Resultados paleomagnéticos preliminares do Grupo Santa Fé (Paleozóico da Bacia Sanfranciscana): implicações sobre a idade e paleolatitude da sedimentação glacial

Resumos

Foi realizado estudo paleomagnético em amostras da Formação Floresta (Grupo Santa Fé) do Paleozóico Superior da Bacia Sanfranciscana, Brasil Central. Foram amostrados trinta e nove sítios independentes ao longo de cerca de dez metros da uma seção estratigráfica localizada próximo à cidade de Santa Fé de Minas. Após procedimentos detalhados de desmagnetização, foi identificada uma única componente de magnetização cujos portadores foram a magnetita e a hematita. Estudos anteriores indicaram que a hematita foi formada nos estágios iniciais da diagênese e, portanto, conclui-se que a magnetização é de origem primária. A magnetização remanente característica apresenta polaridade reversa compatível com o Superchron de Polaridade Reversa do Permo-Carbonífero (Kiaman, 260-315Ma) e a inclinação média indica uma paleolatitude de 44ºS para a deposição dos sedimentos. O pólo paleomagnético correspondente está situado a 326,0ºE 62,0ºS (alfa95 = 5,1º; k = 23) e o intervalo de idade (260-280Ma) é definido por eventos de polaridade normal dentro do PCRS.

Paleomagnetismo; Permo-Carbonífero; Bacia Sanfranciscana

A paleomagnetic study was performed on the Late Paleozoic Floresta Formation (Santa Fé Group) of the Sanfranciscana Basin, central Brazil. Thirty nine individual sites were sampled throughout a ten meters section near Santa Fé de Minas city. After detailed demagnetization procedures a unique characteristic remanence component was identified which was carried by both magnetite and hematite. Considering the indication of a previous investigation that hematite was formed during the initial stages of diagenesis it is concluded that magnetization is primary. This characteristic magnetization direction is of reversed polarity as expected for remanences acquired during the Permo-Carboniferous Reversed Superchron (PCRS, 260-315Ma), and the mean inclination indicates a paleolatitude of 44ºS for the sediment deposition. The corresponding paleomagnetic pole is located at 326.0ºE 62.0ºS (alpha95 = 5.1º; k = 23), and the age interval (260-280Ma) is constrained by the normal polarity events within the PCRS.

Paleomagnetism; Permo-Carboniferous; Sanfranciscana Basin

Resultados paleomagnéticos preliminares do Grupo Santa Fé (Paleozóico da Bacia Sanfranciscana): implicações sobre a idade e paleolatitude da sedimentação glacial

Daniele Brandt; Marcia Ernesto

Departamento de Geofísica, Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, Rua do Matão, 1226 – Cidade Universitária, 05508-090 São Paulo, SP, Brasil. Tel: [phone]; Fax: [phone] – E-mails: [e-mail] e [e-mail]

RESUMO

Foi realizado estudo paleomagnético em amostras da Formação Floresta (Grupo Santa Fé) do Paleozóico Superior da Bacia Sanfranciscana, Brasil Central. Foram amostrados trinta e nove sítios independentes ao longo de cerca de dez metros da uma seção estratigráfica localizada próximo à cidade de Santa Fé de Minas. Após procedimentos detalhados de desmagnetização, foi identificada uma única componente de magnetização cujos portadores foram a magnetita e a hematita. Estudos anteriores indicaram que a hematita foi formada nos estágios iniciais da diagênese e, portanto, conclui-se que a magnetização é de origem primária. A magnetização remanente característica apresenta polaridade reversa compatível com o Superchron de Polaridade Reversa do Permo-Carbonífero (Kiaman, 260-315Ma) e a inclinação média indica uma paleolatitude de 44ºS para a deposição dos sedimentos. O pólo paleomagnético correspondente está situado a 326,0ºE 62,0ºS (a₉₅ = 5,1º; k = 23) e o intervalo de idade (260-280Ma) é definido por eventos de polaridade normal dentro do PCRS.

Palavras-chave: Paleomagnetismo, Permo-Carbonífero, Bacia Sanfranciscana.

ABSTRACT

A paleomagnetic study was performed on the Late Paleozoic Floresta Formation (Santa Fé Group) of the Sanfranciscana Basin, central Brazil. Thirty nine individual sites were sampled throughout a ten meters section near Santa Fé de Minas city. After detailed demagnetization procedures a unique characteristic remanence component was identified which was carried by both magnetite and hematite. Considering the indication of a previous investigation that hematite was formed during the initial stages of diagenesis it is concluded that magnetization is primary. This characteristic magnetization direction is of reversed polarity as expected for remanences acquired during the Permo-Carboniferous Reversed Superchron (PCRS, 260-315Ma), and the mean inclination indicates a paleolatitude of 44ºS for the sediment deposition. The corresponding paleomagnetic pole is located at 326.0ºE 62.0ºS (a₉₅ = 5.1º; k = 23), and the age interval (260-280Ma) is constrained by the normal polarity events within the PCRS.

Keywords: Paleomagnetism, Permo-Carboniferous, Sanfranciscana Basin.

INTRODUÇÃO

As curvas de deriva polar aparentes (CDPA) para os diversos blocos continentais devem ser construídas a partir de pólos paleomagnéticos que atendam aos critérios de qualidade reconhecidos atualmente (p. ex. Van der Voo, 1990). Para o Paleozóico Superior existem poucos pólos paleomagnéticos da América do Sul que possam ser considerados pólos de referência (Gilder et al., 2003), isto é, atendam à maioria dos critérios de qualidade. Na compilação feita por McElhinny et al. (2003) foram selecionados apenas 11 pólos da América do Sul e apenas 2 obtiveram índice Q=6 (numa escala de 0 a 7). Um dos problemas mais freqüentes e graves na determinação da CDPA é a falta de controle geocronológico das formações sedimentares estudadas.

Determinações de idade absolutas para formações sedimentares são raras e o controle de idade mais comum é a identificação de horizontes bioestratigráficos. Entretanto, as zonas bioestratigráficas às vezes são inexistentes ou mal definidas e, neste caso, a incerteza da informação inviabiliza a datação relativa. Neste caso, os dados paleomagnéticos aliados aos dados estratigráficos são os mais precisos para a definição da idade. Embora a CDPA da América do Sul seja ainda insatisfatória, CDPAs construídas a partir de dados de outros blocos do Gondwana (p. ex. McElhinny et al., 2003) fornecem boas indicações nesse aspecto.

O método paleomagnético permite a quantificação dos deslocamentos de um bloco continental ao longo de sua história geológica. Desta forma, permite o cálculo da paleolatitude ocupada por um certo local de amostragem, na época em que a formação geológica em estudo adquiriu a magnetização remanente. Em particular, formações glaciais do intervalo Carbonífero-Permiano, aparentemente depositaram-se em latitudes relativamente baixas, quando se toma o padrão climático atual como referência. Desta forma, informações paleomagnéticas confiáveis de registros geológicos glaciais são altamente relevantes para se estabelecer um modelo climático pretérito.

Este trabalho apresenta resultados paleomagnéticos preliminares das rochas sedimentares glaciais do Grupo Santa Fé (Noroeste do Estado de Minas Gerais), de idade permo-carbonífera. O interesse particular em se realizar estudo paleomagnético nessas rochas reside no fato de se tratar de redbeds, ou seja, rochas de coloração avermelhada devido à presença de hematita, cuja origem data do início da diagênese dos sedimentos, no Permo-Carbonífero conforme verificado por Campos & Dardenne (1994). Essa hematita pigmentar aparece envolvendo os grãos detríticos e que, devido à alta coercividade magnética, deve preservar a magnetização adquirida nessa época. Portanto, essas rochas sedimentares do Grupo Santa Fé são potencialmente muito adequadas para a obtenção de um pólo paleomagnético capaz de satisfazer vários dos critérios de qualidade desejáveis para um pólo paleomagnético de referência.

ASPECTOS GEOLÓGICOS

O Grupo Santa Fé aflora na porção meridional da Bacia Sanfranciscana (cobertura Fanerozóica do Cráton São Francisco) que se estende da região noroeste de Minas Gerais até o Sul do Piauí (Fig. 1). De acordo com Campos & Dardenne (1997) o Grupo Santa Fé se depositou na calha formada por um baixo relativo entre as faixas Brasília, Araçuaí e Espinhaço Setentrional.

O Grupo Santa Fé assenta-se discordantemente sobre a Formação Três Marias do Grupo Bambuí (Proterozóico Superior) e é recoberta pela Formação Areado (Cretáceo Inferior). É composto por arenitos, siltitos, argilitos e diamictitos (tilitos e tilóides) e está localizado estratigraficamente na base da Bacia Sanfranciscana (Campos & Dardenne, 1994 e 1997; Sgarbi et al., 2001). É o grupo aflorante mais antigo encontrado, embora aqueles autores não descartem a possibilidade da existência de sucessões mais antigas subaflorantes.

O posicionamento cronoestratigráfico do Grupo Santa Fé no Permo-Carbonífero foi feito por Campos & Dardenne (1994) baseado na presença de icnofósseis (gêneros Diplichnites e Isopodichnus), embora, de acordo com Rocha-Campos (comunicação pessoal), estes icnotaxons não são indicativos de idade, pois têm uma ampla distribuição no Fanerozóico. Além disso, são sugestivas as semelhanças litológicas entre esta unidade e o Grupo Itararé do Permo-Carbonífero (Bacia do Paraná).

O Grupo Santa Fé é subdividido nas Formações Floresta e Tabuleiro. A Formação Floresta compreende os membros Brocotó, Brejo do Arroz e Lavado (nomenclaturas dadas com base em feições geográficas e geomorfológicas da região) que se interdigitam lateral e verticalmente. A Formação Tabuleiro recobre os membros da Formação Floresta. Várias evidências apontam para uma origem glacial das rochas desse grupo (Campos & Dardenne, 1994; Dardenne & Campos, 2003; Rocha-Campos et al., 2003): presença de pavimentos estriados com estruturas de roches moutonnées na Formação Três Marias; seixos pingados com presença de estrias e faces polidas (Membro Brejo do Arroz); diamictitos não homogêneos e não estratificados (Membro Brocotó); a ocorrência dos sedimentos em vales largos em "U" (indicadores de escavações das capas de gelo).

TRABALHO EXPERIMENTAL

Foi amostrada e analisada uma seção do Membro Lavado da Formação Floresta, situada nas proximidades da cidade de Santa Fé de Minas, noroeste de Minas Gerais (Fig. 1). As amostras orientadas foram coletadas em 39 níveis estratigráficos compreendendo cerca de dez metros da coluna estratigráfica. De cada nível foram retirados pelo menos dois cilindros orientados com auxílio de um amostrador portátil. A orientação foi feita através de bússola magnética e solar. Dos 79 cilindros orientados obtidos preparou-se, em geral, 3 espécimes cilíndricos de 2,5 cm de diâmetro e 2,2 cm de altura que foram submetidos às análises de laboratório.

Para se identificar as possíveis componentes de magnetização as amostras foram submetidas aos processos de desmagnetização graduais. Uma amostra de cada sítio (nível) foi submetida primeiramente a uma desmagnetização por campos magnéticos alternados (c.a.) no desmagnetizador acoplado ao magnetômetro criogênico 2G. A desmagnetização foi realizada em passos de 5mT até o campo máximo de 170mT. Ao final do processo a intensidade de magnetização diminuiu em média apenas 35% (Fig. 2), o que indica a presença de minerais magnéticos altamente coercivos. A seguir as mesmas amostras foram submetidas a desmagnetização térmica utilizando-se o forno blindado MMTD60. O processo foi realizado em etapas entre 150ºC e 680ºC. As curvas de variação da intensidade de magnetização em função da temperatura (Fig. 2) mostraram quedas iniciais para temperaturas variando entre 580ºC e 620ºC e eliminação total da magnetização a 680ºC. Esse comportamento indica a presença de magnetita e da hematita, respectivamente, como principais minerais portadores da remanência.

Ao final dos dois procedimentos verificou-se a presença de uma única componente de magnetização através da análise vetorial (Fig. 2) pelo método de Kirschvink (1980). Considerando que a desmagnetização térmica é um processo lento e que pode produzir alterações químico-mineralógicas nas amostras, procurou-se avaliar a necessidade de se efetuar a desmagnetização térmica em todas as demais amostras. Para tanto se comparou a componente de magnetização identificada entre 10-180mT e a componente identificada entre 150-680ºC para as 39 amostras inicialmente analisadas (Fig. 3). As direções médias calculadas para os dois grupos resultaram iguais dentro do erro estatístico. Desta forma concluiu-se que tanto os minerais com baixa coercividade (provavelmente magnetita) como os de alta coercividade (hematita), são portadores da mesma direção de magnetização adquirida contemporaneamente, e que, portanto, a desmagnetização c.a. é suficiente para isolar e identificar a única componente de magnetização.

Foram ainda desmagnetizadas termicamente mais 32 amostras e as restantes 46 amostras foram submetidas somente a desmagnetização c.a., obtendo-se, assim, resultados de três amostras por sítio.

RESULTADOS

As direções características médias para cada sítio estão apresentadas na Tabela 1 e representadas em rede estereográfica (Fig. 4) e correspondem a campo paleomagnético de polaridade reversa. A maioria dos sítios apresentou dispersão relativamente elevada (parâmetros de Fisher, 1953) devido ao baixo número de dados no cálculo da média (N=3); além do mais, cada espécime analisado representa o registro de um instante diferente do campo geomagnético e que varia dependendo da velocidade de sedimentação. A declinação magnética apresenta variações de grande amplitude ao longo da coluna estratigráfica (Fig. 4), principalmente na base e topo da seção e pode refletir variações do campo magnético terrestre ou variações nas condições de sedimentação.

A direção média geral obtida para o Membro Lavado, dando-se peso um por sítio é Dec = 171,8º, Inc = 63,4º (N = 39; a₉₅ = 4º; k = 34). Neste caso a dispersão é baixa e compatível com o esperado para uma distribuição de dados devida unicamente à variação secular do campo geomagnético. Para cada direção encontrada, calculou-se o pólo geomagnético virtual (PGV) correspondente (Tabela 1 e Fig. 5) e o pólo paleomagnético foi calculado dando-se peso um aos PGVs individuais. Alguns PGVs afastam-se mais de 30º do pólo médio e devem ser descartados da média porque não representam o comportamento padrão do campo geomagnético dipolar. Para melhor se avaliar essa dispersão, o pólo médio foi rotacionado até coincidir com o pólo sul geográfico (Fig. 5B); os dados situados além do círculo de colatitudes de 30º foram então rejeitados; o novo pólo paleomagnético foi calculado (Fig. 5C) e situa-se a 326,0ºE e 62,0ºS (N = 37; a₉₅ = 5,1º; k = 23).

DISCUSSÃO E CONCLUSÕES

O pólo paleomagnético obtido (SF) embora baseado somente em uma seção do Membro Lavado representa consideravelmente bem o Grupo Santa Fé, uma vez que foi baseado em aproximadamente 10m de sedimentação, com um número grande de sítios de amostragem. Quando comparado à curva de deriva polar aparente (CDPA) da América do Sul sugerida por Gilder et al. (2003), o pólo SF não se superpõe a essa curva (Fig. 6), embora a idade sugerida para o Grupo Santa Fé esteja dentro do intervalo de idades compreendido por essa CDPA. Entretanto, deve-se levar em conta que a maioria dos dados considerados nessa CDPA têm problemas quanto à determinação de idade, baixo número de sítios de amostragem, e são provenientes de regiões afetadas por tectonismo. O pólo SF quando comparado à CDPA proposta por McElhinny et al. (2003) para o Gondwana, também não concorda com essa curva, uma vez que os círculos de confiança de SF (SF-1 na Fig. 6) e dos pólos médios não se superpõem total ou parcialmente. Entretanto, SF coloca-se na mesma linha de latitude do pólo médio correspondente a 260 Ma. Esta comparação, entretanto, não é perfeitamente diagnóstica, uma vez que os pólos paleomagnéticos disponíveis para o Gondwana também não atingem o maior grau de confiabilidade (Q < 4).

O Superchron Reverso do Permo-Carbonífero (PCRS) situa-se no intervalo aproximado de 262-312Ma (p. ex. Alva-Valdivia et al., 2002) e alguns intervalos de polaridade normal já foram identificados na base do PCRS e também a aproximadamente 280Ma (Alva-Valdivia et al., op. cit.). Considerando que a seção analisada do Membro Lavado não contém inversões de polaridade, pode-se restringir sua idade provável ao intervalo 260-280Ma, uma vez que a seção estudada é exclusivamente de polaridade reversa. A inclinação da direção média de magnetização é proporcional à latitude ocupada pela região amostrada na época da aquisição da remanência magnética e equivale a uma paleolatitude de 43,9º, portanto cerca de 27º mais ao sul do que se encontra atualmente.

Do ponto de vista da confiabilidade, este novo pólo paleomagnético satisfaz a pelo menos 4 (Q=4) critérios estabelecidos por Van der Voo (1990):

1) número de amostras e parâmetros estatísticos (N > 24, k > 10, a₉₅< 16);

2) desmagnetização detalhada;

3) controle estrutural e coerência tectônica com o bloco cratônico envolvido, não há evidências de rotações do terreno intra-placa;

4) o pólo paleomagnético não se assemelha a paleopólos de idade mais jovem.

Entretanto, outro critério estabelecido mas que não pode ser atendido é quanto à presença de inversões de polaridade. Neste caso, a seção estudada insere-se dentro do longo intervalo de polaridade reversa do Permo-Carbonífero e, portanto, não foram observadas inversões. Por outro lado, o fato das amostras apresentarem magnetização reversa e nenhuma componente semelhante ao campo atual é um aspecto que reforça a qualidade dos dados obtidos. Além do mais, existem dois tipos de portadores magnéticos nessas rochas - magnetita e hematita, ambos tendo registrado a mesma direção de magnetização. A presença de hematita, quando a origem é deposicional ou data dos primórdios da diagênese, é uma garantia de que a magnetização primária deve ter sido preservada, uma vez que sua grande estabilidade magnética não permite remagnetizações por indução magnética, a não ser que eventos tectônicos ou hidrotermais tenham acontecido, o que não há registros na região de estudo.

Futuras investigações paleomagnéticas contemplando outras seções da Formação Floresta situadas em pontos distintos da Bacia, bem como uma seção do embasamento Grupo Bambuí, permitirão investigar possíveis deslocamentos relativos dos terrenos dentro da Bacia e também se houve eventos de remagnetização posteriores à sedimentação paleozóica. Esses trabalhos estão em desenvolvimento e os resultados serão divulgados futuramente.

AGRADECIMENTOS

A Fapesp, pela concessão da bolsa de mestrado (processo 03/103-89) e aos professores Antonio Carlos Rocha Campos e Paulo dos Santos pela assistência durante os trabalhos de campo.

Recebido em 5 dezembro, 2005 / Aceito em 28 junho, 2006

Received on December 5, 2005 / Accepted on June 28, 2006

NOTAS SOBRE OS AUTORES

Daniele Brandt é bacharel em Física pelo Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF - USP) em 2003. Mestre em Geofísica em 2006 no Programa de Pós-Graduação em Geofísica do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG/USP), com o Projeto "Paleomagnetismo do Neopaleozóico da Bacia Sanfranciscana, Noroeste de Minas Gerais".

Marcia Ernesto é doutora e livre-docente em Geofísica pela Universidade de São Paulo onde ocupa o cargo de Professora Titular desde 2001. Atuou junto às universidades de Edimburgo, Munique, Berkeley, entre outras, como pós-doutoranda ou pesquisadora-visitante. É coordenadora do Laboratório de Paleomagnetismo do IAG/USP, pesquisadora do CNPq (nível I-A) e autora de mais de 50 trabalhos científicos e inúmeras comunicações em congressos, além da orientação de teses e dissertações.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  09 Ago 2007
• Data do Fascículo
  Jun 2006

Histórico

• Recebido
  05 Dez 2005
• Aceito
  28 Jun 2006