Aula_04_Grau_Facies_2014[1]

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28/09/2014
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http://www.cgmw.net : Commission for the Geological Map of the World
Grau metamórfico e o conceito de fácies metamórficas
GE-606 - Petrografia e Petrologia Metamórfica
Graduação em Geologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Instituto de Geociências
Campinas, 26 de agosto de 2014 
• Grau metamórfico
• Paragêneses
• Associações minerais (mineral assemblage)
• Fácies metamórficas
• Surgimento sucessivo de minerais
• Minerais-índices
• Zonas metamórficas
• Isógradas
Barrow (1893, 1912)
Eskola (1915, 1920,1939)
Tilley (1924)
Winkler (1893, 1912)
Variações nas condições de P-T do metamorfismo 
Variações nas condições de P-T do metamorfismo 
Estudo de metapelitos da região do Dalradian, na Scottish
Highlands
Reconhecimento da cristalização de determinados minerais
metamórficos em função da variação da temperatura
Aumento da granulação dos minerais com o aumento da
pressão e da temperatura
Caracterização de zonas metamorfismo progressivo,
caracterizadas por minerais índices
• Barrow (1893, 1912)
Mapa geológico 
regional dos Scottish 
Highlands, mostrando 
as zonas 
metamórficas 
caracterizadas pelo 
desenvolvimento de 
minerais índices com 
o aumento do grau 
metamórfico.
Gillen (1982) 
Metamorphic Geology. 
An Introduction to 
Tectonic and 
Metamorphic 
Processes. George 
Allen & Unwin. London. 
Área do 
estudo de 
Barrow
Zonas metamórficas: definidas por reações que resultam no
aparecimento de minerais índices não encontrados nas zonas
prededentes. Zonas metamórficas podem ser mapeadas como
isógradas.
Zonas metamórficas
Barrow
Minerais índice 
clorita —> biotita —> granada —> estaurolita —> cianita —> 
sillimanita —> sillimanita + ortoclásio 
Zona metamórfica Associação mineral
Zona da clorita clorita + mus + qtz + H2O + minerais reliquiares
Zona da biotita clorita + biotita + mus + qtz + H2O
Zona da granada clorita + biotita + granada + mus + qtz + H2O
Zona da estaurolita
biotita + granada + estaurolita + mus + qtz + 
H2O (+ clorita)
Zona da cianita cianita + 2 fases AKFM + mus + qtz + H2O
Zona da sillimanita granada + biotita + sillimanita + mus + qtz + H2O
Zona da sillimanita + 
ortoclásio
sillimanita + ortoclásio + quartzo+ H2O + melt 
sem muscovita
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Metapelitos: progressão do metamorfismo em pressões intermediárias
Zona da biotita
Muscovita, biotita, 
clorita, quartzo
Granada, 
muscovita, biotita, 
clorita, quartzo
Zona da granada Zona da estaurolita
Quartzo, muscovita, 
biotita, granada e 
estaurolita
http://christian.nicollet.free.fr
Zona da cianita
Muscovita, quartzo
e cianita
Sillimanita (2), biotita 
Zona da sillimanita Anatexia
http://christian.nicollet.free.fr
Fusão parcial: bandas 
com composição 
granítica (quartzo-
feldspática). Restito 
composto por biotita
Metapelitos: progressão do metamorfismo em pressões intermediárias
Região de Buchan, 
Scottish Highlands
Metapelitos: progresão do metamorfismo em pressões baixas
Ex.: Região de Buchan
Biotita cordierita andalusita sillimanita
Zona da andalusita
Poiquiloblasto oval de 
cordierita em matriz de 
muscovita, biotita e quartzo. 
Andalusita também ocorre 
como poiquiloblastos. 
Largura do campo = 7 mm
Diagrama P-T para o sistema Al2SiO5 mostrando os campos de estabilidade para os três polimorfos 
andalusita, cianita e sillimanita. Também apresentada a hidratação de Al2SiO5 para pirofilita.
Isógradas 
• Isógrada define um limite a partir do qual aparece um 
mineral índice até então não presente em um determinado 
tipo de rocha
• Isógradas podem ser mapeadas e representam cortes de 
planos com a superfície atual ao longo dos quais associações 
de minerais novos aparecem substituindo os minerais cujas 
estabilidades foram ultrapassadas. 
• Na faixa de temperatura de um determinado grau 
metamórfico podemos reconhecer isógradas diferentes 
representando associações de novos minerais.
• Como um novo mineral poderá aparecer através de reações 
diferentes, é mais correto definir uma isógrada pela 
associação mineral
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Isógrada reflete uma reação química que ocorreu em condições 
específicas de P e T
Por exemplo, a isógrada da granada nos Scottish Highlands
resulta da reação:
clorita + muscovita + quartzo = granada + biotita + H2O
(Mg,Fe)5Al2Si3O10(OH)8 + KAl3Si3O10(OH)2 + SiO2 =
(Fe,Mg)3Al2Si3O12 + K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2 + H2O
Press and 
Siever:
Understanding 
Earth 1994 W. 
H. Freeman and 
Company 
Mapa de isógradas
Aumento do grau metamórfico
Mapa de 
isógradas
Kangmar Dome, Tibet
http://www.geol.ucsb.edu/fa
culty/hacker/geo102C/lectu
res/entropy.jpg
Mapa de 
isógradas
• P. Eskola (1914, 1915) - Orijärvi, Finlândia
• Rochas com K-feldspato + cordierita em Oslo são 
composicionalmente equivalentes a rochas de Orijärvi que 
apresentam biotita + muscovita
• Diferenças nas associações minerais devem refletir 
diferentes condições 
• Eskola concluiu que as rochas mais hidratadas de Orijärvi 
formaram-se em menores temperaturas e maiores pressões
Conceito de Fácies Metamórficas Conceito de fácies metamórficas
Eskola (1914, 1915)
Estudo em rochas básicas ígneas e vulcanoclásticas de
Orijãrvi (Finlândia)
Seqüência de surgimento de minerais metamórficos foram
atribuídas a variações de P-T
Fácies metamórficas: diferentes paragêneses para
diferentes litotipos submetidos a uma mesma condição de
temperatura e de pressão
Diferentes rochas, com diferentes composições químicas, podem
ter seu grau metamórfico estimado através de diversas
assembléias, presentes em cada um dos litotipos.
Rochas com composições químicas iguais desenvolvem a mesma
mineralogia (paragênese de vários minerais) em uma mesma facies 
metamórfica.
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Facies metamórficas
Oslo: Ksp + Cord
Orijärvi: Bi + Mus
Reação:
2 KMg3AlSi3O10(OH)2 + 6 KAl2AlSi3O10(OH)2 + 15 SiO2 
Bt Ms Qtz
= 3 Mg2Al4Si5O18 + 8 KAlSi3O8 + 8 H2O
Crd Kfs
Oslo e Orijärvi: rochas com a mesma composição química, mas com 
diferentes minerais....
Conceito de Fácies Metamórficas de 
Eskola (1915):
Em qualquer rocha metamórfica que tenha 
atingido o equilíbrio químico durante o 
metamorfismo a temperatura e pressão 
constantes a composição dos minerais é 
controlada apenas pela composição química. 
Fácies metamórficas mais comuns:
Facies zeólita - temperaturas do início de 
metamorfismo entre 200 - 400 oC
Facies xisto verde - temperaturas baixas < 500 oC
Facies anfibolito - temperatura média 500 até 700 oC
Facies xisto azul -pressão elevada e temperatura
baixa P > 6 kb/ T < 400 oC
Facies granulito – pressão média/alta e temperatura
elevadas T 750-1000 oC
Facies eclogito – pressão e temperatura elevadas T 
700-900 oC
Facies metamórficas
Winter (2001) An 
Introduction to 
Igneous and 
Metamorphic 
Petrology.
Prentice Hall.
(Z) fácies zeolítica
(PP) fácies prehnita-pumpellyita
(XV) fácies xisto verde
(EA) fácies epidoto anfibolito
(A) fácies anfibolito
(G) fácies granulito
(XA) fácies xisto azul
(E) fácies eclogito
(AE) fácies albita-epidoto
hornfels
(H) fácies hornblenda hornfels
(p) fácies piroxênio hornfels
(S) fácies sanidina hornfels
Facies metamórficas
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Facies metamórficas
Metamorfimo de alta pressão
Ultra High P Metamorphism
• Associações minerais que caracterizam cada fácies (para 
rochas máficas)
Fácies Metamórficas
Facies Definitive Mineral Assemblage in Mafic Rocks
 Zeolite zeolites: especially laumontite, wairakite, analcime
 Prehnite-Pumpellyite prehnite + pumpellyite (+ chlorite + albite)
 Greenschist chlorite + albite + epidote(or zoisite) + quartz ± actinolite
 Amphibolite hornblende + plagioclase (oligoclase-andesine) ± garnet
 Granulite orthopyroxene (+ clinopyrixene + plagioclase ± garnet ±
 hornblende)
 Blueschist glaucophane + lawsonite or epidote (+albite ± chlorite)
 Eclogite pyrope garnet + omphacitic pyroxene (± kyanite)
 Contact Facies
After Spear (1993)
Table 25-1. Definitive Mineral Assemblages of Metamorphic Facies
Mineral assemblages in mafic rocks of the facies of contact meta-
morphism do not differ substantially from that of the corresponding 
regional facies at higher pressure.
Condições P-T nos limites de placa
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Conceito de grau metamórfico:
Grau incipiente
Grau fraco
Grau médio
Grau forte (segundo Winkler, 1977)
Informalmente podem ser chamados grau incipiente, grau baixo, 
grau médio e grau alto. 
Os graus muito baixo e baixo correspondem aproximadamente a 
facies xisto verde (o primeiro inclui a facies xisto azul). 
Os graus médio e alto correspondem as facies anfibolito e granulito 
respectivamente. 
Como no caso de facies, os limites de graus metamórficos são 
definidos pela inestabilidade de minerais do grau anterior (de 
temperatura inferior) e pela aparência de uma assembleia mineral 
típica que substitui a anterior. Assim, os minerais característicos de 
grau incipiente (very-low-grade) desaparecem dando lugar aos 
minerais de grau fraco (low grade)
6-12-2004 33
ROCHA
Foliação
Dimensão
cristalina
Associação
mineralógica
BASALTO
ausente
visível com lupa
olivina, 
piroxênio, plag
xisto verde
distinta
Visível com lupa
clorita, epidoto,
plag, (calcita)
anfibolito
distinta
visível
anf, epidoto,
plag, (calcita)
granulito
indistinta
média-grossa
piroxênio,
Plag, granada
ROCHA
Foliação
Dimensão
cristalina
Associação
mineralógica
ARGILITO
ausente
microscópica
Argilo-minerais,
quartzo, calcita
ardósia filito
sútil
distinta
microscópica
quarzo, clorita,
muscovita,
plagioclásio
xisto
xistosidade
visível
quarzo, muscovita,
biotita, plag,
granada, estaurolita
gnaisse
bandamento
média-grossa
quarzto, biotita,
plag, granada
sillimanita
Grau metamórfico
baixo médio alto 
Metamorfismo de argilito e basalto
Um perfil transversal através de um terreno metamórfico pode 
atravessar vários gradientes metamórficos, que constituem 
uma seqüência facial
Séries Faciais
Miyashiro (1961) reconheceu em cinturões
metamórficos do Japão que a seqüência de
minerais não era a mesma observada nos
litotipos da Escócia e analisando os dados
introduziu o conceito da série facial de
metamorfismo, também conhecido como tipos
báricos do metamorfismo
Miyashiro (1961) inicialmente propôs cinco séries 
faciais com nomes representativos de “localidades 
tipo”.
1. Contato (baixa P)
2. Buchan ou Abukuma (baixa P, regional)
3. Barroviana (P intermediária, regional)
4. Sanbagawa (alta P, moderada T)
5. Franciscana (high-P, low T)
Séries Faciais
a) Alta pressão (Sanbagawa, Miyashiro, 1961; Franciscano, Turner, 1981; xisto azul ou
glaucofânio xisto, Harker, 1932). A pressão é alta e as temperaturas muito baixas.
zeólitas ® prehnita ® pumpellyita ® xistos azuis (glaucofânio + lawsonita ou 
epidoto + albita-clorita) ® eclogito (granada + onfacita)
b) Pressão intermediária (Barrowiano, Harker, 1932; cianita–sillimanita, Miyashiro,
1961; Canigou, Guitard, 1965; Dalradiano):
xistos verdes (clorita + albita + epidoto + actinolita) ® epídoto anfibolito (homblenda 
+ aIbita-oligoclásio + epidoto + granada) ® anfibolito (homblenda + oligoclásió-
andesina + granada) ® granulito (ortopiroxênio + clinopiroxênio + plagioclásio +
homblenda + granada)
c) Baixa pressão (Abukuma ou Ryoke–Abukuma, Miyashiro, 1958; New Hampshire,
Turner, 1981; andalusita–sillimanita, Miyashiro, 1961; Carança ou Lech, Guitard, 1965;
Buchan, Harker, 1932):
biotita ® cordierita ® andaIusita ® sillimanita
Tipos báricos de metamorfismo
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Fig. 25-3.
Temperature-
pressure diagram 
showing the three 
major types of 
metamorphic 
facies series 
proposed by 
Miyashiro (1973, 
1994). Winter 
(2001) An 
Introduction to 
Igneous and 
Metamorphic 
Petrology. 
Prentice Hall.
Condições P-T estimadas para diferentes terrenos metamórficos
Turner (1981). Metamorphic Petrology: Mineralogical, Field, and Tectonic Aspects. McGraw-Hill. 
Cinturões metamórficos pareados
Cinturões metamórficos de 
Sanbagawa e Ryoke no 
Japão. Turner (1981) 
Metamorphic Petrology: 
Mineralogical, Field, and 
Tectonic Aspects. McGraw-
Hill and Miyashiro (1994) 
Metamorphic Petrology. 
Oxford University Press. 
Baixa pressão
Alta pressão
Justaposição de 
cinturões com séries 
facias de baixa e alta 
pressão
Cinturões metamórficos pareados: relação com a 
tectônica
Esquema das isotermas numa zona de subducção. Notar que a isoterma 
de 600 o C pode estar a mais de 100 km na trincheira e a menos de 20 km 
sob o arco vulcânico.
Cinturões metamórficos pareados: 
metamorfismo em margens convergentes
Alta P/Baixa T (Sanbagawa)
Baixa P/Alta T (Abukuma)