The Formation of Chromite and Titanomagnetite Deposits Within the Bushveld Igneous Complex

Klemm, Dietrich D.; Snethlage, Rolf; Dehm, Richard; Henckel, J.; Schmidt-Thomé, Robert

doi:10.1007/978-3-642-68344-2_35

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“…One of the most well-known aspects of the Upper Zone of the Bushveld Complex is the presence of over 20 layers of nearly monomineralic magnetite [Molyneux, 1974] (supporting information Figure S2). Proposed hypotheses for the origin of these layers include gravitational settling [e.g., Cawthorn and Ashwal, 2009], periodic changes in fO 2 [e.g., Klemm et al, 1982;Reynolds, 1985] possibly due to new pulses of magma Geochemistry, Geophysics, Geosystems 10.1002/2016GC006660 added to the resident magma chamber [e.g., Irvine and Sharpe, 1986], pressure fluctuations [Cawthorn and McCarthy, 1980], and silicate liquid immiscibility [e.g., Scoon and Mitchell, 1994;Harney and von Gruenewaldt, 1995]. There is no recorded change in fO 2 in the UUMZ rocks analyzed here [c.f.…”

Section: Measured D 56 Fe Mgt and Potential Implications For The Formmentioning

confidence: 99%

Iron isotopic evolution during fractional crystallization of the uppermost Bushveld Complex layered mafic intrusion

Bilenker

VanTongeren

Lundstrom

et al. 2017

Geochem Geophys Geosyst

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We present δ56Fe (56Fe/54Fe relative to standard IRMM‐014) data from whole rock and magnetite of the Upper and Upper Main Zones (UUMZ) of the Bushveld Complex. With it, we assess the role of fractional crystallization in controlling the Fe isotopic evolution of a mafic magma. The UUMZ evolved by fractional crystallization of a dry tholeiitic magma to produce gabbros and diorites with cumulus magnetite and fayalitic olivine. Despite previous experimental work indicating a potential for magnetite crystallization to drastically change magma δ56Fe, we observe no change in whole rock δ56Fe above and below magnetite saturation. We also observe no systematic change in whole rock δ56Fe with increasing stratigraphic height, and only a small variation in δ56Fe in magnetite separates above magnetite saturation. Whole rock δ56Fe (errors twice standard deviation, ±2σ) throughout the UUMZ ranges from −0.01 ±0.03‰ to 0.21 ±0.09‰ (δ56FeaverageWR = 0.10 ±0.09‰; n = 21, isotopically light outlier: δ56FeWR = −0.15‰), and magnetites range from 0.28 ±0.04‰ to 0.86 ±0.07‰ (δ56FeaverageMgt = 0.50 ±0.15‰; n = 20), similar to values previously reported for other layered intrusions. We compare our measured δ56FeWR to a model that incorporates the changing normative mineralogy, calculated temperatures, and published fractionation factors of Fe‐bearing phases throughout the UUMZ and produces δ56FeWR values that evolve only in response to fractional crystallization. Our results show that the Fe isotopic composition of a multiply saturated (multiple phases on the liquidus) magma is unlikely to change significantly during fractional crystallization of magnetite due to the competing fractionation of other Fe‐bearing cumulus phases.

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Section: Measured D 56 Fe Mgt and Potential Implications For The Formmentioning

confidence: 99%

Iron isotopic evolution during fractional crystallization of the uppermost Bushveld Complex layered mafic intrusion

Bilenker

VanTongeren

Lundstrom

et al. 2017

Geochem Geophys Geosyst

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“…2-Système ouvert «unbuffered» : soit par l'assimilation des roches encaissantes riches en CO 2 et en eau, combinée à la libération des gaz dans les conduits, soit par libération des volatiles dérivés des roches du plancher ayant subi le métamorphisme thermique (Klemm, 1982) où soit par la circulation des fluides métamorphiques lors de la mise en place de l'intrusion dans la croûte. Dans ce cas la JO2 change, elle peut diminuer ou augmenter dépendamment de la nature du fluide additionné au magma.…”

Section: Ordre De Cristallisation Des Magnetites Titanifères Et De L'unclassified

Genèse des dépôts de Fe-Ti-P associés aux intrusions litées (exemples l intrusion mafique de Sept-Iles au Québec complexe de Duluth aux États-Unis)

Nabil¹

2003

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IllUne fois le magma saturé en ces éléments, la cristallisation de la magnetite est favorisée suite à une augmentation de JO2 dans le système. Ces conditions d'oxydation sont favorisées à la fois par le processus de cristallisation fractionnée et par la présence de fluides. Ces derniers sont de nature météorique (5 18 O varie entre -2 et 1.8 %o) dans le cas de l'intrusion de Sept-îles et métamorphiques dans le cas de Duluth (Ô 18 O varie entre 3.908 et 6.044 %o pour les OUI et entre 7.534 et 12.935 %o dans le cas des sédiments). L'oxydation provoque la conversion de Fe 2+ en Fe 3+ et par conséquent la formation de la magnetite. L'accumulation de cette dernière provoque un appauvrissement du liquide en Fe favorisant par la suite une saturation du magma en P. Une telle saturation déclenche la cristallisation de l'apatite et donne ainsi naissance à des nelsonites et à des gabbro-nelsonites dans le cas de Sept-îles et à des roches riches en apatite à Duluth.Les valeurs de température et de JO2 ont été calculées pour les paires de titanomagnétite et d'ilménite qui coexistent en utilisant le programme QUILF. Les données définissent une trajectoire qui s'étend du tampon FMQ à haute température au tampon IM à basse température. L'intervalle de température s'étale entre 500 et 862 °C et celui de la fugacité d'oxygène (log_/D2) entre -17 et -25. Une telle tendance est typique aux intrusions mafiques ignées.Dans le cas de Sept-îles, les oxydes sont accumulés en formant des lits riches en oxydes. Dans le cas de Duluth, les lits riche en oxydes sont formés aussi dans la partie supérieure de l'intrusion, toutefois, dans certains cas les oxydes s'infiltrent dans l'encaissant troctolitque par le biais des failles et forme ainsi les OUIs, ou bien certains lits de magnétitite de la partie supérieure de l'intrusion sont injectés dans les troctolites sousjacents suite à une instabilité gravitationnelle.La composition des phases oxyde (ilménite, magnetite) a été modifiée considérablement au cours du refroidissement de l'intrusion en raison de réactions d'échanges intracristallins et intercristallins. Au cours du refroidissement des deux intrusions, l'oxydation a entraîné la formation des exsolutions d'ilménite de la solution solide de titanomagnétite pour former soit des lamelles distinctes d'ilménite dans la magnetite, soit des exsolutions granulaires d'ilménite autour de grains de magnetite.Les sulfures disséminés sont associés aux oxydes dans les deux intrusions. Les phases sulfurées sont essentiellement la pyrite et la bornite dans le cas de Sept-îles et la chalcopyrite, la cubanite et la pyrrhotite dans le cas des de Duluth. Ces sulfures occupent les interstices des phases oxydes ainsi que les zones d'altérations. L'investigation géochimique suggère que les phases oxydes ne concentrent pas les IEGP. Des diagrammes de corrélation montrent que les PGE sont contrôlés par les phases sulfurées. L'appauvrissement des roches en EGP par rapport au Ni et au Cu peut être expliqué par une ségrégation précoce des sulfures. Par conséqu...

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“…Iron-titanium oxides are commonly observed in the upper parts of differentiated intrusions (e.g., Bushveld Complex; Klemm et al 1982;Skaergaard, Wager & Brown 1968;Koillismaa, Karinen et al 2015;Panzhihua, Pang et al 2008;Xinjie, Tan et al 2015;Lac Doré, Mathieu 2019; Sonju Lake, Maes et al 2007) because they typically become saturated late in the crystallisation sequence of typical parent magmas. Thermodynamic modelling of the Hellancourt basalts has shown that Fe-Ti oxides become saturated after ~ 68% fractional crystallisation once the residual magma has attained ~ 2.5-3 wt.% TiO 2 (Ciborowski et al 2017;Smith et al 2020b;2021a).…”

Section: Composition Of Fe-ti Oxides In the Titanomagnetite And Grano...mentioning

confidence: 99%

Accessory phase perspectives for ore-forming processes and magmatic sulphide exploration in the Labrador Trough, northern Quebec, Canada

et al. 2022

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The compositions of resistant indicator minerals are diagnostic of their original host environment. They may be used to fingerprint different types of mineral deposit as well as vector towards them. We have characterised the composition of apatite and Fe-Ti oxides in variably-mineralised mafic-ultramafic rock units of the Montagnais Sill Complex in the Labrador Trough to assess their suitability for vectoring magmatic sulphide occurrences. Two broad types of apatite were identified: (i) fluoro- to hydroxy-apatite (Cl/[Cl+F] < 0.2); and (ii) chloro- to hydroxy apatite (Cl/[Cl+F] > 0.5). The former reflects variable degrees of degassing and Cl-loss during Rayleigh fractionation and is not indicative of Ni-Cu-mineralisation or host rock. The latter exists only in sulphidic olivine cumulate units and thus, may be used to vector similar rock types in the Labrador Trough. Ilmenite is the dominant oxide, except for the upper parts of differentiated gabbroic sills in which titanomagnetite is dominant. Magnetite occurs only as a secondary phase in serpentinised olivine cumulates and is not discriminative for magmatic sulphides. Ilmenite and titanomagnetite in the sulphidic olivine-bearing units have characteristically high Mg (~ 1,000-10,000 ppm), Cr (~ 100-1,000 ppm), Ni (~ 10-1,000 ppm), and Cu (~ 1-10,000 ppm) concentrations relative to those from other rock units. Their composition is consistent with Fe-Ti oxides derived from evolved sulphide melts in ultramafic-hosted Ni-Cu-(PGE) sulphide deposits and thus may be used to vector towards similar magmatic sulphide occurrences in the Labrador Trough.

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The Formation of Chromite and Titanomagnetite Deposits Within the Bushveld Igneous Complex

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Iron isotopic evolution during fractional crystallization of the uppermost Bushveld Complex layered mafic intrusion

Iron isotopic evolution during fractional crystallization of the uppermost Bushveld Complex layered mafic intrusion

Genèse des dépôts de Fe-Ti-P associés aux intrusions litées (exemples l intrusion mafique de Sept-Iles au Québec complexe de Duluth aux États-Unis)

Accessory phase perspectives for ore-forming processes and magmatic sulphide exploration in the Labrador Trough, northern Quebec, Canada

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