Abstract

We examined the mode of occurrence, pattern of zoning and composition of magnetite and associated spinel-group minerals in three types of calciocarbonatite from the Kerimasi volcano, in Tanzania. In all samples, magnetite is one of the earliest phases to have crystallized, and shows an appreciable compositional variation. The majority of compositions correspond to magnetite with low to moderate proportions of magnesioferrite and ulvöspinel components (10–28 and 2–28 mol.%, respectively) and <15 mol.% of spinel and jacobsite. One sample of pyroclastic carbonatite also contains crystals of Mn-rich magnesioferrite (15–17 mol.% MnFe2O4). The two trace elements consistently present in appreciable amounts are V (400–2000 ppm) and Zn (700–3300 ppm); the abundances of other trace elements are much lower and very variable (≤15 ppm Cr, 170 ppm Ni, 220 ppm Co, 490 ppm Zr, 14 ppm Hf, 95 ppm Nb, 3 ppm Ta, and 80 ppm Ga). Magnetite is thus a minor host of Zr, Hf, Nb and Ta in carbonatites. The composition of magnetite crystallizing from carbonatitic magma evolves by becoming depleted in Mg and Ti, whereas its Al content inversely correlates with the V content and, thus, is sensitive to variations in f(O2). The compatibility of V is interpreted to decrease, and that of Mn to increase, with increasing f(O2). Covariation between the Mn and Zn contents suggests that the partitioning behavior of Zn is controlled by the coupled substitution Zn2+Mn3+Fe2+−1Fe3+−1. The Mg–Ti depletion trend is accompanied by a decrease in Zr and Ta contents at constant or decreasing levels of Nb and Hf, which has implications for the partitioning behavior of high-field-strength elements in carbonate melts. In addition to the magmatic evolutionary trend, the Kerimasi magnetite exhibits a previously unrecognized trend arising from a reaction of the magnetite with the carbonatitic magma. This trend involves enrichment of the peripheral parts of magnetite crystals in Mg, Al, Mn, Zr and Nb, and their mantling by Fe-rich spinel. This trend requires that a(Mg2+) and a(Al3+) in the magma increase with evolution, whereas a(SiO2) remains low to impede the precipitation of Mg–Al silicates.

Abstract

Nous avons examiné la distribution, la zonation et la composition de la magnétite et autres minéraux du groupe du spinelle dans trois types de calciocarbonatite provenant du volcan Kerimasi, en Tanzanie. Dans tous les échantillons, la magnétite est une des premières phases à cristalliser, et elle montre une variation appréciable en composition. La plupart des compositions correspondent à la magnétite ayant une proportion faible à modérée des pôles magnésioferrite (10–28%, base molaire) et ulvöspinelle (2–28%), et moins de 15% des pôles spinelle et jacobsite. Une échantillon de carbonatite pyroclastique contient aussi des cristaux de magnésioferrite riches en Mn (15–17% MnFe2O4). Le V (400–2000 ppm) et le Zn (700–3300 ppm) sont invariablement présents au niveau de traces. La teneur des autres éléments traces est beaucoup plus faible et très variable (≤15 ppm Cr, 170 ppm Ni, 220 ppm Co, 490 ppm Zr, 14 ppm Hf, 95 ppm Nb, 3 ppm Ta, et 80 ppm Ga). La magnétite serait donc un hôte mineur pour le Zr, Hf, Nb et Ta dans les carbonatites. La composition de la magnétite primaire évolue en devenant progressivement dépourvue en Mg et Ti, tandis que sa teneur en Al est en corrélation inverse avec la teneur en V, et donc sensible aux variations en f(O2). La compatibilité du V diminuerait, et celle du Mn augmenterait, avec une augmentation en f(O2). Un covariation des teneurs en Mn et Zn fait penser que la répartition du Zn est régie par la substitution couplée Zn2+Mn3+Fe2+−1Fe3+−1. La diminution progressive en Mg et Ti est accompagnée d’une diminution en Zr et Ta à teneur constante ou décroissante de Nb et Hf, ce qui a implications dans l’interprétation du comportement des éléments à champ potentiel élevé dans les bains fondus carbonatés. En plus de l’évolution progressive magmatique, la magnétite de Kerimasi fait preuve d’une lignée de compositions dues à la réaction de la magnétite précoce avec la magma carbonatitique. Il y a un enrichissement de la périphérie des cristaux en Mg, Al, Mn, Zr et Nb, et une surcroissance par un liseré de spinelle riche en Fe. Cette lignée requiert une augmentation de a(Mg2+) et a(Al3+) dans le magma en évolution, tandis que a(SiO2) demeure à un faible niveau pour empêcher la précipitation de silicates Mg–Al.

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