Abstract

A comparison is made of the major- and minor-element compositions of spinel-group minerals that occur as single-crystal macrocrysts in kimberlites from southern Africa (approximately 1500 grains from 20 kimberlites on the Kaapvaal and Zimbabwe cratons) with those from a variety of mantle xenoliths from southern Africa and North America (approximately 150 xenoliths). Extensive compositional overlap between macrocryst and xenolith samples leads to the conclusion that most macrocrysts of spinel-group minerals are likely to be xenocrysts from garnet-bearing peridotite. None are considered to be igneous phenocrysts related to the host kimberlites. Chromian spinel with Cr/(Cr + Al) > 0.88 is derived from garnet-free assemblages that have bulk Cr/(Cr + Al) values too low to form garnet, or from assemblages in which aluminum is partitioned into a different phase, such as metasomatic phlogopite. Such Cr-rich macrocrysts are more common in Group-I kimberlites than in Group-II kimberlites. Moderate degrees of metasomatism produced spinel-group minerals enriched in Fe, Ti and Cr in many Group-I suites, but chromite xenocrysts from highly metasomatized assemblages (e.g., zircon-bearing) are uncommon. Unusually Fe- and Ni-rich macrocrysts unique to the Lace mine are from Fe-rich orthopyroxene-bearing peridotites or pyroxenites that may be the product of impact-induced mantle melting associated with the Vredefort structure. Regional variations in chemical characteristics of spinel-group minerals suggest that the mantle is more “fertile” [i.e., lower Cr/(Cr + Al) values] near craton margins (e.g., Liqhobong on the southeastern margins of the Kaapvaal Craton). Though situated on the Kaapvaal Craton, the Jwaneng suite of “spinel” has chemical characteristics similar to Orapa and Letlhakane suites, which suggests closer affinity to the Zimbabwe cratonic mantle than the Kaapvaal mantle.

Abstract

Je présente ici une comparaison, en termes des éléments majeurs et mineurs, de la composition des minéraux du groupe du spinelle présents sous forme de macrocristaux uniques dans les kimberlites de l’Afrique australe (environ 1500 grains provenant de vingt kimberlites des cratons de Kaapvaal et de Zimbabwe) avec ceux d’une variété de xénolithes du manteau provenant d’Afrique australe et d’Amérique du Nord (environ 150 xénolithes). Un chevauchement important des populations de macrocristaux et de xénolithes mène à la conclusion que dans la plupart des cas, les macrocristaux de spinelle (sensu lato) seraient des xénocristaux libérés de fragments de péridotite à grenat. Il n’y a pas d’évidence qu’ils pourraient être des phénocristaux issus de la kimberlite hôte. Tout spinelle chromifère ayant un rapport Cr/(Cr + Al) supérieur à 0.88 doit être dérivé d’un assemblage sans grenat, où la valeur globale du rapport Cr/(Cr + Al) est trop faible pour former un grenat ou bien où l’aluminium est réparti dans une autre phase, par exemple la phlogopite d’origine métasomatique. De tels macrocristaux sont plus répandus parmi les kimberlites du groupe I que dans ceux du groupe II. Une métasomatose de moyenne intensité aurait produit des minéraux du groupe du spinelle enrichis en Fe, Ti et Cr dans plusieurs suites kimberlitiques de type I, mais les xénocristaux de chromite provenant d’assemblages résultant d’une métasomatose intense, par exemple ceux qui contiennent le zircon, sont plutôt rares. Les macrocristaux inhabituels riches en Fe et en Ni provenant de la mine Lace semblent uniques; ils se sont formés à partir de péridotites à orthopyroxène ou de pyroxénites qui pourraient bien avoir été produits par fusion due à l’impact qui a causé la structure de Vredefort. Les variations régionales en caractéristiques compositionnelles des minéraux du groupe du spinelle font penser que le manteau est plus “fertile”, c’est-à-dire qu’il possède un rapport Cr/(Cr + Al) plus faible, près des bordures du craton, par exemple à Liqhobong, le long de la bordure sud-est du craton de Kaapvaal. Quoique situé sur le craton de Kaapvaal, le spinelle de la suite de Jwaneng partage des caratéristiques avec celui des suites d’Orapa et de Letlhakane, ce qui pourrait indiquer une affinité plus grande avec le manteau sous le craton de Zimbabwe qu’avec celui sous le craton de Kaapvaal.

(Traduit par la Rédaction)

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