Stratigraphy and petrogenesis of the paleoproterozoic volcanic sequences in the São Félix do Xingu (PA) region, Carajás Mineral Province

Próximo à cidade de São Félix do Xingu, centrosul do Estado do Pará, no contexto da Província Mineral de Carajás, ocorre um amplo vulcanoplutonismo Paleoproterozóico (1,88 1,87 Ga) excepcionalmente preservado e agrupado nas formações Sobreiro e Santa Rosa. Estas unidades são genericamente correlacionadas ao vulcanoplutonismo do Supergrupo Uatumã, um magmatismo com abrangência estimada de 1.500.000 km2 e registrado em praticamente todo o Cráton Amazônico. Essas rochas vulcânicas encontram-se sobrepostas ao Granito Parauari, do Paleoproterozóico, e às unidades do embasamento arqueano, dos domínios do Cinturão de Cisalhamento Itacaiúnas e do Terreno GranitoGreenstone do Sul do Pará. Maciços Granitóides mineralizados a estanho da Suíte Intrusiva Velho Guilherme de 1,86 Ga invadem as unidades supracitadas. Apesar da evolução do conhecimento nos últimos anos nesta região, há uma grande carência de dados geológicos, geoquímicos e isotópicos mais detalhados e precisos acerca dessa associação vulcânica no Cráton Amazônico como um todo. Essa escassez de informações é decorrente, em parte, das dificuldades de acesso às áreas e da densa cobertura vegetal e de solo, características peculiares da região Amazônica; descontinuidade lateral e vertical das unidades; e principalmente pelos poucos grupos de pesquisa especializados nesta temática. O mapeamento geológico intensivo realizado neste trabalho revelou que a unidade basal Formação Sobreiro é composta por fácies coerente de fluxo de lavas predominantemente andesítica, com subordinados dacito e riodacito; bem como por fácies vulcanoclástica caracterizada por tufo, lapilli-tufo e brechas polimítica maciça. Estas rochas exibem fenocristais de augita, magnesiohastingsita e plagioclásio de variável composição em uma matriz microlítica ou traquítica. Magnetita e apatita figuram como os principais acessórios primários. A variação sistemática da mineralogia de andesito basáltico para riodacito e dacito, bem como as características petrográficas destes litotipos, sugerem que as rochas dessa unidade diferenciaram-se por cristalização fracionada com provável assimilação crustal. Análises litoquímicas mostram que possui assinatura geoquímica de granitóides de arco vulcânico, enquadra-se na série magmática cálcio-alcalina de alto potássio e tem composição metaluminosa. A associação superior, Formação Santa Rosa, é formada por fácies coerente maciça de riolitos e subordinadamente riodacitos com variáveis conteúdos modais de feldspato potássico, plagioclásio e megacristais de quartzo envoltos por matriz constituída de quartzo e feldspato potássico intercrescidos, comumente esferulítica. Localmente ocorrem esferulitos de até 10 cm de diâmetro. Biotita é uma fase varietal, embora de abundância reduzida, apontando para uma unidade extremamente evoluída. Zircão, apatita e, subordinadamente óxidos de Fe e Ti, são acessórios primários. Fácies vulcanoclásticas de ignimbritos, lapilli-tufos, tufos de cristais félsicos e brechas polimíticas maciças representam um ciclo de vulcanismo explosivo nesta unidade. Essa associação vulcanoclástica possui mineralogia e características geoquímicas muito similares à fácies coerente. Diques métricos e stocks de pórfiros graníticos e granitóides equigranulares completam esta suíte. A deposição desta foi controlada por grandes fissuras crustais de até 30 km de comprimento de direção NESW, e subordinadamente NW-SE, materializado por fluxo magmático predominantemente vertical. Estas rochas exibem afinidade geoquímica intraplaca, composição peraluminosa e características transicionais entre subalcalina e alcalina. Zonas hidrotermalmente alteradas foram identificadas nestas suítes, sugerindo um potencial metalogenético para as mesmas. A grande quantidade de blocos isolados em uma topografia plana lembra um sistema eruptivo monogenético na Formação Sobreiro. Os altos topográficos podem ter sido originados pela acumulação de lava do tipo scutulum. Os depósitos vulcanoclásticos que ocorrem na porção superior dos fluxos de lavas estão associados à fragmentação autoclástica, embora possam estar associados também ao regime de fluxo de piroclástico originado nas elevações. O modelo de erupção da unidade superior é muito semelhante ao da seqüência ignimbrítica Sierra Madre Ocidental, localizada na América do Norte. A presença deste vulcanismo fissural na região de São Félix do Xingu poderia estar relacionada a um batólito ou um conjunto de batólitos formados em um regime distensivo. A integração de dados de isótopos de Nd com o possível zonamento metalogenético que ocorre na porção sul do Cráton Amazônico, entre as regiões do Gráben da Serra do Cachimbo e São Félix do Xingu, sugere que evolução desta porção está vinculada ao desenvolvimento de uma orogênese oceanocontinente orientada aproximadamente lesteoeste, e materializada pela geração de arcos magmáticos gradativamente mais jovens entre 2,1 1,88 Ga. A geração do vulcanismo cálcio-alcalino de 1,88 Ga na região de São Félix do Xingu estaria relacionada à suavização do ângulo de subducção e posterior migração do arco magmático, a exemplo do Cinturão Andino e Montanhas Rochosas. Neste cenário, o vulcanismo exclusivamente crustal de 1,87 Ga representado pela Formação Santa Rosa estaria vinculado a um evento distensivo identificado em várias regiões do Cráton Amazônico e que extendeu-se até o Mesoproterozóico.Near the São Félix do Xingu city, centersouth portion of the Pará state, in the context of the Carajás Mineral Province, occur extensive Paleoproterozoic volcanoplutonism (1.88 1.87 Ga) exceptionally well-preserved and grouped in the Sobreiro and Santa Rosa formations. These suites are generically correlated to Uatumã Supergroup volcanoplutonism, a magmatic event that covers approximately 1,500,000 km2 and is registered in several areas of the Amazonian craton. These volcanic rocks overlap the paleoproterozoic Parauari Granite, and units of the archean basement included in the Itacaiúnas Shear Belt and South Pará GraniteGreenstone terrain. Later tin-bearing 1.86 Ga A-type granitoid massifs of the Velho Guilherme Intrusive Suite intrude above units. Although knowledge improvement in the last years in this region, there is necessity of more detailed and precise geologic, geochemical, and isotopic data for this volcanic association in the Amazonian craton. This gap of information is partially explained by access difficulties to the studied areas and dense forest cover; lateral and vertical discontinuities of the units; and especially by few researchers groups focalized in this thematic. The intensive geologic mapping developed for this thesis showed that the basal Sobreiro Formation has coherent lava flow facies mainly andesitic, with subordinate dacite and rhyodacite; as well volcaniclastic facies with tuff, lapilli-tuff, and massive polymictic breccia. These rocks show augite, magnesiohastingsite, and plagioclase of variable compositions phenocrysts set in microlithic or traquitic groundmass. Magnetite and apatite are the primary accessories. The systematic mineralogic variation from basaltic-andesite to rhyodacite and dacite, and the petrographical characteristics of these rocks, suggest that the fractional crystallization was the prevailing differentiation process with probable crustal contamination. Their geochemical signature is similar to those of volcanic-arc related granitoids, with high-K calc-alkaline affinity, and metaluminous composition. The upper Santa Rosa Formation is formed by massive coherent facies of rhyolite and subordinate rhyodacite with variable modal contents of K-feldspar, plagioclase and quartz megacrysts in groundmass formed by intergrowth of quartz and potassic feldspar, commonly spherulitic. Spherical spherulites until 10 cm diameter occur locally. Biotite is a varietal phase modally reduced. Zircon, apatite, and Fe-Ti oxides are primary accessories, suggesting an extremely evolved unit. Volcaniclastic facies of ignimbrites, lapilli-tuffs, felsic crystal tuffs, and massive polymictic breccias represent an explosive volcanism cycle in the Santa Rosa Formation. This volcaniclastic association has mineralogic and geochemical characters very similar to the coherent facies. Metric dikes and stocks of granitic porphyries and equigranular granitoids complete this formation. The deposition was driven by large ~ 30 km length NESW crustal fissures, and subordinate NWSE, where magmatic flow are predominantly vertical. These upper volcanic rocks and associated porphyries and granites exhibit intraplate geochemical affinity, peraluminous composition, and transitional subalkaline to alkaline characteristics. Hydrothermally altered zones were identified in these suites, pointing to a metallogenetic potential for them. The presence of several isolated blocks in a flat topography resembles monogenetic eruptive system in the Sobreiro Formation. The topographic highs could have been originated scutulum-type lava accumulation. The volcaniclastic deposits that occur in the top of the lava flow are related to autoclastic fragmentation processes, although can be related to pyroclastic flow regime originated in the hills. The eruption model for the upper unit is very similar to Sierra Madre Occidental ignimbritic sequence, located in North America. The fissure-controlled volcanism in the São Félix do Xingu region could have been related to a batholith or series of batholiths generated in extensional tectonic regime occurred in the Amazonian craton. The integration of Nd isotope data with the possible metallogenetic zoning that occurs in the south portion of the Amazonian craton, between Serra do Cachimbo Graben and São Félix do Xingu region, suggests that the evolution of this portion is related to an approximately eastwest oceancontinent orogenesis, materialized by progressively younger 2.1 1.88 Ga magmatic arcs. The generation of 1.88 Ga calc-alkaline volcanism in the São Félix do Xingu region can be explained by flattening in the subduction angle and following arc migration, as occurs in the Andes Belt and Rocky Mountains. In this scenario, the exclusively crustal 1.87 Ga volcanism of the Santa Rosa Formation could have been linked to extensional tectonic identified in several regions of the Amazonian craton that extended until Mesoproterozoic