The origin of amphibole in ultramafic rocks and a new amphibole-clinopyroxene Fe-Mg exchange thermometer for mantle peridotite lithologies

Abstract

Η αμφίβολος είναι μια δευτερογενής φάση που συχνά υφίσταται σε υπερμαφικές λιθολογίες (ξενολιθικοί περιδοτίτες του μανδύα, Αλπινότυποι και οφιολιθικοί περιδοτίτες) σε διάφορα περιβάλλοντα όπως μαγματικά τόξα, εσωτερικά πλακών, ρήγματα μετασχηματισμού, ζώνες διάρρηξης και σύγκρουσής. Η δημιουργία της έχει αποδοθεί είτε στην αλληλεπίδραση ρευστών/τηγμάτων με πετρώματα του μανδύα είτε στην απευθείας κρυστάλλωση από ένυδρα τήγματα. Για τον σκοπό της παρούσας εργασίας, συντέθηκε μια εκτενής βιβλιογραφική βάση δεδομένων η οποία περιλαμβάνει τις συστάσεις, σε κύρια στοιχεία, αμφιβόλων που βρίσκονται σε υπερμαφικά πετρώματα σε διαφορετικά γεωτεκτονικά περιβάλλοντα ανά τον κόσμο. Επίσης συμπεριλήφθηκαν γεωχημικά δεδομένα αμφιβόλων από ένα ευρύ φάσμα ηφαιστειακών πετρωμάτων (μαφικά έως φελσικά) τόσο σε φυσικές όσο και σε πειραματικές συνθήκες. Η μελέτη και σύγκριση των προαναφερθέντων συλλογών δεδομένων επέτρεψε την διάκριση διαφόρων τύπων αμφιβόλων καθώς και την κατανόηση της δημιουργίας των αμφιβόλων στον μανδύα. Πιο συγκεκριμένα, οι αμφίβολοι Τύπου-Ι (πλούσιες σε Na και Ti, αλλά φτωχές σε Cr) έχουνε προκύψει από την απευθείας κρυστάλλωση από βασαλτικά, βασανιτικά, ανδεσιτικά, δακιτικά τήγματα και βρίσκονται κυρίως σε ηπειρωτικά τόξα (π.χ. Καμτσάτκα, Ρωσία), περιβάλλοντα εσωτερικά των πλακών (π.χ. Δυτικό Άιφελ, Γερμανία) και ωκεάνια τόξα μετασχηματισμού (π.χ. 15°20' Ζώνη Διάρρηξης, Μέσο-Ατλαντική ράχη). Οι αμφίβολοι Τύπου-ΙΙ είναι πλούσιες σε Cr και περιέχουνε διάφορα ποσοστά σε Ti και αλκάλια. Έχουνε προκύψει από την αντίδραση μεταξύ τηγμάτων και ορυκτών του μανδύα (κυρίως κλινοπυρόξενο και σπινέλιο). Βρίσκονται συνήθως σε μαγματικά κέντρα στο εσωτερικό των πλακών (π.χ. Μασίφ Σαντράλ, Γαλλία) και σε μερικά ηπειρωτικά τόξα (π.χ. Ίτσινομεγκάτα, Ιαπωνία). Οι Τύπου-ΙΙΙ αμφίβολοι αντιπροσωπεύουν την αλληλεπίδραση ένυδρων ρευστών και τηγμάτων με υπερμαφικά πετρώματα σε περιοχές ζωνών υπαγωγής και χαρακτηρίζονται από υψηλά ποσοστά σε Cr και αλκάλια, αλλά μικρό περιεχόμενο σε Ti. Οι Τύπου-ΙΙΙ αμφίβολοι εντοπίζονται σε ωκεάνια τόξα (π.χ. TUBAF, PNG), οφιολίθους (π.χ. Οφιόλιθος της Λυκίας, Τουρκία) αλλά συχνά και σε ηπειρωτικά τόξα. Επιπλέον, στην παρούσα εργασία, δημιουργήθηκε ένα θερμόμετρο ανταλλαγής Fe και Mg μεταξύ αμφιβόλου και κλινοπυροξένου το οποίο βαθμονομήθηκε σύμφωνα με προϋπάρχοντα, πειραματικά δεδομένα σε υπερμαφικές συστάσεις. Το σφάλμα του θερμομέτρου είναι ±34 °C για ένα εύρος πίεσης 0.5-3.7 GPa. Εφαρμόζοντας το θερμόμετρο σε περιδοτιτικούς ξενολίθους, που δείχνουν ενδείξεις χημικής ισορροπίας και ισορροπίας υφών μεταξύ των ορυκτών του μανδύα (π.χ. Δυτικό Άιφελ, Γερμανία; Ανατολική Τρανσυλβανική Λεκάνη, Ρουμανία), προκύπτουν θερμοκρασίες που είναι συγκρίσιμες με τη διπυροξενική θερμομετρία ανταλλαγής Fe και Mg. Το νέο θερμόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την θερμοδυναμική ισορροπία της αμφιβόλου και του κλινοπυροξένου στον μανδύα.Amphibole is a secondary phase commonly found in ultramafic lithologies (mantle xenoliths, Alpine-type and ophiolitic peridotites) occurring in diverse environments such as magmatic arcs, plate interiors, transform faults, rifts and collision zones. Its formation has mainly been attributed to fluid-melt/rock interaction or direct crystallisation from melts/fluids. For the purpose of the present thesis, an extensive bibliographical database has been compiled. It involves major-element compositional data of amphibole in ultramafic rocks from various geotectonic settings around the globe. Additionally, amphiboles related to a wide spectrum of melts spanning from felsic to mafic in composition, both natural (rock samples) and synthetic (laboratory experiments) have also been considered. Type-I amphiboles (enriched in Na and Ti but depleted in Cr) are the products of direct crystallisation from basaltic, basanitic, andesitic and dacitic melts and are mostly found in continental arcs (e.g. Kamchatka, Russia), within-plate settings (e.g. West Eifel, Germany) and oceanic transform faults (e.g. 15°20´N Fracture Zone, Mid-Atlantic Ridge). Type-II amphiboles are Cr-rich, contain variable amounts of Ti and alkalis, and form via reaction between the aforementioned melts and primary mantle phases (mostly clinopyroxene and spinel). They are usually found in within-plate magmatic centers (e.g. Massif Central, France) and several localities in continental arcs (e.g. Ichino-megata, Japan). Amphiboles belonging to type-III reflect hydrous fluid/melt-rock interactions above subduction zones. Type-III amphiboles are predominantly encountered in oceanic arcs (e.g. TUBAF seamount, PNG) and ophiolites (Lycian ophiolite, Turkey) but occasionally they also occur in continental-arc settings. We have furthermore calibrated a new Fe Mg exchange thermometer between amphibole and clinopyroxene based on existing experimental data on ultramafic compositions with an error of ±46°C in the pressure range 0.5–3.7 GPa. Peridotite xenoliths that display good evidence of textural and chemical equilibration among their constituent minerals (e.g. West Eifel, Germany; Eastern Transylvanian Basin, Romania) yield amphibole temperatures comparable to those predicted from two-pyroxene Fe Mg exchange thermometry

    Similar works