Análise de proveniência sedimentar das bacias de carbónico e do triásico do SW de Portugal (Alentejo e Algarve): contributo para o conhecimento dos processos de formação e fragmentação do supercontinente Pangeia

Abstract

Neste trabalho foram estudadas rochas sedimentares detríticas do SW da Ibéria, pertencentes ao soco Carbónico da Zona Sul Portuguesa e ao Triásico superior das bacias do Alentejo e do Algarve. Pretendeu-se analisar a proveniência destas rochas sedimentares e discutir os modelos geodinâmicos e paleogeográficos associados à sua deposição durante a formação e fragmentação do supercontinente Pangeia. O trabalho incidiu sobre: i) caracterização as relações estratigráficas do soco Carbónico (formações de Mértola, de Mira e da Brejeira) com a discordância da base do Triásico superior (Formação dos Arenitos de Silves), ii) petrografia sedimentar, iii) geoquímica de rocha total e iv) geocronologia U-Pb em zircão detrítico. As formações do Carbónico que se se depositaram em bacias marinhas sinorogénicas relacionadas com a formação da Pangeia (contemporâneas com a colisão entre Laurussia e Gondwana) revelam alguma diversidade da sua história sedimentológica apresentando: i) áreas-fonte diversas ou heterogéneas, ii) sedimentogénese distinta e iii) histórias complexas de reciclagem sedimentar. As rochas detríticas do Triásico superior que se depositaram em bacias intra-continentais associadas à fragmentação da Pangeia, apresentam composição acentuadamente diferentes da composição das rochas do Carbónico. O ambiente geotectónico dedutível para as amostras do Carbónico é dominado por material reciclado de proveniência continental (mais significativo para o topo da sequência estratigráfica- formações de Mira e Brejeira) e também, oriundos de arcos vulcânicos continentais e de arcos-ilha, mais acentuado na formação mais antiga (Formação de Mértola). Os dados de geocronologia U-Pb em zircão detrítico mostram que todas as amostras do Carbónico e do Triásico superior do SW da Ibéria apresentam idades de zircão detrítico mais antigas que c. 515 Ma que representam eventos de crescimento de zircão típicos da margem Norte de Gondwana: i) idades paleoproterozóicas e arcaicas características do Cratão Oeste Africano, ii) idades neoproterozóicas relacionadas com eventos Cadomianos e Pan-Africanos, e iii) idades câmbricas associadas aos estádios iniciais do rifting intra-continental do Paleozóico inferior. Estas idades sugerem áreas-fonte com a mesma história de eventos de crescimento de zircão e que neste caso podem ser as rochas do SW da Ibéria que não incluem os eventos de crescimento de zircão posteriores a c. 515 Ma. Nos grauvaques do Carbónico notam-se variações importantes entre as populações de zircão detrítico se compararmos a Formação de Mértola e as formações de Mira e de Brejeira (amostras deste trabalho); salienta-se: i) a população de zircão detrítico de idade Devónico médio-superior que é característica da Formação de Mértola (e que perde progressivamente a sua relevância nas formações mais recentes do Carbónico) e cuja área-fonte não se conhece no SW da Ibéria; ii) o progressivo incremento de idades mais antigas que c. 515 Ma da Formação de Mira para a Formação da Brejeira, sugerindo uma crescente denudação do soco mais antigo do SW da Ibéria; iii) a diferença entre as idades de zircão mais recentes que c. 515 Ma (paleozóicas) das formações carbónicas onde as idades do Ordovícico superior e Silúrico são exclusivas da Formação de Brejeira, sugerindo o acréscimo de uma fonte externa ao SW da Ibéria (Ganderia, Avalonia ou Meguma fazendo parte da Laurússia?) durante o Carbónico superior. As bacias sinorogénicas carbónicas do SW da Ibéria são contemporâneas da edificação da cadeia de montanha varisca que sofreu um colapso gravitacional e extensão intra-orogénica no Carbónico inferior, seguido de contracção e levantamento no Carbónico superior. As bacias do Carbónico foram alimentadas por detritos provenientes: i) de um arco magmático associado ao fecho do Oceano Rheic no Devónico médio-superior e também, ii) oriundos de áreas-fontes localizadas nos dois continentes envolvidos na colisão, embora com maior ou menor influência de um deles. Apesar de existir uma semelhança entre as idades de zircão mais antigas que c. 515 Ma para todos os arenitos do Triásico superior das bacias do Alentejo e do Algarve, é evidente a diferença patente entre as idades mais recentes paleozóicas. Enquanto nos arenitos da Bacia do Algarve as idades de zircão detrítico mais recentes que c. 515 Ma estão parcamente representadas pelo contrário, nos arenitos da Bacia do Alentejo estas idades são bastante significativas e representam eventos de crescimento de zircão típicos da orogenia varisca (Devónico médio-superior e Carbónico inferior). As populações de zircão detrítico da Formação de Arenitos de Silves da Bacia do Alentejo apresentam algumas diferenças entre si e quando comparadas com as formações carbónicas da Zona Sul Portuguesa apresentam semelhanças com as populações de zircão detrítico das formações de Mira e da Brejeira, e ainda, com rochas do soco da Zona Ossa-Morena que registam eventos de crescimento de zircão varisco (Carbónico). As populações de zircão detrítico das duas amostras da Formação de Arenitos de Silves da Bacia do Algarve são semelhantes entre si mas bem diferentes das populações de zircão detrítico do soco Carbónico onde assentam em discordância, que é representado pela Formação da Brejeira. As fontes potenciais destes arenitos do Triásico superior da Bacia do Algarve não necessitam de ser exteriores ao SW da Ibéria e podem inclusivamente ser provenientes das formações de Tercenas (Devónico superior-Carbónico inferior) e Filito-Quartzitica (PQ, Devónico superior) da Zona Sul Portuguesa, ou também rochas da Zona Ossa-Morena sem o registo de eventos de crescimento de zircão variscos. Sugere-se que no Triásico superior as forças distensivas associadas à fragmentação da Pangeia terão induzido a formação de complexos sistemas paralelos ou conjugados de falhas normais que compartimentaram a crusta continental durante os estádios iniciais da formação de rifting intra-continental. O movimento de blocos terá influenciando as taxas de denudação das áreas-fonte contribuindo para as diferenças observadas nas bacias do Alentejo e do Algarve; ABSTRACT: In this work, detrital sedimentary rocks from the Carboniferous basement of the South Portuguese Zone and the upper Triassic basins of Alentejo and Algarve (SW Iberia) were studied. The results of the sedimentary petrography, whole-rock geochemistry and U-Pb geochronology on detrital zircon were used develop a provenance analysis study and to discuss the geodynamic and paleogeographic models associated with their deposition during the formation and fragmentation of the supercontinent Pangaea. Based on the geochemistry, the Carboniferous formations deposited in marine synorogenic basins related to the formation of Pangaea (contemporaneous with the collision between Gondwana and Laurussia) show some diversity in their sedimentological history due to: i) heterogeneous or distinct source areas; ii) distinct sedimentogenesis and iii) complex histories of sedimentary recycling. The upper Triassic detrital rocks that were deposited in intra-continental basins associated with the fragmentation of Pangaea, have markedly different composition when compared to the Carboniferous sedimentary rocks. The geotectonic environment deductible for the Carboniferous samples is dominated by recycled continental provenance (more expressive towards the top of the stratigraphic sequence- Mira and Brejeira formations) and also originating from continental volcanic arcs and island-arcs, more pronounced in the older formation (Mértola Formation). The U-Pb data geochronology on detrital zircon show that all samples present ages older than c. 515 Ma representing zircon forming events typical of the northern Gondwana margin: i) Archean and Paleoproterozoic ages typical of the West African Craton, ii) Neoproterozoic ages related to Cadomian and Pan-African events, and iii) lower Cambrian ages related with the early stages of the lower Paleozoic intra-continental rifting. These ages suggest source areas with the same history of zircon forming events probably the rocks from the SW Iberia basement that does not include ages of zircon growth younger than c. 515 Ma. In the Carboniferous greywackes important variations among populations of detrital zircon from different formations are noted. The Mértola Formation has a mid-upper Devonian population of mid-upper Devonian detrital zircons whose source area is not known in SW Iberia, and which gradually loses its relevance in the Mira and Brejeira formations. The results also show that there is a gradual increment of detrital zircons with ages older than c. 515 Ma towards the top of the stratigraphic sequence, suggesting a growing denudation of the older basement of SW Iberia. The Brejeira greywackes include upper Ordovician and Silurian detrital zircons, suggesting the addition of an external source (Ganderia, Avalonia or Meguma part of Laurússia?). The development of the Carboniferous synorogenic basins of SW Iberia is coeval with the building of the Variscan mountain belt that suffered a gravitational collapse and intra-orogenic extension during the lower Carboniferous and later contraction causing a upper Carboniferous uplift. The Carboniferous basins were filled with detritus from: i) a magmatic arc associated with the closure of the Rheic Ocean in the middle-upper Devonian and, ii) source areas located on two continents involved in the collision. Although there is a similarity between the ages of zircons older than c. 515 Ma for all of the upper Triassic sandstones from the Alentejo and Algarve basins, it is clear the difference between the upper Paleozoic ages. While in the sandstones of the Algarve Basin detrital zircon ages younger than c. 515 Ma are poorly represented in the Alentejo Basin sandstones these ages are significant and represent zircon forming events typical of the Variscan orogeny (mid-upper Devonian and lower Carboniferous). The populations of detrital zircon from the Arenitos de Silves Formation sampled in the Alentejo Basin have some differences when compared with each other and have similarities with populations of detrital zircon from the Mira and Brejeira formations as well as the basement rocks of the Ossa-Morena Zone that record Variscan zircon forming events (Carboniferous). The populations of detrital zircons from two samples of the Arenitos de Silves Formation in the Algarve Basin are similar to each other but are very different when compared with populations of detrital zircons from the Carboniferous basement. Potential sources of these upper Triassic sandstones of the Algarve basin may be derived from the Tercenas (upper Devonian-lower Carboniferous) and Phyllite-Quartzite (PQ, upper Devonian) formations from the South Portuguese Zone, and also from the basement rocks of the Ossa-Morena Zone without the record of Variscan zircon forming events. It is suggested that the upper Triassic extensional forces associated with the fragmentation of Pangaea have induced the formation of complex systems of parallel or conjugated normal faults that compartmentalized the continental crust during the early stages of the formation of intra-continental rifting. Thus, the movements of blocks influenced the rates of denudation of the source areas contributing to the observed differences in the upper Triassic basins of Alentejo and Algarve.