Abstract

The results of ~4000 LA–ICP–MS analyses in 152 thin sections from common crustal rocks reveal that several rock-forming minerals contain tens to a few thousand ppm of Zr. The highest concentrations of Zr are found in xenotime, followed by titanite, ilmenite, rutile, allanite, amphibole, clinopyroxene, garnet, magnetite and, less commonly, plagioclase, K-feldspar and orthopyroxene. Olivine, cordierite, biotite, muscovite, apatite, epidote and monazite have low levels of Zr (<5 ppm, generally <1 ppm). The minerals with the highest KDHf/KDZr are titanite (2.5), orthopyroxene (2.0), amphibole and clinopyroxene (1.8), and epidote and rutile (1.6–1.7). Ilmenite, magnetite, the feldspars and apatite have KDHf/KDZr ≈1, and values less than one were found in xenotime and zircon (0.8), garnet (0.7), and allanite (0.6). The most important implications of these results follow. First, the growth of a Zr-bearing phase during partial melting does not influence the Zr concentration of the melt, but increases the fraction of zircon that can be dissolved at a given temperature. This accelerates the disappearance of zircon from the protolith or, in melts already segregated, the dissolution of inherited zircon. The effect will be more marked in metaluminous magmas precipitating amphibole and titanite than in any other type of magma. Second, the presence of Zr-bearing phases has little influence of the zircon-saturation “geothermometer”. It may cause somewhat higher (20–30°C) results in metaluminous rocks, but has no effect on peraluminous rocks. Third, the uptake of Zr by major minerals in crystallizing magmas may reduce both the concentration of Zr in the melt available to form zircon and the temperature at which zircon begins to precipitate. Mineral–melt reactions involving Zr-bearing phases may lead to zircon grains with complicated patterns of zoning and texturally discordant zones, apparently diachronous. Fourth, higher-than-chondrite Zr/Hf fractionates may arise from titanite, amphibole or clinopyroxene fractionation, but this requires very little or no crystallization of zircon. Significantly lower-than-chondrite Zr/Hf magmas only result from zircon fractionation. Lastly, two new examples of mineral reactions that involve the formation of a mass-balancing accessory phase, useful for high-resolution geochronology, are described: the formation of xenotime as a product of the breakdown of garnet in amphibolite-grade metapelites, and the subsolidus growth of a new rim on zircon included in Zr-bearing feldspars.

Abstract

Les résultats d’environ 4000 analyses effectuées par la technique LA–ICP–MS sur 152 lames minces de roches banales de la croûte montrent que plusieurs des minéraux formant ces roches contiennent des dizaines, voire des milliers de ppm de Zr. Les concentrations les plus élevées de Zr sont dans le xénotime, suivi de la titanite, l’ilménite, le rutile, l’allanite, l’amphibole, le clinopyroxène, le grenat, la magnétite et, moins couramment, le plagioclase, le feldspath potassique et l’orthopyroxène. L’olivine, la cordiérite, la biotite, la muscovite, l’apatite, l’épidote et la monazite possèdent de faibles teneurs en Zr (<5 ppm, et en général, <1 ppm). Les minéraux ayant les valeurs les plus élevées de KDHf/KDZr sont titanite (2.5), orthopyroxène (2.0), amphibole et clinopyroxène (1.8), et épidote et rutile (1.6–1.7). L’ilménite, la magnétite, les feldspaths et l’apatite possèdent une valeur KDHf/KDZr voisine de 1, et des valeurs inférieures sont typiques du xénotime et du zircon (0.8), du grenat (0.7), et de l’allanite (0.6). Les implications les plus importantes de ces résultats suivent. 1) La croissance d’une phase porteuse de Zr au cours de l’anatexie n’influence pas la concentration de Zr dans la fraction liquide, mais augmente la fraction de zircon qui peut dissoudre à une température donnée. Ceci a pour effet d’accélérer la disparition du zircon du protolithe ou, dans un liquide déjà séparé, la dissolution du zircon hérité. Cet effet sera plus marqué dans les magmas métalumineux précipitant l’amphibole et la titanite que dans tout autre type de magma. 2) La présence de phases porteuses de Zr exerce très peu d’influence sur le “géothermomètre” fondé sur la saturation en zircon. Elle peut être la cause de températures légèrement plus élevées (20–30°C) dans les roches métalumineuses, mais n’a aucun effet dans le cas des roches hyperalumineuses. 3) L’incorporation de Zr dans les principaux minéraux cristallisant dans un magma peut réduire à la fois la concentration de Zr pour former le zircon dans le liquide et la température à laquelle le zircon commence à cristalliser. Les réactions entre minéral et liquide impliquant les phases porteuses de Zr pourraient mener à des grains de zircon ayant des tracés compliqués de zonation et à des zones discordantes, apparemment diachrones. 4) Des valeurs de Zr/Hf plus élevées que les valeurs chondritiques peuvent résulter d’un fractionnement de titanite, d’amphibole ou de clinopyroxène, mais ceci requiert très peu (ou aucune) cristallisation de zircon. Les magmas ayant une valeur Zr/Hf plus faible que la valeur chondritique ne peuvent résulter que du fractionnement du zircon. 5) Nous décrivons deux nouveaux exemples de réactions minérales impliquant la formation d’une phase accessoire selon le bilan des masses, ce qui s’avère très utile dans le domaine de la géochronologie à résolution élevée: la formation du xénotime comme produit de déstabilisation du grenat dans les métapélites au faciès amphibolite, et la surcroissance subsolidus sur les grains de zircon inclus dans un feldspath porteur de Zr.

(Traduit par la Rédaction)

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