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Título: Ore forming systems in the western compartment of the Beja layered gabbroic sequence : (Ossa Morena zone Portugal)
Autor: Jesus, Ana Patrícia Marques de, 1975-
Orientador: Mateus, António Manuel Nunes, 1962-
Munhá, José Manuel Urbano, 1951-
Palavras-chave: Mineralização
Metalogenia
Teses de doutoramento - 2011
Portugal
Issue Date: 2011
Resumo: The western compartment of the Beja Layered Gabbroic Sequence (LGS) comprises seven Series hosting three mineralisation types and four suites of non-gabbroic rocks also included in the Beja Igneous Complex (BIC). The primary nature of the prevalent and penetrative fabrics in LGS (layering and compactioninduced magmatic foliation), indicate that the gabbroic suite emplacement occurred under P-T conditions above those of the amphibolite facies regional metamorphic peak. The LGS internal architecture grossly mimics the geometry of the Évora-Beja-Aracena Domain, defining a series of nested sigmoid-like shapes. The earliest record of ductile tectonic deformation (often with magmatic imprint) took place before the ≈ 340 Ma D2a- D2b regional rising of the ductile-brittle transition. Shearing progressed under gradually brittle conditions throughout the early stages of D3 causing E-W rotation of the layering southwards of each Series. Propagation/reactivation of late fault zones continued under fully brittle conditions until Late Variscan times. LGS rocks show subalkaline character compatible with low-pressure fractionation of tholeiitic suites revealing mild LREE+Ba enrichment, strong to moderate depletion in Nb-Ta and Th-Rb and LILE/HFSE decoupling. LGS melts derived from a time-integrated, mildly depleted radiogenic source with influence of enriched mantelic components. Previous/repeated melt extraction events may account for the increasing of the mafic character and bulk lowering of the incompatible element budget towards LGS top. The formation of LGS and other regional magmatic events developed from early to late collisional times of the Variscan orogeny may be explained by underplating of basaltic juvenile magmas along-strike of the Ossa Morena Zone (OMZ) SW border at 350 ±5 Ma, caused by slab break-off as a consequence of subduction blocking. SB I troctolite are primary oxidized magmas, proxy for LGS parental magmas. A first magmatic event of extensive differentiation produced SB I-SB II-ODV I Series. Other LGS Series (ODV II, III, BRG I, II) are macrorhythmic successions resulting from repeated incoming of magma replenishments with similar initial composition that attained limited degree of fractionation. Storage and crystal fractionation within transient deep magma chambers explains the more evolved and homogenous composition of LGS Series relatively to SB I parental magmas. Low-pressure fractionation and mixing of variable proportions of resident magma within the outcropping middle/upper crustal chamber caused further fractionation within each Series. BIC mesocratic rocks diorite, ATT /border facies and pegmatoid dykes are genetically related to LGS, all deriving from the same mantelic source with different contributions from lower and upper crustal rocks. It is proposed that the underplating of basaltic magmas at OMZ lower crust gave rise to a deep hot crustal source zone (DCHZ), envisaging the BIC evolution as a single long-lived magmatic event of progressive diversification due to the reworking of OMZ crustal rocks trough time. Small volumes of hydrous melts isotopically and geochemically similar to LGS magmas produced the early diorite. Mild lower crustal contamination in LGS magmas was gradually replaced by a stronger role of upper crustal contamination. Compositionally evolved Series reflect the progression of AFC processes favoured by longer upper crustal residence times. Upper crustal contamination occurred also by incorporation of crustal-derived fluids enriched in radiogenic Sr, heavy δ18O ± CO2, ascribed to progressive devolatilization/dehydration of the OMZ upper country rocks during the emplacement of BIC suites. Late emplaced ATT/border facies are hybrid melts with strong contributions from lower crustal fertile rocks, LGS basaltic residual melt and cumulate plagioclase, acquired during large incubation times at depth. Following the regional crustal uplift at 340 ± 5 Ma, admixing of crustal and magmatic fluids (from diorite and/or LGS) generated the pegmatoid dykes and a magmatic-hydrothermal system that overlaps ODV I amphibolitic gabbro (reflecting entrainment of melts from the adjoining diorite). Odivelas type I mineralization are Fe-Ti-V massive accumulations of oxides enveloped by ODV I oxide-rich rocks. The prevailing oxidising conditions and the recurrent fractionation/replenishment buffered the Fe-Ti enrichment within a calcalkaline path for most Series. Oxide-rich rocks fractioned from magmas that followed a tholeiitic Fe-Ti enrichment under lower oxidation conditions due to decreasing of recharge and crystallization rates; these conditions favoured the V-partitioning into magnetite. Previous segregation of sulphide melts and transient opening of the system to oxygen may explain oxygen supersaturation triggering oxide fractionation. Increasing trapped melt fraction proportions with high Fe/Mg support that density driven processes are most important in geochemically/mineralogically evolved domains, playing a major role in oxide accumulation/segregation. ODV I Series reflects a self-sustained process of oxide deposition and lowering of fO2 with strong density stratification of the magma and ponding of dense cool ferro-basaltic melt followed by convective overturning. Gravity-aided physical processes (e.g. filter-pressing), account for ODV I complex architecture and the development of type I oxide masses. Late oxidation of the former Ti-magnetite to maghemite is tentativally ascribed to high-temperature fluids related to the amphibolitic gabbro meteoric hydrothermal system at E. Type II mineralization are metal-poor sulphide veins hosted in a metasomatic halo superimposed to ODV III Series Upper Group exposed at the Ventoso quarry. The 344 Ma Pb-model ages for the sulphides overlap the pegmatoid 342 ± 9 Ma SHRIMP-zircon age and suggest that both are expressions of the same hydrothermal event, also recorded in ODV III Upper Group rocks. The sulphides result from mixing of a strongly diluted magmatic fluid (higher Ni/Cu) exsolved from LGS cumulates and/or late developed diorite suites and exogenous low Ni/Cu, heavy δ34S hydrothermal crustal fluids derived from OMZ country rocks. Both components were metal-deficient and the metal upgrading was possibly accomplished through chemical scavenging during the alteration of ODV III Upper Group rocks (including disseminated magmatic sulphides). Type III mineralization are intercumulus to massive Ni-Cu-Co rich sulphides representing mss + iss mixtures with negligible trapped sulphide melt. Important occurrences are hosted in BRG II Lower Group clinopyroxenites and BRG I Upper Group olivine norites, located at the Figueirinha and Serrabritas quarries, respectively. Sulphide melts segregated from Ni-PGE undepleted magmas and interacted with relatively high amounts of silicate magma (R [500-1500)]. Several critical features for Figueirinha suggest ore-zoning in a relatively large ore-forming system, with significant higher metal contents than those of minor pyroxenitichosted occurrences at the Nain Labrador. Serrabritas sulphides developed under reduced oxidation conditions, supporting a relationship between overlying oxide accumulations. Sulphide segregation may reflect assimilation of reduced metasedimentary rocks rich in graphite/organic matter with subsequent isotopic homogenisation in magma. Two genetic hypotheses are proposed for Figueirinha. If the sulphides are endogenous and genetically related to BRG II Series, a transient contamination event could account for sulphide segregation at the Lower/Intermediate Group transition; sulphide accumulation should proceed in a low dynamic environment (low R values) by density-driven, ponding with rapid Ni-depletion of silicate magma. If the sulphides are exogenous relatively to BRG II Series, their formation could be related to felsification during the lower crustal contamination of mafic basaltic magma, further emplaced along with the ATT suite hybrid magmas. The first scenario configures a lower economic potential (similar to that of Serrabritas), due to the absence of efficient dynamic traps within the intrusion to concentrate sulphide; the second is a more favourable setting akin to highly economic sulphide ore-forming systems at magmatic conduits. Multifractal modelling of soil Cu-geochemistry in several OMZ southern border geological units discriminates among the large diversity of documented Cu-bearing systems. Several conspicuous geochemical anomalies not associated with currently acknowledged mineralised occurrences in OMZ may represent relevant findings in a near future, particularly concerning skarn-type ore systems.
O compartimento oeste da sequência gabróica bandada de Beja (LGS) compreende sete Séries que hospedam três tipos de mineralizações e quatro sequências de rochas não gabróicas também incluídas no Complexo Ígneo de Beja (BIC). As fábricas mais penetrativas predominantes no LGS (bandado magmático e foliação induzida por compacção) são de natureza primária e indicam que a sequência bandada foi desenvolvida em condições P-T acima do pico metamórfico regional em fácies anfibolítica. A arquitectura interna do LGS revela um conjunto de formas sigmóides encastradas que mimetizam a geometria envolvente do domínio de Évora-Beja-Aracena. A cedência dúctil precoce (frequentemente com sobreposição magmática) precede a transição entre as fases de deformação D2a-D2b, coincidindo com o ressalto litosférico que condiciona a ascensão da transição dúctil-frágil, datada de ca. 340 Ma. A acomodação da deformação cisalhante perdurou em condições progressivamente mais frágeis desde os estádios precoces de D3, com consequente rotação E-W do bandado magmático para Sul de cada Série. A propagação/reactivação de zonas de falha tardias prosseguiu em regime frágil durante o periodo Tardi-Varisco. As rochas do LGS denotam carácter sub-alcalino compatível com fraccionação a baixa pressão de séries toleíticas; revelam enriquecimento incipiente em LREE + Ba, empobrecimento moderado a forte em Th-Rb e Nb-Ta, bem como fraccionação diferenciada dos LILE/HFSE. Os magmas que deram origem ao LGS derivaram de uma fonte moderamente empobrecida em elementos radiogénicos (integrados no tempo) com alguma influência de componentes mantélicos enriquecidos. O incremento do carácter máfico bem como empobrecimento em elementos incompatíveis em direcção ao topo da sequência gabróica sugerem eventos de extração de magma prévios e/ou continuados no tempo. A formação do LGS e outros eventos magmáticos regionais que ocorrem desde os estádios precoces a tardi colisionais da orogenia Varisca, podem ser explicados por underplating de magmas basálticos juvenis ao longo do bordo SW da Zona de Ossa Morena (OMZ) aos 350 ± 5 Ma, causado por slab break-off em consequência do bloqueio da subducção. Os troctolitos de SB I representam magmas primários, oxidados, indicadores parentais do LGS. Um primeiro evento de extensa diferenciação magmática produziu as Séries SB I-SB II-ODV I. As restantes Séries do LGS (ODV II, III, BRG I, II) são sucessões macro-rítmicas que resultam de recargas sucessivas da câmara magmática com composição inicial similar, que atingiram um grau limitado de diferenciação. A composição sistematicamente mais evoluída e homogénea dos termos primitivos das várias Séries relativamente aos magmas parentais de SB I, pode ser explicado por armazenamento e cristalização dos magmas em câmaras magmáticas profundas transientes. A diferenciação adicional em cada Série devese a fracionação a baixa pressão e mistura de proporções variáveis de magma evoluído residente na câmara magmática (aflorante) da crosta média/superior. As rochas mesocráticas do BIC dioritos, ATT / border facies (fácies de bordadura) e diques pegmatóides estão geneticamente relacionados com o LGS, derivando da mesma fonte mantélica com contribuições variáveis de rochas crustais inferiores e superiores. Propõe-se que o underplating dos magmas basálticos na crosta inferior da OMZ terá dado origem a uma fonte crustal profunda de calor (deep hot crustal source zone- DCHZ), permitindo conceber a evolução do BIC como um único evento de longa duração sujeito a diversificação magmática progressiva como consequência do retrabalhamento das rochas crustais da OMZ ao longo do tempo. Pequenos volumes de magma hidratados com composição isotópica e geoquímica semelhante aos envolvidos na formação do LGS terão gerado os dioritos num estádio relativamente precoce do processo evolutivo. As Séries composionalmente mais evoluídas reflectem a progressão de processos AFC promovidos por tempos de residência crustal mais prolongada. A contaminação crustal inferior foi incipiente e gradualmente substituída pela ocorrida em níveis crustais superiores. A contaminação crustal superior envolveu também fluidos enriquecidos em Sr radiogénico, δ18O pesado ± CO2, cuja origem é atribuída à desvolatilização/desidratação progressiva das sequências metamórficas da OMZ durante a instalação do BIC. A ATT/border facies representam magmas híbridos tardios com forte contribuição de rochas crustais inferiores férteis, incorporando magma residual basálitico e plagioclase cumulada do LGS; estes componentes terão sido adquiridos durante um período de incubação prolongado em profundidade. Após o levantamento crustal regional (ca. 340 Ma.), misturas de fluidos magmáticos (provenientes dos dioritos e/ou LGS) e crustais deram origem aos diques pegmatóides, sustentando também um sistema magmáticohidrotermal que se sobrepõe aos gabros anfibolíticos de ODV I. As mineralizações de Odivelas do tipo I são acumulações maciças de óxidos de Fe-Ti-V hospedadas em rochas de ODV I. As condições de oxidação predominantemente elevadas e os eventos recorrentes de fraccionação/recarga magmática condicionaram o enriquecimento em Fe e Ti do magma ao longo de uma evolução de carácter calcoalcalino para a maioria das Séries. As rochas ricas em óxidos fraccionaram de magmas que seguiram um percurso de enriquecimento em Fe-Ti toleiítico, sob condições de oxidação baixas devido ao decréscimo das taxas de cristalização/recarga; estas condições favoreceram ainda a partição do V para a magnetite. O despoletar da fracionação dos óxidos pode ser explicado por supersaturação em oxigénio induzida por aberturas transientes do sistema devido, por exemplo, à fracionação prévia de líquidos sulfuretados. O incremento da proporção da fracção líquida aprisionada (trapped melt fraction- TMF) com a razão Fe/Mg dos magmas, sugere que os processos de diferenciação gravítica desempenharam papel importante na acumulação/segregação de óxidos em domínios mineralógica/geoquimicamente mais evoluídos. A Série ODV I reflecte um processo auto-sustentado de deposição de óxidos e diminução de fO2, com forte estratificação do magma (devido aos gradientes de densidade) e consequente afundamento de magma ferro-basáltico (mais frio e denso) seguido de transposição convectiva. Os processos gravíticos (e.g. filter-pressing) poderão justificar a arquitectura complexa de ODV I, bem como o desenvolvimento das massas de óxidos do tipo I. A oxidação tardia da Ti-magnetite percursora para maghemite é tentativamente atribuída a fluidos a elevada temperatura relacionados com o sistema meteórico-hidrotermal que afecta os gabros anfibolíticos a E. As mineralizações do tipo II correspondem a veios de sulfuretos (deficientes em metais) inclusos num halo metassomático que se sobrepõe ao Grupo Superior da Série ODV III, exposta na pedreira do Ventoso. A idade modelo Pb/Pb (344 Ma) obtida para os sulfuretos sobrepõe-se à idade SHRIMP em zircão extraído dos pegmatóides, sugerindo que ambos os sistemas expressam o mesmo evento hidrotermal, também patente no Grupo Superior de ODV III. Os sufuretos resultam da mistura de uma componente magmática fortemente diluída (Ni/Cu mais elevado), exsolvida dos cumulados do LGS e/ou dioritos tardios, com uma componente hidrotermal exógena com baixo Ni/Cu e δ34S pesado, derivada das rochas crustais da OMZ. Ambos os componentes seriam deficientes em metais pelo que o incremento geoquímico requerido para a formação dos sulfuretos terá sido possivelmente adquirido por lixiviação de metais no decurso da alteração das rochas e sulfuretos disseminados do Grupo Superior de ODV III. As mineralizações do tipo III compreendem sulfuretos intercumulus a maciços de Ni-Cu-Co que representam misturas de mss + iss com quantidades negligenciáveis de líquido sulfuretado apriosionado. As ocorrências mais importantes são hospedadas em clinopiroxenitos do Grupo Inferior de BRG II e noritos olivínicos do Grupo Superior de BRG I, localizados nas pedreiras da Figueirinha e Serrabritas, respectivamente. Os líquidos sulfuretados terão sido segregados de magmas silicatados não empobrecidos em Ni-PGE, interagindo com proporções relativamente elevadas de magmas silicatados (R [500-1500)]. Vários aspectos críticos da mineralização da Figueirinha sugerem zonamento composicional num sistema mineralizado de dimensão apreciável, com conteúdos metalíferos mais significativos do que a maioria das cocorrências hospedadas em piroxenitos no Nain Labrador. Os sulfuretos de Serrabritas desenvolveram-se em condições de oxidação baixas, que suportam uma relação com as acumulações de óxidos sobrejacentes. A segregação de sulfuretos poderá, portanto, reflectir a assimilação de rochas metassedimentares reduzidas ricas em grafite/matéria orgânica com subsequente homogenização isotópica. São propostas duas hipóteses genéticas para os sulfuretos da Figueirinha. Se os sulfuretos são endógenos e geneticamente relacionados com a Série BRG II, poderão ter sido segregados no decurso de um evento efémero de contaminação na transição dos Grupos Inferior/Intermédio; nestas circunstâncias, a acumulação de sulfuretos deverá ter procedido num ambiente pouco dinâmico (valores de R mais baixos) através de processos de acumulação gravíticos com rápido empobrecimento em Ni do magma silicatado. Caso os sulfuretos sejam exógenos relativamente à Série BRG II, a sua origem poderá estar relacionada com “felsificação” no decurso da contaminação crustal inferior dos magmas basálticos com instalação tardia em conjunto com os magmas híbridos da sequência ATT. O primeiro cenário configura um potencial económico menor (semelhante ao de Serrabritas), devido à ausência de armadilhas dinâmicas eficientes no interior da intrusão para concentrar os sulfuretos; o segundo representa um cenário mais favorável com semelhanças ao ambiente altamente dinâmico dos sistemas mineralizantes de sulfuretos gerados em condutas magmáticas. A modelação de dados de geoquímica de solos para Cu em diversas unidades do bordo Sul da OMZ permite discriminar entre a diversidade de sistemas mineralizantes portadores de Cu documentados nesta região. Algumas das anomalias geoquímicas evidenciadas não se sobrepõem a ocorrências mineiras inventariadas na OMZ, indiciando a presença de potenciais alvos ocultos, a confirmar no futuro, particularmente no que respeita a sistemas do tipo skarn.
Descrição: Tese de doutoramento, Geologia (Metalogenia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011
URI: http://hdl.handle.net/10451/4736
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