Abstract

The compositional zoning of plagioclase-mantled K-feldspar, defining the rapakivi texture, and of the associated quartz phenocrysts from the Paleozoic Land’s End (U.K.) and Altenberg–Frauenstein (Germany) granites, and the Proterozoic Hammarudda (Finland) granite porphyry, has been investigated by laser-ablation – inductively coupled plasma – mass spectrometry, electron-probe micro-analyses, cathodoluminescence and thermal ionization mass spectrometry in order to investigate the formation of the rapakivi texture in two different eons. Recent analytical developments and the Ti-in-quartz geothermometer lead to interpretations of the trace-element zoning in quartz phenocrysts coexisting with rapakivi feldspars. There is an approximate coincidence with Ba-rich growth zones in plagioclase-mantled K-feldspar and Ti-rich zones in coexisting quartz phenocrysts. Both types of zoning indicate increasing temperatures of crystallization. The formation of the plagioclase mantles seems to be related to quartz-resorption events. The inferred temperature of crystallization increased after marginal resorption of quartz phenocrysts by about 82°C in the Altenberg–Frauenstein magma and 44°C in the Hammarudda magma, on the basis of the Ti-in-quartz geothermometer. The temperature increase is correlated positively with the crystallization of plagioclase mantles on the K-feldspar. The quartz phenocryst in the Land’s End granite shows normal core-to-rim zoning of Ti (decreasing concentrations), indicating a gradual decrease in magma temperature. We contend that the increase in the quartz-crystallization temperature of >25°C after a resorption event is indicative for the interaction with mafic magma. Therefore, the interaction of a crystal-saturated granitic magma and a mafic magma is the driving force causing nucleation and crystallization of plagioclase on K-feldspar phenocrysts, even though the Pb isotope, Ba, Sr, and Rb zoning of the mantled K-feldspar phenocryst have not clearly recorded an interaction between granitic and mafic magmas. The frequency of rapakivi feldspars in the rock correlates with the portion of mafic magma involved in the mingling and mixing process. Isothermal decompression during adiabatic magma ascent may have contributed to the plagioclase mantle formation in the case of the Altenberg–Frauenstein and Hammarudda granites. The rare rapakivi feldspars in the Land’s End granite developed during an early stage of magmatic evolution; as a result, tracing the conditions of formation of the rapakivi texture is speculative in that case.

Abstract

Nous avons étudié la zonation en composition du feldspath potassique avec gaine de plagioclase, définissant la texture rapakivi, et des phénocristaux de quartz associés des granites paléozoïques de Land’s End (Royaume-Uni) et de Altenberg–Frauenstein (Allemagne), et du porphyre granitique protérozoïque de Hammarudda (Finlande), au moyen d’analyses par ablation au laser avec plasma à couplage inductif, analyses avec une microsonde électronique, cathodoluminescence et spectrométrie de masse avec ionisation thermique. Notre but était d’étudier la formation de la texture rapakivi à deux ères différentes. Les développements récents des méthodes analytiques et du géothermomètre fondé sur la teneur en Ti du quartz ont mené à une interprétation de la zonation en éléments traces des phénocristaux de quartz qui coexistent avec les feldspaths rapakivi. Il y aurait une coïncidence approximative des zones de croissance du feldspath potassique impliqué dans la texture rapakivi et des zones riches en Ti des phénocristaux de quartz coexistants. La formation des gaines de plagioclase semble liée au phénomène de résorption du quartz. La température de cristallisation aurait augmenté d’environ 82°C suite à la résorption des bordures des phénocristaux de quartz phenocrysts dans le magma à Altenberg–Frauenstein, et de 44°C dans le magma à Hammarudda, selon le géothermomètre fondé sur la teneur en Ti du quartz. L’augmentation de la température montre une corrélation positive avec la cristallisation des gaines de plagioclase sur le feldspath potassique. Le phénocristal de quartz du granite de Land’s End montre une zonation normale en teneur du cristal en Ti (diminution en bordure), indication d’une décroissance dans la température du magma. Nous croyons que l’augmentation de la température de cristallisation du quartz de plus d’environ 25°C suite à un événement de résorption serait une indication d’une interaction avec un magma mafique. L’interaction d’un magma granitique saturé en cristaux et d’un magma mafique fournirait donc l’énergie motrice d’une nucléation et d’une cristallisation du plagioclase sur les phénocristaux de feldspath potassique, quoique les isotopes de Pb et la zonation en Ba, Sr, et Rb des phénocristaux de feldspath potassique n’ont pas clairement enregistré cette interaction. La fréquence des feldspaths rapakivi dans la roche montre une corrélation avec la proportion de magma mafique impliqué dans le processus d’association et de mélange. Une décompression isothermale pendant la montée adiabatique du magma pourrait avoir contribué à la formation de la gaine de plagioclase dans les cas des granites de Altenberg–Frauenstein et Hammarudda. Les rares cas de feldspaths rapakivi dans le granite de Land’s End se sont développés à un stade précoce de l’évolution magmatique. Cerner les conditions de formation de la texture rapakivi dans ce cas relève de la spéculation.

(Traduit par la Rédaction)

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