UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA E GEOQUÍMICA TESE Nº 149 ESTRATIGRAFIA E EVENTOS DA TRANSIÇÃO NEOARQUEANO-PALEOPROTEROZOICO DA BACIA DE CARAJÁS, SUDESTE DO CRATON AMAZÔNICO Tese apresentada por: RAPHAEL NETO ARAÚJO Orientador: Prof. Dr. Afonso Cesar R. Nogueira (UFPA) BELÉM- PARÁ 2020 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) de acordo com ISBD Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal do Pará Gerada automaticamente pelo módulo Ficat, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a) A658e Araújo, Raphael Neto Estratigrafia e eventos da transição Neoarqueano-Paleoproterozoico da Bacia de Carajás, sudeste do Cráton Amazônico / Raphael Neto Araújo. — 2020. xxvi, 187 f. : il. color. Orientador(a): Prof. Dr. Afonso César Rodrigues Nogueira Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém, 2020. 1. Estratigrafia. 2. Bacia de Carajás. 3. Glaciação Serra Sul. 4. Evolução tectono-sedimentar. 5. Neoarqueano-Paleoproterozoico. I. Título. CDD 551.7 ESTRATIGRAFIA E EVENTOS DA TRANSIÇÃO NEOARQUEANO-PALEOPROTEROZOICO DA BACIA DE CARAJÁS, SUDESTE DO CRATON AMAZÔNICO TESE APRESENTADA POR: RAPHAEL NETO ARAÚJO Como requisito parcial à obtenção do Grau de Doutor em Ciências na Área de GEOLOGIA, Linha de Pesquisa ANÁLISE DE BACIAS SEDIMENTARES Data de Aprovação: 18 / 09 / 2020 Banca Examinadora: Prof. Dr. Afonso Cesar R. Nogueira (Orientador - UFPA) Prof.ª Dr.ª Lucieth Cruz Vieira (Membro - UnB) Prof. Dr. Ricardo Ivan Ferreira da Trindade (Membro - USP) Prof. Dr. Jean Michel Lafon (Membro - UFPA) Prof. Dr. Joelson Lima Soares (Membro - UFPA) Universidade Federal do Pará Instituto de Geociências Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica iv À minha família: Ofir Moraes, Edith Carvalho, Ana Barata, Rosiane Araújo, Roberto Araújo, Roberto Araújo Filho e Quézia Alencar. v AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente à Deus e ao seu filho Jesus Cristo por todo amor, pelas bênçãos em minha vida e por ter me guiado até esse momento. Em diversos momentos da minha vida ele me mostrou que está vivo e opera milagres nas nossas vidas, acredite. A Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM) ou apenas Serviço Geológico do Brasil pelo apoio material e financeiro concedido ao meu doutorado através do projeto Área de Relevante Interesse Mineral de Carajás (ARIM-Carajás) da superintendência regional de Belém (SUREG-BE). Em especial, gostaria de agradecer ao gerente de geologia César Chaves pelo apoio e auxílios prestados em diversas etapas do trabalho, principalmente nas vésperas de etapas de campo sempre prestativo aos trâmites administrativos. À Universidade Federal do Pará (UFPA) através do Programa de Pós-graduação em Geologia e Geoquímica (PPGG) pelo apoio concedido durante o programa de doutorado. Em especial, gostaria de agradecer ao Prof. Dr. Cláudio Lamarão (coordenado do PPGG) pelo apoio e auxílios prestados principalmente durante as etapas finais da tese, bem como, a Cleida Freitas e Joanicy Lopes (secretárias do PPGG) pela ajuda nos tramites finais de entrega da tese. Aos bibliotecários do Instituto de Geociências, em especial, a sra. Lúcia Imbiriba pelas orientações e ajuda na formatação da tese de acordo com as normas do PPGG. À mineradora Vale S.A. (Parauapebas, Pará, Brasil) por ter cedido os testemunhos de sondagem para estudo e pelo apoio dispensado durante as etapas de campo na região de Carajás. Em especial, gostaria de agradecer aos geólogos que nos acompanharam durante a descrição dos testemunhos nos galpões e nas minas desta empresa Fernando Matos, Sérgio Barcelar, Luiz Cláudio Costa, Fernando Prezotti e Cláudio Rosas. Outros geólogos e técnicos da Vale S.A. participaram destas etapas, e de igual forma, sintam-se agradecidos. Ao meu orientador Prof. Dr. Afonso César Rodrigues Nogueira (UFPA) por todos os ensinamentos e oportunidades durante estes mais de dez anos de trabalho. Gostaria de agradecer ainda aos integrantes do grupo de Análise de Bacias Sedimentares da Amazônia (GSED), em especial, aos professores Dr. José Bandeira e Dr. Joelson Soares. Ao Prof. Dr. Werner Truckenbrodt (UFPA) e sua esposa “Nega”, pelo carinho e apoio durante diversas etapas desse trabalho. Obrigado professor por ter lido e contribuído com o artigo sobre a glaciação Serra Sul de Carajás! Gostaria de agradecer ainda a Dra. Lúcia Travassos da Rosa-Costa (CPRM-Belém) e a Dra. Cintia Maria Gaia da Silva (CPRM-Belém) pelo incentivo para realização desta tese de doutorado. Lúcia foi a primeira pessoa que me recebeu na CPRM em Belém, e Cintia foi a primeira pessoa a me apresentar a extensa bibliografia sobre Carajás. vi Aos amigos que fiz na CPRM ao longo destes quase sete anos no serviço geológico brasileiro, Marcos Vinicius, Bruce Chiba, Pedro Cordeiro, Moacir Furtado, Marcos Quadros, Paulo Melo, Djalma Hartery e Silvio Lisboa. Em especial gostaria de agradecer ao amigo Edilberto Leão (in memorian), que nos deixou muito cedo, mas que tive a oportunidade de conviver e aprender com ele durante algumas etapas de campo para Carajás. À Rosalva Coelho (CPRM-Belém) por ter me ensinado tudo sobre separação de zircão e ter me ajudado a separar os grãos de zircão das minhas amostras. Agradeço ainda aos colegas Érica, Denise, seu Avelino, Paulo Sérgio e Linaldo que me ajudaram em diferentes etapas na preparação das amostras para geocronologia, cada um com sua contribuição importante. Ao colega de pós-graduação da UFPA Alexandre Ribeiro, atualmente doutorando da UNICAMP, que estava terminando seu mestrado e mesmo assim aceitou o convite de ir a Carajás para me ajudar durante uma das etapas de campo. Poucas são as pessoas que largam o que estão fazendo para ajudar os outros e você fez isso. Muito obrigado meu nobre colega. Ao Prof. Dr. Pascal Philippot (IPGP/França) e os seus alunos de doutorado e pós- doutorado que estiveram em Carajás comigo durante uma das etapas de campo. Embora tenham sido dias de trabalho incessantes, muitas coisas boas nasceram das nossas discussões. Gostaria de agradecer também ao meu sogro Joel, a minha sogra Amélia, e a minha cunhada Esther pelo carinho, apoio e torcida pelo sucesso desse trabalho. Estendo meus agradecimentos ainda a minha cunhada Luana Silva e a minha sobrinha Giovanna Araújo, que ainda não nasceu, mas que já está trazendo muita luz para esse mundo. Te desejo muitas bênçãos em sua vida e que você traga muitas coisas boas aos seus pais e a nossa família. Agradeço ainda a todos aqueles, que embora não citados, contribuíram de alguma forma para o desenvolvimento da tese. Por fim, gostaria de pedir desculpas a minha família pela minha ausência nesses últimos anos em reuniões e dias festivos. Diversos finais de semana abdiquei do convívio da minha família devido a minha tese de doutorado. O futuro nos dará muito mais dias de alegria e amor. vii "O que sabemos é uma gota; o que ignoramos é um oceano". (Sir Isaac Newton) viii RESUMO A transição Neoarqueano-Paleoproterozoico é marcada por uma série de modificações paleoambientais, paleoclimáticas e tectônicas que resultaram em eventos dramáticos, que impuseram à Terra condições inéditas, algumas de caráter irreversível. Em termos paleoambientais, destaca-se o aumento dramático do oxigênio no sistema hidrosfera-atmosfera, a partir do Great Oxidation Event (GOE) por volta de 2.45 Ga. O aumento do oxigênio foi acompanhado da diminuição de greenhouse gases como CO2 e CH4, que promoveu o aparecimento de diferentes episódios glaciais por volta de ca. 2.45–2.22 Ga, genericamente denominados de Huronian Glacial Event (HGE). Embora diversos trabalhos sustentem a hipótese de que esses episódios glaciais correspondam ao primeiro evento glacial de escala global da história da Terra (Paleoproterozoic snowball Earth), contradições estratigráficas e geocronológicas impõem dúvidas quanto a sua extensão global. Estranhamente, ao passo que esse conjunto de eventos é amplamente reconhecido em diversas áreas cratônicas ao redor do globo, no Cráton Amazônico eles ainda permanecem pouco compreendidos e/ou ainda não reportados. Neste estudo, a investigação estratigráfica, sedimentológica e geocronológica da sucessão vulcano-sedimentar (ca. 5 km de espessura) da Bacia de Carajás localizada no sudeste do Cráton Amazônico, norte do Brasil, permitiu o reconhecimento e sequenciamento de alguns desses eventos registrados nessa bacia. Duas unidades litoestratigráficas estão sendo formalmente propostas para essa bacia: a Formação Serra Sul e a Formação Azul. Intervalos de diamictito glacial do Sideriano–Riaciano (ca. 2.58–2.06 Ga) ocorrem empilhados na Formação Serra Sul, e representam o primeiro registro de depósitos glaciais dessa idade na América do Sul. Em termos paleogeográficos, a ocorrência de depósitos glaciais Paleoproterozoicos nesta parte do globo, expande o alcance dessas glaciações para o Cráton Amazônico pela primeira vez, muito embora, o diamictito Serra Sul possa ser correlato a algumas das glaciações Paleoproterozoicas conhecidas, ou a nenhuma delas. Texturas glaciais bem preservadas como foliação glacial e dropstone features, indicam que a deposição da desses estratos ocorreu em um sistema subglacial costeiro, no qual sedimentos glaciogênicos foram ressedimentados em um sistema de leque submarino e através de processos de ice rafting em águas distais do sistema marinho. O sistema glacial Serra Sul foi desenvolvido imediatamente acima dos estratos pré- glaciais representados pelas unidades de formação ferrífera bandada e rochas vulcânicas do Neoarqueano, que não somente funcionaram como substrato principal, mas também como fonte principal de sedimentos. Adicionalmente, os dados estratigráficos indicam que imediatamente acima do diamictito Serra Sul, depósitos de ritmito da Formação Azul, localmente enriquecidos em manganês, foram depositados em um sistema marinho raso (offshore e offshore ix transition/shoreface), como resultado do aumento do nível do mar durante a fase de deglaciação. Os estratos enriquecidos com manganês foram possivelmente depositados em associação com black shale—que levou a formação de rodocrosita durante a diagênese—nas porções mais profundas da bacia marinha. Evidências petrográficas e mineralógicas, sustentadas por observações de campo, sugerem que o manganês foi remobilizado como óxido através de falhas para zonas de baixa tensão e elevada permo-porosidade dentro de camadas de red beds da Formação Azul, de forma similar ao observado na migração de hidrocarbonetos. Em termos estratigráficos, a Formação Azul encerra os mesmos intervalos anteriormente inseridos no membro inferior da Formação Águas Claras. Essa formação foi redefinida para designar exclusivamente depósitos de arenito, conglomerado e conglomerado jaspilíticos depositados em um sistema tipo fluvial braided, que ocorrem em discordância acima da Formação Azul. Além disso, é sugerido que as formações Azul e Águas Claras representem o registro estratigráfico de uma sequência transgressiva-regressiva (T-R). Dados geocronológicos obtidos a partir da datação U-Pb de zircão detrítico separados das formações Azul e Águas Claras indicam que rochas do Mesoarqueano e Neoarqueano, possivelmente dos domínios Rio Maria e Carajás, foram as principais rochas-fonte de sedimentos. A distribuição das idades 207Pb/206Pb de 76 análises concordantes da Formação Azul indicam uma idade para população mais jovem em ca. 2.27 Ga, interpretada como a idade máxima de deposição dessa unidade. A ocorrência de grãos de zircão do Riaciano e Orosiriano nessa unidade sugere fortemente que o Domínio Bacajá pode ter sido fonte subordinada de sedimentos, e em termos paleogeográficos, sugere uma possível conexão entre esse domínio e o Domínio Carajás nesse período. A análise integrada dos resultados, apoiada em dados geológicos regionais anteriores, permitiu a proposição de um modelo tectono-sedimentar para a evolução da sucessão Paleoproterozoica da Bacia de Carajás. É sugerido que essa bacia provavelmente evoluiu, durante grande parte do Paleoproterozoico como uma bacia foreland, como resultado da colisão entre os domínios Bacajá e Carajás durante o ciclo orogenético Transamazônico por volta de ca. 2.2–2.0 Ga. O movimento convergente desses blocos ocasionou o soerguimento gradual do protocontinente Carajás; o fechamento do mar Azul, e a instalação de um amplo sistema fluvial-aluvial, no qual as formações Águas Claras e Gorotire foram depositadas. Esse cenário de profundas modificações esteve diretamente ligado a configuração do supercontinente Columbia, que promoveu a continentalização e amalgamação das massas de terra que posteriormente formaram o proto-Cráton Amazônico no final do Paleoproterozoico. Palavras-chave: Estratigrafia. Bacia de Carajás. Glaciação Serra Sul. Evolução tectono- sedimentar. Neoarqueano-Paleoproterozoico. x ABSTRACT The Neoarchean-Paleoproterozoic transition is marked by a series of paleoenvironmental, paleoclimatic and tectonic changes that resulted in dramatic events, which imposed to the Earth novel conditions, some of them with irreversible characteristics. On the paleoenvironmental aspect, it is highlighted the rise of oxygen in the hydrosphere-atmosphere system, onset the Great Oxidation Event (GOE) at around ca. 2.45 Ga. The rise of this gas caused consequently the decrease of the greenhouse gases such as CH4, which promoted the emergence of glacial episodes at around ca. 2.45–2.22 Ga, generically termed the Huronian Glacial Event (HGE). Although several studies support the hypothesis that these glacial episodes represent the first global glaciation of the Earth's history (Paleoproterozoic snowball Earth), stratigraphic and geochronological contradictions impose doubt as to its global extension. Strangely, although this set of events is widely recognized in several cratonic areas around the globe, these events are still poorly understood and/or not yet reported in the Amazonian Craton. In this study, the stratigraphic, sedimentological and geochronological investigation of the volcano-sedimentary succession (ca. 5-km-thick) of the Carajás Basin, situated in the southeastern Amazonian Craton, northern Brazil, allowed the recognition and sequencing of some of these events in this basin. Two new units are being formally proposed to this basin: the Serra Sul and Azul formations. Glacial diamictite intervals of the Siderian–Rhyacian (ca. 2.58–2.06 Ga) occur stacked within the Serra Sul Formation, and are the first reported occurrence of glacial deposits of that age in South America. In paleogeographic terms, the occurrence of Paleoproterozoic glacial deposits in this part of the globe, expands the reach of these glaciations to the Amazonian Craton for the first time, although the Serra Sul diamictite may be correlated with any of the know Paleoproterozoic glaciations, or none of them. Well-preserved textures, such as glacial foliation and dropstone features, indicate that the deposition of the Serra Sul Formation occurred in a coastal subglacial setting, in which glaciogenic sediments were resedimented in submarine fan system, and through ice rafting process in distal waters of the marine environment. The Serra Sul glacial system was developed immediately above of pre-glacial strata represented by the Neoarchean banded iron formation and volcanic rock units, which not was the main substrate, but also was the main source of sediments to this glacial system. Additionally, the stratigraphic results indicate that the immediately above of the Serra Sul diamictite, rhythmite deposits of the Azul Formation, locally enriched in manganese, were deposited in a shallow marine environment (offshore and offshore transition/shoreface zones), as a result of the sea level rise during the deglaciation phase. The manganese-bearing strata were possibly deposited in association with black shale deposits—which allowed the formation xi of rhodochrosite during diagenesis—in deep zones of the marine basin. Petrographic and mineralogical evidences, supported by field observation, indicate that manganese oxides were secondarily remobilized through faults to zones with low strain and high permo-porosity within red bed strata of the Azul Formation, similarly to that observed in hydrocarbon migration. In stratigraphic terms, the Azul Formation represents the same interval previously arranged in the lower member of the Águas Claras Formation. This formation was redefined to designate exclusively sandstone, conglomerate and jasper conglomerate strata, deposited in a braided fluvial system, which occur in unconformably immediately above of the Azul Formation. Moreover, it is suggested that the Azul and Águas Claras formations are the stratigraphic record associated with a transgressive-regressive sequence (T-R). The dating (U-Pb) of detrital zircon grains separated from the Azul and Águas Claras formations indicate that Meso- to Neoarchean rocks, possibly of the Rio Maria and Carajás domains, were the main source of sediments. The 207Pb/206Pb Age distribution of the 76 concordant analysis of the Azul Formation indicate a youngest population at ca. 2.27 Ga, interpreted as the maximum deposition age of this unit. The occurrence of Rhyacian to Siderian zircon grains in this unit strongly suggest that the Bacajá Domain may have been a subordinated source of sediments, and in paleogeographic terms, suggest a possible connection between this domain and the Carajás Domain at that time period. The integration of the results obtained from this study, supported by previous data on the regional geology, allowed the proposition of a tectono-sedimentary evolutive model to the Paleoproterozoic succession of the Carajás Basin. It is envisaged that this basin evolved during the greater part of the Paleoproterozoic in a foreland style, as result of the collision of the Bacajá and the Carajás domains during the Transamazonian orogenetic cycle at ca. 2.2–2.0 Ga. The convergent movement of these blocks caused the gradual uplift of the Carajás protocontinent; the closure of the Azul Sea, and installation of a wide fluvial-alluvial system, in which the Águas Claras and Gorotire formations were deposited. This scenario of profound changes is directly related to the Columbia supercontinent assembly at the end of the Paleoproterozoic, that promoted the continentalization and amalgamation of the ancient landmasses that later formed the proto-Amazonian Craton at the end of Paleoproterozoic. Keywords: Stratigraphy. Carajás Basin. Serra Sul glaciation. Tectono-sedimentary evolution. Neoarchean-Paleoproterozoic. xii LISTA DE ILUSTRAÇÕES CAPÍTULO 1 Figura 1.1- Mapa de localização da área de estudo mostrando os pontos estudados na região da Serra dos Carajás, Estado do Pará (PA), Brasil.......................................................05 CAPÍTULO 2 Figura 2.1- O Cráton Amazônico e a Província Carajás. (a) Distribuição das províncias geocronológicas do Cráton Amazônico (Tassinari & Macambira 2004). (b) Mapa geológico da Província Carajás (adaptado de Vasquez et al. 2008) ........................................................................10 Figura 2.2- Mapa geológico da Bacia de Carajás mostrando as subáreas de estudo (modificado de Vasquez et al. 2008a). Os limites das novas unidades propostas para esta bacia (formações Serra Sul e Azul) descritas em Araújo & Nogueira (2019) e Araújo Filho et al. (2020), respectivamente, estão sendo apresentados.........................................................................11 Figura 2.3- Comparação entre as diferentes propostas estratigráficas para a região de Carajás (sudeste do Cráton Amazônico, Brasil) ............................................................................................13 Figura 2.4- Coluna estratigráfica da Bacia de Carajás (sudeste do Cráton Amazônico, Brasil) revisada nesta tese de doutorado. Dados estratigráficos (relações de contato, espessura de unidades e padrão de empilhamento) compilados de Docegeo (1988), Machado et al. (1991), Nogueira et al. (1995), Dias et al. (1996), Pinheiro (1997), Cabral et al. (2013), Araújo & Nogueira (2019), e Araújo Filho et al. (2020).....................................................................14 CAPÍTULO 3 Figura 3.1- Principais diferenças no registro sedimentar entre o Pré-Cambriano e o Fanerozóico (Catuneanu et al. 2005) .......................................................................................... 23 Figura 3.2- Evolução do conteúdo de oxigênio na atmosfera ao longo do tempo (Lyons et al. 2014) ......................................................................................................................25 Figura 3.3- Sumário de modificações paleoambientais ocorridas em ca. 2.3 Ga (Tang & Chen 2013).......................................................................................................................26 xiii Figura 3.4- Possível correlação estratigráfica entre os depósitos glaciais associados ao Evento Glacial Huroniano (HGE) de acordo com de Tang & Chen (2013) e referências nele contidas...................................................................................................................28 Figura 3.5- Reconstruções paleogeográficas das massas de terra que constituíram o supercontinente Columbia em: (a) aproximadamente 1,5 Ga (Rogers & Santosh 2002); (b) aproximadamente 2,0 Ga (Zhao et al. 2004); (c) e, entre 1,8-1,3 Ga (Johansson 2009)....................................................................................................29 CAPÍTULO 4 Figura 4.1- Síntese de metodologias e técnicas empregadas na investigação da sucessão Arqueana–Paleoproterozoica da Bacia de Carajás (Adaptado de Pufahl & Hiatt 2012).......................................................................................................................31 CAPÍTULO 5 Figure 1- Simplified geological map of Carajás Basin (Brazil) highlighting study areas (a, b, and c) and location of drill holes (black dots), and stratigraphic framework of basin including exact stratigraphic position of Serra Sul Formation and main geochronological data available (1—Machado et al., 1991; 2—Trendall et al., 1998; 3—Tallarico et al., 2005; 4—Mougeot et al., 1996; 5—Pereira et al., 2009; 6— Teixeira et al., 2018)................................................................................................39 Figure 2- Sedimentary logs in Serra Sul Formation for three distinct areas (a, b, and c) of Carajás Basin, Brazil (see Fig. 1 for location). Numbers and letters to right correspond to fotos in Figure 3...............................................................................40 xiv Figure 3- Images of Serra Sul Formation (Carajás Basin, Brazil). (A,A′) 360° panoramic image and line interpretation of core samplerepresentative of foliated diamictite exhibiting pressure shadow (Ps) and faceted (Fc), sheared (Sh), rotated (Rt), fractured (Ft), flattened (Fl), and boudinaged (Bt) clasts of iron formation, iron chert, and volcanic to subvolcanic rock. Background color in A′ represents facies association of foliated to massive diamictite. (B,C) Thin section images of foliated diamictite showing angular clasts of chert with asymmetrical pressure shadow (B; plane polarized light, 10×) rotated in a matrix containing quartz (Qtz), magnetite (Mag), and pyrite (Py). (D) Bullet-shaped clast of porphyritic rhyolite isolated in black shale bed sandwiched by diamictite. (E) Matrix-supported conglomerate with pebble-sized iron formation clast scattered in granular matrix (F) Well-rounded clast of porphyritic rhyolite displaying disruption and puncturing of underlying laminae beneath clast. (G) Thin beds of coarse-grained mounds of chert and volcanic rock clasts surrounded by mudstone. (H) Faceted and elongated pentagonal clasts with high-angle dips randomly embedded in muddy diamictite. (I) Thin section image of diamictite (plane polarized light, 10×) showing very angular chert clasts suspended in poorly sorted and mud-rich matrix. (J) Striations on the surface of quartz grain from diamictite (scanning electron microscope image)...................41 Figure 4- Model showing sedimentary mechanisms underlying diamictite-bearing succession of Serra Sul Formation (Carajás Basin, Brazil). Subglacial diamictite from coastal environment is characterized by quartz- and magnetite-rich matrix resulting from erosion and glaciotectonism on bedrock, whereas marine diamictite results from sedimentation of ice-rafted debris (IRD) and is characterized by mud-rich matrix. Glacially fed submarine fan deposits rework glaciogenic sediments and are interbedded with IRD-bearing diamictite. Neoarchean banded iron formation (BIF) and volcanic rock units were main bedrock and source of sediments. Positions of sedimentary logs (a, b, and c; see Fig. 1 for location) are indicated.........................41 xv CAPÍTULO 6 Figure 6.1- Location map of the study area. (a) South America map showing the location of the Carajás Province in the Amazonian Craton. (b) Carajás Province map showing the location of the Carajás Basin in the Carajás domain. (c) Paleogeographic reconstruction of the Columbia supercontinent at ca. 2.0 Ga showing the location of the Amazonian Craton (modified from Zhao et al. 2002, 2004). (d) Geological map of the Carajás Basin and the surrounding areas showing the location of the studied areas (modified from Vasquez et al. 2008a).............................................. 46 Figure 6.2- Stratigraphic framework of the Carajás Basin, located in the Amazonian Craton, Brazil (modified from Araújo & Nogueira 2019). Geochronological data compiled from: 1—Machado et al. (1991); 2—Martins et al. (2017); 3—Trendall et al. (1998); 4—Galarza et al. (2008); 5—Tallarico et al. (2005); 6—Araújo & Nogueira (2019); 7—Justo et al. (2018); 8—Mougeot et al. (1996); 9—Araújo & Sousa (2018); 10—Pereira et al. (2009); 11—Teixeira et al. (2018); 12—Teixeira et al. (2019)......................................................................................................................48 Figure 6.3- Stratigraphy of the manganese-bearing succession of the Carajás Basin (southeastern Amazonian Craton, Brazil) described in this study. a) Composite sedimentary logs in the Azul and Águas Claras formations from the studied areas. b) Simplified facies maps of the study areas...........................................................51 Figure 6.4- Rhythmite lithofacies features. (a) Centimeter intercalation between the normal- graded sandstone and mudrock. Hummocky cross-stratified sandstone intervals occur very subordinately. (b) Fining upward cycles composed of fine-grained sandstone and mudrock. (c) Abrupt contact between the fine to medium-grained sandstone and mudrock at the base of the fining upward cycles.............................52 xvi Figure 6.5- Structural transects measured within the Azul mine. (a) SE-NW structural transect showing suave folded beds dipping slightly to the NW direction and tightly to the NE and NW direction. Fractures and faults occur mainly oriented in the NE-SW and SE-NW directions (rose diagram). (b) SW-NE structural transect showing tightly folded beds. Fractures and faults that occur are NE-SW- and SE-NW-oriented (rose diagram). Meter-scale drag folds and centimeter-scale kink-bands are largely observed. Manganese occurs hosted in the planes of fractures and stains the host rock, and subordinately forms stockwork structure................................................ 54 Figure 6.6- Main structural aspects observed in the Azul manganese-bearing succession of the Carajás Basin (southeastern Amazonian Craton, Brazil). (a) Manganese randomly staining rhythmite deposits. (b) Manganese concentrated on the beds located in the hinge zone of an antiformal fold. (c) Manganese enriched in the fractures and sandy laminations. (d) Manganese forming a type of stockwork structure. (e) A meter- scale fault-hosted manganese interval. (f) Micro-faults. (g) Drag fold. (h) Kink band structure..................................................................................................................55 Figure 6.7- Geochemical trends of some major oxides and ratios across the ST1. (a) Image of the Azul mine pit showing the locale from where the samples were collected. (b) Geochemical trend profiles of some major oxides (MnO, Fe2O3, and Al2O3,) and ratios (Mn/Fe and Mn/Al). The red line represents the Mn/Fe ratio found in typical detrital components (Maynard 2003)......................................................................56 Figure 6.8- Scanned electron-microscope (SEM) images obtained from manganese-bearing rhythmite samples of the Azul succession. (a) Cryptomelane (Cry) as needle-like crystallites and a fine-grained masse. (b) Fine-grained mass of cryptomelane concentrated in veins alongside kaolinite (Kao). (c) Fine-grained mass of cryptomelane and subhedral crystals of spessartite (Sps) concentrated in lamination. (d) Botryoid formed of cryptomelane, showing banded colloform texture and with acicular crystallites in the center intergrow latticed. (e and f) Cry as needle-like crystallites alongside Kao. Zircon (Zir) occurs subordinately. The stars represent the areas from where we obtained EDS spectra......................................................57 xvii Figure 6.9- Manganese-bearing minerals identified in the Azul succession. (a) X-ray diffractogram showing todorokite (Tod), kaolinite (Kln), cryptomelane (Cry), goethite (Gt), and pyrolusite (Pyr). Energy-dispersive X-ray spectrograms of spessartite (b) and cryptomelane (c)........................................................................58 Figure 6.10- Paleoenvironmental reconstruction of the Azul marine succession that host the manganese deposits, showing a shallow-marine environment (shoreface to offshore zone) influenced by storm events. Manganese was upwelled from deep to shallow waters, where it was reduced. Downwelling currents moved the manganese to deep waters again, where it was deposited alongside black shale. Red-bed strata were deposited above in the highly oxygenated shallow waters....60 Figure 6.11- Geological section of the Azul manganese-bearing succession showing the envisaged mechanisms involved in the secondary manganese enrichment. Intervals of rhodochrosite repeatedly interbedded with black shale layers represent the protore, which acts as a “source” of manganese. The ore was remobilized through faults, such as the Carajás, for the strata immediately above (red bed) the Azul Formation, suggesting the occurrence of indigenous remobilization similar to oil migration. Ultimately, the manganese was enriched throughout the Cenozoic era through supergene processes that superposed the hypogene enrichment.......61 CAPÍTULO 7 Figure 7.1- Location map of the study area. (a) Location of the Carajás region in the southeastern Amazonian Craton, Brazil. (b) Map of the Carajás region showing the location of the Carajás Basin. (c) Geological map of the Carajás Basin showing the location of the study areas (modified from Vasquez et al. 2008b)..........................75 Figure 7.2- Stratigraphic column of the Carajás Basin (Amazonian Craton, Brazil) showing the main geological and geochronological data available for the volcano-sedimentary rocks that fill this basin (modified from Araújo & Nogueira, 2019). Geochronological data compiled from: 1—Machado et al. (1991); 2—Martins et al. (2017); 3—Trendall et al. (1998); 4—Galarza et al. (2008); 5—Tallarico et al. (2005); 6—Araújo & Nogueira (2019); 7—Justo et al. (2018); 8—Mougeot et al. xviii (1996a); 9—Araújo & Sousa (2018); 10—Pereira et al. (2009); 11—Teixeira et al. (2019a). The meaning of the ages is being discussed in the text............................76 Figure 7.3- Simplified geological map showing the location of drill cores and outcrops investigated in different areas within the Carajás Basin (southeastern Amazonian Craton, Brazil): (a) Serra Sul; (b) Tarzan; (c) Igarapé Bahia mine; (d) Bahia road; and (e) Azul mine....................................................................................................80 Figure 7.4- Stratigraphic framework envisaged for the Paleoproterozoic succession of the Carajás Basin (southeastern Amazonian Craton, Brazil) based on the stratigraphic data obtained from the study and the stratigraphic data previously published by Araújo & Nogueira (2019) and Araújo Filho et al. (2020). Numbers and letters to the right correspond to images in Figs. 8.5, 8.6, and 8.7........................................ 83 Figure 7.5- Sedimentologic features of the Rhythmite Facies Association (RFA) of the Azul Formation. (a) Panoramic view of the Azul mine showing meter-scale succession of rhythmite in which manganese-enriched strata (arrow) is embedded. (b) Red rhythmite beds showing mudrock repeatedly interbedded with kaolinized fine- grained sandstone (arrows). Convolute laminations occur at the base of the sandy intervals. (c) Current image of a strongly altered outcrop of the Azul Formation in the Bahia road showing tilted beds of RFA conformably overlaid by RSFA deposits. (d) Cut-rock surface of the drill core showing normal-graded sandstone interlayered with black mudrock, compounding fining-upward cycles. (e) Rhythmite showing sandy dikes (square) and mud rip-up clasts in the contact between fine-grained sandstone and mudrock (arrows). The circles indicate disseminated pyrites in sandy interval. (f) Thin section photomicrograph (plane parallel light, 10×) showing a fine- grained sandstone at the base of a fining-upward cycle with a mud-rich matrix (arrow)................................................................................................................... 86 xix Figure 7.6- Sedimentological features of the Rhythmite-Sandstone Facies Association (RSFA) of the Azul Formation. (a) Outcrop on the Bahia road showing amalgamated bedset of meter-scale hummocky cross-stratified sandstone (arrow). (b) Hummocky cross- stratified sandstone (arrow) sandwiched by rhythmite strata. (c) Climbing ripple cross-laminated (arrow) and plane-parallel laminated sandstone (arrow) bedset repeatedly stacked. (d) Pyrite crystals (arrow) disseminated in sandstone. (e) Rhythmite facies showing mudrock interbedded with fine-grained sandstone with intricately interwoven cross-lamination (arrow). (f) Thin section photomicrograph (plane polarized light, 10×) of gabbro from a dike swarm, intrusive in this facies association, showing a highly altered primary mineralogy by chloritization (arrow) ................................................................................................................................87 Figure 7.7- Sedimentological features of the Sandstone-Conglomerate Facies Association (SCFA) of the Águas Claras Formation. (a) Centimeter intercalation between the massive conglomerate and the weakly stratified sandstone, constituting fining- upward cycles. (b) A bedset of trough cross-bedded and plane-parallel laminated sandstone. (c) Detail of the coarse-grained sandstone with plane-parallel lamination above a trough cross-bedded sandstone stratum. (d, e) Cut rock surface of the drill core showing jasper conglomerate with several jaspilite, banded iron formation, chert, and mafic to felsic volcanic pebbles (arrows) embedded in a granular-sandy matrix. (f) Thin section photomicrograph (cross-polarized light, 10×) of tuffaceous sandstone showing its fluidal texture, in which altered plagioclase and quartz occur embedded in a chlorite-rich matrix (arrows).......................................................... 88 Figure 7.8- Cathodoluminescence (CL) images of some zircon grains dated (U-Pb) with their respective values of 207Pb/206Pb dates. (a) Zircon grains dated from the Azul Formation. (b–f) Zircon grains dated from the Águas Claras Formation. The yellow and red circles indicate the site of the laser spots positioned for dating using LA- ICPMS and SHRIMP, respectively.........................................................................90 Figure 7.9- U-Pb Concordia plots obtained from the dating of samples of the (a) Azul Formation and (b–f) the Águas Claras Formation (only analysis with <±10% of discordance) ................................................................................................................................93 xx Figure 7.10- Probability histograms showing the 207Pb/206Pb Age distribution of (a) the 76 concordant analyses of the Azul Formation, and (b) the 170 concordant analyses of the Águas Claras Formation..............................................................................94 Figure 7.11- Simple models showing the paleoenvironmental reconstruction of two distinct steps of the sedimentary evolution of the Paleoproterozoic succession of the Carajás Basin (Amazonian Craton, Brazil). (a) A shallow marine platform in which the Azul Formation was deposited immediately above the Serra Sul Formation. (b) A fluvial braided system in which the Águas Claras Formation was deposited after the deposition of the Azul Formation. It is possible that the Gorotire Formation was deposited soon after or coevally with the Águas Claras Formation. (c) Composite profile of the Paleoproterozoic succession of Carajás Basin, showing new insights on the sequence stratigraphy of this basin.....................….97 Figure 7.12- (a) Simplified geological map of the Carajás region (modified from Vasquez et al. 2008a) showing potential source-rocks of the Águas Claras Formation and the inferred sediment transport pathways. The paleogeographic map shows the southern portion of the Columbia supercontinent with approximate location of the Carajás region (Modified from Zhao et al. 2004). (b) Simplified map of the Bahia road area showing the location of points where paleocurrent data were obtained by Nogueira (1995) from the fluvial strata of the Águas Claras Formation...........99 Figure 7.13- Evolutive stages envisaged for the Carajás foreland Basin during the Paleoproterozoic. (a) Underfilled stage (ca. 2.58–2.27 Ga): deposition of coarse- grained deposits (i.e., submarine fan conglomerate and sandstone) of the Serra Sul Formation. These deposits represent the basal deep marine sedimentation of the basin. (b) Filled stage (ca. 2.27–2.06 Ga): deposition of fine-grained deposits (i.e., rhythmite and sandstone) of the Azul Formation. These deposits represent the middle shallow marine sedimentation of the Carajás foreland basin. (c) Overfilled stage (ca. 2.06–1.88 Ga): deposition of coarse-grained deposits (i.e., sandstone and conglomerate) of the Águas Claras and Gorotire formations. These deposits represent the upper fluvial to alluvial sedimentation of the Carajás foreland basin ............................................................................................................................101 xxi Figure 7.14- Paleogeographic reconstruction of the Carajás region (southeastern Amazonian Craton, Brazil) in two different evolutionary steps of the Carajás foreland basin evolution. (a) Paleogeographic scenario envisaged during the deposition of the Azul Formation, in which the Azul Sea bordered the Carajás protocontinent during its the maximum transgression. (b) Paleogeographic scenario envisaged during the deposition of the Águas Claras Formation, in which the Águas Claras fluvial system covered a large area of the Carajás protocontinent and nearby areas.......103 CAPÍTULO 8 Figure 8.1- Sumário estratigráfico e de eventos reconhecidos na Bacia de Carajás a partir dos resultados obtidos nesta tese, ocorridos na transição Neoarqueano- Paleoproterozoico. (a) Neoarqueano: deposição das dos espessas derrames de rochas vulcânicas associados ao vulcanismo Parauapebas em ca. 2,75 Ga. Camadas de BIF foram depositadas imediatamente acima dos estratos vulcânicos. (b) Sideriano–Riaciano: deposição de diamictito glacial, e depósitos de leque submarino associados a glaciação Serra Sul. (c) Riaciano: deposição da Formação Azul durante a fase transgressiva do mar Azul em direção ao protocontinente Carajás após ca. 2,27 Ga. Camadas enriquecidas com manganês foram depositadas nas partes distais marinhas em associação com depósitos de black shale. (d) Riaciano–Orosiriano: Deposição das formações Águas Claras e Gorotire em um sistema fluvial aluvial, como resultado de soerguimento tectônico causado pela movimentação convergente entre os domínios Carajás e Bacajá. (e) Orosiriano: colisão entre os domínios Carajás e Bacajá, inversão da Bacia de Carajás e colocação do Granito Carajás e enxames de diques em ca. 1,88 Ga. DS: discordância subaérea; SRM: superfície de regressão máxima; ZIM: zona de inundação máxima................................................................................................120 xxii LISTA DE TABELAS CAPÍTULO 4 Tabela 4.1- Descrição das amostras datadas nesse estudo por LA-ICP-MS e SHRIMP (U-Pb em zircão)...............................................................................................................34 CAPÍTULO 7 Table 7.1- Summary of the main geochronological data available of the units of the Paleoproterozoic succession of the Carajás Basin (southeastern Amazonian Craton, Brazil). MDA: Maximum depositional age. LA-ICP-MS: laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry. SHRIMP: sensitive high-resolution ion microprobe. *Pb-Pb age...........................................................................................78 Table 7.2- Detailed description of the samples dated (U-Pb zircon) in this study......................81 Table 7.3- Lithofacies and facies associations for the Azul and Águas Claras formations........82 Table 7.4- Summary of U-Pb (LA-ICP-MS and SHRIMP) zircon dating results......................92 xxiii SUMÁRIO DEDICATÓRIA ...................................................................................................................... iv AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. v EPÍGRAFE ............................................................................................................................. vii RESUMO ............................................................................................................................... viii ABSTRACT .............................................................................................................................. x LISTA DE ILUSTRAÇÕES .................................................................................................. xii LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... xxii 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 01 1.1 APRESENTAÇÃO ............................................................................................................ 01 1.2 ORGANIZAÇÃO DA TESE ............................................................................................. 03 1.3 ÁREA DE ESTUDO .......................................................................................................... 04 1.4 OBJETIVOS ...................................................................................................................... 06 1.5 HIPÓTESES INICIAIS DE TRABALHO ......................................................................... 06 1.6 JUSTIFICATIVAS ............................................................................................................ 07 1.7 PROBLEMÁTICAS DE ESTUDO ................................................................................... 07 2 CONTEXTO GEOLÓGICO .............................................................................................. 09 2.1 O CRÁTON AMAZÔNICO E A PROVÍNCIA CARAJÁS ............................................. 09 2.2 A BACIA DE CARAJÁS .................................................................................................. 12 2.2.1 O termo “Bacia de Carajás” e as diferentes propostas estratigráficas .................... 12 2.2.2 A sucessão vulcano-sedimentar .................................................................................... 12 2.2.2.1 O Grupo Grão-Pará ...................................................................................................... 12 2.2.2.1.1 A Formação Parauapebas ........................................................................................ 15 2.2.2.1.2 A Formação Carajás ................................................................................................. 15 2.2.2.1.3 A Formação Igarapé Bahia ...................................................................................... 16 2.2.2.2 A Formação Serra Sul .................................................................................................. 17 2.2.2.3 A Formação Azul ......................................................................................................... 18 2.2.2.4 A Formação Águas Claras ........................................................................................... 19 2.2.2.5 A Formação Gorotire ................................................................................................... 19 2.2.2.6 Os diques intrusivos de ca. 1,88 Ga e o Granito Carajás ............................................. 20 3 OS EVENTOS NA TRANSIÇÃO NEOARQUEANO-PALEOPROTEROZOICO .... 22 3.1 PRÉ-CAMBRIANO VS. FANEROZOICO ...................................................................... 22 xxiv 3.2 O GRANDE EVENTO DE OXIGENAÇÃO (GOE) E O EVENTO GLACIAL HURONIANO (HGE) .............................................................................................................. 23 3.3 ASPECTOS PALEOGEOGRÁFICOS .............................................................................. 28 4 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 30 4.1 DESCRIÇÃO DOS TESTEMUNHOS DE SONDAGEM ................................................ 30 4.2 ANÁLISE DE FÁCIES E ESTRATIGRÁFICA ............................................................... 31 4.3 PETROGRAFIA SEDIMENTAR E CARACTERIZAÇÃO TEXTURAL ...................... 32 4.4. GEOCRONOLOGIA U-Pb EM ZIRCÃO ........................................................................ 32 4.4.1 Preparação geral das amostras .................................................................................... 32 4.4.2 Datação por LA-ICP-MS .............................................................................................. 33 4.4.3 Datação por SHRIMP ................................................................................................... 35 4.5 ANÁLISE MINERALÓGICA E QUÍMICA ..................................................................... 35 4.6 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ...................................................... 35 5 SERRA SUL DIAMICTITE OF THE CARAJÁS BASIN (BRAZIL): A PALEOPROTEROZOIC GLACIATION ON THE AMAZONIAN CRATON ............. 37 6 EVIDENCES OF AN ‘OIL-LIKE’ MANGANESE REMOBILIZATION IN THE PALEOPROTEROZOIC AZUL RED BEDS OF THE CARAJÁS BASIN (AMAZONIAN CRATON, BRAZIL): AN INTERPLAY AMONG SEDIMENTARY AND TECTONIC CONTROLS ........................................................................................... 43 6.1 INTRODUCTION .............................................................................................................. 44 6.2 GEOLOGICAL BACKGROUND ..................................................................................... 46 6.3 MATERIALS AND METHODS ....................................................................................... 48 6.4 THE MANGANESE-BEARING SUCCESSION ............................................................. 50 6.4.1 Stratigraphic and sedimentological aspects ................................................................ 50 6.4.2 Structural setting ........................................................................................................... 52 6.4.2.1 The structural transects and patterns of deformation ................................................... 52 6.4.2.2 Manganese and tectonic ............................................................................................... 53 6.4.3 The identified manganese-bearing minerals ............................................................... 56 6.5 DISCUSSION .................................................................................................................... 58 6.5.1 Sedimentary environment and model of primary manganese deposition ............... 58 6.5.2 Model of secondary manganese enrichment ............................................................... 60 6.6 FINAL REMARKS ............................................................................................................ 62 xxv 7 TECTONO-SEDIMENTARY EVOLUTION OF A PALEOPROTEROZOIC SUCCESSION OF THE CARAJÁS BASIN, SOUTHEASTERN AMAZONIAN CRATON, BRAZIL: INSIGHTS FROM STRATIGRAPHY, SEDIMENTOLOGY, AND U-Pb DETRITAL ZIRCON GEOCHRONOLOGY .......................................................... 72 7.1 INTRODUCTION .............................................................................................................. 73 7.2 GEOLOGICAL SETTING ................................................................................................ 74 7.3 MATERIALS AND METHODS ....................................................................................... 79 7.4 STRATIGRAPHY AND SEDIMENTOLOGY ................................................................ 81 7.4.1 Stratigraphic framework of the studied succession ................................................... 81 7.4.2 Facies associations ......................................................................................................... 84 7.4.2.1 Azul Formation ............................................................................................................ 84 7.4.2.1.1 Rhythmite Facies Association (RFA) ........................................................................ 84 7.4.2.1.2 Rhythmite-Sandstone Facies Association (RSFA) ..................................................... 84 7.4.2.2 Águas Claras Formation ............................................................................................... 85 7.4.2.2.1 Sandstone-Conglomerate Facies Association (SCFA) .............................................. 85 7.5 U-Pb ZIRCON GEOCHRONOLOGY .............................................................................. 89 7.5.1 General zircon morphological features ....................................................................... 89 7.5.2 Dating results ................................................................................................................. 89 7.5.2.1 Azul Formation sample ................................................................................................ 89 7.5.2.2 Águas Claras Formation samples ................................................................................. 90 7.6 DISCUSSION .................................................................................................................... 94 7.6.1 Reconstructing the sedimentary environment ............................................................ 94 7.6.2 New insights on the sequence stratigraphy of the Carajás Basin ............................. 96 7.6.3 Provenance of studied succession: A proof of a connection between the Carajás and Bacajá domains during the Paleoproterozoic? .................................................................... 98 7.6.4 Unraveling the Carajás foreland basin ..................................................................... 100 7.6.5 Implications on the Columbia supercontinent configuration and glimpses on the Paleogeographic scenario .................................................................................................... 102 7.7 CONCLUSIONS .............................................................................................................. 104 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................... 117 REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 121 xxvi ANEXO A – ARTIGO: NEW STRATIGRAPHIC PROPOSAL OF A PALEOPROTEROZOIC SILICICLASTIC SUCCESSION: IMPLICATIONS FOR THE EVOLUTION OF THE CARAJÁS BASIN, AMAZONIAN CRATON, BRAZIL ........................................................................................................................................... 139 ANEXO B – MATERIAL SUPLEMENTAR DO ARTIGO SERRA SUL DIAMICTITE OF THE CARAJÁS BASIN (BRAZIL): A PALEOPROTEROZOIC GLACIATION ON THE AMAZONIAN CRATON .................................................... 157 ANEXO C – MATERIAL SUPLEMENTAR DO ARTIGO EVIDENCES OF AN “OIL-LIKE” MANGANESE REMOBILIZATION IN THE PALEOPROTEROZOIC AZUL RED BEDS OF THE CARAJÁS BASIN (AMAZONIAN CRATON, BRAZIL): AN INTERPLAY AMONG SEDIMENTARY AND TECTONIC CONTROLS ...... 171 ANEXO D – MATERIAL SUPLEMENTAR DO ARTIGO TECTONO- SEDIMENTARY EVOLUTION OF A PALEOPROTEROZOIC SUCCESSION OF THE CARAJÁS BASIN, SOUTHEASTERN AMAZONIAN CRATON, BRAZIL: INSIGHTS FROM STRATIGRAPHY, SEDIMENTOLOGY, AND U-Pb DETRITAL ZIRCON GEOCHRONOLOGY ................................................................................... 172 1 INTRODUÇÃO 1.1 APRESENTAÇÃO Na borda sudeste do Cráton Amazônico, na região da Serra dos Carajás (Estado do Pará, norte do Brasil), uma sucessão vulcano-sedimentar com cerca de 5 km de espessura ocorre bem preservada em uma faixa sigmoidal de direção E-W com 90 x 40 km de dimensão, designada como Bacia de Carajás, estruturada a partir de uma tectônica transcorrente transamazônica por volta de 2,2–2,0 Ga (Cordani et al. 1984, Machado et al. 1991, Dall’Agnol et al. 1997, 2006, Macambira et al. 2009, Tavares et al. 2018). Devido a complexidade no entendimento estrutural e estratigráfico dessa área, a sucessão dessa bacia já foi organizada em diferentes propostas estratigráficas (Araújo et al. 1988, Docegeo 1988, Araújo & Maia 1991, Machado et al. 1991, Nogueira et al. 1995, Pinheiro & Holdsworth 1997a, 1997b, Pinheiro 1997, Macambira 2003, Tavares 2015, Tavares et al. 2018, Araújo & Nogueira 2019). De modo geral, a base da Bacia de Carajás é preenchida por espessos pacotes de rochas vulcânicas e estratos de formação ferrífera bandada depositados durante o Neoarqueano (Wirth et al. 1986, Gibbs et al. 1986, Olszewski et al. 1989, Lindenmayer et al. 2001, Meirelles & Dardenne 1991, Trendall et al. 1998, Macambira 2003, Cabral et al. 2013, 2017, Martins et al. 2017). Acima desses intervalos, depósitos predominantemente siliciclásticos com mais de 1,5 km de espessura, depositados durante o Paleoproterozoico, ocorrem empilhados em diferentes unidades litoestratigráficas (Araújo & Nogueira 2019, Araújo Filho et al. 2020). As rochas vulcânicas e as unidades de formação ferrífera bandada já foram alvo de vários estudos, e são relativamente bem compreendidas do ponto de vista paleoambiental, tectônico, geoquímico, e geocronológico (Trendall et al. 1998, Tallarico et al. 2000, 2005, Dreher 2004, Dreher et al. 2005, Galarza et al. 2008, Martins et al. 2017, Melo et al. 2019, Lacasse et al. 2020). Por outro lado, ainda é restrito o conhecimento sobre o cenário geológico envolvido durante a sedimentação da sucessão siliciclástica dessa bacia, os ambientes deposicionais registrados, a sua evolução tectono-sedimentar, bem como, os seus padrões geocronológicos. Com base no estudo das rochas vulcânicas da base, diversos autores propuseram diferentes configurações geotectônicas para a instalação da Bacia de Carajás durante o Neoarqueano, como por exemplo: ambiente rifte associado a um sistema extensional pós-colisional, ambiente associado a subducção e bacia intracratônica (Docegeo 1988, Olszewski et al. 1989, Martins et al. 2017, Dardenne et al. 1988, Meirelles & Dardenne 1991, Machado et al. 1991). Entretanto, a evolução dessa bacia ao longo do Paleoproterozoico ainda é desconhecida. A passagem entre o Neoarqueano e o Paleoproterozoico é marcada por uma série de modificações paleoambientais, e paleoclimáticas que propiciaram as condições ideais para o 2 surgimento, manutenção e proliferação da vida em larga escala na Terra. Entre estes eventos, o mais impressionante foi o surgimento de um sistema atmosfera-hidrosfera oxigenado por volta de 2.45 Ga, a partir do evento conhecido como “Grande Evento de Oxigenação” ou GOE (Bekker et al. 2004, Holland 2002). O GOE tem sido objeto de estudo de inúmeros trabalhos com relação a sua origem (fotossíntese e/ou vulcanismo), duração, extensão e seus efeitos para a origem da vida multicelular primitiva (Karhu & Holland 1996, Rye & Holland 1998, Aspler & Chiarenzelli 1998, Canfield et al. 2000, 2013, Kasting 2001, Kasting & Siefert 2002, Holland 2002, 2006, 2009, Bekker et al. 2004, 2010, Canfield 2005, Anbar et al. 2007, Bekker & Kaufman 2007, Lyons & Reinhard 2009, Frei et al. 2009, Konhauser et al. 2009, 2011, Farquhar et al. 2010, Tang et al. 2011, 2012, Young 2012, 2013a, 2013b, Lyons et al. 2014, Ciborowski & Kerr 2016, Bellefroid et al. 2018, Philippot et al. 2018, Eguchi et al. 2020). O aumento de oxigênio na atmosfera terrestre durante o GOE, com consequente remoção de greenshouse gases (CH4, CO2, H2S, H2, etc.) da atmosfera tem sido postulado como responsável pela diminuição da temperatura global durante o início do Paleoproterozoico e instalação de diversos episódios glaciais ocorridos entre cerca de 2.45–2.2 Ga, denominados genericamente como “Evento Glacial Huroniano” ou HGE (Young et al. 2001, Hoffman 2013, Tang & Chen 2013, Young 2013a, 2013b, 2014, 2019, Somelar et al. 2020). O HGE foi iniciado de forma sincrônica ao GOE em cerca de 2.45 Ga (Bekker et al. 2004, Hoffman 2013). Alguns autores suportam a hipótese de que o HGE represente o primeiro episódio glacial de escala global (snowball Earth) da história da Terra (Evans et al. 1997, Kirschvink et al. 2000, Kopp et al. 2005, Hoffman 2013), enquanto outros, baseado nas contradições estratigráficas e geocronológicas desses intervalos glaciais, sugerem que o HGE pode ter sido controlado por fatores tipicamente locais/regionais ao invés de controles necessariamente globais (Young et al. 2014, Young 2019). Estratos enriquecidos com manganês posicionados acima dos intervalos glaciais do Paleoproterozoico têm sido interpretados como evidência do aparecimento de uma biosfera aeróbica altamente produtiva como resultado da recuperação climática após o HGE (Kirschvink et al 2000, Sekine et al. 2011a). Em sucessões do Paleoproterozoico, esses estratos ocorrem geralmente empilhados com depósitos de black shale, e registram a sedimentação em uma bacia marinha rasa estratificada, onde o manganês foi depositado durante fases transgressivas associadas a saturação de águas rasas com oxigênio (Force & Cannon 1988, Roy 1997, 2006). Evidências de remobilização ou múltiplas remobilizações de óxidos de manganês através de sistemas de falhas e dobras, sob condições hidrotermais (hypogene Mn-enrichment) são 3 comumente reportadas em depósitos do Pré-Cambriano como resultado de uma tectônica regional (Ghosh et al. 2015, Jones 2011, Jones et al. 2013, Ossa Ossa et al. 2016). Em termos paleogeográficos, durante o Arqueano, é geralmente especulado que dois supercontinentes existiram, um à norte, denominado de Kenorland, e outro a sul, denominado de Zimvaalbara. A quebra desses supercontinentes é geralmente sugerida como responsável pela geração de volumosos derrames vulcânicos no final do Neoarqueano e início do Paleoproterozoico, acima dos quais, estratos de formação ferrífera bandada tipo Lago Superior foram amplamente depositadas. É também sugerido que esse vulcanismo pode ter sido responsável pelo aumento no conteúdo de O2 na atmosfera, que resultou no GOE e HGE (Kasting et al. 1993, Holland 2002, Aspler & Chiarenzelli 1998, Ciborowski & Kerr 2016). É sugerido ainda que outro supercontinente foi formado na transição entre o Paleoproterozoico e o Mesoproterozoico, conhecido como Columbia ou Nuna (Rogers & Santosh 2002, Zhao et al. 2002, 2004). Embora a influencia no registro sedimentar associado a formação do Columbia seja bem compreendida em diversos crátons ao redor do mundo, ainda são desconhecidos os efeitos tectono-sedimentares produzidos pela emergência desse supercontinente nas bacias marginais do proto-Cráton Amazônico durante o final do Paleoproterozoico. Neste estudo, a investigação de parte da sucessão siliciclástica da Bacia de Carajás através de análise de fácies e estratigráfica, bem como, a análise de proveniência, suportado por trabalhos regionais prévios, permitiu o reconhecimento e sequenciamento de importantes eventos ocorridos na transição entre o Neoarqueano e o Paleoproterozoico dessa bacia. Alguns eventos reportados neste estudo constituem descobertas importantes para o Cráton Amazônico, e o inserem em um contexto global de inovações paleoambientais, paleoclimáticas e geotectônicas ocorridas na transição Neoarqueano-Paleoproterozoico. 1.2 ORGANIZAÇÃO DA TESE Esta tese de doutorado está organizada em oito capítulos, e os seus resultados estão apresentados em forma de artigos científicos. O Capítulo 1 aborda os aspectos introdutórios do trabalho, que inclui a apresentação, organização da tese, a área de estudo, objetivos, hipóteses iniciais de trabalho, justificativa, e as problemáticas de estudo. O Capítulo 2 apresenta os materiais e métodos utilizados, que engloba os procedimentos empregados na descrição dos testemunhos de sondagem e as análises realizadas. O capítulo 3 aborda o contexto geológico regional, que inclui os aspectos geológicos do Cráton Amazônico e da Bacia de Carajás. O Capítulo 4 apresenta de forma sucinta os principais aspectos relacionados aos eventos 4 paleoclimáticos e paleoambientais ocorridos na transição Neoarqueano-Paleoproterozoico, como o GOE e o HGE. O Capítulo 5 apresenta o artigo científico intitulado Serra Sul diamictite of the Carajás Basin (Brazil): A Paleoproterozoic glaciation on the Amazonian craton. O artigo está publicado no periódico internacional Geology (Qualis A1 CAPES, na área de geociências), Volume 47, Número 12, 2019 (p. 1166–1170), e tem o autor desta tese como primeiro autor. O Capítulo 6 apresenta o artigo científico intitulado Evidences of an oil-like manganese migration in the azul red beds of the Carajás Basin (Amazonian craton, Brazil): An interplay among sedimentary and tectonic controls. O manusccrito está em preparação, e tem o autor desta tese como primeiro autor. O Capítulo 7 apresenta o artigo científico intitulado Tectono- sedimentary evolution of a Paleoproterozoic succession of the Carajás Basin, southeastern Amazonian Craton, Brazil: Insights from stratigraphy, sedimentology, and U-Pb detrital zircon geochronology. O manuscrito está submetido ao periódico internacional Precambrian Reseacrh (Qualis A1 CAPES, na área de geociências), e tem o autor desta tese como primeiro autor. O Capítulo 8 apresenta as considerações finais desta tese de doutorado. As referências e os anexos encontram-se no final da tese. Os anexos compreendem majoritariamente o material suplementar dos artigos que compõem essa tese de doutorado. Por sua vez, o anexo A apresenta o artigo intitulado New stratigraphic proposal of a Paleoproterozoic siliciclastic succession: Implications for the evolution of the Carajás Basin, Amazonian craton, Brazil. O artigo está publicado no periódico internacional Journal of South American Earth Sciences (Qualis B1 CAPES, na área de geociências), no Volume 102, Ano 2020 (102665), e tem o autor desta tese como co-autor do artigo. 1.3 ÁREA DE ESTUDO A área de estudo está localizada na região da Serra dos Carajás, à oeste da cidade de Parauapebas no sudeste do estado do Pará (PA), norte do Brasil. O município de Parauapebas (PA) foi a sede logística para os trabalhos de campo realizados entre os anos de 2015 a 2018. A área encontra-se limitada pelas longitudes 50°0'00"O e 50°45'00"O e latitudes 5°50'00"S e 6°20'00"S, nos domínios da folhas Serra dos Carajás (SB-22-Z-A-II) e Rio Itacaiúnas (SB-22- Z-A-I). Os pontos estudados, que incluem majoritariamente testemunhos de sondagem, e subordinadamente afloramentos em cortes de estrada e cava de mina a céu aberto, estão distribuídos em seis diferentes subáreas dentro da área de estudo: Mina do Azul; Estrada do Igarapé Bahia; Mina do Igarapé Bahia; Serra do Tarzan; e Serra Sul (Figura 1.1). 5 Fi gu ra 1 .1 : M ap a de lo ca liz aç ão d a ár ea d e es tu do m os tra nd o os p on to s e stu da do s n a re gi ão d a Se rra d os C ar aj ás , E st ad o do P ar á (P A ), B ra si l. 6 1.4 OBJETIVOS Esta tese de doutorado tem como objetivo geral caracterizar a estratigrafia e os eventos registrados na sucessão do Neoarqueano-Paleoproterozoico da Bacia de Carajás, no sudeste do Cráton Amazônico (Brasil). Para alcançar este objetivo geral, foram cumpridos os seguintes objetivos específicos: 1) Construção de um arcabouço estratigráfico da sucessão siliciclástica que preenche a Bacia de Carajás, a partir da compilação de dados estratigráficos publicados em trabalhos anteriores, e caracterização e proposição formal de novas unidades para esta bacia; 2) Interpretação das fácies e associação de fácies para reconstruções paleoambientais e inferências sobre mudanças nos regimes paleoclimáticos; 3) Reconhecimento de superfícies estratigráficas, para servirem como base para correlações estratigráficas e definição de sequencias deposicionais, bem como, para servirem de subsídios para interpretações evolutivas; 4) Definição das fases minerais e reconhecimento do arranjo estrutural da sucessão hospedeira da mineralização de manganês para compreensão da história evolutiva desses depósitos; 5) Caracterização da proveniência sedimentar de algumas unidades da Bacia de Carajás, como indicadores paleogeográficos e de mudanças tectônicas, relacionadas à emergência do supercontinente Columbia no final do Paleoproterozoico; 1.5 HIPÓTESES INICIAIS DE TRABALHO Os questionamentos científicos que serviram como base para elaboração desta tese, e hipóteses iniciais de trabalho foram: 1) Os depósitos siliciclásticos do Grupo Igarapé-Bahia (ou outra unidade?) são de origem glacial ou estritamente relacionado a um sistema de leque submarino? Existe alguma correlação desses depósitos com eventos de escala global? 2) A sucessão que hospeda o manganês foi depositada em um sistema marinho? Qual seria o melhor modelo de deposição do manganês hospedado na Formação Águas Claras (ou outra unidade?)? O manganês é de origem primária ou secundária? Qual o modelo de enriquecimento do minério? Qual a idade máxima de deposição para estes depósitos? 3) É possível que os dados sedimentológicos e estratigráficos sirvam para reconstruções paleoambientais, paleoclimáticas e paleogeográficas ocorridas na transição Neoarqueano- Paleoproterozoico, como o GOE e o HGE? E ainda, existe implicação desses dados para a evolução geodinâmica do Craton Amazônico nesse período? 7 1.6 JUSTIFICATIVAS As principais justificativas que motivaram o estudo da sucessão do Neoarqueano- Paleoproterozoico da Bacia de Carajás foram: 1) Apesar dos inúmeros trabalhos na região de Carajás, motivados principalmente pelo gigantesco potencial mineral da área, a Bacia de Carajás ainda carece de estudos estratigráficos e sedimentológicos de detalhe, que permitam uma compreensão precisa do seu arcabouço estratigráfico; 2) A hipótese de uma bacia originada e desenvolvida em um curto intervalo de tempo, estritamente durante o Neoarqueano, ainda persiste em muitas publicações especializadas sobre a região de Carajás; 3) Pouco se conhece a respeito da evolução da Bacia de Carajás após a sua origem provavelmente como um rifte em cerca de 2.75 Ga. A história evolutiva dessa bacia durante o Paleoproterozoico ainda é incerta; 4) A reconstrução paleoambiental, paleogeográfica e paleoclimática de unidades siliciclásticas da Bacia de Carajás é importante para traçar os eventos ocorridos no Cráton Amazônico durante o Neoarqueano-Paleoproterozoico, que podem estar relacionados a eventos de escala global, ainda não reconhecidos neste cráton. 1.7 PROBLEMÁTICAS DE ESTUDO As principais problemáticas no estudo da sucessão do Neoarqueano-Paleoproterozoico da Bacia de Carajás são: 1) Ausência de afloramentos. A densa cobertura vegetal da região amazônica juntamente com o intenso intemperismo físico e químico impedem a visualização completa das unidades em campo. Além disso, raros são os afloramentos conhecidos dentro da Bacia de Carajás (e.g., os afloramentos ao longo da estrada do Igarapé Bahia). Essa problemática faz com que a maioria das informações estratigráficas dessa bacia estejam restritas a furos de sondagem. Apesar da investigação de testemunhos de sondagem ser uma ferramenta importante para o estudo desses depósitos, dados sedimentológicos e estratigráficos cruciais para interpretações paleoambientais (e.g., dados de paleocorrente, geometria de camadas, reconhecimento de superfícies e geometria de estruturas sedimentares) muitas vezes são impedidos de serem obtidos pela própria limitação física imposta pelo material de estudo. Além disso, o estudo a partir de testemunhos de sondagem impede uma visualização precisa do arranjo geométrico e extensão lateral do depósito, da distribuição lateral das fácies e associação de fácies, bem como, o padrão de empilhamento registrado; 8 2) Alteração secundária dos litotipos. Processos como intemperismo, hidrotermalismo e metamorfismo que tendem a modificar a mineralogia e as texturas originais das rochas são recorrentemente observados na sucessão da Bacia de Carajás. O intenso intemperismo químico tende a modificar grãos instáveis do arcabouço, geralmente transformando-os em argilominerais (e.g., caulinitização). O metamorfismo, mesmo que de baixo grau metamórfico, em intervalos específicos, tende a modificar a mineralogia e textura original dos litotipos. Similarmente, a percolação de fluídos hidrotermais modifica a mineralogia primária (e.g., cloritização, silicificação); 3) Baixa resolução estratigráfica das unidades. Os testemunhos de sondagem embora permitam o estudo de sucessões sedimentares em subsuperfície, são pouco profundos em relação a espessura das unidades. As unidades são geralmente muito mais espessas do que a profundidade dos furos de sondagem. Algumas unidades atingem até quase 1 km de espessura (e.g., Formação Águas Claras), enquanto que os furos de sondagem são geralmente da ordem de 300-500 m de profundidade. O empilhamento preciso dos depósitos só pode ser feito quando se estuda um conjunto de furos de sondagem, e se reconhecem padrões de empilhamento e superfícies estratigráficas. Adicionalmente, a descontinuidade lateral dos estratos como resultado de erosão e deformação, muitas vezes impedem a correlação entre as unidades. 9 2 CONTEXTO GEOLÓGICO 2.1 O CRÁTON AMAZÔNICO E A PROVÍNCIA CARAJÁS O Cráton Amazônico, encerra dois escudos de idade pré-cambriana, o Escudo das Guianas, à norte, e o Escudo Brasil Central, à sul (Figura 2.1a). Esses dois escudos são separados por uma faixa de direção E-W representada pela sucessão dominantemente paleozoica da Bacia do Amazonas-Solimões (Tassinari & Macambira 2004). Esses autores subdividiram o Cráton Amazônico em seis províncias geocronológicas: Amazônia Central (>2,5 Ga); Maroni-Itacaiúnas (2,2–1,95 Ga); Ventuari-Tapajós (1,95–1,8 Ga); Rio Negro- Juruena (1,8–1,55 Ga); Rondoniana-São Ignácio (1,5–1,3 Ga); e Sunsás (1,25–1,0 Ga). A Província Carajás está localizada no Escudo Brasil Central, na Província Geocronológica Amazônia Central. Essa província é limitada a norte pelo Domínio Bacajá, a sul pelo Domínio Santana do Araguaia, a leste pelo Domínio Iriri-Xingu e a oeste pelo Cinturão Araguaia (Vasquez et al. 2008a, 2008b). A Província Carajás é dividida à norte pelo Domínio Carajás (DC), e à sul pelo Domínio Rio Maria (DRM), também denominado de Terreno Granito-Greenstone de Rio Maria (Figura 2.1b, Dall’Agnol et al. 2013). O DC é constituído a norte pela Bacia de Carajás (Figura 2.2) e a sul pelo Subdomínio de Transição (Souza et al. 1996, Dall’Agnol et al. 1997, 2006, 2013). O embasamento da Bacia de Carajás, também denominada sigmoide central de Carajás (Araújo et al. 1988, Araújo & Maia 1991, Pinheiro 1997, Pinheiro & Holdsworth 1997a, 1997b, Holdsworth & Pinheiro 2000) é constituído por rochas ígneas e metamórficas, que inclui associações de tonalito–trondhjemito–granodiorito (TTG), com idade de metamorfismo em torno de 2,85 Ga atribuídos ao denominado Complexo Xingu (Machado et al. 1991). Durante o Ciclo Orogenético Transamazônico ocorrido em torno de 2,2–2,0 Ga (Cordani et al. 1984, Machado et al. 1991, Macambira et al. 2009, Tavares 2015, Tavares et al. 2018), grande parte da Bacia de Carajás foi deformada em diferentes segmentos, com diferentes graus de deformação. Esse ciclo orogenético foi o último grande evento tectônico que afetou a bacia, e provavelmente foi responsável por moldar a Bacia de Carajás em uma geometria sigmoidal. Outras coberturas da região da Província Carajás e circunvizinhanças, embora apresentem deformações e graus de metamorfismo diferentes, apresentam arranjos geométricos semelhantes (e.g, Bacia de Buritirama, Bacia do Aquiri, Serra Pelada, etc.), o que sugere que tenham sido deformadas sincronicamente durante este evento. 10 Fi gu ra 2 .1 : O C rá to n A m az ôn ic o e a Pr ov ín ci a C ar aj ás . ( a) D is tri bu iç ão d as p ro ví nc ia s g eo cr on ol óg ic as d o C rá to n A m az ôn ic o (T as si na ri & M ac am bi ra , 20 04 ). (b ) M ap a ge ol óg ic o da P ro ví nc ia C ar aj ás (a da pt ad o de V as qu ez e t a l. 20 08 a) . 11 Fi gu ra 2 .2 : M ap a ge ol óg ic o da B ac ia d e C ar aj ás m os tra nd o as su bá re as d e es tu do (m od ifi ca do d e V as qu ez e t a l. 20 08 a) . O s l im ite s d as n ov as u ni da de s pr op os ta s pa ra e st a ba ci a (fo rm aç õe s Se rra S ul e A zu l) de sc rit as e m A ra új o & N og ue ira (2 01 9) e A ra új o Fi lh o et a l. (2 02 0) , r es pe ct iv am en te , e st ão se nd o ap re se nt ad os . 12 2.2 A BACIA DE CARAJÁS 2.2.1 O termo “Bacia de Carajás” e as diferentes propostas estratigráficas A utilização do termo “Bacia de Carajás” na bibliografia especializada ainda é controversa. Muitos autores utilizam esse termo para se referir a área geográfica ocupada pelo sigmoide da Serra dos Carajás, enquanto outros, não utilizam este termo por considerarem o sigmoide central de Carajás apenas um relicto de uma bacia antiga muito mais ampla do que os seus limites atuais. Aqui neste estudo, nós recomendamos fortemente o uso do termo “Bacia de Carajás” tanto do ponto de vista descritivo, para se referir a área geográfica em formato sigmoidal que aflora na região da Serra dos Carajás, bem como do ponto de vista genético, para se referir a bacia precursora na qual foi depositado a sucessão vulcano-sedimentar durante o final do Neoarqueano e início do Paleoproterozoico. Diferentes propostas estratigráficas foram apresentadas para a região de Carajás nas últimas décadas (Figura 2.3; Docegeo 1988, Araújo et al. 1988, Araújo & Maia 1991, Nogueira et al. 1995, Pinheiro & Holdsworth 1997a, 1997b, Macambira 2003, Tavares et al. 2018). Os resultados desta tese de doutorado permitiram que fosse realizada uma revisão da coluna estratigráfica da Bacia de Carajás (Figura 2.4). Os principais resultados são apresentados em Araújo & Nogueira (2019), Araújo Filho et al. (2020), e Araújo et al. (submetido). Nesses estudos, duas novas unidades foram formalmente propostas: a Formação Serra Sul e a Formação Azul. Além disso, vários aspectos relacionados a estratigrafia desta bacia foram revistos, como a redefinição de unidades e a mudanças de categorias litoestratigráficas. As unidades que preenchem a Bacia de Carajás, de acordo com a revisão estratigráfica realizada neste estudo, estão sendo sucintamente descritas a seguir. 2.2.2 A sucessão vulcano-sedimentar 2.2.2.1 O Grupo Grão-Pará O Grupo Grão-Pará (Docegeo 1988) encerra dominantemente um espesso pacote de rochas vulcânicas e formação ferrífera bandada (BIF) do Neoarqueano, cortados por diques e soleiras de gabro tardios (Beisiegel et al. 1973). O Grupo Grão-Pará ocorre na base da estrutura sinformal da Serra do Carajás (Docegeo 1988), em não conformidade com rochas do embasamento associadas ao Complexo Xingu (Trendall et al. 1998). A presença de feições sedimentares e de texturas ígneas preservadas apontam para condições de baixo grau metamórfico, apesar de apresentarem evidências de hidrotermalismo em diversos estratos (Pinheiro 1997, Macambira 2003, Dreher 2004). Esse grupo é subdivido, da base para o topo, nas formações Parauapebas, Carajás e Igarapé Bahia. 13 Fi gu ra 2 .3 : C om pa ra çã o en tre a s d ife re nt es p ro po st as e st ra tig rá fic as p ar a a re gi ão d e C ar aj ás (s ud es te d o C rá to n A m az ôn ic o, B ra si l). 14 Fi gu ra 2 .4 : C ol un a es tra tig rá fic a da B ac ia d e C ar aj ás (s ud es te d o C rá to n A m az ôn ic o, B ra si l) re vi sa da n es ta te se d e do ut or ad o. D ad os e st ra tig rá fic os (re la çõ es d e co nt at o, e sp es su ra d e un id ad es e p ad rã o de e m pi lh am en to ) c om pi la do s d e D oc eg eo (1 98 8) , M ac ha do e t a l. (1 99 1) , N og ue ira e t a l. (1 99 5) , D ia s e t a l. (1 99 6) , P in he iro (1 99 7) , C ab ra l e t a l. (2 01 3) , A ra új o & N og ue ira (2 01 9) , e A ra új o Fi lh o et a l. (2 02 0) . 15 2.2.2.1.1 A Formação Parauapebas A Formação Parauapebas é constituída dominantemente por basalto e basalto andesítico que variam de acinzentado a esverdeado, amigdaloidal, porfirítico, afanítico ou de granulação fina, e hipocristalinos (Martins et al. 2017). Estas rochas constituem uma sucessão originada a partir de fluxos de lava, que atinge até 2–3 km de espessura (Cabral et al. 2013). A assembleia mineral primária é constituída dominantemente por clinopiroxênio e plagioclásio. A ocorrência de riolito, lapilli tufo e cristal tufo sugere vulcanismo bimodal máfico a félsico (Gibbs et al. 1986). O magmatismo máfico foi interpretado como gerado em um ambiente extensional de rifte continental (Gibbs et al. 1986, Olszewski et al. 1989, Macambira, 2003) ou em arco de ilha associado a zona de subducção (Meirelles 1986, Meirelles & Dardene 1991, Teixeira 1994, Lindenmayer et al. 2001). Idades U-Pb em zircão extraídos de rochas vulcânicas ácidas de 2760 ± 11 Ma (Trendall et al. 1998), 2759 ± 2 Ma (Machado et al. 1991) e 2758 ± 39 Ma (Wirth et al. 1986, Olszewski et al. 1989) indicam um extenso vulcanismo Neoarqueano, no estágio inicial de preenchimento da Bacia de Carajás. De acordo com Martins et al. (2017), embora a assinatura geoquímica não descarte um ambiente de back-arc, os fluxos de lava associados a deposição da Formação Parauapebas, é resultado de uma configuração extensional através de um rifte continental originado a partir de uma configuração pós-orogênica na passagem do Mesoarqueano para o Neoarqueano. 2.2.2.1.2 A Formação Carajás A Formação Carajás (Beisiegel et al. 1973) compreende dominantemente estratos de formação ferrífera bandada (BIF), que ocorrem intercalados com depósitos de black shale e jaspilito, os quais ocorrem de forma subordinada (Machado et al. 1991, Trendall et al. 1998). Hematita ocorre como óxido de ferro principal (Lindenmayer et al. 2001). A espessura da unidade é estimada em aproximadamente 250–300 m (Cabral et al. 2017), embora alguns autores estimem que essa unidade atinja em subsuperfície até 400 m (Trendall et al. 1998). É sugerido que as formações ferríferas tenham se depositado em uma plataforma marinha rasa, ampla e tectonicamente estável, provavelmente na zona fótica sob influência de organismos fotossintéticos, durante a transgressão do mar Carajás (Macambira 2003, Lindenmayer et al. 2001, Macambira & Schrank 2002). A datação de tufo concordante com as camadas de jaspilito fornece uma idade mínima de 2743 ± 11 Ma (Trendall et al. 1998) e 2757± 18 Ma (Macambira et al. 1996) para a Formação Carajás. Trendall et al. (1998) utilizou a idade de cerca de 2,74 Ga e a idade do basalto subjacente da Formação Parauapebas de cerca de 2,75 Ga, para sugerir que as unidades de BIF da 16 Formação Carajás foram depositadas entre 2,75–2,74 Ga, enquanto que dados de Sm-Nd indicam idades de 2593 ± 260 Ma e 1701 ± 97 Ma para eventos hidrotermais (Macambira et al. 1990). Evidências biogênicas associadas ao carbono presente em camadas de black shale, sugerem que as camadas de BIF da Formação Carajás podem ter sido originadas através de esteiras microbianas que habitavam o mar Carajás, no qual bactérias redutoras de ferro foram responsáveis pela deposição das camadas de BIF. É sugerido que esses organismos eram formados por uma ou mais espécies que produziram provavelmente grandes colônias de estromatólitos durante o Neoarqueano (Luz & Crowley 2012). 2.2.2.1.3 A Formação Igarapé Bahia Sobrejacente a Formação Carajás ocorre uma unidade vulcânica superior com sedimentação clástica associada, a qual contem expressivos depósitos de Cu-Au (Tallarico et al. 2000, 2005, Galarza et al. 2003, 2008, Dreher 2004, Dreher et al. 2008). Docegeo (1988) descreveu essa unidade originalmente como Grupo Igarapé Bahia, considerada como uma sequência vulcanossedimentar, de baixo grau metamórfico pertencente ao Supergrupo Itacaiúnas, que aflora em uma janela erosiva dentro da Formação Águas Claras (Galarza et al. 2003, 2008). De acordo com Macambira (2010), o Grupo Igarapé Bahia corresponderia a denominada Formação Igarapé Cigarra proposta em Macambira et al. (1990) e Macambira (2003). De acordo com Docegeo (1988) esse grupo poderia ser dividido em duas formações: Formação Grota do Vizinho (metabasalto hidrotermalizado, metapelito, wacke, ritmito, formação ferrífera com magnetita, carbonato e sulfetos, rochas metapiroclasticas ácidas e intermediárias e brechas mineralizadas com Cu-Au, com fragmentos de formação ferrífera bandada, chert, púmice e rochas básicas) e Formação Sumidouro (metarenito, em parte arcoseano e ferruginoso, com intercalações de metabasalto). Dreher (2004) descreveu estas mesmas rochas em testemunhos de sondagem, atribuindo rochas vulcânicas e piroclásticas na sua porção inferior à Formação Grota do Vizinho, e o conjunto de rochas piroclásticas e clásticas finas na sua porção superior à Formação Sumidouro. Araújo Filho et al. (2020), sugeriram que a Formação Sumidouro do Grupo Igarapé Bahia representa, na realidade, parte da Formação Águas claras, e concluiu que dessa forma é injustificada a classificação da unidade Igarapé Bahia como grupo e optou por designar essa unidade como Formação Igarapé Bahia, anteriormente já designada como formação em Araújo & Nogueira (2019). Nesse contexto, a Formação Igarapé Bahia designaria um conjunto de rochas vulcânicas intercaladas subordinadamente com rochas siliciclásticas finas (ritmitos) que ocorrem logo acima da Formação Carajás e na parte basal da mina do Igarapé Bahia. 17 As rochas metavulcânicas encaixantes da mineralização de Cu-Au apresentam idades U-Pb em zircão da ordem de 2,74–2,75 Ga (Galarza et al. 2002, Santos 2002, Tallarico et al. 2002) e idades Pb-Pb em zircão de 2748 ± 34 Ma (Tallarico et al. 2005). A datação Pb-Pb em calcopirita de brechas hidrotermais e metavulcânica, metapiroclástica, e diques revelaram idades de 2772 ± 46, 2756 ± 24, 2754 ± 36, e 2777 ± 22 Ma, respectivamente (Galarza et al. 2008). De forma similar, a datação de ouro revelou idade de 2744 ± 12 Ma. Esse conjunto de idades foi interpretada como sugestivas de um vulcanismo Neoarqueano contemporâneo a mineralização de Cu-Au por volta de 2,74–2,75 Ga. Por outro lado, idades de 2385 ± 122 e 2417 ± 120 Ma também em calcopirita sugerem remobilização da mineralização de Cu-Au (Galarza et al. 2008). De forma similar, a datação U-Pb (SHRIMP) em monazita, proveniente da matriz de brechas ricas em magnetita, revelou idade de 2575 ± 12 Ma para a mineralização, confirmando a sua natureza epigenética (Tallarico et al. 2005). 2.2.2.2 A Formação Serra Sul Cabral et al. (2013) investigando isótopos de enxofre (mass-independent S-isotope fractionation—MIF-S) a partir de piritas associadas a camadas de black shale, que ocorrem intercaladas a camadas de BIF na área de Serra Sul, descreveram brechas com matriz rica em magnetita e clastos de formação ferrífera, as quais eles interpretaram como relacionadas a processos hidrotermais. Araújo & Nogueira (2019) reavaliaram esses estratos e propuseram que eles pertenceriam a uma nova unidade, ainda não reconhecida na Bacia de Carajás. Com base na designação original de Cabral et al. (2013) que denominaram esses estratos como sucessão Serra Sul, Araújo & Nogueira (2019) propuseram uma nova formação para a Bacia de Carajás, denominada de Formação Serra Sul. Segundo Araújo & Nogueira (2019), essa unidade ocorre em discordância acima das camadas de BIF da Formação Carajás, bem como, acima de camadas de rochas vulcânicas do Neoarqueano. A Formação Serra Sul compreende, da base para o topo, diamictitos glaciais foliados a maciços que ocorrem intercalados com camadas de black shale, conglomerados polimíticos de origem glacial, que ocorrem intercalados com camadas de ritmito, e camadas espessas de ritmito no topo. Os clastos são constituídos predominantemente por fragmentos de BIF, vulcânicas máficas e félsicas, jaspilito e chert, o que sugere que os estratos pré-glaciais (unidades de BIF e rochas vulcânicas) funcionaram não somente como substrato principal para o sistema glacial Serra Sul, mas também como fonte principal de sedimentos. Diamictitos foliados apresentam matriz rica em quartzo e magnetita e foram interpretados como produtos de erosão subglacial (i.e., tilito). Por outro lado, diamictitos com matriz rica em lama e com 18 dropstone features foram interpretados como diamictitos marinhos produzidos por processos de ressedimentação através de sistema de leque submarino e ice-rafting. Ainda de acordo com Araújo & Nogueira (2019), o topo da unidade é constituído dominantemente por camadas espessas de ritmito (>60 m de espessura), enquanto que o seu contato superior foi observado apenas com Formação Águas Claras. Esses autores com base em datação relativa propuseram que a Formação Serra Sul foi depositada provavelmente durante o Sideriano–Riaciano (cerca de 2,58–2,06 Ga). O diamictito Serra Sul representa o primeiro registro de rochas glaciais do Paleoproterozoico reportado na América do Sul. Em termos paleogeográficos, a ocorrência desses estratos no Cráton Amazônico expande o alcance das glaciações do Paleoproterozoico para esta parte do globo. Por outro lado, ainda de acordo com Araújo & Nogueira (2019), a Glaciação Serra Sul, que pode ser correlata com qualquer uma das glaciações ocorridas durante o Paleoproterozoico ligadas ao HGE, ou a nenhuma delas. 2.2.2.3 A Formação Azul A Formação Azul foi definida formalmente no trabalho de Araújo Filho et al. (2020), como resultado da elevação de categoria do Membro Inferior da Formação Águas Claras, originalmente definida por Nogueira et al. (1995). Essa unidade corresponde ainda a denominada Formação Igarapé Boa Sorte proposta em Macambira et al. (1990) e Macambira (2003). A Formação Azul encerra estratos de ritmito, localmente enriquecidos em manganês, depositados em ambiente marinho plataformal. De acordo com Araújo Filho et al. (2020) a unidade Formação Azul foi designada com este nome por referência a sua área-tipo, a mina de manganês do azul, que por sua vez foi denominada dessa forma como referência ao Igarapé Azul que ocorre próximo a mina de manganês. Segundo Araújo et al. (submetido), essa unidade compreende depósitos de offshore e offshore transition/shoreface, que gradam para depósitos costeiros a fluviais da Formação Águas Claras, como previamente sugerido em Nogueira (1995), Nogueira et al. (1995) e Araújo Filho et al. (2020). A datação U-Pb de grãos de zircão detrítico dessa unidade indicam uma população mais jovem entre 2,37–2,27 Ga (Justo et al. 2018, Araújo et al. submetido). Dados de isótopos de enxofre (Δ33S) obtidos por Fabre et al. (2011), a partir de piritas diagenéticas disseminadas em laminações de arenito de ritmitos da Formação Azul, indicam valores de MIF- S próximos de zero (0.013±0.003‰) o que sugere sedimentação em uma atmosfera rica em oxigênio, pós-GOE. 19 2.2.2.4 A Formação Águas Claras A Formação Águas Claras foi inicialmente designada com este nome por Araújo et al. (1988) para designar rochas vulcano-sedimentares metamorfizadas em baixo grau metamórfico que flora na poção central do sigmoide de Carajás. A Formação Águas Claras foi redefinida no trabalho de Nogueira et al. (1995), como constituída por dois membros: Membro Inferior, que compreenderiam ritmito, pelito e subordinadamente arenito finos depositados em ambiente marinho; e o Membro Superior, que encerrariam dominantemente arenito grosso e conglomerado, e subordinadamente ritmito depositados em ambiente costeiro a fluvial, influenciados por processos de maré e tempestade. Recentemente, no trabalho de Araújo Filho et al. (2020), a Formação Águas Claras foi novamente redefinida. Esses autores propuseram que essa unidade encerraria apenas estratos de arenito e conglomerado, depositados em um sistema fluvial tipo braided, que ocorrem em uma passagem gradacional a abrupta imediatamente acima da Formação Azul. Por sua vez, essas unidades seriam os correspondentes estratigráficos associados a uma sequencia transgressiva-regressiva, depositada nos estágios finais de sedimentação da Bacia de Carajás. Esses mesmos autores descreveram intervalos de tufos intercalados as camadas de arenitos, os quais interpretaram como produto de um vulcanismo subaéreo adjacente ao sistema fluvial Águas Claras. A área-tipo da unidade foi estabelecida na estrada que dá acesso a mina do Igarapé Bahia por Nogueira et al. (1995). Na área da estrada do Igarapé Bahia, a Formação Águas Claras é cortada por enxames de diques de diferentes direções e com espessura superior a 150 metros, constituídos dominantemente por metagabros médios a grossos, com textura subofítica (Barros et al. 1992). A datação U-Pb de grãos de zircão detrítico indicam uma população mais jovem em torno de 2,6–2,7 Ga (Dias et al. 1996, Mougeot et al. 1996b, Trendall et al. 1998, Justo et al. 2018, Araújo & Sousa 2018). Embora Dias et al. (1996) tenham obtido uma idade de 2645 ± 12 Ma para os diques que cortam a Formação Águas Claras na sua área-tipo, essas idades tem sido consideradas como idades de grão de zircão detrítico herdados da rocha encaixante Araújo Filho et al. (2020). Dados de paleocorrente de estratos cruzados de origem fluviais e costeiro indicam paleofluxo principal para SW e SE (Nogueira 1995). 2.2.2.5 A Formação Gorotire A Formação Gorotire foi inicialmente proposta por Barbosa et al. (1966) para se referir a uma unidade estritamente siliclástica que ocorre na região próximo à Serra dos Gradaús, em Redenção (PA). Docegeo (1988) utilizou este mesmo nome para designar rochas que ocorrem 20 acima de intervalos pelíticos na região de Rio Fresco. Pinheiro (1997) descreveu a ocorrências de arcósio e grauvaca arcosiana na região da Serra do Rabo (próximo a vila Cedere I, sudoeste da cidade de Parauapebas), sudeste da Bacia de Carajás, o qual correlacionou a Formação Gorotire. Para esse autor, a Formação Gorotire nessa região ocorre em associação com a Formação Águas Claras. Ele interpreta essa unidade como uma sucessão sedimentar imatura, recobrindo diretamente o Grupo Grão-Pará, embora o contato não tenha sido observado. A Formação Gorotire compreende paraconglomerados polimíticos com seixos arredondados constituídos dominantemente por quartzo, arenito, BIF, gnaisse, granito e rochas vulcânicas, dispersos em uma matriz arenosa (Pinheiro 1997, Nascimento & Oliveira 2015). Lima & Pinheiro (2001) interpretaram que a Formação Gorotire foi depositada durante o Mesoproterozoico, a partir de uma sedimentação clástica grossa preencheu um graben a norte da Falha Carajás. Nascimento & Oliveira (2015) descreveram em detalhe as fácies sedimentares dessa unidade, atribuindo à sua deposição um sistema de leque aluvial a fluvial entrelaçado, com paleofluxo principal para NE e N, também controlado pelo sistema da Falha Carajás. Dados geocronológicos obtidos da datação de grãos de zircão detrítico pelo método U-Pb indicam idade máxima de deposição para essa unidade em torno de 2011 ± 25 Ma (Pereira et al. 2009) e 2055 ± 54 Ma (Justo et al. 2018). Embora dúvidas ainda cerquem o real posicionamento estratigráfico da Formação Gorotire, com base nos dados disponíveis é plausível supor que essa unidade tenha se depositado em associação com a Formação Águas Claras nos estágios finais da sedimentação da Bacia de Carajás durante o Orosiriano. Pereira et al. (2009) estudando a Formação Gorotire na região da Serra Norte renomeou esta unidade informalmente como Formação Caninana atribuindo uma idade de sedimentação entre 2011- 1880 Ma, como resultado da reativação da Falha Carajás. 2.2.2.6 Os diques intrusivos de ca. 1,88 Ga e o Granito Carajás A região de Carajás e Rio Maria é cortada por enxames de diques datados em cerca de 1880 Ma, 1110 Ma, 535 Ma e 200 Ma (U-Pb em monazita, Teixeira et al. 2019). Os diques com cerca de 1,88 Ga são associados ao Uatamã Silicic Large Igneous Province (SLIP), como resultado a assembleia do supercontinente Columbia (Teixeira et al. 2019, Giovanardi et al. 2019). Valores isotópicos e de elementos traço sugerem que esta geração de diques está diretamente associada a uma configuração de supra-subducção ou pós-colisional (Giovanardi et al. 2019). Próximo também a idade de 1,88 Ga, ocorrem granitos anorogênicos truncando a região de Carajás e Rio Maria. Entre eles, o Granito Carajás, que aflora na porção central da Bacia de Carajás, datado em cerca de 1880 ± 2 Ma (U-Pb em zircão, Machado et al. 1991) e 21 1882 ± 10 Ma (SHRIMP U-Pb em zircão, Teixeira et al. 2018). Esse conjunto de granitos anorogênicos tem sido interpretado como produtos derivados essencialmente de fusão da base da crosta (Teixeira et al. 2019), enquanto outros autores, sugerem que esses granitos são pós- tectônicos em relação ao ciclo orogenético Transamazônico (Machado et al. 1991). Tanto os diques quanto o Granito Carajás, pós-datam a sucessão que preenche a Bacia de Carajás. 22 3 OS EVENTOS NA TRANSIÇÃO NEOARQUEANO–PALEOPROTEROZOICO 3.1 PRÉ-CAMBRIANO VS. FANEROZOICO O pré-Cambriano corresponde a aproximadamente 88% da história geológica da Terra, e apresenta características particulares em relação ao Fanerozóico (Figura 3.1). Esse período engloba os estágios inicias de evolução da Terra, que inclui a formação das primeiras massas de terra, aparecimento dos primeiros organismos multicelulares fotossintetizantes, glaciações de escala global (Paleoproterozoic and Neoproterozoic snowball Earth) e o surgimento de uma atmosfera oxigenada a partir do Grande Evento de Oxigenação (GOE). De acordo com Catuneanu et al. (2005), as principais diferenças no registro sedimentar entre os depósitos do Pré-Cambriano em relação ao Fanerozoico incluem: 1) As sucessões do Pré-cambriano geralmente apresentam um baixo potencial de preservação. Devido esses depósitos serem mais antigos, eles apresentam uma história geológica muito mais complexa, que envolve diversos episódios de tectonismo, metamorfismo e diagênese; 2) A escassez ou até mesmo ausência de fósseis impedem datações precisas. Métodos de datação radiométrica são amplamente empregados nesses depósitos, mas muitas vezes não permitem uma datação precisa dos estratos; 3) Os mecanismos de formação de bacias sedimentares durante o Pré-Cambriano são diferentes daqueles que operaram durante todo o Fanerozoico. Durante o Arqueano um regime concorrente de plumas e placas tectônic