Unravelling the protracted U-Pb zircon geochronological record of high to ultrahigh temperature metamorphic rocks: Implications for provenance investigations
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Desvendando o prolongado registro geocronológico de zircão U-Pb de rochas metamórficas de alta a ultra-alta temperatura: Implicações para investigações de proveniência
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Resumo
The assessment of detrital zircon age records is a key method in basin analysis, but it is prone to several
biases that may compromise accurate sedimentary provenance investigations. High to ultrahigh temperature (HT-UHT) metamorphism (especially if T > 850 C) is herein presented as a natural cause of bias in
provenance studies based on U-Pb detrital zircon ages, since zircon from rocks submitted to these
extreme and often prolonged conditions frequently yield protracted, apparently concordant, geochronological records. Such age spreading can result from disturbance of the primary U-Pb zircon system, likewise from (re)crystallization processes during multiple and/or prolonged metamorphic events. In this
contribution, available geochronological data on Archean, Neoproterozoic and Palaeozoic HT-UHT metamorphic rocks, acquired by different techniques (SIMS and LA-ICP-MS) and showing distinct compositions, are reassessed to demonstrate HT-UHT metamorphism may result in modes and age
distributions of unclear geological meaning. As a consequence, it may induce misinterpretations on UPb detrital zircon provenance analyses, particularly in sedimentary rocks metamorphosed under such
extreme temperature conditions. To evaluate the presence of HT-UHT metamorphism-related bias in
the detrital zircon record, we suggest a workflow for data acquisition and interpretation, combining a
multi-proxy approach with: (i) in situ U-Pb dating coupled with Hf analyses to retrieve the isotopic composition of the sources, and (ii) the integration of a petrochronological investigation to typify fingerprints
of the HT-UHT metamorphic event. The proposed workflow is validated in the investigation of one theoretical and one natural example allowing a better characterization of the sedimentary sources, maximum depositional ages, and the tectonic setting of the basin. Our workflow allows to the appraisal of
biases imposed by HT-UHT metamorphism and resulting disturbances in the U-Pb detrital zircon record,
particularly for sedimentary rocks that underwent HT-UHT metamorphism and, finally, suggests ways to
overcome these issues.
Abstract
A avaliação de registros de idade de zircão detrítico é um método essencial na análise de bacias, mas é propensa a vários
viéses que podem comprometer investigações precisas de proveniência sedimentar. O metamorfismo de alta a ultra-alta temperatura (HT-UHT) (especialmente se T > 850 C) é aqui apresentado como uma causa natural de viés em
estudos de proveniência baseados em idades de zircão detrítico U-Pb, uma vez que o zircão de rochas submetidas a essas
condições extremas e frequentemente prolongadas frequentemente produzem registros geocronológicos prolongados, aparentemente concordantes. Essa propagação de idade pode resultar de perturbação do sistema primário de zircão U-Pb, da mesma forma que de processos de (re)cristalização durante eventos metamórficos múltiplos e/ou prolongados. Nesta
contribuição, dados geocronológicos disponíveis sobre rochas metamórficas HT-UHT do Arqueano, Neoproterozóico e Paleozóico, adquiridos por diferentes técnicas (SIMS e LA-ICP-MS) e mostrando composições distintas, são reavaliados para demonstrar que o metamorfismo HT-UHT pode resultar em modos e distribuições de idade
de significado geológico pouco claro. Como consequência, pode induzir interpretações errôneas em análises de proveniência de zircão detrítico UPb, particularmente em rochas sedimentares metamorfoseadas sob tais
condições extremas de temperatura. Para avaliar a presença de viés relacionado ao metamorfismo HT-UHT
no registro de zircão detrítico, sugerimos um fluxo de trabalho para aquisição e interpretação de dados, combinando uma
abordagem multiproxy com: (i) datação U-Pb in situ acoplada a análises de Hf para recuperar a composição isotópica das fontes e (ii) a integração de uma investigação petrocronológica para tipificar impressões digitais
do evento metamórfico HT-UHT. O fluxo de trabalho proposto é validado na investigação de um exemplo teórico e um natural, permitindo uma melhor caracterização das fontes sedimentares, idades máximas deposicionais e configuração tectônica da bacia. Nosso fluxo de trabalho permite a avaliação de
viéses impostos pelo metamorfismo HT-UHT e perturbações resultantes no registro de zircão detrítico U-Pb,
particularmente para rochas sedimentares que passaram por metamorfismo HT-UHT e, finalmente, sugere maneiras de
superar esses problemas.
Assunto
Bacias Sedimentares, Zircônio, Rochas
Palavras-chave
Settling basins, Zirconium Ore, Rocks
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Endereço externo
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987122001682