Modal metasomatism in the Kaapvaal craton lithosphere: constraints on timing and genesis from U–Pb zircon dating of metasomatized peridotites and MARID-type xenoliths

Modal metasomatism in the Kaapvaal craton lithosphere is well documented in upper mantle xenoliths sampled by both group I (mainly late Cretaceous) and group II (mainly early Cretaceous to late Jurassic) kimberlites in the Kimberley area. The metasomatic style is characterized by introduction of K, H and large ion lithophile/high field strength (LIL/HFS) elements into the lithospheric mantle leading to the crystallization of hydrous potassic phases such as phlogopite and/or K-amphibole. Textures indicate that the hydrous phases either replace pre-existing assemblages in peridotites, forming the metasomatized peridotite suite (phlogopite–K-richterite–peridotites: PKPs) or crystallize from K-rich melts, forming the mica–amphibole–rutile–ilmenite–diopside (MARID) suite of xenoliths. These K-rich assemblages become potential low melting source components for alkaline incompatible trace element enriched magmas. The timing of metasomatism and its temporal and possible genetic relation to kimberlite magmatism is poorly constrained because of the rarity of phases in the metasomatic assemblages suitable for precise dating. Here we present precise sensitive high resolution ion microprobe (SHRIMP) U–Pb formation ages of 88 ± 2 (1σ=1 standard deviation) and 82 ± 3 Ma data for zircons from a K-richterite–phlogopite-bearing metasomatized peridotite (PKP) and a MARID xenolith respectively, sampled by a group I kimberlite. Both average PKP and MARID zircon ages are indistinguishable from emplacement ages of group I kimberlites in the Kimberley area dated at 83 ± 4 (2σ) and 84 ± 0.9 Ma. One exceptionally old age spot of 102 ± 5 Ma from a PKP zircon provides evidence for modal metasomatism predating group I kimberlite emplacement by several millions of years with minor resetting of the U–Pb isotopic system of most analyzed PKP zircons to a group I emplacement age. Detailed textural and mineral chemical analysis, including high energy X-ray mapping and analysis of fluid inclusion daughter crystals, indicates a complex reaction history for both PKPs and MARIDs. U–Pb zircon ages from this study combined with literature data and experimentally derived models for MARID formation are used to suggest that MARID-formation is concurrent and genetically related to both group I and II kimberlite magmatism in the Kimberley area. MARID and PKP zircon ages are also consistent with the idea first proposed by Dawson and Smith (Geochim Cosmochim Acta 41: 309–323, 1977) that metasomatized peridotites may form from interaction of hydrous fluids expelled by solidifying MARID-type melts with peridotitic wall rocks. Received: 13 December 1999 / Accepted: 13 April 2000     

Zur Frage der Altersstellung und Genese der Blei-Zink-Vorkommen der Sierra de Cartagena in Spanien

Zusammenfassung Bleiglanzproben aus verschiedenen Lagerstätten der Sierra de Cartagena wurden auf ihre Blei-Isotopen-Verhältnisse untersucht. Auffallend ist deren völlig identische Pb-Isotopen-Zusammensetzung, aus der sich nach dem Houtermans-Modell ein Modell-Alter von 30 Millionen Jahren errechnen läßt. Die Blei-Mineralisation im Erzdistrikt von Cartagena steht daher in einem sicheren Zusammenhang mit der Tätigkeit jungtertiärer subvulkanischer Magmenherde. Das Alter der Andesite wurde mittels Rb/Sr-Methode an einem Biotit des Atalaya-Andesites mit 44±27 m.y. bestimmt. Dieser Wert stimmt sehr gut mit einer Altersbestimmung an einem leukogranitischen Gang aus der Sierra Cabrera überein (50±3 m.y.). Die Ergebnisse der Spurenelement-bestimmung an Bleiglanzproben werden im Zusammenhang mit schon früher mitgeteilten Schwefel-Isotopen-Daten diskutiert.

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Lead isotope ratios have been determined in galena samples from the Sierra de Cartagena (Spain). The range of the Pb-isotopes is extremely narrow within the ore district, which contains different types of ore deposits. The age of the galena bearing ore deposits has been determined by using the Houtermansmodel: 30 million years. The lead minertalisation in the district therefore may be linked to the subvolcanic activity of Tertiary age. Ascribing the mineralisation to three volcanic episodes of Palaeozoic, Miocene and Pliocene ages and two periodes of supergene processes is not possible. Rb/Sr ratios have been determined in a biotite sample from the Atalaya andesite. The mica age is 44±27 m.y. which is in closest agreement with the age given for rocks in the Sierra Cabrera (50±3 m.y.). The results of trace element analyses are discussed in connection with previously studied sulphur isotope composition.

     

Polarized single-crystal FTIR-spectra of natural staurolite

Polarized infrared absorption spectra of thin single-crystal slabs parallel to (010) and (001) of a staurolite from Pizzo Forno, Ticino, with analyzed composition (Fe_2.9Mg_0.9Zn_0.1Mn_0.1)Al_17.5Ti_0.1(Si_7.7Al_0.3)O₄₈H₃ have been measured in the range of 3000–4000 cm^?1. From the pleochroitic behaviour of the OH-vibrations three groups of bands can be distinguished: the bands of group I, a strong band at 3445 cm^?1 plus a weak shoulder at 3358 cm^?1, and the bands of group II, a weak band centered at 3677 cm^?1 plus a shoulder at 3635 cm^?1, are assigned to the H1 and H2 protons, respectively. The bands of group III, a weak band at 3577 cm^?1 plus a shoulder, cannot be interpreted on the basis of the proton positions known so far. We assign them to an additional proton H3, which is bonded to O1 and shows a bifurcated hydrogen bridge to two O5 in a vacant T2 site.     

Diffractometric clay mineral analysis of Recent sediments of Lake Constance (Central Europe)

Mica, smectite, and chlorite are the characteristic clay minerals in about 120 Recent sediment samples of Lake Constance as shown by semiquantitative clay mineral analysis. Interstratified clay minerals are practically absent, kandites were not found.The decrease of the smectite/mica ratio from West to East is apparently due to the dominance of the mica-chlorite assemblage of the Rhine river derived from the northern Alps in the eastern part of the lake. With increasing distance from the delta of the Rhine river, the Tertiary Molasse clay minerals (mainly mica and smectite) derived from rocks surrounding the lake become more abundant.

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Zusammenfassung An 120 Sedimentproben aus dem Bodensee wurde der Tonmineralbestand der Fraktion <2 durch die röntgenographische Phasenanalyse halbquantitativ ermittelt.Glimmer, Smectit und Chlorit sind die charakteristischen Tonmineralgruppen in den Sedimenten. Mixed-layer-Minerale treten so gut wie nicht auf, Kandite konnten nicht nachgewiesen werden.Aus der Bestimmung der relativen Häufigkeit von Glimmer und Smectit ergibt sich, daß das Smectit/Glimmer-Verhältnis von Osten (Einmündung des Alpenrheins) nach Westen ständig zunimmt.Diese Verteilung ist durch die Zufuhr von Glimmer und Chlorit durch den Alpenrhein aus den nördlichen Alpen bedingt, die jedoch mit zunehmender Entfernung vom Delta durch die Molasse-Distributiv-Provinz mit vorherrschend Glimmer und Smectit überlagert wird.

     

Nature of the coordination polyhedra around M 2 cations in pigeonite

An understanding of the irregular coordination polyhedra exhibited by the M2 cations in clinopyroxenes is of prime importance in connection with the behaviour of solid solutions and polymorphism in pyroxenes.As shown by unfolding the silica chains in pigeonite, cations with octahedral stereochemistry like Mg⁺⁺and Fe⁺⁺ cause kinking of the silica chains, whereas larger cations like Ca⁺⁺and Na⁺have an opposite namely straightening effect. This is a probable factor causing immiscibility in the Mg⁺⁺-Ca⁺⁺ solid solutions in pyroxenes. In pyroxene structures with kinked silica chains the arrangement of oxygen atoms approaches close packing; consequently different stacking sequences will be energetically possible leading to polymorphism in pyroxenes.When Pauling's electrostatic valence rule is applied to clinopyroxenes, the charge balance will be exceedingly improved if effective coordination number of M2 cation is assigned and if the distortions of M 2 coordination polyhedron is considered.     

Das „Randcenoman“ der Nördlichen Kalkalpen und seine Bedeutung für den Ablauf der ostalpinen Deckenüberschiebungen und ihrer Schubweiten

Zusammenfassung Das Randcenoman erstreckt sich über 220 km als ein der Cenoman-Serie zugehöriger Grenzbereich gegen die Flyschzone am Nordrand der Kalkalpen vom Chiemsee bis in das Große Walsertal.An einer Anzahl durchgehender Profile wurden stratigraphische und sedimentologische Untersuchungen durchgeführt.Nach Mikrofaunen konnten neue stratigraphische Belege für eine örtliche Sedimentationsfortsetzung ohne erkennbare Schichtunterbrechung vom Alb bis in das Cenoman gefunden werden. Hinweise auf unterturones Alter ergaben sich an zwei Stellen. Die alttertiären Tratenbachschichten sind tektonisch von Randcenoman und Flysch abgegrenzt.Trotz eines heterogenen Gesteinsaufbaus in vertikaler und horizontaler Ausdehnung mit einer differenzierten Wechsellagerung von Peliten, Psammiten und Psephiten zeigt die Cenoman-Serie petrographische Konstanz in Gefüge und Mineralzusammensetzung, besonders im Geröllspektrum und der Schwermineralassoziation (Chromit-SpinellPicotit).Die Gesteine des Randcenoman sind in einem einheitlichen Ablagerungsraum sedimentiert worden. Das gilt auch für ihre Anteile in der Arosa-Zone im Allgäu und im Bregenzer Wald.Faziesbeziehungen zur Flyschzone gibt es nicht.Auf das Ablagerungsmilieu deuten Flachwasserbildungen hin, die im flachen Randbereich der Geosynklinale während langdauernder Ruhigwasserfazies mit episodischen Unterbrechungen abgelagert wurden.Die petrographische Zusammensetzung der allothigenen Gerölle, ihr Rundungsgrad, ihre metamorphe Beanspruchung und ihr Erhaltungszustand lassen Analogieschlüsse mit Gesteinen vom Verrucano-Typ zu. Im Zusammenhang mit der Tonmineralführung der Pelite (Kaolinit) und der typischen Chromit-Spinell-Beteiligung kann auf ein breites Festland geschlossen werden. An der Detritusanlieferung sind neben dem mesozoischen kalkalpinen Untergrund und Gesteinen vom Verrucano-Typ Unterostalpin und Südpenninikum beteiligt. Damit sind die nördlichen Kalkalpen im Süden der Tauern beheimatet.Der Zeitraum der Überschiebung über das Penninikum liegt nicht vor Unterturon.Mittelkretazische Bewegungen werden in der Cenoman-Serie nur untergeordnet wirksam, wo sich Konglomerate und Geröllpsammite an der Wende Alb-Cenoman horizontieren lassen.

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The Randcenoman extends over a distance of 220 km as a boundary part of the Cenomanian Series along the alpine Flysch at the northern margin of the Limestone Alps from Chiem-See to the Grosses Walsertal.Series of continuous profiles have been investigated by stratigraphic and sedimentologic methods.By use of microfossils it could be proved that sedimentation lasted from Albian up to Cenomanian without visible interruption. At two different localities it was possible to find references to Turonian age.The Tratenbach layers of Tertiary age are separated tectonically from the Randcenoman and the Flysch.The rocks of Randcenoman show a very constant texture and association of minerals, especially in boulders and heavy minerals (chromite-spinel-picotite).These rocks must have been sedimented into an uniform trough. Same may be said concerning their contents within the Arosa-Zone in the Algovian region and in the Woods of Bregenz. There are no connections possible with facies of the Flysch series.Sediments of low water type show that these series have been deposed along the margin of the Alpine Geosyncline during long times of stagnant waters with episodical interruptions.The petrographic composition of the allothigenic boulders, their roundness, metamorphic stress and their state of conversation allows comparisons with rocks of the series of the Verrucano.The existance of a vast continent may be derived from the clay contents of the pelites (kaolinite) and the typical appearance of chromite-spinel minerals. The detritus has been delivered partly by the Lower Austroalpine unit and southern Penninicum, and by Mesozoic series of the Limestone Alps and rocks of Verrucano type.Concluding the origin of the Northern Limestone Alps has to be located south of the Tauern window.The movement of the Austroalpine nappes over the Penninicum cannot have happened before Lower Turonian age. The movements of Middle Cretaceous time are only of small efficiency on the series of Cenomanian where conglomerates and psammites containing boulders could be dated to be of Albanian-Cenomanian age.

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Résumé Le «Randcenomanien» s'étend sur 220 Km comme un ensemble-limite appartenant au Cénomanien, au contact de la zone du Flysch à la bordure Nord des Alpes calcaires, depuis le Lac de Chiem jusqu'à la «Grosse Walsertal»,L'auteur a effectué, le long d'un certain nombre de profils, des recherches stratigraphiques et sédimentologiques.A partir des microfaunes, on peut trouver de nouvelles preuves stratigraphiques en faveur d'une continuité de la sédimentation de l'Albien jusqu'au Cénomanien, sans aucune interruption reconnaissable. A deux endroits l'auteur a trouvé des indications concernant la présence du Turonien inférieur. Les couches du «Tratenbach» appartenant au Tertiaire inférieur sont séparées par voie tectonique du «Randcenomanien» et du Flysch.Malgré une constitution lithologique hétérogène, tant suivant la verticale que l'horizontale, avec des alternances bien marquées de pélites, psammites et pséphites, la série du Cénomanien montre une constance pétrographique quant à la texture et la composition minéralogique, spécialement dans la gamme des galets et l'association des minéraux lourds (Chromite-Spinelle-Picotite).Les roches du «Randcenomanien» ont été sédimentées dans un bassin uniforme; c'est aussi le cas dans la zone d'Arosa dans l'Allgäu et de la forêt de Bregenz.Il n'y a aucune connection avec les facies de la zone du Flysch.Quant au milieu de sédimentation, is est donné par les formations d'eaux profondes qui ont été déposées dans la région de bordure peu profonde du géosynclinal au cours de périodes de longue durée, en eau calme, avec seulement quelques interruptions épisodiques.La composition pétrographique des galets allothigènes, leur degré d'arrondi, leur degré de métamorphisme et leur état de conservation permettent de faire des analogies avec des roches du type Verrucano. Compte tenu aussi des minéraux argileux intervenant dans la constitution des pélites (kaolinite) et à la participation typique de la Chromite et du spinelle, on en arrive à la conclusion que le continent fournisseur de ces sédiments a été assez vaste. Aux apports détritiques du Mésozoïque inférieur des Alpes calcaires et des roches du type «Verrucano», sont venus s'ajouter ceux en provenance de l'Austroalpin inférieur et du Pennique méridional. C'est pourquoi le lieu d'origine des «Alpes calcaires» du Nord doit se trouver au sud des Tauern.Le chevauchement sur le Penninicum n'a pas eu lieu avant le Turonien inférieur.Les mouvements Crétacé inférieur dans le Cénomanien n'ont été que peu actifs, là où des conglomérats et des psammites à galets se sont épandus entre l'Albien et le Cénomanien.

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Randcenoman 220 , Chiem Große Valsertal. . . , . Tratenbach Randcenoman . , , , , , (- -). Randcenoman . Arosa Allgäu Bregenzer Wald. . . , , . , () - . , . . . Tauern. . , , / .

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Erweiterte Fassung eines am 25. Februar 1972 auf der 62. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Frankfurt gehaltenen Vortrages.     

Über die Entstehung von Basaltgläsern in basaltischen Gesteinen des Steinberges bei Feldbach (Steiermark, Österreich)

Zusammenfassung An neu aufgefundenem Material kann mit Hilfe chemischer Analysen gezeigt werden, daß die Mehrzahl der basaltischen Gläser abgequetschte glasige Grundmasse der basaltischen Gesteine des Steinberges darstellen. Zum Zeitpunkt ihrer Abtrennung lag die Zusammensetzung der Gläser bereits an der Phasengrenze Diopsid—Nephelin. Wie zu erwarten, können Restschmelzen granitischer (oder monzonitischer) Zusammensetzung durch die geschilderte Differentiation nicht erreicht werden.Daneben gibt es noch Glasbildungen am Kontakt zu tertiären Sedimenten.

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The genesis of basalt-glasses in basaltic rocks from the Steinberg near Feldbach (Styria, Austria)

Summary By means of chemical analysis of newly-found material it can be shown that most of the basaltic glasses are separated groundmass from the basaltic vulcanites of the Steinberg. At the time of separation the composition of the glasses was near to the boundary of diopside and nepheline. The development of residual liquids of granitic or monzonitic composition by the observed differentiation is impossible.There are also glass-formations at the contact of the Tertiary sediments.

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Mit 5 Abbildungen     

Zur Sedimentologie eines arktischen Deltas (Colville Delta,Nordalaska)

Zusammenfassung Im August 1971 wurden vom Verfasser Feldarbeiten zur Sedimentologie des Colville Deltas, Alaska, durchgeführt. Aus subaquatischen Typlokalitäten wurden Probenkerne gezogen und auf Strukturen, Korngrößen und Mineralogie hin untersucht. Neben konventionellen Labormethoden kamen moderne elektronische Verfahren zum Einsatz (Röntgenradiographie, Röntgendiffraktometrie, Elektronenmikroskopie). Die Arbeiten sind Teil eines Programmes, dessen Gesamtleitung Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, hatte und das unterstützt wurde von: Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research.

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In August 1971, sedimentological field work was carried out by the author in the Colville River delta, Alaska. Short cores were taken from several deltaic environments and analyzed for structure and composition. Laboratory analysis included both conventional laboratory methods and modern electronic techniques (radiography, X-ray diffractometry, electron microscopy). The research reported is part of a program headed by Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, and was supported by the Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research.

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Résumé En auguste 1971 l'auteur a étudié sur le terrain la sédimentologie du delta de Colville (Alaska). On a prélevé des échantillons dans des profiles de divers environnements typiques; on en a examiné les structures et la composition par les méthodes traditionelles et électroniques (rayons X, radiographie et diffractométrie, microscope électronique). Ces investigations font partie d'un programme sous la direction du Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, subventionné par »Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research«.

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1971 . , . , . , - , . , . . H. J. Walker, Baton Rouge, USA Arctic Program, and Geography Programs, Office of Naval Research.

     

Petrology and Geochemistry of Post-Collisional Early Miocene Volcanism in the Karacada? Area (Central Anatolia, Turkey)

Early Miocene (ca.?21–18 Ma) volcanism in the Karacada? area comprises three groups of volcanic rocks: (1) calcalkaline suite (andesitic to rhyolitic lavas and their pyroclastics), (2) mildly-alkaline suite (alkali basalt, hawaiite, mugearite, benmoreite and trachydacite), and (3) a single trachyandesitic flow unit. Field observations, 40Ar/39Ar ages and geochemical data show that there was a progressive temporal transition from group 1 to 3 in a post-collisional tectonic setting. The calcalkaline suite rocks with medium-K in composition resemble those of subduction-related lavas, whereas the mildly-alkaline suite rocks having a sodic tendency (Na2O/K2O=1.5–3.2) resemble those of within-plate lavas. Incompatible element and Sr-Nd isotopic characteristics of the suites suggest that the lithospheric mantle beneath the Karacada? area was heterogeneously enriched by two processes before collision: (1) enrichment by subduction-related processes, which is important in the genesis of the calcalkaline volcanism, (2) enrichment by small degree melts from the astenosphere, which dominates the mildly alkaline volcanism. Perturbation of the enriched lithosphere by either delamination following collision and uplift or removal of the subducted slab following subduction and collision (i.e., slab breakoff) is the likely mechanism for the initiation of the post-collision volcanism.