Associação de fácies, padrões de vesiculação e Petrologia dos derrames básicos da Formação Serra Geral na ombreira sul da Calha de Torres (RS)

Abstract

A investigação foi realizada no extremo sul do Brasil, nos derrames básicos da Formação Serra Geral, entre os municípios de Santa Cruz do Sul-Herveiras e Lajeado. Na área estão expostas sucessões de derrames baixo Ti com morfologias pahoehoe e rubbly, pertencentes a Província Ígnea Paraná-Etendeka. Na sequência de derrames em Santa Cruz do Sul-Herveiras foram identificadas 16 litofácies e três associações de litofácies 1- pahoehoe composta inicial, 2- pahoehoe simples inicial e 3- rubbly simples tardia. Nos derrames pahoehoe compostos (< 1m espessura), o rápido resfriamento permitiu a geração de pipe vesículas e vesículas V1. Nos derrames pahoehoe simples (2-6 m de espessura), uma grande quantidade de estruturas de segregação foi gerada: proto-cilindros e cilindros; pods; camadas de vesículas S1 e S2 e camadas de cilindros; pipes, vesículas V1 e gigantes. Nos derrames rubbly (> 30m espessura), apenas vesículas tipo V1 e gigantes são preservadas. Estudos petrográficos indicaram que os processos de dissolução de cristais e liberação de gás originaram porosidades primárias, enquanto processos de alteração e fraturamento geraram uma grande quantidade de porosidades secundárias. No entanto, a precipitação de minerais secundários nos poros tende a reduzir o espaço disponível para armazenamento de fluidos, demonstrando que apenas a existência de poros é insuficiente para a existência de um reservatório vulcânico. Geoquimicamente, todos os derrames estudados podem ser classificados como do tipo Gramado. As composições variam de basaltos a andesito basálticos de afinidade toleítica nos perfis Santa Cruz e Lajeado, enquanto na área do Morro da Cruz, os derrames do tipo ponded pahoehoe exibem composições de andesitos. A assimilação crustal sugerida para estas sequências vulcânicas permite explicar as altas razões isotópicas iniciais de Sr (0,707798–0,715751), e os valores baixos de Nd (-8,36 a -5,41), com associadas variações isotópicas de Pb (18,42 <206Pb/204Pb< 18,86; 15,65 <207Pb/204Pb< 15,71; 38,62 <208Pb/204Pb< 39,37). A evolução magmática dos derrames básicos de Santa Cruz do Sul-Herveiras e Lajeado iniciou com o armazenamento de líquidos máficos durante um curto período em câmaras magmáticas rasas, associados a um processo de contaminação crustal significativo, o qual permitiu a ascensão de magmas com composição de olivina basaltos, os quais exibem morfologia pahoehoe composta em superfície. A contínua cristalização fracionada dentro da câmara magmática concomitante com assimilação em graus variáveis de distintos contaminantes com idades Paleoproterozoica e Neoproterozoica, somada a uma contribuição significativa de recarga de magma permitiu a ascensão de magma com composição andesito basáltica, o qual exibe morfologia pahoehoe simples em superfície. A contínua recarga de magma na câmara magmática concomitante a graus mais elevados de assimilação levaram a formação de lavas andesito basálticas com assinaturas isotópicas mais contaminadas e que exibem na superfície morfologia rubbly pahoehoe. Processos de diferenciação dos líquidos concomitantes as maiores taxas de assimilação de distintos contaminantes durante um período prolongado em um câmara magmática rasa, a qual é distinta daquela onde os magmas de Santa Cruz do Sul-Herveiras e Lajeado estavam armazenados, favoreceu a formação dos andesitos do Morro da Cruz, que exibem as assinaturas mais contaminadas da ombreira sul da Sinclinal de Torres.

This study was performed in the southern Brazil, in the basic lava flows of the Serra Geral Formation, between the localities of Santa Cruz do Sul- Herveiras and Lajeado. Low Ti lava flow successions with pahoehoe and rubbly morphologies occur in the study area, which belong to Paraná-Etendeka Igneous Province. In the volcanic sequence of the Santa Cruz do Sul-Herveiras, the basaltic lava flows were divided into 16 lithofacies and grouped into three lithofacies associations: 1- early compound pahoehoe, 2- early simple pahoehoe, and 3- late simple rubbly. In the compound pahoehoe lava flows (< 1m thickness), the fast cooling allowed the generation of pipe vesicles and V1- type vesicles. In the simple pahoehoe lava flows (2-6 m thickness), a large amount of segregation structures were generated: proto-cylinder, cylinder, pods, S1 and S2-type vesicle sheets, pipe vesicles, V1-type and giant vesicles. In the rubbly pahoehoe lava flows (> 30 m thickness), just V1-type and giant vesicles are preserved. Petrographic studies indicate that the dissolution of deuteric crystals and gas releasing processes formed the primary porosities, while processes such as alteration and fracturing generated the secondary porosities. However, the precipitation of secondary minerals in vesicles and cavities decreases the available space for fluid storage, which suggest that the existence of pores alone is insufficient for creating volcanic reservoirs. Geochemically, all the studied lava flows could be classified in the Gramado type. The geochemical compositions in the Santa Cruz do Sul-Herveiras and Lajeado profiles range from basalt to basaltic andesites with tholeiitic affinity, while in the Morro da Cruz area, the ponded pahoehoe lava flows exhibit andesite compositions. The process of crustal assimilation suggested for these volcanic sequences allow explains the high and widespread initial Sr isotopic ratios at 0.707798–0.715751 and the low εNd at −8.36 to −5.41, with associated Pb isotopic variations (18.42 < 206Pb/204Pb < 18.86; 15.65 < 207Pb/204Pb <15.71; 38.62 < 208Pb/204Pb < 39.37). The magmatic evolution of the SCSH and LJ basic lava flows begins with the storage of mafic liquids during a short period at shallow-level magma chamber, associated to significant crustal contamination that allowed the magma ascent with composition of olivine basalts that exhibit compound pahoehoe morphology at surface. The continuous fractional crystallization within the magma chamber coupled with variable assimilation degrees of distinct contaminants with Paleoproterozoic and Neoproterozoic ages, in addition to significant contribution of magma recharge led to magma ascent with basaltic andesite composition that display at surface the simple pahoehoe morphology. The continuous magma recharge in the magma chamber coupled with higher assimilation degree allowed the formation of basaltic andesite lavas with more contaminated isotopic signatures that exhibit rubbly morphology at the surface. Differentiation process of liquids coupled with the highest assimilation degrees of distinct contaminants during longer time in a shallow-level magma chamber, which is distinct from that where SCSH and LJ magmas have been stored, led to formation of andesites of the Morro da Cruz that exhibit the most contaminated isotopic signatures of south hinge of the Torres Syncline.