Brasil
| Dissertação
Implantação da metodologia U-Pb em monazita por LA-ICP- MS no Laboratorio de Geologia Isotópica da UFPA (Pará-Iso): aplicação em rochas de alto grau metamórfico da região central do Amapá, Sudeste do Escudo das Guianas
Registro en:
Autor
FERREIRA, Dominique de Paula Amaral
Institución
Resumen
The objective of this dissertation was the implementation of the experimental procedure of the
U-Pb methodology on monazite by Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass
Spectrometry (LA-ICP-MS) at the Pará-Iso/UFPA laboratory. Monazite is an orthophosphate
of light rare earth elements which occurs in several types of igneous and metamorphic rocks.
Its resistance to metamictization and high closure temperature for Pb (~750-900°C - Parrish
1990; Cherniak et al. 2004) make it an important tool to provide timing of high-grade
metamorphic events using U-Pb geochronology. Sample preparation procedure for monazite
separation and concentration was adapted from that used for analyzes in zircon, taking into
consideration the monazite specifities (mainly magnetic susceptibility). After crystal selection
and making the mounts with epoxy resin, Backscattered Electron (BSE) images were obtained
to assess internal structures and to select the sites in the monazite for isotopic analyzes by
Neptune Thermo Finnigan ICP-MS equipped with a CETAC Nd: YAG 213 nm laser
microprobe model LSX-213 G2. The raw data reduction was processed using an inhouse
Excel spreadsheet, adapted for monazite data processing. Age calculations were performed
with the Isoplot/EX. Initially, we analyzed two international reference materials (Bananeira
and Diamantina monazites) to evaluate precision, accuracy and reproducibility of the
analytical data. In addition, we evaluate as a potential reference material (RM) a sample of
monazite from a Neoproterozoic pegmatite from eastern portion of the Araguaia Belt, state of
Tocantins. Bananeira and Diamantina monazite analyzes by LA-ICP-MS provided ages of
510 ± 5 Ma (207Pb*/235U 238U weighted average age, n = 27, 95% conf., MSWD = 0,089) and
495 ± 2 Ma (206Pb*/238U weighted average age, n = 47, 95% conf., MSWD = 0,995)
respectively, similar to the ages of 508 ± 1 Ma and 495 ± 1 Ma obtained by ID-TIMS, LA-QICP-
MS and LA-SF-ICP-MS for these respective RMs. The higher intensity of the analytical
signal of the Bananeira monazite got it elected as the primary MR and the Diamantina
monazite as the secondary MR. BSE images and compositional maps highlighted the
homogeneity of the Xambioá monazite. Analyzes by LA-ICP-MS provided 206Pb*/238U
weighted average age of 514,3 ± 2,3 Ma (n = 27, 2σ, MSWD = 0,56), compatible with the
regional geological framework. These data need to be validated by inter-laboratory
comparison, however this monazite showed potential as an internal laboratory MR
considering the size of the crystal available (7 cm length, ~180 g). Next, a first application of
the U-Pb methodology on monazites by LA-ICP-MS supplied a reliable age for the highgrade
metamorphism of Paleoproterozoic rocks from the Tartarugal Grande granulitic
complex (CGTG), in central state of Amapá, southeastern Guiana Shield. For interlaboratory comparison, a sample was also analyzed at the LA-ICP-MS Laboratory of the Research Unit
Géosciences-Montpellier at the University of Montpellier, France. Monazites from two
Rhyacian garnet-biotite gneisses from CGTG (HP-17 and HP-04) and neosome derived from
them (HP-09C) were analyzed. Studies estimated granulite facies conditions with temperature
of 800° ± 20 °C and pressure of ~7 Kbar for the metamorphism of these rocks. U-Pb isotopic
analyzes on monazites from sample HP-17 provided upper intercept ages of 2058 ± 19 Ma n =
51, MSWD = 0,64; Pará-Iso) and 2037 ± 4 Ma (n = 15, MSWD = 0,098; Montpellier)
therefore similar within the error. The monazites from sample HP-09C provided a 207Pb/206Pb
weighted average age of 2058 ± 7 Ma (n = 30, 2σ, MSWD = 0,15). These ages are interpreted
as age of the granulitic metamorphic peak. The monazites of sample HP-04 presented a
spreading of the analytical points along Concordia curve, with 207Pb/206Pb dates ranging from
2096 to 2056 Ma. These dates may depict a prolonged growth interval for the monazite during
metamorphism or a partial to total reseting of the U-Pb system of monazite from the
magmatic protolith during the metamorphic event. Data integration of U-Pb on monazite from
this work with previous geochronological results from CGTG rocks and surrounding
magmatic units indicate the occurrence of intense granitic magmatism between ~2.10 and
2.08 Ga, followed by a high temperature and intermediate pressure metamorphic event. The
peak of metamorphism occurred around 2.06-2.04 Ga, and metamorphic cooling between
~2.04 and 1.96 Ga when it reached a temperature below 300°C, indicated by ages 40Ar-39Ar in
biotite. These data confirm that high-grade late-orogenic metamorphism evidenced in central
Amapá and identified in the Bakhuis Granulitic Belt (Suriname) are coeval. The ages obtained
successfully demonstrate the feasibility of carrying out the U-Pb methodology in monazite by
LA-ICP-MS at the Pará-Iso Laboratory that can be routinely made available to users. Esta dissertação foi dedicada à implantação do protocolo experimental da metodologia U-Pb
em monazita por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado e sonda a
laser (LA-ICP-MS) no Laboratório de Geologia Isotópica da Universidade Federal do Pará
(Pará-Iso). A monazita é um ortofosfato de elementos terras raras leves que ocorre em
diversos tipos de rochas ígneas e metamórficas. Sua resistência a metamictização e alta
temperatura de fechamento para difusão de Pb (~750-900°C) fazem deste mineral uma
importante ferramenta para datar eventos metamórficos de alto grau pelo método U–Pb. O
protocolo de preparação da amostra para separação e concentração da monazita foi adaptado
do procedimento já em rotina para o zircão, levando em conta as especificidades da monazita
(principalmente a susceptibilidade magnética). Após a seleção dos cristais e confecção das
pastilhas com resina epóxi, imagens por elétrons retro espalhados (ERE) foram obtidas em
Miscroscópio Eletrônico de Varredura para avaliar as estruturas internas e selecionar os locais
para as análises isotópicas no ICP-MS Thermo Finnigan Neptune equipado com uma sonda
laser Nd:YAG 213nm CETAC LSX-213 G2. A redução dos dados analíticos brutos foi
realizada em macro Microsoft Excel, adaptada para o processamento de dados da monazita.
Os cálculos da idade foram efetuados com auxílio do programa Isoplot/EX. Inicialmente, duas
monazitas já instituídas como materiais de referência internacional (Bananeira e Diamantina)
foram analisadas para testar a confiabilidade, precisão e reprodutibilidade dos dados
analíticos. Além destas, uma amostra de monazita de um pegmatito neoproterozoico da
porção leste do Cinturão Araguaia, estado do Tocantins, foi avaliada como potencial material
de referência (MR). As análises por LA-ICP-MS das monazitas Bananeira e Diamantina
forneceram idades de 510 ± 5 Ma (médias ponderadas das idades 207Pb*/235U, n = 27, 95%
conf., MSWD = 0,089) e 495 ± 2 Ma (médias ponderadas das idades 206Pb*/238U, n = 47, 95%
conf., MSWD = 0,995) respectivamente, similares aos valores de 508 ± 1 Ma e 495 ± 1 Ma
obtidos por ID-TIMS, LA-Q-ICP-MS e LA-SF-ICP-MS para esses respectivos MRs. A maior
intensidade do sinal analítico da monazita Bananeira a elegeu como MR primário e a
monazita Diamantina como MR secundário. Imagens ERE e mapas composicionais
destacaram a homogeneidade da amostra de monazita Xambioá. A análise por LA-ICP-MS
forneceu uma média ponderada das idades 206Pb*/238U de 514,8 ± 2,3 Ma (n = 27, 2σ, MSWD
= 0,56), que é compatível com o quadro geológico regional. Esses dados precisam ser
validados por comparação inter-laboratorial, porém essa monazita mostrou potencial como
MR interno do laboratório tendo em vista o tamanho do cristal disponível (7 cm de
comprimento, ~180 g). Uma primeira aplicação da metodologia U–Pb em monazitas por LA-ICP-MS buscou fornecer uma idade confiável do metamorfismo de rochas paleoproterozoicas
do complexo granulítico Tartarugal Grande (CGTG), na região central do Amapá, sudeste do
Escudo das Guianas. Para comparação interlaboratorial, uma das amostras foi também
analisada no Laboratório de LA-ICP-MS da Unidade de Pesquisa Géosciences Montpellier da
Universidade de Montpellier, França. Foram analisadas monazitas de dois granada-biotita
gnaisses riacianos do CGTG (HP-17 e HP-04) e um neossoma derivado destes (HP-09C).
Estudos estimaram que o metamorfismo destas rochas em condições de fácies granulito
alcançou temperatura de 800° ± 20 °C e pressão de ~7 Kbar. As análises isotópicas U-Pb das
monazitas da amostra HP-17 forneceram idades por intercepto superior de 2058 ± 19 Ma (n =
51, MSWD = 0,64; Pará-Iso) e 2037 ± 4 Ma (n = 15, MSWD = 0,098; Montpellier), portanto
similares dentro do erro. A amostra HP-09C forneceu uma idade média das idades 207Pb/206Pb
de pontos concordantes de 2058 ± 7 Ma (n = 30, 2σ, MSWD = 0,15). Estas idades são
interpretadas como sendo do pico de metamorfismo granulítico. As monazitas da amostra HP-
04 apresentaram um espalhamento dos pontos analíticos ao longo da Concórdia, com idades
207Pb/206Pb variando de 2096 a 2056 Ma. Essas idades podem retratar um intervalo de
crescimento prolongado da monazita durante o metamorfismo ou uma reabertura parcial a
total do sistema U-Pb de monazitas magmáticas do protólito durante o evento metamórfico. A
integração dos dados U-Pb das monazitas com os dados geocronológicos anteriores das
rochas do CGTG e unidades magmáticas vizinhas indicam a ocorrência de um magmatismo
granítico intenso entre ~2,10 e 2,08 Ga, seguido por um evento metamórfico de alta
temperatura e pressão intermediaria. O pico de metamorfismo ocorreu em torno de 2,06-2,04
Ga, e o resfriamento metamórfico entre ~2,04 e 1,96 Ga quando alcançou temperatura abaixo
de 300°C, indicados pelas idades 40Ar-39Ar em biotita. Estes dados confirmam que o evento
metamórfico tardi-orogênico de alto grau evidenciado na região central do Amapá foi
contemporâneo ao evento metamórfico de alto grau identificado no cinturão granulítico
Bakhuis (Suriname). As idades obtidas com êxito demonstram a viabilidade de realizar a
metodologia U-Pb em monazita por LA-ICP-MS no Laboratório Pará-Iso, sendo colocada em
rotina à disposição dos usuários.