Pyroxenite as a Product of Mafic-Carbonate Melt Interaction (Tazheran Massif, West Baikal Area, Russia)

Abstract

Pyroxenite and nepheline-pyroxene rocks coexist with dolomite-bearing calcite marbles in Tazheran Massif in the area of Lake Baikal, Siberia, Russia. Pyroxenites occur in a continuous elongate zone between marbles and beerbachites (metamorphosed gabbro dolerites) and in 5 cm to 20 m fragments among the marbles. Pyroxene in pyroxenite is rich in calcium and alumina (5–12 wt% Al2O3) and has a fassaite composition. The Tazheran pyroxenite may originate from a mafic subvolcanic source indicated by the presence of remnant dolerite found in one pyroxenite body. This origin can be explained in terms of interaction between mafic and crust-derived carbonatitic melts, judging by the mineralogy of pyroxenite bodies and their geological relations with marbles. According to this model, the intrusion of mantle mafic melts into thick lower crust saturated with fluids caused partial melting of silicate-carbonate material and produced carbonate and carbonate-silicate melts. The fassaite-bearing pyroxenite crystallized from a silicate-carbonate melt mixture which was produced by roughly synchronous injections of mafic, pyroxenitic, and carbonate melt batches. The ascending hydrous carbonate melts entrained fragments of pyroxenite that crystallized previously at a temperature exceeding the crystallization point of carbonates. Subsequently, while the whole magmatic system was cooling down, pyroxenite became metasomatized by circulating fluids, which led to the formation of assemblages with garnet, melilite, and scapolite.

Marble Mélange: Composition Variations and Formation Mechanisms

“…В центральной части массива картируется полоса доломитсодержащих кальцитовых мраморов (рис. 14), ассоциирующих со специфическими фассаитовыми пироксенитами и нефелин-пироксеновыми породами [Sklyarov et al, 2021]. С юга от этой полосы обнажаются сиениты, с севера -ороговикованные долериты нормальной щелочности (беербахиты по [Sklyarov et al, 2020]) с многочисленными телами огнейсованных сиенитов.…”

“…13. Геологическая карта Тажеранского габбро-сиенитового массива (after [Fedorovsky et al, 2009;Sklyarov et al, 2021]). 1-3 -вмещающие породы (500 млн лет): амфиболиты, гнейсы (1), кальцитовые мраморы (2), метаморфизованные габбро, монцогаббро, монцониты, сиениты (3); 4-8 -Тажеранский массив (460-470 млн лет): беербахиты по толеитовым габбро и долеритам (4), субщелочные габбро и микрогаббро (5), нефелиновые сиениты (6), сиениты огнейсованные (7) и массивные (8), 9 -доломитсодержащие кальцитовые мраморы в ассоциации с пироксенитами; 10 -область распространения бруситовых мраморов с магнезиальными метасоматитами; 11 -синметаморфические шеар-зоны.…”

“…13. Geology of the Tazheran gabbro-syenite complex, after [Fedorovsky et al, 2009;Sklyarov et al, 2021]. 1-3 -country rocks, 500 Ma: amphibolite, silicate-carbonate gneiss (1), calcite marble (2), metamorphosed gabbro, monzogabbro, monzonite, and syenite, Birkhin complex (3); 4-8 -Tazheran complex, 460-470 Ma: beerbachite after tholeiitic dolerite and gabbro (4), subalkaline gabbro and microgabbro (5), nepheline syenite (6), foliated (7) and massive (8) syenites; 9 -dolomite-bearing calcite marble in association with pyroxenite; 10 -brucite marbles; 11 -synmetamorphic shear zones.…”

“…Геологическая карта района распространения пироксенитов и нефелин-фассаитовых пород (по [Sklyarov et al, 2021]). 1 -беербахиты; 2 -сиениты; 3 -субщелочные габбро и микрогаббро; 4-5 -доломитсодержащие кальцитовые мраморы (4), насыщенные фрагментами пироксенитов (5); 6 -пироксениты и нефелин-фассаитовые породы; 7 -зона распространения гранатмелилит-пироксеновых и мелилит-волластонитовых метасоматических пород; 8 -граница между мраморами «чистыми» и с фрагментами пироксенитов.…”

“…Дополнительным аргументом в пользу расплавного внедрения мраморов могут быть признаки взаимодействия карбонатного и базитового расплавов в Тажеранском массиве, обусловившего кристаллизацию своеобразных пироксенитов и нефелин-пироксеновых пород [Sklyarov et al, 2021]. Поскольку температура кристаллизации пироксенитов выше, чем у карбонатного расплава, закристаллизовавшиеся пироксениты могли дробиться, захватываться карбонатным расплавом и подвергаться метасоматическим преобразованиям в процессе остывания системы, что и создает картину мраморного меланжа.…”