Magmatismo Intrusivo no Ciclo Varisco (Alentejo NE, Portugal)

Abstract

Resumo: O presente estudo visa caracterizar em termos petrológicos, geoquímicos e também geocronológicos dois complexos plutónicos do nordeste alentejano: a província alcalina e o maciço de rochas hipersténicas de Campo Maior (MCM). Da primeira fazem parte dois maciços básicos, essencialmente gabróicos, incluindo termos olivínicos, implantados próximo de Alter do Chão (MAC) e de Elvas (ME), em torno dos quais ocorrem rochas félsicas de natureza (per)alcalina, representadas por sienitos com inossilicatos sódicos, sienitos nefelínicos e sienitos hastingsíticos, bem como por granitos hedembergíticos. Estes conjuntos fazem parte do Sector Alter do ChãoElvas (Zona de Ossa-Morena: ZOM) mas, a nordeste dele, talvez com excepção dos termos graníticos, voltam a estar presentes, embora afectados por blastese quase sempre intensa (gnaisses), no sector mais setentrional da ZOM, a Faixa Blastomilonítica. No núcleo estrutural desta banda de cisalhamento, mas aparentemente não afectado por este tipo de deformação/fracturação, intrui o conjunto de gabros noríticos que individualizam o MCM. A distinção petrográfica corresponde, em larga medida, à discriminação química verificada, quer em termos dos níveis de saturação em sílica, quer no que aos níveis de alcalinidade diz respeito. Assim, os três conjuntos máficos podem escalonar-se por ordem decrescente de alcalinidade e sub-saturação (MAC®ME®MCM), sequência posta em evidência pelos dados químico-mineralógicos e litogeoquímicos. As clinopiroxenas definem, principalmente através dos teores de Si, Al, Mn, Ti, Ca e Na, afinidades alcalinas para o MAC, mistas para o ME e calco-alcalinas para o MCM, caracterização confirmada pela composição dominante das anfíbolas, onde se destaca a presença de caersutite na maior parte dos gabros-MAC. Em relação aos dados químicos de rocha-total volta a notar-se nítida discriminação entre dois pólos composicionais correspondentes ao MAC e ao MCM, servindo o ME como zona de transição. Tendo em conta que se trata de rochas cumuladas merecem destaque as mais baixas razões Y/Nb do MAC (1.8-4.0) relativamente às do ME (4.0-10.7) e do MCM (2.3-13.2), as melhores correlações lineares entre elementos incompatíveis (La, Ce, Nb, Hf, Ta, Th, U, Zr) obtidas no MAC, bem como os mais elevados índices (La/Sm)N , (La/Lu)N e (Gd/Lu)N dos gabros olivínicos do MAC (1.3-1.7; 3.6-6.0; 2.0-3.1, respectivamente) quando comparados com os seus congéneres do ME (1.2-1.4; 2.7-3.2; 1.9-2.0). Relativamente aos conjuntos félsicos, foram detectadas sequências composicionais nas clinopiroxenas que podem ser resumidas em evoluções dos tipos (aegirina-augite -> aegirina ; diópsido -> hedembergite -> aegirina-augite), enquanto as anfíbolas primárias das várias fácies (per)alcalinas permitem identificar critérios considerados diagnósticos desta classe química, tais como: sequências do tipo (hastingsite -> catoforite -> ferro-richterite -> arfvedsonite/riebequite); ferro-pargasites como extremo cálcico precursor de algumas sequências; taramites como únicas anfíbolas e exclusivas dos sienitos nefelínicos. O quimismo das rochas félsicas reflecte as composições dos líquidos residuais de que derivaram. A maior parte dos sienitos riebequíticos apresenta razões (Zr/Nb)<10, (Y/Nb)<0.7 e (Th/Nb)<0.3, diferentes das que caracterizam os sienitos hastingsíticos e granitos hedembergíticos, onde aqueles valores são, em regra, superiores a 15.0, 2.0 e 0.6, respectivamente. É também nos termos peralcalinos que se atingem os mais altos valores de Zr (4800 ppm), sendo os mínimos observados nos granitos alcalinos (135 ppm). Teores máximos de F (6100 ppm) e de Cl (7233 ppm) são registados nos termos peralcalinos riebequíticos e nefelino-sodalíticos, respectivamente. A irregularidade de cristalização de fases fortemente consumidoras de REE (e.g. alanite), perturba as correspondentes assinaturas geoquímicas, mas é possível identificar, na maior parte dos casos, distinção entre os valores máximos de (La/Sm)N , (La/Lu)N e (Gd/Lu)N dos termos peralcalinos (29.6, 11.6, 2.4), dos sienitos hastingsíticos (14.8, 4.8, 2.0) e dos granitos alcalinos (4.0, 3.1, 1.7). Os termos riebequíticos e nefelínicos apresentam simultaneamente as anomalias negativas de Ti mais vincadas e as menos acentuadas anomalias de Nb -- (Nb/Nb*)N média: 0.9 e 0.7, respectivamente -- o que denuncia processos de diferenciação pouco afectados por contaminação crustal, factor mais influente, embora moderado, nos sienitos hastingsíticos (0.6) e granitos (0.4). Os dados isotópicos Rb-Sr e Sm-Nd obtidos, inicialmente, num grupo restrito de rochas máficas e félsicas, revelam a vulnerabilidade do primeiro destes sistemas a processos pós-magmáticos, mas permitiram, no seu conjunto, avançar significativamente nos campos da petrogénese e da geocronologia. O Maciço de Campo Maior produziu isócrona Sm-Nd de grande qualidade (MSWD=0.55) que definiu idade de 376 ± 22 Ma (Devónico médio), contemporânea do regime compressivo hercínico que terá promovido significativa contaminação crustal dos magmas primários que vieram a diferenciar-se no MCM (-6.1<eNdi<-5.4). Ao contrário, as rochas mais representativas da província alcalina revelam composição isotópica Sm-Nd compatível com génese a partir de fusões essencialmente mantélicas, embora afectadas, no percurso de diferenciação, por variável contribuição de processos de assimilação crustal: MAC (eNd480=+4.7); ME (-3.1<eNd480<-1.1); rochas félsicas (per)alcalinas (+2.5<eNd480<+4.9). A modelação petrogenética aponta como prováveis alguns factos: (i) o carácter alcalino intracontinental dos magmas (basálticos) primários, líquidos originais desta província ígnea; (ii) níveis de contaminação crustal baixos a moderados nos gabros MAC, sienitos peralcalinos e granitos alcalinos; (iii) intervenção significativa de componente siálico nos processos de mistura manto-crusta que vieram a diferenciar o ME. Em alternativa, e em face da escassez dos primeiros dados isotópicos (Sm-Nd) obtidos para o ME e para as rochas (hiper)alcalinas que lhe estão associadas no terreno, algumas em contacto com o maciço básico, sugere-se que os líquidos precursores destes dois conjuntos possam ter fontes magmáticas distintas e que, portanto, neste caso, as diferenças isotópicas entre estes dois grupos (ME e EH) não resultem apenas de taxas variáveis de assimilação crustal. Em ordem a esclarecer a relação petrogenética entre os grupos ME e EH, foram obtidos recentemente resultados isotópicos Sm-Nd, complementares dos anteriores, num total de 18 amostras de rochas somente da região de Elvas (6 mafitos do grupo ME e 12 felsitos do grupo EH), que permitiram uma conclusão consistente e definitiva sobre a questão. Assumindo uma idade semelhante à que é atribuída a esta Província Alcalina (480 Ma), as rochas félsicas do grupo EH forneceram o intervalo (+0.6<eNdi<+4.2), reflectindo extracções magmáticas a partir de fontes essencialmente mantélicas, empobrecidas numa base de tempo integrada, seguidas por processos variáveis de mistura (e/ou de tipo ACF) com fontes enriquecidas, provavelmente crustais. Acredita-se que esse magmatismo alcalino/peralcalino represente o principal registro regional do evento de rompimento que presumivelmente levou à abertura do Oceano Rheic. Por outro lado, os novos dados das rochas máficas plutónicas do maciço de Elvas (grupo ME), revelaram razões isotópicas de Nd (-3.8<eNdi<-0.9) completamente distintas das do grupo EH, indicando importante contribuição de fontes enriquecidas no tempo (provavelmente crustais). Perante estes novos dados, os mafitos ME não podem, pois, representar os precursores magmáticos dos felsitos EH (sienitos e granitos) que espacialmente se lhe associam na região de Elvas. Os novos dados geoquímicos conseguidos no Complexo Plutónico de Santa Eulália (CPSE), aqui abordado apenas em termos comparativos, como exemplar bem conhecido do plutonismo tardi-hercínico da Zona de Ossa-Morena, permitiram obter idades isotópicas (U-Pb em zircões) de 306 ± 2 Ma (grupo M: rochas máficas e intermédias), 305 ± 6 Ma (grupo G1, granitos cinzentos, centrais) e 301 ± 4 Ma (grupo G0, granitos rosa, periféricos), sugerindo um modelo petrogenético explicado por um evento magmático desenvolvido em duas etapas. Inicialmente, magmas derivados de fontes mantélicas empobrecidas ao longo do tempo, representados pelo grupo M (3.0<eNd300<+1.8), foram extraídos para a crusta, promovendo sua fusão parcial e extensa mistura e/ou evolução magmática de tipo ACF, gerando os granitos G1 (-5.8<eNd300<-4.6). Uma extração posterior de magmas primários similares, no mesmo local ou próximo, pode ter causado fusão parcial de algumas fácies intermédias do grupo M (e.g. dioritos), seguido de processos de diferenciação magmática, principalmente cristalização fraccionada, capaz de produzir líquidos residuais composicionalmente próximos dos granitos G0 (-2.2<eNd300<+0.8). A energia cinética associada ao movimento estruturalmente controlado dos líquidos G0 para a periferia (de tipo “subsidência em caldeirão”?), teria, neste caso, sido suficientemente elevada para fazer ascender os blocos do grupo M que ocorrem dentro do anel granítico G0. Abstract: The present study aims to characterize on petrological, geochemical and geochronological terms two plutonic complexes of northeastern Alentejo: the alkaline province and the massif of hypersthenic rocks of Campo Maior (MCM). The first is composed of two basic massifs, mainly gabbroic, which includes olivinic terms, intruded near Alter do Chão (MAC) and Elvas (ME), and are spacially associated with felsic rocks of (per)alkaline type, represented by syenites with sodic inossilicates, nefelinic syenites and hastingsitic syenites, as well as hedenbergitic granites. These felsic groups belong to the Alter do ChãoElvas Sector (Ossa-Morena Zone: OMZ) but, to the northeast, perhaps with the exception of the hedenbergitc granites, they are present again, although almost always affected by intense blastesis (gneisses), inserted in the Blastomilonitic Band, the northernmost sector of the OMZ. In the central part of the flower structure that characterizes the deformation pattern of this sector, but not affected by it, intrudes a group of noritic gabbros, which represents the MCM. The petrographic distinction corresponds to the geochemical discrimination, both in terms of silica saturation and alkalinity degrees. Based on mineral-chemichal and lithogeochemical arguments, the three basic massifs can be ordered by decreasing alkalinity and under-saturation levels as (MAC -> ME -> MCM). Clinopyroxenes and their Si, Al, Mn, Ti, Ca and Na contents, define alkaline affinities for MAC, hybrid for ME and calco-alkaline for MCM; this is confirmed by the chemistry of primary amphiboles, which includes kaersutite in the MAC. Lithogeochemistry also reveals two chemical poles marked by the MAC and the MCM, with transitional terms represented by the ME. Even though gabbros are dominated by cumulative processes it should be noted the lower Y/Nb values of the MAC (1.8-4.0) in comparison with the ME (4.0-10.7) and the MCM (2.3-13.2), as well as the best linear correlations between incompatible elements (La, Ce, Nb, Hf, Ta, Th, U e Zr) obtained in the MAC, and the higher ratios (La/Sm)N , (La/Lu)N and (Gd/Lu)N of olivinic gabbros of the MAC (1.3-1.7; 3.6-6.0; 2.0-3.1, respectively) when compared with the ME ones (1.2-1.4; 2.7-3.2; 1.9-2.0). In what concerns the felsic rocks it has been observed compositional sequences in clinopyroxenes which can be seen as evolutions similar to (aegirine-augite -> aegirine ; diopside -> hedenbergite -> aegirine-augite), while primary amphiboles of the several (per)alkaline facies allow to identify the following diagnostic criteria: sequences of the type (hastingsite -> katophorite -> ferro-richterite -> arfvedsonite/riebeckite); ferro-pargasites as precursors calcic extremes of some sequences; taramites as the single and exclusive amphiboles of nefelinic syenites. The chemistry of felsic rocks reflects the compositional range of correspondent residual liquids. Most of riebeckitic syenites presents (Zr/Nb)<10, (Y/Nb)<0.7 e (Th/Nb)<0.3, while hastingsitic ones and hedenbergitic granites reveal higher values of these ratios (15.0, 2.0 e 0.6, respectively). The highest contents of Zr (4800 ppm) are also observed on peralkaline terms, with minimum values measured on alkaline granites (135 ppm). Maximum contents of F (6100 ppm) and Cl (7233 ppm) have been determined on riebeckitic and nefelino-sodalitic syenites, respectively. Irregular crystallization of phases which consume high contents of REE (e.g. allanite), can disturbe the corrrespondent geochemical signatures, but it is still possible to identify, in most of the cases, distinctions between maximum values of (La/Sm)N , (La/Lu)N and (Gd/Lu)N of peralkaline rocks (29.6, 11.6, 2.4), hastingsitic syenites (14.8, 4.8, 2.0) and alkaline granites (4.0, 3.1, 1.7). Riebeckitic and nefelinic facies present, simultaniously, the sharpest negative anomalies of Ti and the less marked negative anomalies of Nb ((Nb/Nb*)N - mean: 0.9 and 0.7, respectively), which can be interpreted as a result of differentiation processses with small to moderate contributions of crustal contamination; comparatively, this anomaly is higher in hastingsitic (0.6) and granitic terms (0.4). Obtained in a small set of mafic and felsic samples, Rb-Sr and Sm-Nd isotopic data, show the vulnerability of the first system to post-magmatic processes. However, in general, they have allowed to advance significantly in the petrogenetic and geocronological fields. The Campo Maior Massif has produced a very good Sm-Nd isochrone (MSWD=0.55) setting an age of 376 ± 22 Ma (Middle Devonian), which fits well the compressive hercynian regime, with the promotion of significant crustal contamination of primary magmas generating MCM rocks (-6.1<eNdi<-5.4). In contrast, representative samples of the alkaline province reveal isotopic Sm-Nd compositions compatible with genesis from essentially mantelic magmas, though they were affected by variable contributions of crustal assimilation processes during differentiation: MAC (eNd480=+4.7); ME (-3.1<eNd480<-1.1), (per)alkaline felsic rocks (+2.5<eNd480<+4.9). The petrogenetic modeling points out as probable some facts: (i) the intracontinental alkaline character of the primary (basaltic) magmas, the original liquids of this igneous province; (ii) low to moderate levels of crustal contamination in MAC gabbros, peralkaline syenites and alkaline granites; (iii) significant intervention of a sialic component in the mantle-crust mixture processes that came to differentiate the ME. Alternatively, and given the scarcity of the first Sm-Nd isotopic data obtained for the ME and the spatially associated (hyper)alkaline rocks (EH), some of them in contact with the mafic massif, it is suggested that the precursor liquids of these two sets may have different magmatic sources and, therefore, in this case, the isotopic differences between these two groups (ME and EH) do not result only from variable rates of crustal assimilation. In order to clarify the petrogenetic relationship between the ME and EH groups, Sm-Nd isotopic results have recently been obtained, in a total of 18 rock samples from the Elvas region (6 mafites from the ME group and 12 felsites from the EH group) which allowed a consistent and definitive conclusion about this question. Assuming an age similar to that attributed to this Alkaline Province (480 Ma), the felsic rocks of the EH group provided the range (+0.6<eNdi<+4.2), reflecting magmatic extractions from mantle sources, depleted on an integrated time basis, followed by variable mixing processes (and/or AFC type) with enriched sources, probably with crustal signature. This type of alkaline / peralkaline magmatism in Alentejo is believed to represent the main regional record of the disruption event that presumably led to the opening of the Rheic Ocean. On the other hand, the new data from the plutonic mafic rocks of the Elvas massif (group ME), revealed completely different isotopic ratios of Nd (-3.8<eNdi<-0.9), indicating an important contribution of sources enriched in time, probably with crustal character. Facing these new data, the mafites ME cannot, therefore, represent the magmatic precursors of the felsites (syenites and granites) that are spatially associated in the Elvas region. The new geochemical data obtained from the Santa Eulália Plutonic Complex (SEPC), which is approached here, only in comparative terms, as a well-known example of the late-hercynian plutonism of the Ossa-Morena Zone, allowed to get isotopic ages (U-Pb in zircons) of 306 ± 2 Ma (M group: mafic and intermediate facies), 305 ± 6 Ma (G1 group, central gray granites) and 301 ± 4 Ma (G0 group, peripheral pink granites) suggesting a petrogenetic model explained by a two-stage magmatic event. Initially, magmas derived from depleted mantle sources over time, represented by group M (-3.0<eNd300<+1.8), were extracted into the crust, promoting their partial fusion and extensive ACF-type mixing and / or magmatic evolution, generating G1 granites (-5.8<eNd300<-4.6). Further extraction of similar primary magmas at or near the same location may have caused partial fusion of some intermediate facies of group M (e.g. diorites), followed by processes of magmatic differentiation, particularly fractional crystallization, able of producing residual liquids compositionally close to G0 granites (-2.2<eNd300<-0.8). The kinetic energy associated with the structurally controlled movement of the G0 liquids to the periphery ("cauldron subsidence” type?), in this case, would have been high enough to lift the M group blocks, now placed within the G0 granitic ring.