EMPLACEMENT OF VISCOUS MUSHES IN THE JINCHUAN ULTRAMAFIC INTRUSION, WESTERN CHINA Available to Purchase

The Jinchuan ultramafic intrusion in western China has an elongate surface expression of about 6000 by 350 meters. It is one of several mafic–ultramafic intrusions found in the fault-bounded Longshoushan uplifted terrane, of Proterozoic age, located along the southwestern edge of the Sino-Korea platform. Three boreholes from the western, central and eastern parts of the intrusion were sampled and studied. The rocks from the Jinchuan intrusion are olivine – orthopyroxene – chromian spinel cumulates with orthopyroxene, clinopyroxene, plagioclase and phlogopite as interstitial phases. On average, base-metal sulfides (pyrrhotite, pentlandite and chalcopyrite) constitute 5 wt% of the rocks. The samples are overprinted by low-grade metamorphism, hydrothermal alteration and near-surface oxidation. Minor chromian spinel and orthopyroxene preceded olivine in the crystallization sequence. Olivine composition varies between Fo₇₉ and Fo₈₅. This variation is negatively correlated with the amounts of trapped silicate liquid in the rocks and is ascribed to the effects of subliquidus and metamorphic re-equilibration. The complex and highly variable lithological structures, limited variation in Fo in the olivine and grain sizes suggest that the intrusion was formed by injection of high-yield-strength viscous crystal-mushes containing variable amounts of sulfide liquid and silicate melt of basaltic composition into planar fractures or faults. During mush emplacement at Jinchuan, flow differentiation controlled the proximal, central part of the intrusion, resulting in subconcentric lithological zonation in this regime, whereas chaotic flow prevailed in the distal, eastern and western parts of the intrusion, resulting in complex lithological banding and interfingering. The original emplacement and flow structures did not collapse because of the high viscosity and high yield-strength of the crystal mushes, strong enough to withhold the gravitational forces imposed on the mushes after flow eased. The observed sequence of crystallization in the rocks suggests that the crystal mushes were formed in a staging chamber at a depth between 4 and 9 km. In this staging chamber, olivine-poor magma occurred at the top and olivine-rich mushes containing minor orthopyroxene and chromian spinel, and variable amounts of silicate and sulfide liquids, were concentrated toward the base in response to gravitational settling. The stratified liquid–crystal materials were then squeezed out of the staging chamber into planar fracture or fault systems at higher levels to form a series of mafic–ultramafic intrusions, possibly induced by the collapse of the chamber roof. The roof collapse was probably triggered by regional extension. Early extraction of the crystal-poor magma from the top of the staging chamber formed the sulfide-poor mafic intrusions in the vicinity of the Jinchuan intrusion. Subsequent extraction of the sulfide-bearing crystal mushes from the bottom of the staging chamber formed the Jinchuan intrusion. The overall high sulfide–silicate ratio in the Jinchuan intrusion resulted from preconcentration of sulfide by liquid stratification in the staging chamber.

L’intrusion ultramafique de Jinchuan, dans la partie occidentale de la Chine, a une expression allongée en surface, environ 6000 par 350 mètres. C’est un parmi plusieurs massifs intrusifs de composition mafique à ultramafique dans le socle faillé en émergence de Longshoushan, d’âge protérozoïque, situé en bordure sud-ouest de la plateforme sino-koréenne. Trois trous de forage, représentatifs des parties ouest, centrale et est de l’intrusion, ont été échantillonnés. Les roches sont des cumulats à olivine – orthopyroxène – spinelle chromifère, avec orthopyroxène, clinopyroxène, plagioclase et phlogopite dans les interstices. En za moyenne, les sulfures des métaux de base (pyrrhotite, pentlandite et chalcopyrite) constituent 5% (poids) des roches. Les roches ont subi les effets d’un métamorphisme de faible intensité, une altération hydrothermale et une oxydation près de la surface. Une fraction mineure du spinelle chromifère et de l’orthopyroxène ont précédé l’olivine dans la séquence de cristallisation. L’olivine varie entre Fo₇₉ et Fo₈₅. Cette variation montre une corrélation négative avec la quantité de liquide silicaté piégé dans ces roches, et serait due plutôt aux effets subliquidus et métamorphiques. Les structures lithologiques, complexes et fortement variables, la variation limitée de la teneur de l’olivine en Fo, et la taille des grains, font penser que l’intrusion s’est mise en place par injection d’une émulsion visqueuse de cristaux + liquide à limite élevée d’élasticité, contenant des proportions variables de liquides sulfuré et silicaté (composition basaltique) dans une fissure ou une faille. Au cours de la mise en place de cette émulsion à Jinchuan, une différenciation par épanchement a régi la partie centrale, proximale, de l’intrusion, ce qui a mené à une zonation subconcentrique des unités lithologiques dans ce régime, tandis qu’un épanchement plus chaotique était important dans les parties plus distales, à l’est et à l’ouest, avec comme résultat un rubanement lithologique et une interdigitation. La mise en place originale et les structures d’épanchement ne se sont pas effondrées, à cause de la viscosité et le seuil d’élasticité élevés de ces émulsions, suffisamment fortes pour contrecarrer les forces dues à la gravitation imposées à mesure que cessait l’épanchement. D’après la séquence de cristallisation observée dans ces roches, les émulsions de cristaux se sont formées dans une chambre transitoire à une profondeur entre 4 et 9 km. Dans cette chambre, le magma à faible teneur en olivine s’est accumulé vers le sommet, et les émulsions à olivine, contenant orthopyroxène et spinelle chromifère accessoires, et des quantités variables de liquides silicaté et sulfuré, se sont accumulées vers la base à cause de la gravité. Les matériaux contenant liquides + cristaux stratifiés ont par la suite subi une extrusion hors de cette chambre par compression, et une injection dans une fracture ou une faille à un niveau supérieur, pour former une série d’intrusions mafiques et ultramafiques, possiblement dues à l’effondrement du toit. Un tel effondrement a probablement été déclenché par une extension régionale. L’extraction précoce du magma à faible teneur en cristaux de la partie supérieure de la chambre est responsable des roches à faible teneur en sulfures près de l’intrusion de Jinchuan. L’extraction subséquente de fractions enrichies en sulfures près de la base de cette chambre a formé l’intrusion de Jinchuan. Le rapport relativement élevé de sulfures à silicates est le résultat d’une préconcentration de la fraction sulfurée par stratification de la fraction liquide dans la chambre transitoire.

(Traduit par la Rédaction)