Paleomagnetic record and magnetic mineralogy of neoproterozoic sedimentary successions of West Gondwanaland

This thesis investigates the paleomagnetic record and magnetic mineralogy of Neoproterozoic sedimentary successions across West Gondwanaland, aiming to constrain the timing, mechanisms, and geodynamic context of large-scale remagnetization that occurred on the paleomegacontinent. By integrating pale...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Pescarini, Thales
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2025
País:Brasil
Institución:Universidade de São Paulo (USP)
Repositorio:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:teses.usp.br:tde-18072025-204857
Acceso en línea:https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14132/tde-18072025-204857/
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Estratigrafia
Geofísica
Geologia
Magnetismo de rochas
Mineralogia magnética
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Registro paleomagnético e a mineralogia magnética de sucessões sedimentares neoproterozóicas de Gondwana Ocidental
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description This thesis investigates the paleomagnetic record and magnetic mineralogy of Neoproterozoic sedimentary successions across West Gondwanaland, aiming to constrain the timing, mechanisms, and geodynamic context of large-scale remagnetization that occurred on the paleomegacontinent. By integrating paleomagnetic, rock magnetic, and mineralogical datasets from three key stratigraphic unitsthe Maieberg Formation (Congo Craton), Nama Group (Kalahari Craton), and Corumbá Group (Amazonian Craton)this work provides a multi-craton assessment of secondary magnetizations attributed to the final stages of West Gondwanaland amalgamation. In the Maieberg Formation (635 Ma), a cap carbonate sequence overlying Marinoan glacial diamictites in northern Namibia, two distinct remanence components were isolated: C1, interpreted as a depositional or post-depositional magnetization, and C2, a thermochemical remanence associated with fine-grained authigenic magnetite. Paleolatitude estimates derived from C1 suggest deposition at ~33°S, providing the first quantitative constraint on the low-latitude position of the post-Snowball Earth Congo Craton. Our dataset shows a clear distinction in domain state, coercivity and mineralogical aspects between C1- and C2-bearing samples, suggesting that C2 represents a remagnetization overprint, likely associated with magnetite precipitation mediated by clay diagenesis and subsequently affected by thermal relaxation. We then investigate the Nama Group, a terminal Ediacaran siliciclastic-carbonate succession located in the foreland of the Damara-Gariep Belts. Drill-core samples were subjected to comprehensive rock magnetic analyses. A pervasive reverse-polarity remagnetization component (C2) was isolated, carried by SD magnetite and monoclinic pyrrhotite, with unblocking temperatures ranging from 320450°C. Mineralogical and coercivity spectra indicate a mixture of non-interacting SD grains and superparamagnetic particles. Our findings argue against a chemical remagnetization origin and instead support a thermoviscous acquisition mechanism under prolonged, low-grade heating conditions. The remagnetization (490470 Ma) is interpreted as regional and post-orogenic, imposed during the waning stages of the Damara orogeny. The next focus was on the Corumbá Group (Amazonian Craton), a Neoproterozoic carbonatesiliciclastic sequence exposed in the Southern Paraguay Belt. Magnetic experiments reveal a remanence carried by SD pyrrhotite and magnetite, with a significant superparamagnetic fraction. The overall observations are consistent with thermally relaxed diagenetic assemblages. Paleomagnetic results show a 4090° counterclockwise vertical-axis rotation relative to expected cratonic reference directions, providing critical evidence for late-stage deformation synchronous with or postdating remagnetization. The blocking temperature distribution and paleomagnetic directions suggest a thermoviscous remanent magnetization acquired during regional burial heating and subsequently blocked during tectonic uplift between ~500480 Ma. These constraints redefine the timing of deformation in the Southern Paraguay Belt and support a post-orogenic remagnetization mechanism common to the other cratonic margins of West Gondwanaland. Finally, to further test the physical viability of a thermoviscous remagnetization mechanism, we developed a thermotectonic model specifically using data from the Nama Group. Raman spectroscopy of organic matter was conducted on shale samples, with spectral parameters and calibrated temperature estimates indicating peak burial temperatures between 300 and 350°C, consistent with lower greenschist facies conditions. These results were integrated with magnetic thermochronometry modeling based on Néel relaxation theory. The resulting blocking temperature distributions and geological relaxation times demonstrate that magnetization acquired during orogenic heating could have progressively locked in during post-tectonic cooling at rates of approximately 1°C/Myr. The convergence of magnetic, thermal, and geochronological evidence supports a unified thermotectonic model in which the widespread remagnetization of West Gondwanaland occurred during tectonic stabilization phase through isostatic rebound following the Pan-AfricanBrasiliano orogenies. Altogether, this thesis establishes a unified, multi-craton framework for understanding the remagnetization of West Gondwanaland as a thermotectonic phenomenon. Through a detailed description of the remanence carriers and by demonstrating the physical feasibility of long-duration thermal remagnetization under geologically realistic heating and cooling scenarios, this work provides a new physical basis for interpreting the enigmatic, widespread secondary magnetizations observed in sedimentary basins across this megacontinent.
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In the Maieberg Formation (635 Ma), a cap carbonate sequence overlying Marinoan glacial diamictites in northern Namibia, two distinct remanence components were isolated: C1, interpreted as a depositional or post-depositional magnetization, and C2, a thermochemical remanence associated with fine-grained authigenic magnetite. Paleolatitude estimates derived from C1 suggest deposition at ~33°S, providing the first quantitative constraint on the low-latitude position of the post-Snowball Earth Congo Craton. Our dataset shows a clear distinction in domain state, coercivity and mineralogical aspects between C1- and C2-bearing samples, suggesting that C2 represents a remagnetization overprint, likely associated with magnetite precipitation mediated by clay diagenesis and subsequently affected by thermal relaxation. We then investigate the Nama Group, a terminal Ediacaran siliciclastic-carbonate succession located in the foreland of the Damara-Gariep Belts. Drill-core samples were subjected to comprehensive rock magnetic analyses. A pervasive reverse-polarity remagnetization component (C2) was isolated, carried by SD magnetite and monoclinic pyrrhotite, with unblocking temperatures ranging from 320450°C. Mineralogical and coercivity spectra indicate a mixture of non-interacting SD grains and superparamagnetic particles. Our findings argue against a chemical remagnetization origin and instead support a thermoviscous acquisition mechanism under prolonged, low-grade heating conditions. The remagnetization (490470 Ma) is interpreted as regional and post-orogenic, imposed during the waning stages of the Damara orogeny. The next focus was on the Corumbá Group (Amazonian Craton), a Neoproterozoic carbonatesiliciclastic sequence exposed in the Southern Paraguay Belt. Magnetic experiments reveal a remanence carried by SD pyrrhotite and magnetite, with a significant superparamagnetic fraction. The overall observations are consistent with thermally relaxed diagenetic assemblages. Paleomagnetic results show a 4090° counterclockwise vertical-axis rotation relative to expected cratonic reference directions, providing critical evidence for late-stage deformation synchronous with or postdating remagnetization. The blocking temperature distribution and paleomagnetic directions suggest a thermoviscous remanent magnetization acquired during regional burial heating and subsequently blocked during tectonic uplift between ~500480 Ma. These constraints redefine the timing of deformation in the Southern Paraguay Belt and support a post-orogenic remagnetization mechanism common to the other cratonic margins of West Gondwanaland. Finally, to further test the physical viability of a thermoviscous remagnetization mechanism, we developed a thermotectonic model specifically using data from the Nama Group. Raman spectroscopy of organic matter was conducted on shale samples, with spectral parameters and calibrated temperature estimates indicating peak burial temperatures between 300 and 350°C, consistent with lower greenschist facies conditions. These results were integrated with magnetic thermochronometry modeling based on Néel relaxation theory. The resulting blocking temperature distributions and geological relaxation times demonstrate that magnetization acquired during orogenic heating could have progressively locked in during post-tectonic cooling at rates of approximately 1°C/Myr. The convergence of magnetic, thermal, and geochronological evidence supports a unified thermotectonic model in which the widespread remagnetization of West Gondwanaland occurred during tectonic stabilization phase through isostatic rebound following the Pan-AfricanBrasiliano orogenies. Altogether, this thesis establishes a unified, multi-craton framework for understanding the remagnetization of West Gondwanaland as a thermotectonic phenomenon. Through a detailed description of the remanence carriers and by demonstrating the physical feasibility of long-duration thermal remagnetization under geologically realistic heating and cooling scenarios, this work provides a new physical basis for interpreting the enigmatic, widespread secondary magnetizations observed in sedimentary basins across this megacontinent.Esta tese investiga o registro paleomagnético e a mineralogia magnética de sucessões sedimentares neoproterozoicas ao longo do Gondwanaland Ocidental, com o objetivo de restringir o tempo, os mecanismos e o contexto geodinâmico da remagnetização em larga escala que afetou o paleomegacontinente. Integrando conjuntos de dados paleomagnéticos, de magnetismo de rochas e mineralógicos de três unidades estratigráficas-chave -- a Formação Maieberg (Craton do Congo), o Grupo Nama (Craton do Kalahari) e o Grupo Corumbá (Craton Amazônico) -- este trabalho oferece uma avaliação multicratônica das magnetizações secundárias atribuídas aos estágios finais da amalgamação do Gondwanaland Ocidental. Na Formação Maieberg (635 Ma), uma sequência de carbonatos de capa sobre diamictitos glaciais da glaciação Marinoana no norte da Namíbia, foram isolados duas componentes de remanência distintas: C1, interpretado como uma magnetização deposicional ou pós- deposicional, e C2, uma remanência termoquímica associada à magnetita autigênica fina. Estimativas de paleolatitude derivadas de C1 indicam deposição em torno de ~33°S, fornecendo a primeira restrição quantitativa à posição em baixas latitudes do Craton do Congo após o evento Snowball Earth. Os dados obtidos mostram uma clara distinção entre os estados de domínio, espectros de coercividade e aspectos mineralógicos entre as amostras portadoras de C1 e C2, sugerindo que C2 representa uma remagnetização, provavelmente associada à precipitação de magnetita mediada por diagênese de argilas e posteriormente afetada por relaxação térmica. Em seguida, investigamos o Grupo Nama, uma sucessão siliciclástica-carbonática do Ediacarano terminal localizada no foreland dos Cinturões Damara-Gariep. Amostras de testemunhos de sondagem foram submetidas a análises magnéticas detalhadas. Uma componente de remagnetização de polaridade reversa, pervasiva (C2), foi isolada, portada por magnetita de domínio simples (SD) e pirrotita monoclínica, com temperaturas de desbloqueio variando entre 320-450 °C. Os espectros mineralógicos e de coercividade indicam uma mistura de grãos SD não interativos e partículas superparamagnéticas. Nossos resultados contradizem uma origem por remagnetização química e, em vez disso, sustentam um mecanismo de aquisição por remanência termoviscosa, sob condições prolongadas de aquecimento de baixo grau. A remagnetização (490-470 Ma) é interpretada como regional e pós-orogênica, imposta durante os estágios finais da orogenia Damara. O foco seguinte recai sobre o Grupo Corumbá (Craton Amazônico), uma sequência carbonática-siliciclástica neoproterozoica exposta na Faixa Paraguai Sul. Experimentos magnéticos revelam uma remanência carregada por pirrotita e magnetita de domínio simples, com uma fração significativa de partículas superparamagnéticas. As observações gerais são consistentes com assembleias diagenéticas submetidas a relaxamento térmico. Os resultados paleomagnéticos mostram uma rotação vertical no sentido anti-horário entre 40° e 90° em relação às direções cratônicas esperadas, fornecendo evidência crítica para deformações tardias, síncronas ou posteriores à remagnetização. A distribuição das temperaturas de bloqueio e as direções paleomagnéticas sugerem uma remanência termoviscosa adquirida durante o aquecimento regional por soterramento e subsequentemente bloqueada durante o soerguimento tectônico entre ~500-480 Ma. Essas restrições redefinem o tempo da deformação no Cinturão Paraguai Meridional e sustentam um mecanismo de remagnetização pós-orogênica, comum a outras margens cratônicas do Gondwanaland Ocidental. Por fim, para testar mais profundamente a viabilidade física de um mecanismo de remagnetização termoviscosa, desenvolvemos um modelo termotectônico baseado especificamente em dados do Grupo Nama. A espectroscopia Raman da matéria orgânica foi realizada em amostras de folhelho, cujos parâmetros espectrais e estimativas de temperatura calibradas indicam picos de temperatura entre 300 e 350 °C, compatíveis com condições epizonais de fácies xisto-verde inferior. Esses resultados foram integrados a modelos de termocronometria magnética baseados na teoria de relaxação de Néel. As distribuições de temperaturas de bloqueio resultantes e os tempos de relaxamento geológico demonstram que a magnetização adquirida durante o aquecimento orogênico poderia ter sido progressivamente bloqueada durante o resfriamento pós-tectônico a taxas de aproximadamente 1 °C/Ma. A convergência entre as evidências magnéticas, térmicas e geocronológicas sustenta um modelo termotectônico unificado, no qual a remagnetização generalizada do Gondwanaland Ocidental ocorreu durante a fase de estabilização tectônica por rebote isostático subsequente às orogenias Pan-Africana e Brasiliana. Em conjunto, esta tese estabelece uma estrutura interpretativa unificada e multicratônica para compreender a remagnetização do Gondwanaland Ocidental como um fenômeno termotectônico. Através da caracterização detalhada dos portadores de remanência e da demonstração da viabilidade física da remagnetização térmica de longa duração sob cenários geologicamente realistas de aquecimento e resfriamento, este trabalho fornece uma nova base física para interpretar as enigmáticas e disseminadas magnetizações secundárias observadas nas bacias sedimentares deste megacontinente.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPTrindade, Ricardo Ivan Ferreira da2025-06-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14132/tde-18072025-204857/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccessengPescarini, Thales2025-08-04T13:10:02Zoai:teses.usp.br:tde-18072025-204857Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-08-04T13:10:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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