Estratigrafia e geoquímica da sequência de lavas da província magmática do Paraná na região da Usina de Itaipu (PR)

Abstract

Resumo: A Província Magmática do Paraná (PMP), uma LIP (Large Igneous Province) eocretácea, abrange uma área de 1,5 x 106 km² e distribui-se, em sua maior parte, nos estados do centro-sul do Brasil e em porções da Argentina, Paraguai e Uruguai. O estudo de testemunhos de sondagem da Usina de Itaipu, no oeste do estado do Paraná, revela a intercalação de fluxos de lavas com morfologias dos tipos pahoehoe, rubbly pahoehoe e a'a'. Pesquisas em regiões vulcanicamente ativas indicam que os derrames pahoehoe e a'a' são membros finais no que se refere à morfologia das lavas. As diferentes morfologias são controladas pela viscosidade e taxa de deformação das lavas, sendo que tais fatores são diretamente influenciados por variações na taxa de efusão, na paleotopografia e na taxa de resfriamento. Em geral, erupções contínuas e com baixa taxa de efusão geram derrames pahoehoe, enquanto que erupções com alta taxa de efusão propiciam a fragmentação da lava e a formação de autobrechas, gerando derrames rubbly pahoehoe e a'a'. Na área de estudo as características de paleorelevo e de composição das lavas indica que os diferentes tipos morfológicos refletem variações nas taxas de efusão. Os fluxos de lava pahoehoe, rubbly pahoehoe e a'a' estudados correspondem aos tipos geoquímicos Pitanga e Paranapanema (alto-TiO2) da PMP, os quais ocorrem intercalados na região de Itaipu. As rochas tipo Pitanga possuem TiO2 variando de 3 a 4%, sendo mais enriquecidas (maiores teores de Zr, P2O5 e menores de MgO (~3 - 5%)) do que as rochas tipo Paranapanema, nas quais TiO2 varia de 2 - 3%. Os derrames pahoehoe espessos (~50 m), das lavas tipo Paranapanema, têm como característica marcante a presença de níveis de pegmatitos básicos, os quais se distinguem do basalto encaixante pela sua granulação grossa. Enquanto os basaltos são classificados como subalcalinos, os pegmatitos classificam-se como andesitos basálticos, os quais são enriquecidos em SiO2, TiO2, FeO, P2O5, Na2O, K2O, Zr, Ba, Th, Nb e ETR e empobrecidos em MgO, Al2O3, CaO, Ni e Co. Os pegmatitos apresentam La/YbN entre 6,0 e 7,7, são mais enriquecidos e ligeiramente mais fracionados do que os basaltos, nos quais La/YbN está entre 5,1 e 6,9. As razões La/Sm e Zr/La são constantes para basaltos e pegmatitos, indicando origem a partir de uma mesma fonte. Análises de química mineral mostram que os plagioclásios dos pegmatitos (labradorita e andesina) são mais ricos em Na2O e SiO2 do que os plagioclásios do basalto (labradorita e andesina, rara bitownita), e que a augita nos pegmatitos é empobrecida em CaO e enriquecida em FeO e MgO comparativamente à augita do basalto. Intercalados aos fluxos de lava da sequência vulcânica da região da Usina de Itaipu, a qual soma até 200 m de espessura, é comum a presença de camadas lenticulares e pouco espessas (em geral < 1 m) de arenito fino com matriz siltosa, indicando períodos de quiescência vulcânica entre a colocação dos sucessivos fluxos. A composição do sedimento depositado nas diferentes camadas é semelhante: predominam grãos de quartzo, traços de feldspato, plagioclásio, mica, opacos, clastos de basalto, com matriz siltosa a argilosa. Localmente ocorrem peperitos, localizados na base de derrames que extravasaram sobre os níveis compostos por sedimentos úmidos. Muitas vezes este material sedimentar clástico está infiltrado na porosidade primária de autobrechas de topo dos fluxos rubbly pahoehoe e a'a'. A intercalação de lavas com tipos morfológicos e geoquímicos diferentes ao longo da sequência vulcânica, somada à recorrente presença de material sedimentar clástico entre as unidades, indica uma natureza dinâmica e intermitente para o vulcanismo da Província Magmática do Paraná.

Abstract: Paraná Magmatic Province (PMP) is an Early-Cretaceous LIP (Large Igneous Province) that covers large part of south-central portion of Brazil, and portions of Paraguay, Argentina and Uruguay. The study of drill cores from the Itaipu Dam area, in western Paraná State, reveals the intercalation of pahoehoe, rubbly pahoehoe and a'a' lava flows. Research in volcanically active regions indicates that pahoehoe and a'a' are end members of a spectrum of lava morphologies, which are controlled mainly by the viscosity and the strain rate of the lava. These factors are directly influenced by changes in the effusion rate, ground slope (paleotopography), viscosity and cooling rate. In general, continuous eruptions with low effusion rate provides pahoehoe flows, while high effusion rates tend to fragment the lava forming autobreccia, rubbly pahoehoe and a'a' flows. In the Itaipu Dam area the characteristics of paleotopography and composition of the lavas indicate that the different morphological types are reflection of changes in effusion rates. Pahoehoe, rubbly pahoehoe and a'a' lava flows from Itaipu Dam correspond to Pitanga and Paranapanema (high-TiO2) magma types from PMP, which occur intercalated in the study area. The rocks from Pitanga magma-type have TiO2 ranging from 3 to 4%, being more enriched (higher contents of Zr and P2O5, and lower contents of MgO (~3 to 5%)) than the rocks from Paranapanema magma-type, in which the TiO2 content varies from 2 to 3%. The thick pahoehoe flows (~50 m) from Paranapanema magma-type are characterized by the presence of lenses of basic pegmatites, which are distinguished from the enclosing basalt by its coarse-grained characteristic. While basalts are classified as subalkaline, the pegmatites are andesi-basalt, which are enriched in SiO2, TiO2, FeO, P2O5, Na2O, K2O, Zr, Ba, Th, Nb, REE and depleted in MgO, Al2O3, CaO, Ni and Co. The REE patterns indicates that the pegmatites (La/YbN = 6.0 to 7.7) are more enriched and slightly more fractionated than the host basalts (La/YbN =5.1 a 6.9), and the constant La/Sm and Zr/La ratios, for both types, indicate an origin from the same source. Mineral chemistry analysis shows that the plagioclase of pegmatite (classified as labradorite and andesine) are richer in Na2O and SiO2 than the plagioclase in the basalt (classified as labradorite and andesine, rarely bytownite), and that the augite in the pegmatite is depleted in CaO and enriched in FeO and MgO compared to augita from the basalt. Interlayed in the volcanic sequence from Itaipu Dam region, with thickness up to 200 meters, is common the presence of lenticular thin layers (usually < 1 m) of fine-grained sandstone with a siltic matrix, indicating periods of volcanic quiescence between the placing of successive flows. The composition of the sediment deposited in the different layers is similar: predominate grains of quartz with the least presence of feldspars, plagioclase, mica, opaque minerals and basalt clasts in siltic/argillaceous matrix. Locally there are peperites, formed at the base of lavas that flowed over layers of wet sediments. Often the clastic sedimentary material occurs filling the spaces between the autobreccias clasts of the rubbly pahoehoe and a'a' flows. The interlayering of different morphological and chemical types of lavas in the volcanic sequence, plus the recurring presence of sedimentary material between units, indicates a dynamic and intermittent nature to the volcanism of the Paraná Magmatic Province in the Itaipu Dam region.