Abstract

The chemistry of barian muscovite and ganterite in metamorphosed basement rocks from the Berisal Complex, Simplon Region, Switzerland, is described. Analysis of white micas from several Ba-enriched localities in this complex established an extensive solid-solution between ganterite and muscovite. Thus, the material is excellent for studying the crystal-chemical consequences of introducing Ba into the dioctahedral muscovite structure. The Ba-rich white micas are found in two lithologic units with whole-rock chemical compositions dominated by SiO2 + Al2O3 + BaO + K2O ± Na2O and SiO2 + Al2O3 + BaO + CaO. The first is a white-mica schist that consists of white mica + quartz + epidote-group minerals, and occurs as lenses or bands interlayered in garnet-bearing two-mica augen gneiss, zoisite–biotite gneiss or zoisite–celsian gneiss. The second host-rock type is a zoisite–celsian gneiss that is characterized by the assemblage white mica + zoisite + celsian + quartz + margarite. In both lithologies, the Ba-rich white micas are synkinematic, and petrographic observations suggest that Ba was present in the rocks prior to, or introduced during the peak of Alpine metamorphism. Concentrations of Ba in the white micas range from 3.6 to 18.2 wt.% BaO. Higher Ba content is always associated with higher Al, and lower K and Si concentrations. The highest Ba contents are also coupled to increases in Na, but there are no similar correlations observed for Fe or Mg. Accommodation of Ba2+ ions in micas is generally achieved by exchange vectors (1) [Ba][[IV]Al][K]−1[Si]−1 or (2) [Ba][Fe,Mg][K]−1[Al]−1. The data presented here show that vector (2) plays no part in the solid solution between muscovite and ganterite. Furthermore, vector (1) operates only if K >0.53 apfu, i.e., Ba < 0.32. At higher Ba concentrations, a second, distinct exchange-vector [Na][K]−1 also operates in the interlayer site. It appears that at higher Ba concentrations in dioctahedral white micas, there is extensive solid-solution involving Na+, K+, and Ba2+. In minerals where exchange between alkali and alkaline-earth elements is observed (e.g., feldspar system), a miscibility gap generally exists. Such a miscibility gap, however, was not observed in the system ganterite – muscovite – paragonite, making the system possibly unique. The reasons for such exchanges being possible are not fully understood, but it is shown that whole-rock composition does not play a significant role.

Abstract

Nous avons étudié la composition chimique de la muscovite riche en barium et de la gantérite provenant du socle cristallin du complexe du Bérisal et de la région du Simplon, en Suisse. Les compositions de mica blanc provenant de différentes localités où la teneur en Ba est élevée montrent l’existence d’une solution solide étendue entre la gantérite et la muscovite. Ainsi le matériel est idéal pour l’étude des conséquences cristallochimiques liées à l’introduction de barium dans la muscovite dioctaédrique. On trouve les micas blancs riches en barium dans deux unités lithologiques à composition chimique dominées par SiO2 + Al2O3 + BaO + K2O ± Na2O et SiO2 + Al2O3 + BaO + CaO. La première est un schiste à mica blanc composé de mica blanc + quartz + minéraux du groupe de l’épidote et se présentant sous forme de lentilles ou de couches intercalées dans des gneiss à œillets à deux micas et grenat, des gneiss à zoïsite et biotite et des gneiss à zoïsite et celsiane. Le deuxième type de roche propice est un gneiss à zoïsite et celsiane caractérisé par l’assemblage minéralogique mica blanc + zoïsite + celsiane + quartz + margarite. Au sein des deux lithologies, les micas blancs riches en barium sont syncinématiques, et d’après les observations pétrologiques, le barium était présent dans ces roches au départ, ou introduit durant le paroxysme métamorphique alpin. Les concentrations en Ba des micas blancs varient entre 3.6 et 18.2% de BaO (poids). Une forte teneur en Ba est toujours associée à une forte teneur en Al, et de faibles concentrations en K et Si. La plus forte teneur en Ba est accouplée à un enrichissement en Na, mais des corrélations similaires pour le Fe ou le Mg ne sont pas observées. L’accomodation des ions Ba2+ dans les micas est généralement accomplieselon les vecteurs d’échange (1) [Ba][[IV]Al][K]−1[Si]−1 ou (2) [Ba][Fe,Mg][K]−1[Al]−1. Pourtant, les données présentées ici montrent que le vecteur d’échange (2) n’est pas important dans la solution solide entre la muscovite et la gantérite. En outre, le vecteur (1) n’opère que si K dépasse 0.53 atomes par unité formulaire (Ba < 0.32). Pour de plus fortes concentrations en Ba, un deuxième vecteur d’échange distinct [Na][K]−1 opère également dans le site interfoliaire. Pour de fortes concentrations en Ba dans les micas blancs dioctaédriques, il y a une solution solide d’échange étendue impliquant les ions Na+, K+, et Ba2+. Dans les minéraux où l’échange entre les éléments alcalins et alcalino-terreux est observé (exemple: les feldspaths), une lacune de miscibilité existe, en général. Une telle lacune n’est pas observée dans le système gantérite – muscovite – paragonite, rendant le système probablement unique. Les raisons permettant de tels échanges ne sont pas entièrement comprises. D’ailleurs, la composition de la roche totale ne joue pas de rôle important.

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