Géochronologie et pétrogenèse du complexe ultramafique-alcalin carbonatitique de Jacupiranga (BR)

par Luanna Chmyz

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Nicolas Olivier Arnaud et de Joao Carlos Biondi.


  • Résumé

    Le Complexe de Jacupiranga (Cajati, SP) est l’une de plusieurs occurrences alcalines du Méso-Cénozoïque situées aux bords de la bassin de Paraná, dans la région sud-est de la Plate-forme Sud-Américaine. Cette unité présente une grande variété de roches: dunites, wehrlites, clinopyroxènites, roches de la série ijolitique, diorite, syénite, monzonite, phonolites, lamprophyres et carbonatites. Considérant que les carbonatites ont été largement étudiés au cours des dernières décennies, grâce à l’importance de sa minéralisation en phosphate, les roches silicatées ont été très peu étudiées. Cette étude présente des nouvelles données géochronologiques, de chimie minérale, de géochimie et isotopique pour le Complexe Jacupiranga, visant à mieux comprendre l'origine et l'évolution de l'unité. Âge argon des différents lithotypes varient entre 133,7±0,5 Ma et 131,9±0,5 Ma, tandis que l’âge obtenu par U-Pb au zircon est de 134,9±0,65 Ma, indiquant que la mise en place de l'unité a été contemporaine à l’extrusion de tholéiites de la Province Magmatique du Paraná. Bien qu'il ne soit pas possible de définir une séquence de mise en place parmi la clinopyroxenite, la diorite et le lamprophyre, la monzonite présente l’âges argon et U-Pb plus âgés que les autres roches. Deux séries magmatiques sont proposées pour les roches silicatées, compte tenu de leurs compositions chimiques: (1) une série fortement sous-saturé en silice, éventuellement lié à un magma parental de composition néphélinitique et (2) une deuxième série modérément sous-saturé, lié à des magmas basanitiques. Les lamprophyres sont considérés représentatifs du magma basanitique. La composition du liquide calculé en équilibre avec les coeurs de la diopside aux clinopyroxénites est similaire aux lamprophyres, ce qui indique qu'une partie des clinopyroxénites est associée au magma basanitique. Monzonite et meladiorite présentent les caractéristiques pétrographiques, compositionnelle et isotopique (87Sr/86Sri: 0,705979 à 0,706086; 143Nd/144Ndi: 0,511945 à 0,512089) qui suggèrent le processus d'assimilation crustale, bien que de caractère local et limité à certains impulsions de magma basanitique. Les carbonatites ont des rapports isotopiques (Nd et Pb) et composition trace (e.g. Ba/La, Nb/Ta) qui exclurent un lien avec les roches silicatées par immiscibilité de liquide. Il est proposé deux scénarios: un magma carbonatitique primaire, généré directement par la fusion du manteau, ou un magma secondaire généré par l’immiscibilité d'un composant silicaté encore inconnu dans l'unité. Données Nd-Sr-Pb-Hf indiquent une contribution importante du manteau lithosphérique subcontinental dans la genèse des roches du complexe. Les lamprophyres et le liquide calculé en équilibre avec le clinopyroxène ont des rapports CaO/Al2O3 et La/Zr relativement élevés et faible Ti/Eu, ce qui indique un manteau lithosphérique métasomatisé par des fluides riches en CO2 et les mécanismes de fusion "vein-plus-wall-rock". Les différences de composition entre ces liquides sont interprétés comme comme résultant du mélange entre la fusion des veines métasomatiques avec la fusion des péridotites, ainsi des proportions différentes de clinopyroxène/grenade à la source. Les variations dans les valeurs ΔεHf suggèrent que le magma basanitique represente une contribution plus grande des vein wehrlitique, tandis que le magma nephelinitiquea été être généré à partir des contributions un peu plus important des peridotites, bien que les deux fluides sont enrichis. Appauvrissement en Nb, Yb, enrichissement en ETR lèger pour rapport le lourdes et l'enrichissement en Cs, Rb et Sr dans les lamprophyres réactions suggèrent que les reactions métasomatiques à la source mantellique ont été associées aux fluides dérivés de processus de subduction. Les âges modèles TDM indiquent l'hétérogénéité à la source et sont compatibles avec les valeurs généralement obtenues pour les occurrences alcalines au du Sud-Est de la Plate-forme Sud-Américaine.

  • Titre traduit

    Geochronology and petrogenesis of the Jacupiranga ultramafic-alkaline carbonatite Complex (BR)


  • Résumé

    The Jacupiranga Complex (Cajati, SP) is one of several Meso-Cenozoic alkaline units intrusive along the Parana Basin margins, in the Central-Southeastern part of the South American Platform. This unit comprises a large variety of lithotypes: dunites, whehrlites, clinopyroxenites, rocks from the ijolite series, diorites, syenites, manzonites, phonolites, lamprophyres, and carbonatites. While carbonatites have been extensively investigated over the last decades, as they host an important phosphate ore deposit, little attention has been paid to the silicate rocks. The current study presents new geochronological, mineralogical, geochemical, and isotopic data on the Jacupiranga Complex, in order to better understand the origin and evolution of the unit. 40Ar/39Ar ages for different lithotypes range from 133.7±0.5 Ma to 131.9±0.5 Ma, while monzonite zircon analyzed by SHRIMP yields a U-Pb concordia age of 134.9±0.65 Ma, indicating that the Jacupiranga emplacement was contemporaneous with the extrusion of the tholeiites of the Paraná Magmatic Province. There seems to be no obvious age progression for clinopyroxenites, diorites, or lamprophyres, although the monzonite yield both 40Ar/39Ar and U-Pb ages older than those of the other rocks. Geochemical compositions of the silicate rocks are used to evaluate two main magma-evolution trends for that unit: (1) a strongly silica-undersaturated series, probably related to nephelinite melts and (2) a mildly silica-undersaturated series related to basanite melts. Lamprophyre dikes within the complex are considered as good representatives of the basanite parental magma. Compositions of the calculated melts in equilibrium with diopside cores from clinopyroxenites are quite similar to those of the lamprophyres, suggesting that at least a part of the clinopyroxenites is related to the basanite series. Meladiorite and monzonite show petrographic features and geochemical and isotope compositions (87Sr/86Sri: 0.705979-0.706086 and 143Nd/144Ndi: 0.511945-0.512089) suggestive of crustal assimilation, although it may be relegated to a local process and to some basanite batches. Carbonatites yield isotopic ratios (Nd and Pb) and trace elements composition (e.g. Ba/La, Nb/Ta) that preclude a link by liquid immiscibility with the silicate rocks. Two scenarios are envisaged: a primary magma of carbonatite composition originated by direct partial melting of the mantle or an origin by immiscibility from a hypothetical silicate magma currently unknown in the complex. Nd-Sr-Pb-Hf isotopic data indicate an important contribution of the subcontinental lithospheric mantle (SCLM) in the genesis of those rocks. Lamprophyres and calculated melts in equilibrium with clinopyroxene show relatively high CaO/Al2O3 and La/Zr ratios and low Ti/Eu, indicating a lithospheric mantle metasomatized by CO2-rich fluids and vein-plus-wall-rock melting mechanisms. Compositional variations among those liquids are attributed to the mixing between metasomatic veins partial melt and peridotite partial melt, besides as well as to the differences in the clinopyroxene/garnet ratios on in the mantle. ΔεHf variations suggest a slightly higher role of the wall-rock peridotite as a source component for the nephelinites, whereas the basanite parental magma is mainly related to the wehrlite veins, although both are enriched magmas. Depletion in Nb-Yb, enrichment of LREE relative to HREE, and enrichment in Cs, Rb and Sr in the lamprophyres suggest that the metasomatic reactions in the mantle source were caused by slab-derived fluids. TDM model ages indicate the heterogeneous nature of the mantle source and are coherent with the values generally obtained for the alkaline occurrences from the Central-Southeastern part of the South-American Platform.


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