológicos obtidos, com as avaliações petrogenéticas, possibilita a interpretação de que quatro ou cinco suítes ocorram na série de alto-K. A série de médio-K seria representada por uma única suíte cogenética, evoluída por assimilação concomitante à cristalização fracionada, consequente de fusão de crosta arqueana pré-existente durante o mesmo evento que gerou crosta juvenil. A expressiva quantidade de grãos herdados e idade TDM (Valladares et al., 2002) corroboram com esta hipótese. Os metassedimentos investigados são provenientes da erosão de rochas paleoproterozóicas (com maior concentração entre 1,9 Ga e 2,1 Ga), em parte oriundas do próprio embasamento, juntamente com contribuições subordinadas de fontes arqueanas. A idade de deposição máxima obtida a 1951 Ma (zircão concordante mais jovem), juntamente com a idade concordante mais antiga de metamorfismo do seu embasamento (645 13 Ma), define a melhor estimativa para a implantação da Bacia Paraíba do Sul em algum intervalo entre o final da Orogenia Transamazônica e o início da Orogenia Brasiliana. Três eventos metamórficos neoproterozóicos também foram identificados com base em registros de bordos de grãos, pontas de prismas e interceptos inferiores de zircões do embasamento e idades de cristalização de granitóides: um precoce, entre 645-605 Ma caracterizado nesta tese como pré-M1; e outros dois subseqüentes, com intervalos de 605-570 Ma e 540-520 Ma correlacionáveis respectivamente aos eventos M1 e M2 de Heilbron (1993) para o Orógeno Ribeira. Dentre as hipóteses para o registro metamórfico pré-M1, é sugerida uma possível influência dos episódios colisionais, de idade cronocorrelata, ao sul do Orógeno Brasília, ou a existência de um fragmento de crosta continental posicionada entre o Arco Rio Negro (Terreno Oriental) e o Cráton de São Francisco. No segundo caso, um evento de acresção deste fragmento de crosta ao arco, anterior à colisão com o Cráton, resultaria nas idades de metamorfismo mais precoce. Por fim, a idade ID-TIMS de 503 2 Ma em titanita do Complexo Quirino (Valladares, 1996) continuaria sendo a mais nova, refletindo a diminuição da atividade metamórfica para este terreno.The crustal structure of the Ribeira Belt can be defined, in its central segment, by some tectono-estratigraphic terrains which are different, and limited by thrusts over São Francisco Craton and obliquous shear zones, result of successful docking events in the Brasiliano. In this context, the Paraíba do Sul Terrane is presented as a sinformal structure, covering the Occidental Terrane, a reworked margin of São Francisco Craton (Heilbron et al., 2004). Although the Ribeira mobile belt is the most studied in the West Gondwana, this study has contributed to the understanding of the constitution, origin and evolution of the units which compose the Paraíba do Sul Terrane, in this orogen. For that, systematic geochronological investigations were carried out, subsidized by lithogeochemical analysis, considering the regional character of the terrane being analyzed. This integrated study is necessary due to the few and spaciously restricted existing ages for the orthogneisses of the basement (Quirino Complex) and granitoids, and the absence of ages of provenance of its metasedimentary coverage (Paraiba do Sul Group). The litogeochemical data of 41 analyses (32 from Valladares et al., 2002) distinguish two calc-alkaline series for Quirino Complex: one of medium-K and tonalitic composition; other of high-K and granitic/granodioritic composition, related to a volcanic arc environment. Some possible cogenetic groups we identified, for each of these series (groups 1 to 8 for the high-K series, and 1 to 3 for the medium-K series), considering rates between incompatible elements varying below 1.5 times (Allégre & Minster, 1978) and other petrologic criteria, for the orientation of the geochronological investigation. The U-Pb geochronological analysis was performed by LA-ICPMS method, in zircons selected from ten samples, of which six were from orthogneisses from the Quirino Complex (four from the high-K series and two from the medium-K series), two from quartzites from Paraíba do Sul Group and two from neoproterozoic granitoids. All the analyses were produced by the author in the Radiogenic Isotope Facility of University of Alberta, Canada. The data obtained presented, for the Quirino Complex, palaeoproterozoic crystallization ages related to the Transamazonic Event, the high-K series being older (2308 9.2 Ma a 2185 8 Ma) that the medium-K series (2169 3 Ma a 2136 14 Ma). The integration of the geochronological data with the petrogenetic evaluation leads to the conclusion that four or five suites occur in the high-K serie. The medium-K series would be represented by one sole cogenetic suite, evolved by concomitant assimilation during fractioned crystallization, resulting, in part, from the melt of an archean crust during the same event which generated juvenile crust on the Palaeoproterozoic. The expressive quantity of inherited archean grains and TDM archean age (Valladares et al., 2002) support this hypothesis. The metasediments investigated are originated from the erosion of palaeoproterozoic rocks (with higher concentration between 1.9 Ga and 2.1 Ga), partly originated from the basement itself, together with subordinated contributions of archean sources. The maximum deposition age obtained at 1951 Ma (youngest zircon concordant), together with the oldest concordant age of the metamorphism of its basement (645 13 Ma), defines the best estimate for the implementation of the Paraíba do Sul Basin, in some interval between the end of the Transamazonic Orogeny and the beginning of the Brasilian Orogeny. Three neoproterozoic metamorphic events were also identified based on registers of overgrowth grain, prismatic tips and lower intercepts of zircons of the basement and granitoid crystallization ages: one precocious, between 645-605 Ma, characterized in this study as pre-M1; and two subsequent, with intervals of 605-570 Ma and 540-520 Ma respectively correlated to Heilbron (1993) M1 and M2 events for the Ribeira Belt. Among the hypothesis for the metamorphic pre-M1 register, we suggest possible influence of the collision episodes, of chronorrelated age, south of the Brasilia Belt, or the existence of a fragment of continental crust positioned between the Rio Negro Arc (Oriental Terrane) and São Francisco Craton. In the second case, an accretion event of this crust fragment to the arc, from before the collision with the Craton, would result in the earlier metamorphism ages. Finally, the ID-TIMS age of 503 2 Ma in titanite of the Quirino Complex (Valladares, 1996) would still be the youngest, reflecting the decrease of the metamorphic activity for this terrane