Fluídos hidrotermais em pegmatitos graníticos

FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos V Agradecimentos Antes de mais, devo um enorme agradecimento aos meus professores e orientadores, Professor Fernando Noronha e Dra. Alexandra Guedes, pela oportunidade e pelo prazer de trabalhar neste tema fascinante, e pelo tempo e conhecimentos disponibilizados. Aos meus “palhações”, amigos e colegas de faculdade, que me apoiaram e nunca duvidaram de mim. Obrigado pelo companheirismo, amizade, pelos momentos de descontração e de parvoíces e por me fazerem sorrir mesmo em dias menos bons. Ao Filipe, companheiro de vida pessoal e académica, agradeço por todo o amor, paciência e incentivo dado ao longo destes seis anos. Obrigada pelo apoio incondicional e por acreditares em mim, foste um pilar importante durante este tempo todo. Por fim, agradeço à minha família, em especial à minha querida Mãe, pela enorme paciência, por todo o apoio e incentivo manifestados. Obrigada pela ajuda, não só ao longo de todo este percurso mas também ao longo da minha vida. VI FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Resumo No sentido de contribuir para o estudo de pegmatitos graníticos da zona Centro de Portugal e em particular do papel dos fluidos hidrotermais na sua génese, procedeu-se ao estudo de inclusões fluidas contidas em berilo e litiofilite de pegmatitos pertencentes à denominada "Cintura pegmatítica Centro-Ibérica", nomeadamente nas estruturas pegmatíticas de Companheiro (Sátão) e Mesquitela (Mangualde). O estudo petrográfico, microtermométrico e de espectrometria Raman levados a cabo no berilo do pegmatito do Companheiro, revelaram a importância de fluidos aquosos de baixa salinidade (H2O-NaCl) na deposição deste mineral a temperaturas e pressões de aprisionamento de 350 oC e 300 - 500 MPa. Os fluidos aquosos com CH4 e N2, contidos na litiofilite do pegmatito de Mesquitela foram aprisionados em condições de temperatura entre os 330 e os 500 ºC e pressões entre 150 e 300 MPa, coincidindo com as condições P-T dos fluidos aquo-carbónicos do sistema H2O-CO2- (CH4-N2-NaCl) estudados no quartzo do pegmatito de Companheiro. Por último, os fluidos aquosos presentes na litiofilite foram aprisionados em condições de temperatura entre os 250 e os 400 ºC e pressões entre 100 e 250 MPa. A formação destes minerais, e consequentemente dos fluidos contidos neles, parece seguir uma tendência de mais altas para mais baixas condições de pressão e temperatura. As condições P-T definidas para a formação do berilo de Companheiro correspondem a um estádio pegmatítico pneumatolítico e as condições P-T definidas para a formação dos fluidos estudados da litiofilite já correspondem a um estádio hidrotermal, onde os fluidos aquosos se formaram posteriormente aos fluidos com CH4 e N2. Palavras-chave: Pegmatitos, Inclusões fluidas, Berilo, Litiofilite, Microtermometria, Micro-espectometria Raman, Isócoras. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos VII Abstract In order to contribute to the study of the genesis of granitic pegmatites of Central Portugal and in particular the role of hydrothermal fluids on its genesis, fluid inclusion studies were carried in beryl and lithiophillite from the “Central Iberian Pegmatite Belt", namely the pegmatitic structures of Companheiro (Sátão) and Mesquitela (Mangualde). The Petrographic study, microthermometric and Raman microspectrometric carried out on Beryl of the “Companheiro” pegmatite, revealed the importance of lowsalinity aqueous fluids on mineral deposition at temperatures and pressures of entrapment of 350 ºC and 300-500 MPa. The aqueous fluids with CH4 and N2, contained in the lithiophilite of the Mesquitela pegmatite were trapped at temperature conditions of between 330 and 500 ºC and pressures between 150 and 300 MPa, coinciding with the P-T conditions of the aquo-carbonic fluids system H2O-CO2 (CH4N2-NaCl) studied in quartz from Companheiro pegmatite. Lastly, the aqueous fluids present in lithiophilite were trapped at temperature conditions between 250 and 400° C and pressures between 100 and 250 MPa. The formation of these minerals, and consequently of the fluids contained within them, seems to follow a trend of higher to lower pressure and temperature conditions. P-T conditions set for the formation of the “Companheiro” beryl correspond to a pneumatolytic pegmatitic stage and the P-T conditions defined for the formation of fluids studied the lithiophilite correspond to a hydrothermal stage, where the aqueous fluids formed subsequently to fluids with CH4 and N2. Keywords: Pegmatites, Fluid inclusions, Beryl, Lithiophilite, Microthermometry, Raman microspectrometry, Isochore. VIII FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Índice Agradecimentos ........................................................................................................ V Resumo .................................................................................................................... VI Abstract ................................................................................................................... VII Índice ..................................................................................................................... VIII Lista de figuras ......................................................................................................... XI Lista de tabelas ..................................................................................................... XIV Lista de abreviaturas .............................................................................................. XV CAPÍTULO 1 - Introdução ........................................................................................... 17 1.1– Objetivos ......................................................................................................... 18 1.2 – Estado da arte ................................................................................................ 19 1.3 – Pegmatitos ..................................................................................................... 21 1.3.1 – Mineralogia e geoquímica ........................................................................ 21 1.3.2 - Zonamentos .............................................................................................. 22 1.3.2.1 - Zonamento regional ........................................................................... 22 1.3.2.2 - Zonamento interno ............................................................................. 23 1.3.3 – Profundidade ........................................................................................... 25 1.3.5 - Ambiente metamórfico .............................................................................. 25 1.3.4 – Condições de pressão e temperatura ...................................................... 26 1.3.6 - Classificação dos pegmatitos .................................................................... 27 1.3.7 - Génese dos pegmatitos ............................................................................ 29 1.3.7.1 – Processos hidrotermais ..................................................................... 30 1.3.7.2 - Modelo de Jahns & Burnham (1969) .................................................. 31 1.3.7.3 - Voláteis e fundentes – agentes de fluxo ............................................. 32 1.3.7.4 - “Constitutional zone-refining” .............................................................. 33 1.3.7.5 - Gel silicatado ...................................................................................... 34 1.3.7.6 - “Melt Inclusions” – Miscibilidade vs. Imiscibilidade ............................. 34 1.3.8 – Inclusões fluidas ...................................................................................... 35 1.3.8.1 – Classificação quanto ao modo de formação ...................................... 37 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos IX 1.3.8.2 - Associação de inclusões fluídas (fluid inclusion assemblage – FIA) ... 38 1.3.8.3 – Classificação quanto à composição dos fluidos e número de fases presentes ......................................................................................................... 40 CAPÍTULO 2 - Enquadramento geográfico e geológico .............................................. 43 2.1 – Enquadramento geográfico ............................................................................ 44 2.2 – Enquadramento geológico .............................................................................. 45 2.2.1 – Geologia Regional ................................................................................... 45 2.2.2 – Campos pegmatíticos .............................................................................. 47 2.2.2.1 - “Pegmatito do Companheiro” ............................................................. 48 2.2.2.2 - “Pegmatito de Mesquitela – Mangualde” ............................................ 50 CAPÍTULO 3 - Materiais e técnicas de estudo ............................................................ 53 3.1 - Materiais e técnicas de estudo ........................................................................ 54 3.1.1 – Microtermometria ..................................................................................... 55 3.1.2 - Micro-espectrometria Raman .................................................................... 57 3.1.3 – Composição e densidade globais............................................................. 58 3.1.4 – Nomenclatura utilizada ............................................................................. 60 3.1.5 – Determinação das condições P-T ............................................................ 60 CAPÍTULO 4 - Resultados .......................................................................................... 63 4.1 - Estudo das inclusões fluídas do berilo do pegmatito de “Companheiro” .......... 64 4.1.1 – Aspeto geral das inclusões ...................................................................... 64 4.1.2 - Resultados obtidos ................................................................................... 68 4.1.2.1 – Microtermometria............................................................................... 68 4.1.2.2 – Espectrometria Raman ...................................................................... 71 4.1.2.3 – Composição global ............................................................................ 72 4.1.2.4 – Condições P-T ................................................................................... 72 4.2 - Estudo das inclusões fluídas da litiofilite do pegmatito de “Mesquitela” ........... 73 4.2.1 - Aspeto geral das inclusões ....................................................................... 73 4.2.2 – Resultados obtidos .................................................................................. 76 4.2.2.1 – Microtermometria............................................................................... 76 4.2.2.2 - Espectrometria Raman ....................................................................... 79 4.2.2.3 – Composição global ............................................................................ 81 XVI FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 17 CAPÍTULO 1 Introdução 18 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 1.1 – Objetivos A presente dissertação tem como principal objetivo uma investigação, o mais aprofundada possível, das inclusões fluidas presentes nos minerais de berilo e litiofilite dos pegmatitos de “Companheiro” e “Mesquitela”, respetivamente. De forma geral, pretendeu-se atingir os seguintes objetivos:  Descrever e caracterizar, resumidamente, o contexto geológico e mineralógico dos pegmatitos em geral;  Descrever e classificar as inclusões fluidas de um modo geral;  Apresentar a localização e enquadramento geológico dos pegmatitos estudados;  Identificar, descrever e caracterizar as inclusões fluidas presentes nos minerais, através do estudo microtermométrico e de micro-espectrometria Raman;  Determinar a evolução P-T-X dos fluidos presentes nos minerais estudados;  Determinar as condições de pressão e temperatura de formação dos pegmatitos estudados; Esta dissertação está estruturada em cinco capítulos, aos quais se seguem as considerações finais e as referências bibliográficas. No capítulo 1 é feita uma introdução sobre a temática em estudo, oferecendo uma breve descrição sobre os pegmatitos e sobre as inclusões fluidas, mencionando também os objetivos da investigação e estrutura da dissertação. O capítulo 2 incide sobre a localização geográfica e enquadramento geológico dos pegmatitos estudados. O capítulo 3 faz uma descrição dos materiais e técnicas utilizadas para o estudo das inclusões fluídas, como a microtermometria e a micro-espectrometria Raman. No capítulo 4 são apresentados os resultados obtidos relativamente ao estudo incidente nas inclusões fluidas. E no capítulo 5 é feita uma abordagem dos resultados obtidos e de toda a bibliografia apresentada, com o objetivo de classificar os pegmatitos estudados e apresentar hipóteses de formação dos mesmos. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 19 1.2 – Estado da arte São muitos os autores que se dedicaram ao estudo dos pegmatitos em geral, como por exemplo, em termos mineralógicos e de depósitos minerais alguns dos primeiros trabalhos foram feitos por Sorby’s (1858), Brush (1862, 1863), Brush & Dana (1878), Fersman´s (1926) e Cameron et al. (1949). Relativamente à génese pegmatítica, os primeiros trabalhos sugeriam uma origem ígnea e foram de De Beaumont (1847) Hitchcock (1883), Bowen´s (1928), Jahns (1955) e London (2005) por exemplo. Hunt (1871) avançou com uma possível génese hidrotermal, e outros seguiram a este como por exemplo, Lindgren (1913), Landes (1933), Ramberg (1952), Gresens (1969), Jahns & Burnham (1969) e Roedder (1981) (in London 2008). Em Portugal, vários autores também se dedicaram, e alguns ainda se dedicam, ao estudo de pegmatitos, principalmente das suas mineralizações e outros assuntos relacionados, como por exemplo, Jesus (1931), Charoy & Noronha (1999), Dória (1999), Lima (2000), Almeida (2003), Leal Gomes & Nunes (2003), Silva et al. (2007), Farinha-Ramos (2010), Martins (2009), Vieira (2010), Neiva et al. (2011), Dias et al. (2013) e Noronha et al. (2013). Quanto a estudos incidentes em inclusões fluídas, desde a sua caracterização, técnicas e métodos para o seu estudo a casos de uso de inclusões para estudo de mineralizações e/ou ambientes geológicos de formação, é de referir alguns, como: Weisbrod & Leroy (1987), Roedder (1972, 1984), Rosasco et al. (1975), Guilhaumou et al. (1978), Rosasco & Roedder (1979), Dhamelincourt et al. (1979), Shepherd et al (1985), Bodnar et al. (1989), Bakker & Jansen (1990), Noronha (1990), Bodnar (1993, 2003), Nogueira (1998), Dória (1999), Guedes (2001), Guedes & Noronha (2002) e Samson et al (2003). Relativamente às zonas de estudo, presentes nesta dissertação, pode-se referir, em relação aos pegmatitos de Mangualde, alguns trabalhos como: Jesus (1934), que descreveu pela primeira vez a litiofilite presente nos pegmatitos, Neves (1958, 1966) referente a dados sobre a mineralogia do pegmatito de Mangualde, Oen (1958) que apesar de ser uma trabalho referente à região de Viseu, faz uma abordagem à geologia da região de Mangualde, inclusive dos pegmatitos; Bertelli et al. (1982) sobre os fosfatos dos pegmatitos de Mangualde, Furtado (1987) também faz uma contribuição para o estudo da mineralogia dos fosfatos complexos do pegmatito 20 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos de Mangualde e Carolino (2013), que apresenta uma descrição geológica não só de Mangualde como também do pegmatito da Mina do Chão de Castanheiro (Mesquitela). Em relação aos pegmatitos da região de Sátão pode-se mencionar um trabalho de Trabulo et al. (1995), referente ao grupo pegmatítico Senhora de Assunção, um de Canhota (2012) sobre o estudo das condições de P-T-X de cristalização do quartzo do pegmatito de Companheiro. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 21 1.3 – Pegmatitos A palavra “pegmatito” provém de uma palavra do grego homérico que quer dizer “fazer que fique forte ou rijo por união” (Autenrieth, 1958). Originalmente referiase ao crescimento interno do quartzo e da microclina pertítica chamado “granito gráfico” (Brongniart, 1813) por causa do seu aspeto semelhante à antiga escrita cuneiforme. Mais tarde Haidinger (1845) e outros, ampliaram o uso do termo pegmatito para incluir segregações e diques graníticos muito grosseiros, contendo ou não “granito gráfico” (in London, 2008). Mais recentemente, London (2008) define pegmatito como uma rocha ígnea, principalmente de composição granítica, que se distingue de outras rochas ígneas pelas suas variadas texturas grosseiras, ou pela sua abundância de cristais com textura gráfica ou outras características texturais. Daí ser um termo baseado mais em aspetos texturais do que composicionais. Os pegmatitos têm a maior diversidade do tamanho de grão conhecido em qualquer tipo de rocha, desde milímetros a dezenas de metros, podendo ser, em composição, qualquer tipo de rocha ígnea, desde ultrabásica, alcalina, carbonatítica a granítica, sendo esta ultima a mais frequente, composta essencialmente por quartzo, feldspatos e micas. Os pegmatitos podem ser homogéneos com limites abruptos ou zonados e têm como rochas encaixantes, as rochas ígneas ou metamórficas, formando, em geral, diques, soleiras e corpos irregulares, ou ainda segregações tardias inclusas em batólitos graníticos (London, 2008). 1.3.1 – Mineralogia e geoquímica Mineralogicamente, no geral, os pegmatitos têm como principais constituintes o quartzo, feldspatos (como a ortóclase, a microclina e a plagioclase sódica) e micas, porém, alguns podem ter associados minerais raros (lepidolite, espodumena, turmalina, topázio, cassiterite, berilo, tantalite, columbite, zircão, uranite, apatite, ambligonite, etc) em abundância e variedade considerável por causa de processos que levam ao enriquecimento em elementos incompatíveis. Sob o ponto de vista geoquímico, o papel de voláteis com OH, F, B, Cl é importante e os elementos incompatíveis mais frequentes são Be, Li, Sn, Rb, Cs, Nb, 22 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Ta, REE e U. Assim, a interação entre elementos químicos, sob condições físicoquímicas que levam ao desenvolvimento das estruturas pegmatíticas, permite o estabelecimento de uma mineralogia diversa e, principalmente, de uma zonalidade químico-mineralógica evidente, cuja caracterização constitui a base fundamental da classificação destas estruturas em duas tipologias (London, 2008): Simples - os pegmatitos mais simples compreendem essencialmente quartzo, feldspato e mica branca. Geralmente não apresentam zonamento interno bem desenvolvido, embora o quartzo possa ocupar preferencialmente os domínios centrais da estrutura. Os minerais acessórios mais comuns são a turmalina, a apatite, o berilo, a granada e o topázio; Complexos - nos pegmatitos complexos (de acordo com a predominância de determinada associação metálico-mineralógica – Tabela 1), a substituição tardia das paragéneses pré-existentes é um fenómeno relativamente vulgar, criando dificuldade em perceber a sequência de deposição. Em casos mais simples, quando não há evidências de intervenção tardia de fenómenos metassomáticos, ocorre o desenvolvimento de grandes cristais nos domínios centrais das estruturas pegmatíticas devido à atividade de fluídos hidrotermais tardi-magmáticos. 1.3.2 - Zonamentos 1.3.2.1 - Zonamento regional A maior parte dos pegmatitos ocorrem encaixados em rochas metamórficas e geralmente estão relacionados com batólitos graníticos, a partir dos quais parecem ter derivado, adquirindo assim a mesma assinatura geoquímica. Geralmente, os pegmatitos aparentam ser ligeiramente mais recentes do que o granito parental e são enriquecidos em certos minerais ou elementos, como o Li, Cs, Y, Nb, Ta ou B. Os pegmatitos tendem a concentrar-se em grupos e são distribuídos à volta da intrusão granítica, sendo esta distribuição influenciada quer pela natureza e estrutura da rocha encaixante, quer pelo nível de erosão posteriormente atingido, assim como pelo grau de fracionamento atingido pelos magmas pegmatíticos (Fig.1). Este tipo de zonamento é mais comum nos pegmatitos da família LCT, salvo raras exceções (Simmons et al., 2003). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 23 1.3.2.2 - Zonamento interno Uma das características importantes nos pegmatitos é o desenvolvimento de zonamento interno, que se manifesta por mudanças texturais e composicionais. Segundo Heinrich (1948) e Cameron et al. (1949) para caracterizar estas variações texturais e mineralógicas das diferentes zonas, distingue-se três unidades principais dentro de um pegmatito zonado (in Cerný, 1991a). Zonas primárias: mais ou menos concêntricas ao núcleo do pegmatito, e definidas da margem para o núcleo. Na tabela 1 é possível ver as características de cada uma das zonas. Unidades secundárias: formam-se por causa dos materiais pegmatíticos já existentes, sobrepondo-se a qualquer zona, embora sejam mais frequentes no núcleo e nas zonas intermédias. Os processos metassomáticos não são facilmente identificados, variando em extensão e intensidade. Podem ser processos seletivos de Fig. 1: Zonamento regional de pegmatitos da família LCT (Adaptado de London, 2008). 24 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos substituição de determinadas espécies minerais, a efeitos mais intensos, mas difusos, de substituições completas de zonas primárias por associações minerais secundárias. Preenchimento de fraturas: ao contrário das unidades metassomáticas, estes preenchimentos são facilmente identificáveis, atravessando várias zonas, às vezes desde o núcleo, e são constituídas principalmente por quartzo. Tabela 1: Paragénese mineral típica das zonas pegmatíticas (adaptado de Simmons et al. 2003). Zona Textura Minerais principais Minerais acessórios Margem/Contato Granulometria fina plagioclase/microclina, quartzo ± moscovite turmalina negra, granada, microclina/plagioclase Parede Grosseira quartzo, plagioclase, microclina, ± moscovite, ± biotite turmalina negra, granada, berilo, apatite Zona intermédia externa Progressivamente mais grosseira com cristais maiores, desenvolvimento de cavidades microclina, quartzo turmalina negra – elbaíte, plagioclase sódica, moscovite, fosfatos Zona intermédia interna Tanto grosseira e fina, alguns cristais maiores, desenvolvimento de cavidades quartzo, microclina, plagioclase sódica, ± moscovite, ± biotite turmalina negra – elbaíte, berilo, fosfatos, minerais Nb-Ta Núcleo --- quartzo Berilo, espodumena Fig. 2: Bloco diagrama de um pegmatito zonado (adaptado de London 2008). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 25 1.3.3 – Profundidade 1.3.4.1 - Pegmatitos superficiais São pegmatitos que solidificam a profundidades inferiores a ~2 – 3 km tendem a formar estruturas com uma textura equigranular, porfirítica, ou granofírica. São, principalmente, pegmatitos associados a granitos do tipo-A (anorogénicos) (e menos comuns do tipo-I), em que alguns casos estão associados a riftes intercontinentais, onde tendem a ser enriquecidos em elementos traço que são indicativos de pegmatitos com elementos raros. Este tipo de pegmatitos, geralmente, representam apenas uma pequena percentagem do corpo granítico em volume, e a transição do granito para a textura pegmatítica é abrupta (London, 2008). 1.3.4.2 - Pegmatitos profundos Ao contrário dos pegmatitos superficiais, estes estão associados principalmente a granitos do tipo-S e do tipo-I, ocorrendo a profundidades maiores que ~4 – 5 km, em que a transição do granito para o pegmatito tende a ser mais gradual. Os pegmatitos constituem uma maior fração do volume total do corpo rochoso, e são geralmente, restritos às margens superiores do plutão. Além dos pegmatitos podem estar presentes aplitos, sendo observadas relações transversais entre ambos em alguns casos. Bandados definidos por estruturas paralelas de aplitos e pegmatitos, aparecem em alguns casos, mas não podem ser considerados como frequentes (London, 2008). 1.3.5 - Ambiente metamórfico Os pegmatitos associados a granitos orogénicos tendem a ser particularmente abundantes ao longo de faixas metamórficas ou tectónicas (Cerný, 1991b), distribuindo-se em faixas associadas a granitos férteis, alinhados principalmente com os orógenos. Estas faixas consistem essencialmente de sequências metassedimentares ou antigos socos cristalinos, remobilizados e intruídos por granitoides. 32 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Jahns & Burnham (1969) afirmam que numa fase inicial o sistema de cristalização pegmatítica é um sistema fechado, em equilíbrio, das fases coexistentes (melt granítico + fluido aquoso), próximo da Tliquidus do sistema granítico–H2O, ou seja, é a interação do fundido silicatado com o fluido aquoso que leva à formação das texturas pegmatíticas, sendo que a transição granito – pegmatito se dá aquando da saturação do fluido em voláteis, com posterior “exsolução” da fase fluida e segregação dos álcalis maioritários (K e Na) (Fig.5). 1.3.7.3 - Voláteis e fundentes – agentes de fluxo Nos sistemas pegmatíticos é comum a presença de voláteis como H2O, F e Cl; de semi-voláteis B2O3 e P2O5 e de fundentes Li, Rb e Cs. Assim como agentes de fluxo, estes elementos diminuem as temperaturas de fusão e cristalização, baixam as taxas de nucleação, reduzem o grau de polimerização e a viscosidade, assim como aumentam a solubilidade (London, 2005). Estes elementos atuam como inibidores ou retardadores na formação de núcleos de cristalização e incrementam a velocidade de difusão. A combinação destes dois efeitos possibilita a migração dos iões em maiores distâncias, e ao mesmo tempo promove o crescimento dos poucos núcleos que se formam, resultando um menor número de cristais, mas de maiores dimensões (Simmons et al., 2003). Além dos Fig. 5: Representação esquemática adaptada do modelo de Jahns & Burnham (1969) (in London, 2008). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 33 efeitos acima referidos, apresentam a capacidade de promover a miscibilidade entre outros constituintes menos solúveis. O estudo do efeito do F, B e Na no sistema albite–H2O revela que nas fases finais da cristalização de um sistema pegmatítico complexo, a miscibilidade completa entre o fundido e o fluido se dá a temperaturas e pressões relativamente mais baixas (Sowerby & Keppler 2002; in Vieira, 2010). 1.3.7.4 - “Constitutional zone-refining” Como já foi referido, os pegmatitos graníticos são portadores de agentes de fluxo, no entanto, os teores destes componentes (álcalis raros, B, P e F), não são mais do que uma pequena percentagem da composição global de um pegmatito enquanto rocha. É esperado que os melts graníticos geradores de pegmatitos possam conter uma percentagem razoável de água, mas o somatório de elementos como B, P e F, dificilmente ultrapassa os 2 a 3% das composições globais dos melts pegmatíticos de elementos raros. O processo que pode explicar a concentração anormal dos voláteis e fundentes é o “constitutional zone-refining” (McBirney, 1987; London, 1999, 2005a, b; in Vieira, 2010), que envolve uma cristalização em desequilíbrio e requer um fundido viscoso de composição silicatada. O fundido não tem de ser obrigatoriamente rico em fundentes e a saturação em água não é essencial, o que contraria o modelo de Jahns & Burnham (1969). O que faz com que este modelo funcione nos pegmatitos graníticos é o subarrefecimento da temperatura do liquidus – “undercooling” (London et al., 1989) – que precede a cristalização. É este subarrefecimento, na ordem dos 200°C, que aumenta a viscosidade do fundido para um estado semi-sólido e que inibe a retrodifusão dos voláteis e fundentes excluídos (London, 2008). Entre o arrefecimento e o início da cristalização é produzido um fundido sobressaturado. Quando a nucleação e a cristalização começam, os voláteis e fundentes excluídos acumulam-se na frente de cristalização, ao longo de uma fronteira – “boundary layer”. A diminuição da temperatura do solidus desta banda é acionada pela acumulação dos voláteis e fundentes, e à medida que a cristalização ocorre, a concentração destes elementos incompatíveis aumenta relativamente à composição global do fundido. Esta banda avança, desde o contacto com rocha encaixante, até às zonas mais internas do pegmatito. Nos últimos estádios da cristalização, a banda fronteira pode converter-se no principal fluido dentro do pegmatito em formação. A cristalização desta banda de composição exótica pode provocar uma mudança brusca, 34 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos entre associações minerais comuns e outras mais evoluídas, de mineralogia mais rara (in Vieira, 2010). Segundo London (2005), este processo reproduz quase todas as características dos pegmatitos, nomeadamente a textura, o “fabric”, morfologia cristalina, assim como a sequência de zonamento interno, e as unidades monominerálicas e núcleos de quartzo. 1.3.7.5 - Gel silicatado Merrit (1924a,b) defendeu que géis silicatados são o meio de formação de pegmatitos, e modelos baseados nesta afirmação foram propostos outra vez por Merino, 1999; Taylor et al., 2002. Os géis, constituídos essencialmente por H2O, causam algumas incertezas quanto à sua aplicabilidade, principalmente quando se trata de explicar as perdas de volume aquando da cristalização, o volume de água libertado e a formação de um filão com um material tão viscoso como um gel silicatado (London, 2005). Apesar disso, London (2005) sugere que os géis podem restringir-se aos últimos estádios de consolidação pegmatítica, no instante em que a banda fronteira pode conter uma grande proporção de material silicatado amorfo. 1.3.7.6 - “Melt Inclusions” – Miscibilidade vs. Imiscibilidade A acumulação de B, F e P em altas concentrações nos fundidos silicatados, promove a solubilidade da H2O até ao ponto de ser atingida a completa miscibilidade, levando a um ponto supercrítico na transição do fundido silicatado para o fluido aquoso em condições P-T apropriadas para os pegmatitos (e.g., London, 1986a; Thomas et al., 2000; Sowerby and Keppler, 2002, in London, 2005). A maior parte desta evidência foi constatada a partir de experiencias com inclusões naturais dos pegmatitos, através de processos de fusão nas mesmas (e.g., London, 1986a; Thomas and Klemm, 1997; Thomas et al., 2000), onde o comportamento supercrítico a partir de silicato para o fluido aquoso é uma possibilidade, onde o melt de fluxo acumula. Nestes melts, os componentes de B, P, F dominam o comportamento da miscibilidade da H2O, dos componentes silicatados e previnem a saturação de vapor de água nos fundidos (London, 1986a,b) (in London 2005). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 35 Dado os altos coeficientes de partição dos álcalis e voláteis dos fundidos silicatados para o fluido aquoso coexistente, é natural que este fique particularmente enriquecido nestes elementos fundentes e voláteis (Thomas et al., 2006, in Veira, 2010). A coexistência de múltiplas fases é de enorme importância, pois influenciam a distribuição dos elementos e em particular a dinâmica de cristalização. Thomas et al. (2006) afirmam que, os fundidos geradores de pegmatitos são ricos em H2O, de baixa viscosidade, altamente difusivos, aluminossilicatados ricos em álcalis, e que se traduzem num ótimo meio de transporte para a sílica, álcalis e elementos traço, sendo um excelente meio para o crescimento de cristais pegmatíticos (in Vieira, 2010). 1.3.8 – Inclusões fluidas O estudo das inclusões fluidas (IF) em minerais dos pegmatitos ajuda na estimativa da composição dos fluidos, bem como na avaliação das condições de P e T da formação do mineral que as contém. O estudo das IF pode, assim, ainda apoiar na análise da evolução dos magmas silicatados para fundidos pegmatíticos, e na evolução destes fundidos durante os processos de formação pegmatítica. Quando um cristal se forma na presença de um geofluido, algum dele pode ficar aprisionado nas imperfeições do cristal formado. O fluido aprisionado pode ser liquido, vapor, ou fluido supercrítico, e a composição desse fluido pode incluir água essencialmente pura, gás, melts silicatados ou carbonatados, entre outros. O termo inclusão fluída refere-se assim, a qualquer inclusão que aprisiona a fase que foi um fluido a certas condições de temperatura e pressão de formação do mineral hospedeiro, podendo também deduzir-se a composição e a densidade desses fluidos. As condições físicas e químicas que levam à origem de inclusões são várias, e algumas são restritas a certos minerais ou até a fases cristalinas especificas (Watanabe 1987, in Samson et al. 2003). As IF são características comuns nos minerais, aliás, é muito mais comum encontrar cristais com IF opticamente resolúveis do que encontrar cristais sem inclusões visíveis. Não há limite para o tamanho da inclusão natural, mas o tamanho das inclusões é geralmente inferior a 100μm. Como foi observado por Roedder (1984), 36 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos o número de inclusões numa dada amostra aumenta geralmente com a diminuição do tamanho da inclusão (Samson et al. 2003). A morfologia das IF é muito variável e é parcialmente controlada pela cristalografia do mineral hospedeiro. Podem ser euédrica, subédrica ou anédrica, em que a forma euédrica é na realidade um reflexo da forma cristalográfica do mineral. No outro extremo as inclusões podem ser muito irregulares e achatadas. O estudo das IF não se confina ao nosso século pois já em 1858, Henry Clifton Sorby alegava que, as IF nos minerais representavam porções aprisionadas de líquidos, gases e "melt" a partir das quais o cristal crescia e assim poderiam ser usadas para determinar o ambiente de formação dos minerais ou das rochas (in Dória, 1999). Contudo, a utilização das IF na caracterização das condições termobarométricas que presidiram aos diferentes processos geológicos, está condicionada por duas hipóteses fundamentais (Weisbrod et al. 1976, in Dória 1999): - o fluido aprisionado é representativo da solução original; - o fluido uma vez aprisionado, num reservatório supostamente estanque e quimicamente inerte, as suas características físico-químicas (composição e densidade) não podem ser modificadas. Caso as inclusões não tenham sido alvo de temperaturas superiores a 500°C e/ou, as suas pressões internas não ultrapassem os 0,8-1 kbar, de um modo geral, estas comportam-se como reservatórios estanques (Leroy 1979; Weisbrod & Leroy 1987; Bodnar et ai. 1989). Como na maioria dos casos, o estudo das IF é efetuado em minerais pouco solúveis, as reações com o mineral hospedeiro são muito limitadas e podem ser desprezáveis. Porém, certas alterações físicas ocorridas nas inclusões após o seu aprisionamento, conduzem à interpretação incorreta dos resultados obtidos. Como exemplo, citam-se as mudanças na forma (estrangulamento) e no volume (decrepitação) e a "fuga" (leakage) de fluidos (Roedder, 1972, 1984). O estrangulamento (necking down) de uma inclusão é a divisão de uma inclusão única, em duas ou mais inclusões com composições e densidades diferentes consequentemente, nenhuma delas é representativa do fluido original. A decrepitação (natural ou no laboratório) das inclusões ocorre quando a pressão no seu interior se torna superior à resistência das paredes da inclusão (Leroy 1979), conduzindo a uma fuga total ou parcial do seu conteúdo. A perda de fluido (leakage out) pode ocorrer na FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 37 decrepitação como também, resultar da microfissuração causada pela deformação do mineral hospedeiro. A microfracturação poderá causar a reabertura de inclusões preexistentes e a sua contaminação por fluidos tardios ("leakage in"). 1.3.8.1 – Classificação quanto ao modo de formação Existem várias formas para classificar as inclusões fluídas (Roedder, 1972, 1984), mas uma das mais utilizadas baseia-se no tempo de formação da inclusão relativamente ao do mineral hospedeiro (Fig.6). Assim pode-se dividir as inclusões em três grupos: 1Inclusões primárias: são formadas durante, e como resultado direto, do crescimento dos minerais hospedeiros. 2Inclusões secundárias: são aprisionadas depois da formação do mineral, instalando-se principalmente em fraturas ou deformações que esse mineral possa sofrer. 3Inclusões pseudosecundárias: são formadas durante o crescimento do mineral, mas não necessariamente como resultado direto do crescimento deste. São semelhantes às secundárias na origem, instalando-se também em microfraturas ou outras deformações que o mineral possa ter, e ao contrário destas, o seu aprisionamento é seguido por um maior crescimento do mineral. Fig. 6: Representação esquemática da formação primária, secundária e pseudosecundária de inclusões fluídas durante o crescimento do mineral (adaptado de Samson et al. 2003). 38 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos O reconhecimento destes três tipos pode ser mais importante para a interpretação do significado geológico de um plano de inclusões em particular, no entanto, nem sempre é fácil de verificar. Segundo Roedder (1972, 1984) há outros critérios a ter em conta: Critérios para origem primária: - as inclusões são paralelas às zonas de crescimento ou às faces do cristal. - as inclusões ocorrem numa distribuição aleatória tridimensional. - as inclusões estão isoladas, ocorrendo a distancias > 5x o diametro da inclusão das inclusões adjacentes. - tamanho grande em relação ao mineral hospedeiro. Deve-se ressaltar que as formas cristalinas negativas ou a ocorrência de cristais bem desenvolvidos que crescem em cavidades abertas não são diagnóstico de origem primária. Critérios para origem secundária: - as inclusões ocorrem em grupos planares, deliniando planos de inclusões fluidas (PIF). - as inclusões apresentam formas mais finas, achatadas e irregulares. Critério para origem pseudosecundária: - as inclusões são semelhantes às secundárias, mas os PIF’s destas inclusões terminam numa zona de crescimento do mineral. 1.3.8.2 - Associação de inclusões fluídas (fluid inclusion assemblage – FIA) Goldstein & Reynolds (1994) introduziram o conceito de FIA para descrever um grupo de inclusões fluídas que foram formadas ao mesmo tempo (Fig.7). Uma FIA define, assim, a maior parte de um evento de aprisionamento de inclusões fluídas que pode ser identificado com base na petrografia (Goldstein, 2003). Afirmar que as inclusões na FIA foram todas aprisionadas ao mesmo tempo é relativo, pois a quantidade absoluta de tempo do evento varia de acordo com o ambiente de formação (in Samson et al. 2003). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 39 A variação da temperatura de homogeneização que é aceitável dentro de uma FIA ocorre em função da temperatura real de formação (que em grande medida controla o quão rápido os cristais podem crescer), da composição do fluido (que controla a solubilidade do mineral) e sobre o ambiente geológico (que geralmente controla a taxa e a magnitude das flutuações de temperatura e de pressão) (Bodnar 2003). Assim, este conceito implica que as inclusões tenham aproximadamente a mesma temperatura e pressão, e todas aprisionem um fluido mais ou menos com a mesma composição. Portanto, o fluido que está inserido nas inclusões representa o fluido que estava presente durante o evento de formação do mineral. Fig. 7: Esquema representativo de várias FIA’s (adaptado de Samson et al., 2003). Pinclusões primárias; PSinclusões pseudosecundárias; Sinclusões secundárias e PIFplano de inclusões fluidas. 40 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 1.3.8.3 – Classificação quanto à composição dos fluidos e número de fases presentes Várias combinações de fases podem ser observadas nas inclusões fluidas. Muitas destas podem conter apenas uma única fase líquida ou gasosa observável, mas normalmente estão presentes duas fases (inclusão bifásica), podendo haver inclusões com mais fases. As inclusões fluidas também podem conter fases sólidas, podendo ser inclusões aquosas contendo cristais que se precipitaram durante o arrefecimento, sólidos que acidentalmente ficaram presos nas inclusões durante a formação e inclusões de melt que contém maioritariamente vidros ou sólidos cristalinos. Dependendo do tipo de fluido as inclusões podem ser, inclusões de melt silicatado, inclusões aquosas, inclusões contendo sólidos e líquidos de hidrocarbonetos, inclusões gasosas, geralmente ricas em CO2 (Samson et al. 2003). Shepherd et al (1985) sugeriram uma simples, mas conveniente classificação para as inclusões fluidas (fig.8): - Inclusões monofásicas líquidas (L). São as mais simples e são todas preenchidas por líquido (normalmente aquoso). - Inclusões monofásicas com vapor (V). São totalmente preenchidas por uma fase vapor (normalmente uma mistura de CO2, CH4, H2O, N2) sem nenhuma fase liquida visível. - Inclusões bifásicas ricas em líquido (L + V). A fase líquida predomina e a fase vapor ocupa um máximo de cerca de 40 a 50% do volume total. - Inclusões bifásicas ricas em vapor (V + L). A fase vapor predomina e ocupa mais do que metade do volume da inclusão, no entanto uma pequena porção de líquido continua visível. - Inclusões polifásicas com sólidos (S + L ± V) ou (L + V ± S). Ambos são similares, o que depende é a quantidade, contendo uma ou mais fases sólidas (daughter minerals) para além de uma fase líquida e uma fase vapor. - Inclusões imiscíveis (L1 + L2 ± V). Apresentam dois líquidos imiscíveis, um aquoso e outro rico em CO2 (menos comum óleo). A fase rica em CO2 pode conter quantidades substanciais de CH4 ou N2. Uma fase vapor rica em CO2 também pode estar presente dependendo da densidade global da fase rica em CO2. Em inclusões FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 41 trifásicas a fase aquosa envolve a fase líquida rica em CO2, que por sua vez envolve a fase vapor rica em CO2. - Inclusões de vidro. São inclusões aprisionadas a partir de melts silicatados em qualquer uma das formas de inclusões descritas acima ou inclusões de vidro se o arrefecimento foi muito rápido. Outras fases líquidas, sólidas ou de vapor podem estar também presentes. Fig. 8: Classificação adaptada segundo Shepherd et al (1985) para inclusões baseada na sua composição. 48 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 2.2.2.1 - “Pegmatito do Companheiro” Este pegmatito fica na região central de Portugal, entre Sátão e Penalva do Castelo, e pertence ao grande Campo de pegmatitos do Alto Vouga, mais concretamente ao grupo de pegmatitos Senhora de Assunção (Fig.12). Este grupo concentra-se ao longo de um arco que se estende de norte para sul, desde Aguiar da Beira, passando por Sátão e Penalva do Castelo, até Fornos de Algodres. Este arco coincide com o bordo ocidental do Maciço de Aguiar da Beira, constituído por um granito porfiróide de duas micas essencialmente biotítico. Os pegmatitos podem concentrar-se em enxames constituídos por corpos isolados, acoplados ou em rosários. Os enxames com maior número de pegmatitos são o de Trancozelos-Travanca de Tavares e o de Sezures-Dornelas (Fig.12) onde se encontra o pegmatito estudado, que apresenta uma atitude geral NE-SW fortemente condicionada à geometria do granito e a lineamentos tardi-Hercínicos com esta Fig. 11: Enquadramento dos campos pegmatíticos na CPCI (adaptado de Dias et al., 2013), FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 49 orientação. A organização em enxames é exclusiva da fácies Yπg – granito porfiroide de grão grosseiro essencialmente biotítico (Trabulo et al.1995). Na zona de Companheiro e arredores ocorrem massas e/ou filões pegmatíticas e aplitopegmatíticas do tipo com moscovite e berilo que ocorrem encaixados em granitos porfiroides de grão grosseiro essencialmente biotíticos (Fig.13), que são granitos do Grupo 2 – “granitos biotíticos com plagioclase cálcica” tardi a pós-D3. Mais concretamente, na zona onde se encontra o pegmatito de estudo, além de quartzo pode encontrar-se com facilidade feldspato sódico e potássico, moscovite e berilo. Nas zonas mais ricas em quartzo, é de assinalar um sistema de fraturação N30ºE, tardio, paralelo a um bandado definido pela alternância de quartzo leitoso com quartzo hialino (Freitas et al, 2014). Fig. 12: Representação cartográfica dos granitos da região de Aguiar da Beira - Fornos de Algodres (adaptado de Trabulo et al., 1995). 50 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 2.2.2.2 - “Pegmatito de Mesquitela – Mangualde” Na região de Mangualde ocorrem diferentes tipos de granitos que têm sido descritos de maneira um pouco distinta por vários autores. Por exemplo, Amílcar de Jesus (1931) distinguiu e descreveu diferentes fácies de granitos, como por exemplo o granito porfiroide (Mangualde, Fagilde e Mourilhe), o granito de duas micas (Mesquitela e de Cunha Baixa) e o granito fino (Albergaria). Simões et al. (1994) classificaram os granitos tendo em conta a sua relação com D3 varisca e consideraram dois grupos, o dos granitos tardi a pós-D3 e o dos granitos pós-D3, incluindo no primeiro grupo o granito moscovítico-biotítico de grão médio (granito a Sul de Mangualde) e o granito biotítico-moscovítico, médio de tendência porfiroide (Cunha Baixa) e, no segundo grupo, o granito a granodiorito de Viseu-Mangualde (grão médio a grosseiro) (in Carolino, 2013). Seguindo os critérios propostos por Ferreira et al. (1987), com base nas relações entre o período de instalação dos granitos e as fases de deformação varisca, como também na sua mineralogia, os granitos da região de Mangualde podem ser incluídos no grupo dos granitos sin a tardi e tardi a pós-tectónicos e por sua vez divididos em granitos biotíticos com plagióclase cálcica e granitos com duas micas. O granito que ocorre em Mesquitela é um granito de grão médio de duas micas, em que a moscovite é mais abundante que a biotite, com esparsos megacristais, tardi a pós-D3 (Fig.14), que ocorre segundo um alinhamento ENE-WSW em contacto com o granito biotítico porfiroide de grão médio a grosseiro de Mangualde. Os pegmatitos, geralmente subverticais N130º a N110º, são frequentes. São pegmatitos que se podem incluir no grupo de pegmatitos com berilo, columbite e fosfatos de Cerný & Ercit (2005). O filão pegmatítico de Chão do Castanheiro, na zona do poço 3 de onde foi retirada a amostra de litiofilite, é essencialmente constituído por quartzo e feldspato potássico, albite, moscovite, litiofilite e berilo, e apresenta uma atitude sub-horizontal ao contrário do que é habitualmente considerado nos afloramentos e do que é ainda visível noutros poços (Carolino, 2013). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 51 Fig.13: Excerto da Carta Geológica de Portugal à escala de 1:50 000 – Folha 17-B e respetiva legenda. Zona do pegmatito do Companheiro. Fig. 14: Excerto da Carta Geológica de Portugal à escala de 1:50 000 – Folha 17-B e respetiva legenda. Zona do pegmatito de Mesquitela (Mangualde). 52 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 53 CAPÍTULO 3 Materiais e técnicas de estudo 54 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 3.1 - Materiais e técnicas de estudo O principal objetivo deste estudo consiste na caracterização dos fluidos aprisionados nas inclusões fluidas (IF) contidas nos minerais de berilo e de litiofilite, do pegmatito de Companheiro e do pegmatito de Mesquitela (zona do poço 3) respetivamente. Este estudo pode efetuar-se através de vários métodos que têm em vista a caracterização completa dos fluidos contidos nas inclusões e que são classificados em duas categorias (Roedder 1972, 1984): métodos não destrutivos e métodos destrutivos (que permitem ou não a repetição do estudo nas mesmas amostras). Para a realização do estudo das IF foram utilizados dois métodos não destrutivos, a microtermometria e a micro-espectrometria Raman. Antes de tudo, prepararam-se lâminas espessas (cerca de 200 μm) dos minerais, berilo e litiofilite (Fig.15), para se poder analisar as IF. Após um breve estudo das inclusões, partiu-se as lâminas em porções mais pequenas de modo a serem acoplados aos microscópios de microtermometria. Para o estudo das IF e para as melhor localizar teve-se sempre a atenção de indicar a porção do mineral e as zonas onde as IF se encontravam, recorrendo-se também à ilustração das mesmas (Fig.16). Fig. 15: A - amostra de Berilo. B - amostra de Litiofilite. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 55 3.1.1 – Microtermometria A microtermometria consiste na observação ao microscópio das mudanças de fase que se produzem nas IF por variações de temperatura e na sua interpretação no sentido de caracterizar as propriedades físico-químicas dos fluidos contidos nessas inclusões. A caracterização microtermométrica dos fluidos foi efetuada num microscópio ótico Olympus de luz transmitida com uma objetiva de 80X, oculares de 12,5X e equipado de uma platina Chaixmeca (Poty et al., 1976) - utilizada no circuito da criometria com circulação de azoto líquido - e de uma platina Linkam PR600 – utilizada na termometria em que o aquecimento é efetuado com a ajuda de resistências elétricas (Fig.17). Na criometria é permitido realizar ensaios a temperaturas compreendidas entre -180ºC e +30ºC, sendo a leitura feita durante o aquecimento gradual das IF, logo após o seu arrefecimento. Na termometria são registados os valores das temperaturas compreendidas entre +30ºC até +600ºC. Das temperaturas registadas são especialmente importantes as temperaturas de fusão e as temperaturas de homogeneização. Fig. 16: A - Exemplo de uma porção do mineral de berilo e respetivas zonas de estudo. B - Exemplo de uma ilustração de uma inclusão estudada. 56 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos É necessária a calibração das platinas e para isso utilizaram-se como padrões inclusões naturais aquocarbónicas contendo CO2 puro cujo ponto de fusão (TfCO2) ocorre a T= -56,6ºC e inclusões sintéticas aquosas pertencentes ao sistema H2O-NaCl em que a fusão do gelo (TmI) ocorre à temperatura -0,4ºC. Para a termometria, utilizou-se inclusões sintéticas de água pura, cuja temperatura (Th) é igual a 374,1 ºC. Durante a criometria podem ser observadas várias mudanças de fase, mas apenas as seguintes foram observáveis: - Te: Temperatura de fusão inicial do gelo. Representa o ponto eutético da solução aquosa, permitindo determinar a natureza dos sais predominantes dissolvidos na fase aquosa (Roedder 1972, 1984). Valores da temperatura de fusão inicial em torno de -20,8°C, -10,6°C, -49,8°C, -33,6°C, 22,9°C, -52,0°C, -35,0°C, são diagnósticos da presença de, NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2; NaCl-KCl, NaCl-CaCl2 e NaClMgCl2 respetivamente; - TmI: temperatura de fusão do gelo (≤ 0,0 ºC). È utilizada na estimativa da salinidade que se exprime convencionalmente, em % equivalente em peso de NaCl (eq.%NaCl) da fase aquosa para o sistema H2O-NaCl (Bodnar 1993). Durante a termometria só foi observável: Fig. 17: A - Microscópio com platina para a termometria. B - microscópio com platina para a criometria. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 57 - Th: temperatura de homogeneização global da inclusão, que nos dá a temperatura mínima de aprisionamento do fluido. Quando ajustada por certas correções, dá-nos o valor da temperatura real de aprisionamento. O método de homogeneização é baseado no princípio de que o conteúdo heterogéneo de uma inclusão foi homogéneo no momento de aprisionamento. Por isso na termometria pretende-se aquecer a inclusão até que se obtenha uma homogeneização, em que esta geralmente tem lugar numa das seguintes maneiras: em fase vapor (V), em fase líquida (L) sendo esta a mais vulgar ou em fase crítica (C). - Td: Temperatura de decrepitação, que é um parâmetro dependente da densidade, forma e tamanho das inclusões (Leroy 1979; Hollister et ai. 1981; in Dória, 1999), e dá-nos uma estimativa mínima (subestimativa) da Th. 3.1.2 - Micro-espectrometria Raman Nesta técnica, os espectros Raman de objetos micrométricos podem ser obtidos por acoplação de um microscópio a um espectrómetro Raman equipado com um sistema de deteção multicanal, em que a objetiva focaliza um feixe de raios laser, proveniente de um laser sobre o composto a estudar e recolhe a luz difundida que é analisada pelo filtro ótico. A espectroscopia Raman é assim uma técnica analítica fundamental à identificação de moléculas simples, sendo atualmente, possível identificar as seguintes moléculas nas IF: CO2, CH4, N2, H2S, CO, COS, SO2, C2H6, C3H8 e H2O (Guedes, 2014). As limitações a esta análise residem na interferência da fluorescência e dispersão Raman do mineral hospedeiro das IF que estão a ser analisadas e que provocam um grande ruído no espectro, na inexistência de picos Raman ou picos de fraca intensidade para alguns constituintes monoatómicos das IF e na dificuldade de calibragem para a obtenção de análises quantitativas de alguns constituintes das IF. A caracterização dos principais constituintes voláteis dos fluidos foi efetuada num espectrómetro LabRAM Dilor-Jobin Yvon-Spex com laser com λ= 632.8 nm. As frações molares dos principais constituintes voláteis foram identificadas pelas posições dos picos Raman e calculadas segundo Prieto et al.2012. 64 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 4.1 - Estudo das inclusões fluídas do berilo do pegmatito de “Companheiro” 4.1.1 – Aspeto geral das inclusões Nas amostras de berilo estudadas foi possível observar: - Inclusões primárias bifásicas, e mais raramente polifásicas com sólidos, isoladas (Fig.19) e/ou em grupos espaçadas (Fig.20-21) com tamanhos variáveis entre ±5 e os 50µm, mas raramente com tamanho superior a 30μm. - Inclusões pseudosecundárias bifásicas e polifásicas com sólidos, que se apresentam em planos (Fig.22-23), com tamanhos até 20µm. - Inclusões secundárias bifásicas, e mais raramente polifásicas com sólidos, com formas mais regulares, que preenchem as fraturas do cristal, dispondo-se em planos de inclusões fluidas (PIF’s) (Fig.24), com tamanhos até 20µm. Fig. 19: Inclusão bifásica primária. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 65 Fig. 20: Inclusões primárias (P) e pseudosecundárias (PS). Fig. 21: Inclusões primárias. 66 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Fig. 22: Inclusões pseudosecundárias. Fig. 23: Inclusões pseudosecundárias com sólidos FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 67 Fig. 24: Inclusões secundárias. 68 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 4.1.2 - Resultados obtidos Através dos estudos de microtermometria e de espectrometria Raman foi possível identificar no berilo a presença de dois tipos de fluidos: Tipo 1 – aquosos do sistema H2O-NaCl e do Tipo 2 - aquosos do sistema H2O-NaCl com presença de sólidos. 4.1.2.1 – Microtermometria As inclusões estudadas, à temperatura ambiente, apresentam um volume aquoso (Flw) que varia entre 0,70 e 0,90, as temperaturas de fusão do gelo (TmI) estão abrangidas entre -2 e -3ºC, correspondendo a salinidades compreendidas entre 3,38 e 4,96 % equivalente em peso NaCl, e as temperaturas de homogeneização (Th) variam entre 160 e 250ºC e ocorrem em fase líquida (L). Apresentam densidades (d) compreendidas entre 0,84 e 0,94 g cm-3 e composição em H2O entre 93 e 98 moles %. Para uma melhor descrição é possível visualizar os dados adquiridos para todas as IF estudadas, ao todo 32, na tabela 6. Para algumas inclusões só foi possível observar a TmI ou a Th. Tabela 6: Dados petrográficos e microtermométricos das IF estudadas do berilo. Inclusões fluídas – Berilo Nome da IF Petrografia Microtermometria Composição global Ocorrência Tipo Flw TmI (ºC) Th (ºC) Modo H2O (moles %) eq.wt%NaCl d (g cm-3) Be.M.1.a plano 1 0,85 -2,3 223 L 97 3,86 0,87 Be.M.1.b plano 1 0,85 -2,2 224 L 98 3,7 0,87 Be.M.1.c grupo 2 0,9 -2,8 228 L 97 4,65 0,87 Be.M.1.d grupo 1 0,9 -2,7 170 L 93 4,49 0,93 Be.M.1.e grupo 1 0,85 -2 n.o x x 3,39 x Be.M.1.f grupo 1 0,85 -2,5 n.o x x 4,18 x Be.M.1.g grupo 1 0,9 -3 n.o x x 4,96 x Be.M.1.h grupo 1 0,9 n.o 194 L x x x Be.M.3.a Isolada 2 0,8 -2 211 L 98 3,38 0,88 Be.M.4.a Isolada/grupo 1 0,7 -2,1 175 L 98 3,55 0,92 Be.M.4.b Isolada/grupo 2 0,9 -2,3 158 L 98 3,86 0,94 Be.M.4.c Isolada/grupo 2 0,9 -2,2 238 L 98 3,71 0,85 Be.M.5 plano 2 0,9 -2,1 197 L 98 3,55 0,9 Be.N.1.a plano 1 0,9 -2,3 224 L 97 3,87 0,87 Be.N.1.b plano 1 0,85 -2,2 220 L 98 3,71 0,87 Be.N.2.a Isolada 1 0,9 -2 198 L 98 3,87 0,9 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 69 Be.N.2.b Isolada 1 0,85 -2,4 228 L 97 4,03 0,87 Be.N.2.c plano 1 x n.o 153 L x x x Be.N.2.d plano 1 x n.o 150 L x x x Be.N.2.e plano 1 0,8 n.o 195 L x x x Be.N.f plano 1 0,8 n.o 235 L x x x Be.P.1 plano 1 0,8 -2,3 222 L 97 3,87 0,87 Be.P.2.a plano 1 0,9 -2 175 L 98 3,39 0,92 Be.P.2.b plano 2 0,9 -2,3 160 L 96 3,87 0,94 Be.P.2.c plano 2 0,8 -2 215 L 98 3,39 0,88 Be.P.3 plano 1 0,8 -2,4 n.o x x 4,03 x Be.R.1.a plano 2 0,85 -2,4 248 L 97 4,03 0,84 Be.R.1.b plano 2 0,85 -2,6 184 L 97 4,34 0,92 Be.R.2.a plano 2 0,8 -2,5 250 L 97 4,18 0,84 Be.R.2.b plano 1 0,85 -2,3 240 L 98 3,87 0,85 Be.R.2.c plano 1 0,85 -2,5 n.o x x 4.18 x Be.R.2.d plano 1 0,8 n.o 249 L x x x *n.o – não observada O histograma da figura 25 mostra os intervalos de frequência para a TmI que varia de -2 a -3,5°C, e em que é notório um pico principal no intervalo de -2 a -2.5ºC. A amplitude de variação da Th (Fig.26) encontra-se entre 150 e 260°C e evidencia dois picos principais nos intervalos de 200 a 210ºC e de 230 a 240ºC. Fig. 25: Histograma representativo da TmI (ºC) dos fluidos das IF contidas no berilo estudado. 70 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos O diagrama de correlação dos diferentes parâmetros microtermométricos das IF, nas quais foi possível observar a temperatura de fusão (TmI) e de homogeneização (Th) está representado na figura 27. No diagrama nota-se uma distribuição principal da TmI entre os -2 e os -2.5ºC (verificado também no histograma) e uma variação da Th entre os 150 e os 250ºC. Fig. 27: Diagrama de correlação Th versus TmI das IF contidas no berilo. Fig. 26: Histograma representativo da Th (ºC) dos fluidos das IF contidas no berilo estudado. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 71 4.1.2.2 – Espectrometria Raman Através da espectrometria Raman, os sólidos presentes nas IF foram identificados como “daughter minerals” do mineral hospedeiro, o berilo, pois apresentam o mesmo espectro (Fig.28), de notar que no espectro do mineral hospedeiro (espectro A) não foi observado o pico próximo dos 220-240 cm-1 em resultado da análise ter sido efetuada numa superfície perpendicular ao eixo c. Fig. 28: A - Espectro do mineral hospedeiro (berilo). B – Espectro dos “daughter minerals”. 72 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 4.1.2.3 – Composição global Posteriormente ao estudo microtermométrico, através do programa informático - Program 1: BULK version 01/03 - Product development Ronald J. Bakker, passou-se ao cálculo da composição global. As composições obtidas constam na tabela 6. 4.1.2.4 – Condições P-T Por último para o cálculo das isócoras foi utilizado o programa - Program 2: ISOC version 01/03 - Product development Ronald J. Bakker, utilizando os dados de composição e temperatura de homogeneização das IF, obtendo presumíveis temperaturas e pressões para as condições de formação do mineral. Como resultado, é possível visualizar todas isócoras obtidas na figura 29. Fig. 29: Isócoras obtidas para as IF contidas no berilo. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 73 4.2 - Estudo das inclusões fluídas da litiofilite do pegmatito de “Mesquitela” 4.2.1 - Aspeto geral das inclusões Nas amostras de litiofilite estudadas observaram-se: - Inclusões primárias bifásicas em grupos ou planos, espaçadas entre si com tamanhos até ±30µm. As inclusões encontradas com CH4 e N2 são deste tipo e geralmente são as que apresentam maior dimensão (Fig.30, 31, 34). - Inclusões pseudosecundárias bifásicas, que se apresentam em planos com tamanhos, geralmente, até 20µm. São as mais frequentes e com formas mais irregulares (Fig.31, 32, 33). - Inclusões secundárias bifásicas, que preenchem as fraturas do cristal, dispondo-se assim em planos de inclusões fluidas (PIF’s), com tamanhos inferiores a 15µm. São mais raras e difíceis de visualizar (Fig.32). Fig. 30: Inclusões primárias com CH4 e N2. 80 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos As frações molares destes constituintes foram identificadas pelas posições dos picos de Raman e em seguida foi efetuada a deconvolução dos espectros recorrendo ao programa Labspec da Dilor-Jobin Yvon, calculando depois a %molar dos componentes de acordo com Prieto et al. 2012. Na tabela 8 é possível ver a %molar calculada para cada componente das inclusões estudadas deste tipo. Tabela 8: %molar calculada para cada componente das inclusões do tipo 3 estudadas. Nome da inclusão %molar dos componentes CH4 N2 Li.1.2.b 35,97 64,03 Li.2.1.b 43,75 56,25 Li.2.1.c 48,57 51,43 Li.2.1.d 47,57 52,43 Fig. 39: Exemplo de um espectro Raman de uma inclusão estudada com um pico correspondente ao N2. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 81 4.2.2.3 – Composição global Posteriormente ao estudo microtermométrico e de espectrometria Raman, através do programa informático - Program 1: BULK version 01/03 - Product development Ronald J. Bakker, passou-se ao cálculo da composição global. Os dados obtidos constam na tabela 7. 4.2.2.4 – Condições P-T Para o cálculo das isócoras foi utilizado o programa - Program 2: ISOC version 01/03 - Product development Ronald J. Bakker, utilizando os dados de composição e temperatura de homogeneização das IF, obtendo temperaturas e pressões prováveis para as condições de formação do mineral. Como resultado, é possível visualizar todas isócoras obtidas na figura 40. Fig. 40: Isócoras das IF contidas na litiofilite FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 83 CAPÍTULO 5 Discussão dos resultados e conclusões 84 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 5.1 – Discussão dos resultados Tendo em conta os dados existentes sobre a génese de pegmatitos, sumarizados no capítulo 1, pode-se considerar diferentes, mas não muito discordantes, perspetivas sobre as condições de temperatura e pressão para a génese pegmatítica. Para começar, os pegmatitos de “Companheiro” e de “Mesquitela” podem considerar-se como sendo da família LCT, da classe de elementos raros (REL-Li) e do tipo berilo, e respetivamente do subtipo berilo-columbite e subtipo berilo-columbitefosfatos de Cerný & Ercit (2005) (ver tabela 3). Estes dois pegmatitos, devido às suas diferenças, parecem encaixar-se no zonamento típico para pegmatitos do tipo LCT e estarão, por isso, relacionados com um batólito proximal granítico, a partir do qual aparentemente derivaram, distribuindose assim à volta da intrusão. O pegmatito de Companheiro, por não ter Li, ocupa uma posição menos distal do batólito granítico do que o pegmatito de Mesquitela, como é possível ver na figura 41. Fig. 41: Zonalidade proposta para os pegmatitos em estudo (adaptado de London, 2008). FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 85 Segundo Cerný & Ercit (2005) os pegmatitos do tipo REL-Li são característicos de ambientes de baixa pressão entre 200 e 400 MPa e temperaturas entre os 450 e os 650 ºC. Já London (2008) sugere pressões entre 300 e 500 MPa e temperaturas, próximas do solidus do granito (650 a 750 ºC) para os pegmatitos comuns e para alguns pegmatitos com elementos raros, nomeadamente com berílio. Contudo a temperatura do solidus do granito pode ser cerca de 200 ºC inferior se se considerar melts do tipo BEBLIP (Be, B, Li, P) (Strong, 1981). Reunindo estes aspetos foi possível elaborar um diagrama com os campos P-T prováveis para este tipo de pegmatitos e em que são discriminados os pegmatitos com berilo (Be, Ms) dos que têm berilo e minerais com Li (Be,Li,Ms) correspondendo a estes últimos a mais baixas condições de pressão (Fig.42). No mesmo diagrama mostra-se a correlação do solidus granítico com o solidus da moscovite e com o solidus granítico do tipo BEBLIP pois assumimos que foi um melt deste tipo que contribuiu para a formação dos pegmatitos estudados que são do tipo REL-Li. Assim, os pegmatitos estudados poderão ter-se formado em condições gerais de temperatura entre os 400 e os 600 ºC e de pressão entre os 200 e os 500 MPa. Fig. 42: Diagrama com os campos P-T prováveis para os pegmatitos do tipo REL (adaptado de Strong, 1981). 86 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Quanto à microtermometria, da análise do histograma da TmI das IF dos dois minerais estudados (Fig.43) são notórios dois picos principais, um com temperaturas entre -1 e -1,5 ºC e outro entre -2 e -2,5 ºC, o que faz uma média de % equivalente em peso de NaCl de 2,16 para o primeiro pico e de 3,8 para o segundo. Percebe-se que as inclusões do berilo apresentam temperaturas mais baixas de fusão do gelo do que as da litiofilite, o que quer dizer também que são ligeiramente mais salinas do que as inclusões da litiofilite. Relativamente ao histograma comparativo da Th, são percetíveis dois grupos, um que abrange temperaturas de homogeneização entre os 160 e os 210 ºC, e outro que abrange temperaturas entre os 220 e os 260 ºC (Fig. 44). Estes dois grupos ocorrem para os dois minerais. Fig. 43: Histograma de comparação da TmI das inclusões do berilo e da litiofilite. Fig. 44: Histograma de comparação da Th das inclusões do berilo e da litiofilite. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 87 Na figura 45 é possível ver o diagrama TmI versus Th para as inclusões em que foi possível obter com temperaturas de homogeneização e de fusão do gelo quer no berilo quer litiofilite, já anteriormente apresentados individualmente. É notória uma evolução dos fluidos, com a diminuição da Th e aumento da TmI. Contudo a evolução é independente para cada um dos minerais correspondendo ao berilo uma evolução no domínio das TmI mais baixas, isto é com maiores salinidades. A partir dos gráficos das isócoras das IF contidas no berilo e na litiofilite fez-se um diagrama representativo (Fig.46) com as isócoras máximas e mínimas dos fluidos do tipo 1 (aquosos) de ambos os minerais e com as isócoras das IF do tipo 3 (aquosos com CH4 e N2) da litiofilite. Fez-se a junção deste com os campos P-T, a curva BEBLIP e o ponto triplo And-Sil-Dist. da figura 42, para relacionar com as isócoras. Num trabalho precedente sobre o pegmatito de Companheiro (Canhota, 2012), foram determinadas as condições de deposição do quartzo presente nesse pegmatito e que se formou a partir de fluidos aquo-carbónicos do sistema H2O-CO2-(CH4-N2NaCl) a temperaturas mínimas de cerca de 330ºC e a pressões mínimas entre os 190 e os 240 MPa, que se representam, a titulo comparativo, também no gráfico (Fig.46). Fig. 45:Diagrama TmI versus Th para as inclusões do berilo e da litiofilite. 88 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Da análise da figura 46 podemos concluir que os fluidos formados aquando a formação do berilo do pegmatito de Companheiro foram aprisionados em condições de temperatura entre os 350 e os 550 ºC e pressões entre 300 e 500 MPa. Os fluidos tipo 3, com CH4 e N2, contidos na litiofilite foram aprisionados em condições de temperatura entre os 330 e os 500 ºC e pressões entre 150 e 300 MPa, isto é, com as condições P-T dos fluidos aquo-carbónicos do sistema H2O-CO2-(CH4-N2-NaCl) idênticas às estudadas no quartzo do pegmatito de “Companheiro”. Os fluidos aquosos presentes na litiofilite foram aprisionados em condições de temperatura entre os 250 e os 400 ºC e pressões entre 100 e 250 MPa. Deste modo, pode-se afirmar, que a formação destes minerais, e consequentemente dos fluidos neles contidos, segue uma tendência de mais altas para mais baixas condições de pressão e temperatura. As condições P-T definidas para a formação do berilo de “Companheiro” correspondem a um estádio pegmatítico pneumatolítico não muito diferente das do solidus granítico do tipo BEBLIP. As condições P-T definidas para a formação dos fluidos estudados da litiofilite já correspondem a um estádio hidrotermal, onde os fluidos aquosos se formaram posteriormente aos fluidos com CH4 e N2. Fig. 46: Evolução P-T-X dos fluidos presentes nos pegmatitos estudados. (Δ) - Ponto triplo And-Sil-Dist. () – Condições de formação do quartzo de Companheiro. Curva a tracejado – tendência evolutiva dos fluidos estudados. FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos 89 5.2 – Considerações finais O Pegmatito de Companheiro é um pegmatito do tipo com moscovite e berilo e está associado a granitos porfiroides de grão grosseiro essencialmente biotíticos, e o pegmatito de Mesquitela é constituído essencialmente por quartzo e feldspato potássico, albite, moscovite, litiofilite e berilo e está associado a um granito de grão médio de duas micas com esparsos megacristais tardi a pós-D3. Ambos os pegmatitos pertencem à classe de pegmatitos com elementos raros (REL-Li) de Cerný & Ercit (2005). Os fluidos estudados são, em geral, de baixa salinidade, em particular os da litiofilite em que esta é ligeiramente mais baixa do que nos fluidos aquosos aprisionados no berilo tendo sido aprisionados em condições P-T inferiores às deste. As condições gerais de temperatura e pressão de formação dos pegmatitos estudados situam-se entre os 250 e os 550 ºC e entre os 100 e os 500 MPa. Num trabalho futuro, era importante consolidar estes resultados com mais estudos de inclusões fluidas em outros pegmatitos com elementos raros para caracterizar e relacionar a evolução P-T deste tipo de fluidos encontrados com outros, e assim corroborar as condições de pressão e temperatura de formação deste tipo de pegmatitos. 96 FCUP Fluidos hidrotermais em pegmatitos graníticos Campo aplitopegamtítico da Fregeneda-Almendra. Tese de doutoramento. Faculdade de Ciências, Univ.Porto (Portugal), 307p.. Weisbrod, A. & Leroy, J., 1987. Comportement métastable des inclusions monophasées dans les minéraux des roches. Conséquences. C. R. Acad. Sci. Paris, Sér.II, 305: 455-459.