Genesis and evolution of a neoproterozoic magmatic arc : the cordilleran-type granitoids of the Ara?ua? Belt, Brazil.

Programa de P?s-Gradua??o em Evolu??o Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.The Ara?ua? orogen (SE Brazil) is one of the largest (350,000 km2 ) and long-lived (ca. 630 ? 480 Ma) granitic province in the world. The peculiarity of this Orogen is its wide variety of granitoids recording mid- to lower crustal P - T conditions that allow direct investigation of petrological processes occurring in the deepest part of the continental crust. This study investigates the field, textural, geochemical, geochronological and isotopic evolution of the pre-collisional Galil?ia Batholith outcropping in the central part of the Ara?ua? orogen. This metaluminous to slightly metaluminous (ASI = 0.97? 1.07) batholith, is a large is (ca. 15,000 km2 ), Neoproterozoic (ca. 632?550 Ma) weakly foliated, calc-alkaline, granitoid body characterized by the widespread occurrence of grossular-rich magmatic garnet and magmatic epidote. This is a rare mineral association in Cordilleran-I-type granitoids and of special petrogenetic significance. Field, petrographic, and mineral chemistry evidence indicate that garnet, epidote, biotite as well as white mica crystals (low-Si phengite), are magmatic. There is no difference in bulk rock major and trace element composition between the Galil?ia and other garnetfree cordilleran-type granitoids worldwide. Thus the uncommon garnet+epidote parageneses are related to the conditions of magma crystallization, such as pressure, temperature and water content. Comparison between the mineral assemblages and mineral compositions from this study and those recorded in crystallization experiments on metaluminous calc-alkaline magmas, as well as within garnet-bearing metaluminous volcanic rocks and granitoids, indicates that the supersolidus coexistence of grossularrich garnet, epidote and white mica is consistent with magma crystallization at pressures greater than 0.8 GPa (above 25 km depth). This indicates that the Galil?ia batholith was assembled in the lower crust during the accretionary/collisional stages of the Neoproterozoic Brasiliano Orogeny. It is evident that this granitic body represents a natural laboratory for studying the history of a lower crustal magma reservoir. Indeed the lifetime of deep magma chambers and the duration of magmatic activity in them remains a puzzle, contrary to young upper crustal magmatic systems. Despite being homogeneous with respect to mineralogy/texture and major/trace elements, all samples from the central part of the batholith record extreme variability in U-Pb magmatic ages from ca. 630 to 555 Ma. Trace element geochemistry and Hf isotopes from the igneous zircons ? here interpreted as autocrysts (ca. 555 ? 560 Ma) and antecrysts (> 560 Ma) ? are all consistent with an open-system crystallization, rather than a simple cooling following fractional crystallization at the level of magma emplacement. We interpret the age variability recorded by the Galil?ia samples as the result of a long-lived, uninterrupted injection of magmas of similar composition during assembly of the batholith. Such continuous injections of magma took place in the lower crust, keeping the system above its solidus through the 80 Ma of zircon crystallization. Unradiogenic 176Hf/177Hf and 143Nd/144Nd isotopic values of the Galile?a samples indicate no direct mixing with mantle-derived magmas during the assembly and growth of the Galil?ia batholith. This explains the scarcity of mafic products in the region. All of these characteristics need a more suitable geodynamic scenario. Indeed mineral textural, geochronological and isotopic similarities with other younger and older granitic plutons constructed within accretionary / fore-arc settings, better explain the characteristics showed by the Galil?ia granitoids. Thus it is suggested that this giant batholith was assembled in an accretionary prism during the Brasiliano Orogenic stages. Eventually, it is likely that during the Brasiliano/Pan-African orogeny, accretionary prism, fore- and back?arc setting were sites of voluminous silicic magmatism and commonplaces for the stabilization of continental crust and its differentiation.O or?geno Ara?ua?, localizado na regi?o sudeste do Brasil, ? provavelmente uma das maiores prov?ncias graniticas (ca. 350,000 km2 ) de longa dura??o (ca. 630 ? 480 Ma) do mundo. A peculiaridade deste Or?geno ? a sua ampla variedade de granitoides que registram condi??es de P e T de crosta m?dia a inferior. Essas caracter?sticas permitem a investiga??o direita de processos petrol?gicos que ocorrem em segmentos mais profundos da crosta continental. Atrav?s de estudos de campo, texturais, geoqu?micos, geocronol?gicos e isot?picos o presente estudo investiga a evolu??o do bat?lito Galil?ia aflorante na parte central do Or?geno Ara?ua?. Este bat?lito, de composi??o metaluminosa a levemente peraluminousa (ASI = 0.97 ? 1.07), ? um grande corpo granitico calcio-alcalino (ca. 15,000 km2 ), fracamente foliado, de idade Neoproterozoica (ca. 630 ? 550 Ma), caracterizado pela ocorr?ncia recorrente de granada enriquecida em grossul?ria e epidoto, ambos de natureza magm?tica. Esta associa??o mineral?gica em granit?ides cordilheiranos do tipo I ? rara e de grande significado petrol?gico. Evid?ncias de campo, texturais e de qu??mica mineral indicam que granada, epidoto, biotita e tamb?m mica branca (fengita de baixo sil?cio) s?o minerais magm?ticos. Os elementos maiores e os tra?os dos granit?ides do bat?lito Galil?ia n?o mostram diferen?as composicionais quando comparados com granitos cordilheiranos sem granada descritos no mundo. Isso sugere que a rara parag?nese granada+epidoto esteja relacionada ?s condi??es de cristaliza??o do magma, como press?o, temperatura e teor de ?gua. Compara??es entre as assembleias e composi??es dos minerais que comp?em os granit?ides do bat?lito Galil?ia, com aquelas produzidas durante experimentos de cristaliza??o que utilizam magmas calcio-alcalinos metaluminosos ou com granit?ides e rochas vulc?nicas com granada magm?tica, indicam que a exist?ncia de granada enriquecida em grossul?ria, epidoto e mica branca tipo fengita de baixo sil?cio, est? relacionada a uma cristaliza??o magm?tica sob press?es superiores a 0.8 GPa (acima de 25 km de profundidade). Estas evidencias indicam tamb?m que o bat?lito Galil?ia foi constru?do na crusta profunda durante os est?gios de acre??o e colis?o do Ciclo Orogen?tico Brasiliano (Neoproterozoico). ? evidente que esse corpo granitico representa um excelente laborat?rio natural para estudar a hist?ria de um reservat?rio magm?tico de crosta inferior. De fato, ao contr?rio dos sistemas magm?ticos jovens de crosta superior, tanto o tempo de vida quanto a dura??o da atividade magm?tica das c?maras magm?ticas profundas permanecem um enigma. Apesar de ser homog?neo em rela??o a mineralogia/textura e elementos maiores/tra?os, todas as amostras da parte central do bat?lito registram uma extrema variabilidade nas idades magmaticas U-Pb, de aproximadamente 630 Ma at? 550 Ma. Elementos tra?os e is?topos de Hf em zirc?es magm?ticos ? aqui interpretados como auto-cristais (ca. 555 ? 560 Ma) e ante-cristais (> 560 Ma) ? s?o consitentes com um processo de cristaliza??o em sistema aberto, ao inv?s de um simples processo de resfriamento e cristaliza??o fracionada no n?vel da coloca??o do magma. A variabilidade de idades registrada pelos granit?ides Galil?ia ? interpretada como resultado de uma prolongada e ininterrupta inje??o de magmas de composi??o similar ao longo da constru??o do bat?lito. Essa continuada inje??o de magmas ocorreu na crosta inferior, mantendo o sistema acima da curva do solidus durante 80 Ma de cont?nua cristaliza??o de zirc?o. Os valores dos is?topos n?o radiog?nicos de 176Hf/177Hf e 143Nd/144Nd das amostras evidenciam que durante a agrega??o e crescimento do bat?lito n?o houve mistura com magmas derivados do manto. Isso explicaria a car?ncia de magmas m?ficos na ?rea. Todas essas caracter?sticas necessitam de um cen?rio geodin?mico mais adequado. De fato, semelhan?as minerais, geocronol?gicas e isot?picas com outros plutons gran?ticos mais novos e/ou mais velhos constru?dos dentro de prismas acrecion?rios / bacias de antearco e retroarco, explicam melhor as caracter?sticas mostradas pelos granitos Galil?ia. Assim, sugere-se que este bat?lito foi edificado em um prisma de acre??o durante os est?gios orog?nicos Brasilianos. Enfim, ? prov?vel que ao longo das orogenias Brasilana/Pan-Africana, prismas acrecion?rios, bacias de antearco e retroarco se comportaram como s?tios de gera??o de grandes volumes de magmas silic?ticos, e estabiliza??o e diferencia??o da crosta continental