Versão online: http://www.lneg.pt/iedt/unidades/16/paginas/26/30/185 Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, 93-97 IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X

Geoquímica das rochas ígneas aflorantes na região de S. Matias, Cuba (Alentejo) Geochemistry of the igneous rocks from S. Matias region, Cuba (Alentejo) P. Ferreira1*, R. Caldeira1, R. Calvo2

© 2014 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP

Resumo: Neste trabalho apresentam-se algumas características geoquímicas das rochas ígneas aflorantes no bordo SW da Zona de Ossa Morena, na região de S. Matias: a) os Pórfiros de Baleizão e rochas plutónicas de natureza gabro-diorítica, ambas pertencentes ao Complexo Ígneo de Beja, evidenciam um magmatismo calco-alcalino cuja origem deverá ter sido condicionada por um ambiente tipo arco-vulcânico; b) os metavulcanitos básicos pertencentes ao complexo Vulcano-sedimentar de Ficalho correspondem a antigos basaltos que apresentam uma geoquímica com carácter de transição subalcalino-alcalino, corroborado pelas elevadas razões do tipo elementos altamente incompatíveis/elementos moderadamente incompatíveis. Este facto associado a outras características químicas, poderá indiciar uma génese magmática em segmentos de crista oceânica, enriquecidos nos elementos mais incompatíveis, muito provavelmente sob a influência de uma pluma mantélica.

Palavras-chave: Zona de Ossa Morena, Geoquímica, Rochas ígneas; Paleozóico, Ambiente geodinâmico. Abstract: In this work some geochemical characteristics of igneous rocks outcropping in the Ossa Morena Zone’s SW limit (S. Matias region) are presented: a) Baleizão porphyries and gabbro-dioritic rocks, both from the Beja Igneous Complex, show a calc-alkaline fingerprint that can be ascribed to a volcanic-arc type magmatism; b) basic metavolcanic rocks from the Ficalho Volcano-Sedimentary complex, correspond to meta-basalts with geochemical characteristics transitional between subalkali and alkali, as supported by high more-to-less incompatible element ratios. This feature, together with other geochemical characteristics, suggest magmatic genesis in sectors of mid-ocean ridge, enriched in highly incompatible elements, probably by the influence of a mantle plume.

Keywords: Ossa Morena Zone, Geochemistry, Igneous rocks, Paleozoic, Geodynamic setting. 1Laboratório Nacional de Energia e Geologia, I.P., Estrada da Portela, Apartado 7586- Alfragide, 2610-999 Amadora. 2Laboratório Nacional de Energia e Geologia, I.P., Rua da Amieira, Apartado 1089, 4466-901 S. Mamede de Infesta. *Autor correspondente / Corresponding author: pedro.ferreira@lneg.pt

1. Introdução

Em 2013, a realização de cartografia sistemática para a edição da Folha 43-A, Cuba, enquadrada no projecto “Investigação da Infraestrutura Geológica e da Base de Recursos Geológicos-Cartas Geológicas de Portugal” do

LNEG, incidiu na região da Carta Topográfica 1:25 000 do IGeoE número 510 (S. Matias). Esta área já tinha sido objecto de cartografia geológica no passado, mas à escala 1:100 000 (Andrade, 1983) tendo sido adaptada e incluída para a edição da Folha 8, à escala 1:200 000 (Oliveira, 1992). Na quase totalidade da área abrangida pela carta 510 afloram diversas litologias pertencentes ao Complexo Ígneo de Beja (CIB). Contudo, no seu sector NE (Fig. 1) cartografaram-se litologias pertencentes às formações meta-sedimentares e vulcano-sedimentares do designado Sector de Montemor-Ficalho (SMF) definido para a Zona de Ossa Morena (ZOM). As litologias do CIB cartografadas incluem-se nas seguintes unidades definidas por Andrade et al. (1992): a) Pórfiros de Baleizão – unidade com maior distribuição

espacial pela região, tipicamente constituída por rochas de carácter silicioso, de cor avermelhada e matriz afanítica com fenocristais dispersos de plagioclase e anfíbola.

b) Dioritos de Monte Novo – unidade não só constituída por dioritos, mas também por gabros. Contrariamente ao representado na Folha 8 (escala 1:200 000), a cartografia à escala 1:25 000 revela a existência de vários corpos individualizados de natureza gabrodiorítica no seio dos Pórfiros de Baleizão.

Os principais objectivos deste trabalho são: 1) Caracterizar do ponto de vista geoquímico

(elementos maiores e alguns elementos traço) as diversas rochas ígneas cartografadas. Com esta caracterização pretende-se igualmente esclarecer se: a) a geoquímica será uma ferramenta capaz de destrinçar as relações genéticas entre as diversas manchas de rochas gabrodioriticas cartografadas; b) os Pórfiros de Baleizão, que apresentam diversas características texturais e mineralógicas, possuirão, ou não, distintas assinaturas geoquímicas.

2) Integrar e comparar os dados obtidos com outros já publicados para as mesmas unidades, avaliando as semelhanças ou diferenças resultantes das interpretações petrológicas obtidas. Assim, os dados analíticos para os Pórfiros de Baleizão serão comparados com os obtidos para as mesmas rochas aflorantes num sector mais a NW,

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entre Alvito, Torrão e Alcaçovas (Caldeira et al., 2007) e com os publicados para as rochas filonianas ácidas da região entre Odivelas e Alfundão (Santos et al., 1990). Estes novos dados obtidos para os pórfiros suportarão a existência de um quimismo calco-alcalino no Carbónico superior inferido para esta região? Por outro lado, interessa avaliar as relações geoquímicas entre os metavulcanitos básicos pertencentes ao Complexo vulcano-sedimentar de Ficalho - CVSF (designados por Vβ3 na Folha 8 à escala 1:200 000) que afloram na área sob estudo e aqueles que

afloram na região de Ficalho (Ribeiro et al., 1992); terão estes metavulcanitos o mesmo quimismo e indiciarão o mesmo ambiente geotectónico em que foram formados?

Para este estudo foram seleccionadas 21 amostras (localização na figura 1): 9 Pórfiros de Baleizão e 7 gabrodioritos do CIB e 5 metavulcanitos básicos (do CVSF). As análises dos elementos maiores e traço (Rb, Ba, Sr, Y, Zr, Nb, Th, Sc, Ni, Cu, Zn, Pb, V, Cr, Co e Ga) foram efectuadas num espectrómetro de FRX, no Laboratório do LNEG em S. Mamede de Infesta, Porto.

Fig. 1. Mapa geológico da região de S. Matias (Cuba, Alentejo), abrangido pela carta topográfica 1:25 000, nº 510 (S. Matias). Levantamentos de campo efectuados durante o ano de 2013. O círculo negro marca a povoação de S. Matias. Os quadrados cinzentos representam os locais de amostragem. Fig. 1. Geological map of S. Matias area (Cuba, Alentejo), included in the topographic sheet nº 510 (S. Matias) at 1:25 000 scale. Field work performed during 2013. Black circle points S. Matias village. Grey squares represent sampling locations.

2. Resultados

2.1. Pórfiros de Baleizão

Os pórfiros são caracterizados pela sua cor rósea-avermelhada que exibem nos afloramentos dispersos da região, mas podem apresentar cores cinzentas escuras a creme-claro. São rochas de carácter silicioso com uma textura porfirítica, heterogénea quer na matriz (granularidade média/fina a afanítica) quer na mineralogia fenocristalina. Por vezes, a textura é claramente mais granular, e constitui uma rocha semelhante a um granito de grão fino. Constituem a unidade com maior distribuição na região de S. Matias.

As amostras dos Pórfiros de Baleizão apresentam uma variação nas concentrações em sílica entre os 64% e 74,5% e na maioria podem ser quimicamente

classificados de dacitos e riólitos (Figs. 2 e 3). Os dados geoquímicos obtidos nestas rochas enquadram-se na variabilidade produzida pelos outros dados já publicados e que foram aqui considerados para comparação.

Os diagramas de variação do tipo Harker para os elementos maiores (não representados) produzem correlações negativas com o TiO2, P2O5 (bem correlacionadas), Al2O3, Fe2O3

T, CaO e MgO (moderadamente correlacionadas), ligeira correlação positiva com o Na2O e ausência de variação sistemática com o K2O. Os diagramas de variação para os elementos traço em função da sílica são mais complexos, não se identificando correlações evidentes (a única excepção é Sr que claramente diminui com a diferenciação). Estas características são igualmente aplicáveis aos restantes dados publicados e indicia que, pelo menos na gama de

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intervalo das concentrações de sílica para os pórfiros (entre os 63,5 e os 77,5%), a cristalização fraccionada (óxidos de Fe-Ti, plagioclase, anfíbola) deve ter tido um papel importante na diferenciação magmática que originou estas lavas. A utilização de alguns diagramas discriminantes dos ambientes tectono-magmáticos (Fig. 4) permite constatar que a maioria dos pórfiros está incluída no campo dos arcos vulcânicos (apesar de algumas destas rochas se projectarem, em ambos os diagramas, nos campos dos “granitos intraplaca”, com um posicionamento junto à fronteira com o campo dos “granitos de arco vulcânico”). No entanto, o facto de a geoquímica destas rochas ter revelado certas características típicas dos magmas gerados em ambiente de arco vulcânico (e.g. anomalias negativas no Nb e Ti nos diagramas multi-elementares normalizados relativamente ao manto primordial - figura 5) leva a considerar que os episódios magmáticos que geraram os pórfiros terão sido fortemente condicionados por um ambiente geotectónico tipo arco vulcânico, o que está de acordo com as conclusões de Caldeira et al. (2007) e Santos et al. (1990). Assim, e tendo em conta que as idades obtidas para os Pórfiros de Baleizão se situam à volta dos 320 Ma (e.g. Moita et al., 2012) poder-se-á inferir que a geração desta sequência félsica estará relacionada com a actividade magmática mais tardia associada à subducção entre a Zona Sul Portuguesa e a ZOM durante o ciclo varisco.

Fig. 2. Diagrama SiO2 vs. álcalis (TAS) para as rochas analisadas neste trabalho, com inclusão de outros dados publicados. Campos composicionais de Le Bas et al. (1986) para rochas vulcânicas e separação das séries alcalinas das subalcalinas através da linha a tracejado definida por MacDonald & Katsura (1964). A classificação das rochas plutónicas baseada nos campos composicionais de Cox et al. (1979), adaptados por Wilson (1989). Campos composicionais das rochas vulcânicas: a) basaltos picríticos; b) basaltos; c) dacitos; d) traquidacitos; e) riólitos. Fig. 2. Total alkalis vs. SiO2 diagram (TAS) for studied rocks and including other published data. Compositional fields from Le Bas et al. (1986) for volcanic rocks with a dashed line (from MacDonald & Katsura, 1964) separating the alkali and sub alkali fields. Plutonic rocks classification from compositional fields defined by Cox et al. (1979), adapted by Wilson (1989). Compositional volcanic fields: a) picritic basalts; b) basalts; c) dacites; d) traquidacites; e) rhyolites.

Fig. 3. Diagrama Nb/Y vs. Zr/TiO2 (Winchester & Floyd, 1977) para as rochas ígneas da região de S. Matias. Notar o posicionamento de quase todas as rochas no domínio subalcalino (Nb/Y<0.64), com excepção de alguns metavulcanitos básicos que se projectam no campo dos basaltos alcalinos. Simbologia: igual à referida na figura 2, porém com duas diferenças: os dados publicados por Andrade (1983) não puderam ser incluídos porque não abrangem o Zr, Nb e Y; os valores para os gabro-dioritos de Caldeira et al. (2007) e Santos et al. (1990) foram considerados em conjunto e representados por traços horizontais. Campos composicionais: a) basalto subalcalino; b) basaltos alcalinos; c) andesitos/basaltos; d) andesitos; e) riodacitos/dacitos; f) riólitos. Fig. 3. Nb/Y vs. Zr/TiO2 (Winchester & Floyd, 1977) for all sampled igneous rocks in S. Matias region. Note the position of almost all rocks in the subalkali domain (Nb/Y<0.64), with the exception of some basic metavolcanics that are plotted in the alkali basalts. Symbology: the same as in figure 2, but with two differences: the published data of Andrade (1983) are not included, because Zr, Nb and Y were not quantified; the data values for the gabbro-diorites of Caldeira et al. (2007) and Santos et al. (1990) were considered altogether and represented by horizontal ticks. Compositional fields: a) sub alkali basalts; b) alkali basalts; c) andesites/basalts; d) andesites; e) rhyodacites; f) rhyolites.

2.2. Dioritos de Monte Novo

Cartografaram-se várias manchas individualizadas de rochas plutónicas no seio dos Pórfiros de Baleizão na região em estudo (Fig. 1). Os dioritos foram divididos com base na dimensão dos seus minerais constituintes em: a) dioritos de grão grosseiro e b) dioritos de grão médio a fino. Na mancha designada por gabrodioritos não foi possível separá-los cartograficamente, devido ao efeito conjunto resultante da grande variedade na proporção minerais máficos/félsicos das amostras observadas e das más condições de afloramento existentes. Os gabrodioritos apresentam uma mineralogia constituída por clinopiroxena, anfíbola, plagioclase e óxidos (biotite e esfena como acessórios) e os dioritos são idênticos, com uma maior proporção de plagioclase (labradorite-oligoclase) relativamente à anfíbola e piroxena; o quartzo e a biotite podem igualmente ocorrer nos dioritos e, por vezes, em significativa proporção.

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Fig. 4. Diagramas discriminantes de ambiente tectónico de Pearce et al. (1984) para as rochas vulcânicas ácidas da região de S. Matias: a) Y+Nb vs. Rb; b) Y vs. Nb. Simbologia: igual à referida na figura 2. Fig. 4. Tectonic environment discriminant diagrams of Pearce et al. (1984) for acid volcanic rocks from S. Matias region: a) Y+Nb vs. Rb; b) Y vs. Nb. Symbology: the same as in figure 2.

Em termos de geoquímica de elementos maiores, a relação sílica vs. álcalis (Fig. 2) permite a distinção destas rochas ígneas, que se distribuem pelos campos dos dioritos (as rochas mais evoluídas) e dos gabros (SiO2< 52%). Integrando os dados obtidos com os publicados para a região (Caldeira et al., 2007; Santos et al., 1990), verifica-se existir uma clara separação entre os 2 tipos de rochas e que os gabros apresentam maior dispersão nos valores de sílica e álcalis, comparativamente a uma variação mais restrita para os dioritos (Fig. 2).

Relativamente à afinidade magmática, a maioria das amostras aqui analisadas são de carácter subalcalino (Nb/Y<0,30), do tipo calco-alcalino. As relações inter-elementares traduzidas pelos diagramas de variação tipo Harker (não representados), não produzem correlações bem definidas entre a sílica vs. óxidos e sílica vs. elementos traço, possivelmente como resultado das diversas proporções modais dos minerais cristalizados em cada uma das rochas ígneas analisadas. Diferentes razões do tipo elementos altamente incompatíveis/ elementos moderadamente incompatíveis, não produzem valores com diferenças sistemáticas entre os gabros e os dioritos. Assim, as concentrações em sílica serão aquelas que poderão contribuir para uma melhor separação cartográfica neste complexo gabrodiorítico na região de S. Matias. Finalmente, verifica-se que a distinção dos dioritos efectuada com base textural, não se traduz na sua composição geoquímica.

2.3. Metavulcanitos básicos do Complexo vulcano-sedimentar de Ficalho

No sector NE da folha 510 (Fig. 1), aflora um conjunto de rochas que macroscopicamente são melanocráticas e afaníticas, que foram separadas cartograficamente com

base na sua cor e grau de recristalização em: 1) Metavulcanitos básicos, de cor esverdeada, com uma paragénese correspondente ao grau metamórfico dos xistos verdes (quartzo, clorite, epídoto, plagioclase, anfíbola, óxidos de ferro), são análogos às designadas “rochas verdes” por Barros et al. (1972) para a Carta Geológica de Portugal 40-C, Viana do Alentejo, e estão associados espacialmente aos xistos de Moura, apresentando, por vezes, uma xistosidade bem desenvolvida; 2) Metavulcanitos básicos de cor cinzenta (com muita anfibola, biotite, clinopiroxena, epídoto, esfena, plagioclase, clorite e opacos), por vezes bandados, que em raros afloramentos é possível observar estarem dobrados; estas rochas foram, nesta fase, associadas aos metavulcanitos básicos Vβ3 (Oliveira, 1992).

Os metavulcanitos básicos apresentam concentrações em SiO2 entre 43% e 51,6%, e excepto uma amostra, projectam-se no campo dos basaltos definido por Le Bas et al. (1986) (Fig. 2). O teor elevado em álcalis leva à projecção das amostras no campo alcalino. Contudo, este carácter alcalino deixa de ser tão evidente no diagrama de Nb/Y vs. Zr/TiO2 de Winchester & Floyd (1977) (Fig. 3), suportando a hipótese de modificação dos teores em álcalis por alteração secundária (igualmente evidenciado pelos elevados valores de perda ao rubro). No entanto, existem duas amostras com Nb/Y > 0.64 projectando-se no campo alcalino. Estas amostras são as que apresentam as razões mais elevadas de (Nb/Y)PM, (Nb/Zr)PM e (Zr/Y)PM (PM- Normalizadas relativamente ao Manto Primordial de Sun & McDonough (1989)), respectivamente 4,2-5,7, 2,3-3,0 e ≈1,9 (Fig. 5). Estes valores são inferiores aos apresentados pelos típicos basaltos alcalinos, mas são superiores aos que caracterizam os MORB-E, colocando-os, deste modo, numa posição intermédia em termos de enriquecimento em elementos incompatíveis e no grau de fraccionação entre os elementos altamente incompatíveis/elementos moderadamente incompatíveis. Assim, e com o restrito leque de elementos analisados, parece excluir-se a possibilidade destes metavulcanitos estarem relacionados com magmatismo orogénico. Apesar de algumas diferenças geoquímicas encontradas comparativamente aos vulcanitos básicos de Ficalho, os dados apresentados não invalidam a geração destes magmas numa ambiência continental anarogénica defendida por Ribeiro et al. (1992), mas também não excluem a possibilidade de corresponderem a antigos MORBs de carácter enriquecido (dados obtidos projectados nos campos dos MORB-E e basaltos alcalinos do diagrama de Meschede (1986), não representado). Neste caso, os dados obtidos poderiam estar de acordo com o quimismo tipo MORB descrito por Araújo et al. (2005), evidenciando, porém, uma crusta oceânica ainda mais enriquecida, gerada num rift sob influência de uma pluma mantélica. Para esclarecer esta ambiguidade prevê-se a análise futura de outros elementos químicos imóveis e importantes indicadores petrogenéticos (REE, Ta, Th) nestas e noutras amostras destes metavulcanitos básicos.

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Fig. 5. Diagrama multielementar para as concentrações normalizadas (relativamente ao Manto Primordial) de alguns elementos-traço dos pórfiros de Baleizão (a) e rochas metavulcânicas ácidas (b) aflorantes na região de S. Matias. Para comparação é projectado um padrão normalizado produzido pelos riólitos tipicamente associados a zonas de subdução (dados de Hoernle et al., 1999), dando enfâse à semelhança obtida na forma dos padrões. Em (b), para comparação, são projectados três outros padrões normalizados correspondentes aos valores típicos dos MORB-E (linha a ponteado), dos OIB (linha com os traços menores) e dos basaltos calco-alcalinos associados a arcos vulcânicos (linha com os traços maiores) (dados de Sun & McDonough, 1989; Pearce et al., 1992). Notar a variação significativa nos valores de Rb, Ba e K2O para os metavulcanitos, provavelmente reflectindo variáveis graus de alteração destas rochas. Fig. 5. Primitive mantle-normalised (Sun & McDonough, 1989) trace element patterns for Baleizão porphyries (a) and basic metavolcanic rocks (b) from S. Matias region. For comparison, the grey dotted line in (a) refers to typical normalized values correspondent to rhyolites associated to subduction zones (data from Hoernle et al., 1999), emphasizing the similitude of both patterns’ shape. In (b), typical normalized values for E-MORB (dotted line), OIB (line with small ticks) and calc-alkali basalts from volcanic arcs (line with large ticks) are plotted for comparison (data from Sun & McDonough, 1989; Pearce et al., 1992). Note the significant variation in the Rb, Ba and K2O values for the metavolcanic rocks, probably associated to variable degrees of secondary alteration.

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