Geochemistry and origin of the Proterozoic ultrapotassic rocks of the Churchill Province,Canada

Summary Early Proterozoic ultrapotassic dikes, lava flows, and pyroclastic rocks of the Christopher Island Formation (CIF) erupted throughout an area 600 × 300 km within the Churchill Province of the Canadian Shield at 1.84 Ga. The rocks range from mafic lamprophyres (mg # 60; SiO₂ 47–54%, mean K₂O/Na₂O > 4) with phenocrysts of phlogopite + diopside + apatite ± olivine ± magnetite, to phenocryst-poor felsic rocks and sanidine porphyries (SiO₂55–69%). All samples have high incompatible element contents and display large depletions of high field strength elements relative to K, Rb, Sr, Ba, and Th. The CIF has geochemical and petrographic characteristics of both minettes and lamproites, but overall most closely resembles young Mediterranean lamproites. Felsic rocks of the CIF were produced by crystal fractionation and crustal contamination of mafic ultrapotassic magma, and include both high-silica lamproites strongly enriched in Zr, U, and Th, and weakly potassic to sodic rocks of trachytic composition. Flows and feeder dikes have relatively homogeneous _{Nd, 1840 Ma} (–6 to –11) but highly variable ES., 1840 Ma (–40 to + 100); samples classified as lamproites have higher average _Sr. Dike samples have highly variable present-day Pb isotope compositions, ranging from moderately to strongly nonradiogenic. Geochemical and isotopic data are consistent with contributions from depleted Archean lithospheric mantle, and OIB-type convecting mantle, both metasomatized by subduction-related processes during the Early Proterozoic. The lithospheric mantle probably contained Archean enriched domains as well. Proterozoic enrichment may have accompanied shallow underplating of subducted oceanic lithosphere beneath the Churchill Province during amalgamation of the Laurentian supercontinent. There are strong analogies in isotopic composition, and interpreted source region history, between the CIF and lamproites and minettes of the Wyoming Province and western Greenland, which suggest the existence of a Laurentian ultrapotassic superprovince.

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Geochemie und Entstehung der Proterozoischen ultrapotassischen Gesteine der Churchill Provinz, Kanada

Zusammenfassung Altproterozoische, ultrapotassische Gänge, Lavaströme und pyroklastische Gesteine der Christopher Island Formation (CIF), eruptierten in einem Gebiet von 600 × 300 km in der Churchill Provinz des Kanadischen Schildes vor 1.84 Ga. Die Zusammensetzung dieser Gesteine variiert von mafischen Lamprophyren (mg > 60; SiO₂ = 47–54%, durchschnittliches K₂O/Na₂O > 4) mit Phänokristallent von Phlogopit + Diopsid + Apatit + Olivin + Magnetit, bis zu phänokristallarmen felsischen Gesteinen und Sanidinporphyren (SiO₂ = 55–69%). Alle Proben zeigen hohe Gehalte an inkompatiblen Elementen und zeigen beträchtliche Verarmung an high field strength Elementen relativ zu K, Rb, Sr, Ba und Th. Die CIF hat geochemische und petrographische Eigenschaften sowohl von Minetten wie von Lamproiten, aber im allgemeinen ähnelt sie am stärksten jungen mediterranen Lamproiten. Felsische Gesteine der CIF wurden durch Fraktionierung und Krustenkontamination aus mafischen ultrapotassischen Magmen gebildet. Letztere umfassen sowohl siliziumreiche Lamproite, die deutlich an Zr, U und Th angereichert sind und schwach potassische bis sodische Gesteine von trachytischer Zusammensetzung. Lavenergüsse und zufuhrgänge zeigent ein relativ homogenes _{Nd, 1840 Ma} (–6 bis –11) aber ein sehr variables _{Sr, 1840 Ma} (-40 bis + 100); Proben die als Lamproite klassifiziert wurden, zeigent höhere durchschnittliche _Sr-Werte. Proben von Gängen haben sehr variable Bleiisotopen-Zusammensetzungen, die von mäßig bis stark nichtradiogen variieren. Geochemische und Isotopendaten weisen auf Beiträge aus verarmtem archaischen lithosphärischen Mantel und aus konvektierendem OIB-Typ Mantel hin, die beide während des Alproterozoikums durch Subduktions-Vorgänge metasomatisiert wurden. Der lithosphärische Mantel enthielt wahrscheinlich auch angereicherte archaische Domänen. Proterozoische Anreicherungsvorgänge dürften seichtes Underplating subduzierter ozeanischer Lithosphäre unter der Churchill Provinz während der Amalgamation des laurentischen Superkontinentes begleitet haben. Es gibt starke Analogien in der Isotopenzusammensetzung und in der interpretierten Geschichte der Ursprungsregion, zwischen den CIF und Lamproiten und Minetten der Wyoming Provinz, und des westlichen Grönland. Diese weisen auf die Existenz einer laurentischen ultrapotassischen Superprovinz hin.

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With 7 Figures