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Petrogenesis of the Mesoproterozoic anorthosite, syenite and carbonatite suites of NW Namibia and their contribution to the metasomatic formation of the Swartbooisdrif sodalite deposits / Petrogenese der mesoproterozoischen Anorthosite, Syenite und Karbonatite NW-Namibias und ihr Einfluss auf die metasomatische Bildung der Sodalith-Vorkommen von Swartbooisdrif

Drüppel, Kirsten January 2003 (has links) (PDF)
During the Mesoproterozoic large volumes of magma were repeatedly emplaced within the basement of NW Namibia. Magmatic activity started with the intrusion of the anorthositic rocks of the Kunene Intrusive Complex (KIC) at 1,385-1,347 Ma. At its south-eastern margin the KIC was invaded by syenite dykes (1,380-1,340 Ma) and younger carbonatites (1,140-1,120 Ma) along ENE and SE trending faults. Older ferrocarbonatite intrusions, the ‘carbonatitic breccia’, frequently contain wallrock fragments, whereas subordinate ferrocarbonatite veins are almost xenolith-free. Metasomatic interaction between carbonatite-derived fluids and the neighbouring and incorporated anorthosites led to the formation of economically important sodalite deposits. Investigated anorthosite samples display the magmatic mineral assemblage of Pl (An37-75) ± Ol ± Opx ± Cpx + Ilm + Mag + Ap ± Zrn. Ilmenite and pyroxene are surrounded by narrow reaction rims of biotite and pargasite. During the subsolidus stage sporadic coronitic garnet-orthopyroxene-quartz assemblages were produced. Thermobarometry studies on amphiboles yield temperatures of 985-950°C whereas the chemical composition of coronitic garnet and orthopyroxene indicate a subsolidus re-equilibration of the KIC at conditions of 760 ± 100°C and 7.3 ± 1 kbar. In the syenites Kfs, Pl, Hbl and/or Cpx crystallized first, followed by a second generation of Kfs, Hbl, Fe-Ti oxides and Ttn. Crystallization of potassium feldspar occurred under temperatures of 890-790°C. For the crystallization of hastingsite pressures of 6.5 ± 0.6 kbar are obtained. In order to constrain the source rocks of the two suites, oxygen isotope analyses of feldspar as well as geochemical bulk rock analyses were carried out. In case of the anorthosites, the general geochemical characteristics are in excellent agreement with their derivation from fractionated basaltic liquids, with the d18O values (5.88 ± 0.19 ‰) proving their derivation from mantle-derived magmas. The results obtained for the felsic suite, provide evidence against consanguinity of the anorthosites and the syenites, i.e. (1) compositional gaps between the geochemical data of the two suites, (2) trace element data of the felsic suite points to a mixed crustal-mantle source, (3) syenites do not exhibit ubiquitous negative Eu-anomalies in their REE patterns, which would be expected from fractionation products of melts that previously formed plagioclase cumulates and (4) feldspar d18O values from the syenites fall in a range of 7.20-7.92 ‰, which, however, is about 1.6 ‰ higher than the average d18O of the anorthosites. Conformably, the crustal-derived felsic and the mantle-derived anorthositic suite are suggested to be coeval but not consanguineous. Their spatial and temporal association can be accounted for, if the heat necessary for crustal melting is provided by the upwelling and emplacement of mantle-derived melts, parental to the anorthosites. In order to constrain the source of the 1,140-1,120 Ma carbonatites and to elucidate the fenitizing processes, which led to the formation of the sodalite, detailed mineralogical and geochemical investigations, stable isotope (C,O,S) analyses and fluid inclusion measurements (microthermometrical studies and synchrotron-micro-XRF analyses) have been combined. There is striking evidence that carbonatites of both generations are magmatic in origin. They occur as dykes with cross-cutting relationships and margins disturbed by fenitic aureoles, and contain abundant flow-oriented xenoliths. The mineral assemblage of both carbonatite generations of Ank + Cal + Ilm + Mag + Bt ± Ap ± pyrochlore ± sulphides in the main carbonatite body and Ank + Cal + Mag ± pyrochlore ± rutile in the ferrocarbonatite veins, their geochemical characteristics and the O and C isotope values of ankerite (8.91 to 9.73 and –6.73 to –6.98, respectively) again indicate igneous derivation, with the 18O values suggesting minor subsolidus alteration. NaCl-rich fluids, released from the carbonatite melt mainly caused the fenitization of both, the incorporated and the bordering anorthosite. This process is characterized by the progressive transformation of Ca-rich plagioclase into albite and sodalite. Applying conventional geothermobarometry combined with fluid-inclusion isochore data, it was possible to reconstruct the P-T conditions for the carbonatite emplacement and crystallization (1200-630°C, 4-5 kbar) and for several mineral-forming processes during metasomatism (e.g. formation of sodalite: 800-530°C). The composition and evolutionary trends of the fenitizing solution were estimated from both the sequence of metasomatic reactions within wallrock xenoliths in the carbonatitic breccia and fluid inclusion data. The fenitizing solutions responsible for the transformation of albite into sodalite can be characterised as of NaCl-rich aqueous brines (19-30 wt.% NaCl eq.), that contained only minor amounts of Sr, Ba, Fe, Nb, and LREE. / Die mesoproterozoische Entwicklung Namibias ist durch wiederholte magmatische Aktivität gekennzeichnet. Zunächst erfolgte vor 1385-1347 Ma die Platznahme von Anorthositen des Kunene-Intrusiv-Komplexes (KIK) innerhalb von hochgradig metamorphen Gesteinen des Epupa-Komplexes. Der KIK wurde nahe seiner südöstlichen Begrenzung von zahlreichen Störungen durchschlagen. In diese SE-NW und ENE-WSW streichenden Schwächezonen intrudierten Syenite (ca. 1380-1340 Ma) sowie jüngere Karbonatite (ca. 1140-1120 Ma). Hierbei erfolgte zunächst die Platznahme einer ersten Ferrokarbonatit-Generation, die in hohem Maße durch Anorthosit-Xenolithe kontaminiert ist („karbonatitische Brekzie“). Diese wird von jüngeren und annähernd Xenolith-freien Ferrokarbonatit-Adern durchschlagen. Metasomatische Wechselwirkungen den Karbonatit-Magmen und angrenzenden Anorthositen und Anorthosit-Xenolithen führten zur Bildung ökonomisch bedeutsamer Sodalith-Vorkommen. Die typische primär-magmatische Mineralogie in den Gesteinen des KIK umfasst: Pl (An37-75) ± Ol ± Opx ± Cpx + Fe-Ti-Oxide + Ap ± Zrn. Säume von Amphibol und Biotit umgeben Pyroxen und Ilmenit. Geothermometrische Untersuchungen ergaben Temperaturen von 985-950°C für die Kristallisation von Amphibol. Eine Reequilibrierung der Anorthosite unter granulit- bis amphibolitfaziellen Bedingungen (760 ± 100°C; 7.3 ± 1 kbar) wurde für Orthopyroxen-Granat-Quarz-Koronen um Olivin festgestellt. In den Syeniten kristallisierten zunächst Kfs, Pl, Cpx und Hbl, gefolgt von einer zweiten Generation von Kfs, Hbl, Fe-Ti-Oxiden und Ttn. Die Kristallisation von K-Feldspat fand unter Temperaturbedingungen von 890-790°C statt. Für die Kristallisation von Hastingsit wurden Drucke von 6.5 ± 0.6 kbar ermittelt. Mit dem Ziel, die Natur der Magmenquelle der Anorthosite und Syenite zu charakterisieren wurden geochemische Untersuchungen durchgeführt, sowie die Sauerstoff-Isotopie von Feldspat-Separaten bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen belegen, dass es sich bei den Stamm-Magmen der Anorthosite um fraktionierte basaltische Magmen handelt. Die d18O-Daten (5.61-6.13 ‰) legen nahe, dass diese Schmelzen durch partielle Aufschmelzung des Erdmantels entstanden sind. Die für die Syenite ermittelten Ergebnisse belegen, dass es sich bei Anorthositen und Syeniten um chemisch unabhängige Systeme handelt, da (1) keine chemische Kontinuität zwischen Anorthositen und Syeniten vorliegt, (2) die Spurenelementgehalte der Syenite auf eine gemischte Kruste-Mantel-Quelle hindeuten, (3) Chondrit-normierte Seltenerd-Element-Muster der Syenite keine negative Eu-Anomalie aufweisen, und (4) die d18O-Werte von Feldspat der Syenite mit 7.20-7.92 ‰ etwa 1.6 ‰ höher liegen als die der Anorthosite. Dementsprechend liegt die enge räumliche und zeitliche Assoziation von Anorthosite und Syeniten vermutlich darin begründet, dass der Aufstieg und die Platznahme der Stamm-Magmen der Anorthosite zum partiellen Aufschmelzen der Unterkruste und somit zur Bildung potentieller Stamm-Magmen der Syenite führten. Um eine umfassende Vorstellung über die genetische und zeitliche Stellung der Karbonatite und über die Sodalith-bildenden Vorgänge zu gewinnen, wurden verschiedene Untersuchungsmethoden angewendet (petrographische und Mikrosonden-analytische Bearbeitung von Dünnschliffen, Bestimmung der Gesamtgesteins-Geochemie, mikrothermometrische Untersuchungen sowie Synchrotron-XRF(SRXRF)-Untersuchungen von Fluid-Einschlüssen, Laser-ICPMS und SRXRF-Analysen der Spurenelement-Gehalte ausgesuchter Minerale sowie O-, C- und S-Isotopenanalytik). Die für die Karbonatite gewonnenen Ergebnisse belegen eindeutig, dass es sich hierbei um magmatische Kristallisationsprodukte fraktionierter Mantelschmelzen darstellen: Die Karbonatite treten als Gänge auf, welche ältere Gesteinseinheiten durchschlagen. Gesteine im Kontakt zu den Karbonatiten haben eine metasomatische Überprägung erfahren; Nebengesteinsklasten werden von Karbonat-reichen Lagen umflossen. Die Mineralogie beider Karbonatit-Generationen, i.e. (1) Ank + Cal + Mag + Bt ± Ilm ± Ap ± Pyrochlor ± Sulfide in der karbonatitischen Brekzie und (2) Ank + Cal + Mag ± Pyrochlor ± Rutil der Ferrokarbonatit-Adern, ihre geochemischen Signaturen sowie die O- und C-Isotopie von Ankerit (8.91-9.73 ‰ d18O und –6.73 bis –6.98 ‰ d13C) bestätigen diese Interpretation, wobei die O-Isotopendaten eine schwache hydrothermale Alteration der Karbonatite nahe legen. Die Ergebnisse von konventioneller Geothermometrie in Kombination mit den für Fluid-Einschlüsse kalkulierten Isochoren belegen, dass die Platznahme der Karbonatite unter P-T-Bedingungen von 4-5 kbar und 1200-630°C erfolgte. Unter Temperaturen von 800-530°C bewirkte die Zirkulation NaCl-reicher wässriger Fluide (19-30 Gew.% NaCl äquivalent) die Umwandlung von Albit der eingeschlossenen Anorthosit-Bruchstücke in Sodalith. Wie SRXRF-Analysen belegen, enthielten die fenitisierenden Fluide zudem geringe Konzentrationen an Sr, Ba, Fe, Nb und SEE.
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Magma Storage of the Alkaline Tejeda Cone Sheet Swarm, Gran Canaria, Spain / Det magmatiska förvaret av det alkaliska Tejeda inverterade kon-intrusionssvärmen, Gran Canaria, Spanien

Jensen, Max January 2016 (has links)
Volcanoes with alkaline differentiated magma belong to the more explosive and destructive types, but knowledge about these systems is often limited. Unravelling the position and conditions in the source magma chamber systems that feed volcanism at the surface is vital to understand these systems better. Due to deep erosion and barren grounds the oceanic island of Gran Canaria, Spain, provides a natural laboratory to study unique chemical and structural volcanic features of alkaline volcanism. The centre of Gran Canaria is made up of the Miocene Tejeda intrusive complex including a cone-sheet swarm and shallow alkaline differentiated plutonic rocks that form the closing phase of the Miocene activity pulse on Gran Canaria. Cone-sheets and other high-level plutonic rocks can give important insights into the interior of a volcano, such as depth and geometry of the magma supply reservoir, and thus provide vital data for the interpretation of active volcanoes in the Canary Islands and beyond. This work uses the clinopyroxene-melt thermobarometric methodology by Putirka (2008) and Masotta et al. (2013), the latter being a re-calibration of the first making it specific to alkaline differentiated magmas, to further constrain the depth of mineral. Geochemical analysis was preformed with electron microprobe (EMPA) at Uppsala University to determine mineral compositions and to extend the dataset, chemical data from the extensive work by Schirnick (1996) was also utilised. When the calculated pressure from the method of Masotta et al. (2013), was converted to the depth, the results from syenite samples show that crystallization of clinopyroxene occurred at depths of ~ 4 km (100 MPa) to ~ 15 km (400 MPa), with the highest concentration between ~ 7 km (200 MPa) and ~ 11 km (300 MPa). The results indicates that crystallization took place through the pressure range equivalent to crustal levels and possibly reaching as far down as MOHO depth, with temperature estimates calculated to about 860 to 960 °C. After combining the thermobarometric results with other evidence of magmatic processes, from this work and previous publications, the magma system expresses characteristics of fractional crystallization trends and simultaneously evidence of magma mixing, small-scale convection, and magma contamination. To explain these contradictory features, this work promotes a network of interconnected magma chambers that allows for magma stagnation and evolution at different levels. The results have thus contributed to further constrain the depth of which the cone-sheet swarm originated from on Gran Canaria, Spain. / Vulkaniska system av den typ studerade i detta arbete tillhör de mer explosiva och destruktiva typer avsystem på jorden, men kunskapen om dem är begränsad. En viktig komponent som krävs för att bättreförstå dessa system är att utröna tryck och temperaturförhållanden i magmakammarna som livnärvulkanismen vid ytan. På grund av djup erosion och karg mark så fungerar ön Gran Canaria(Kanarieöarna, Spanien) som ett naturligt laboratorium för att studera både kemiska och strukturellaegenskaper. Den centrala delen av Gran Canaria består till stor del av det så kallade Tejeda intrusivakomplexet, vilket inkluderar en inverterad kon-intrusionssvärm samt djupbergarten syenit somtillsammans representerar den avslutande fasen av magmatisk aktivitet under epoken Miocen på ön.Inverterade kon-intrusioner kan ge viktiga insikter i det inre av en vulkan, såsom magmakammarensdjup, och därmed ge viktig data för tolkningen av aktiva vulkaner på Kanarieöarna och liknandeplatser.I detta arbete beräknades tryck och temperaturförhållanden utifrån kemin hos mineraletklinopyroxen och dess ursprungliga smälta. Detta gjordes med en metodik av Putirka (2008) samt enav Masotta et al. (2013) för att ytterligare begränsa djupet av mineraltillväxt. Geokemiskanalysutfördes vid Uppsala universitet med elektronmikrosond (EMPA) av insamlade stenprover för attbestämma de kemiska sammansättningarna som sedan användes i beräkningarna. Även kemiska datafrån omfattande arbete av Schirnick (1996) användes för att komplettera datasetet som anskaffadesunder detta arbete.När beräknat tryck från metoden av Masotta et al. (2013) omvandlats till djup, visar resultaten påatt kristallisation av klinopyroxen skedde på ca. 4 km (100 MPa) till ca. 15 km (400 MPa) djup, ochmed högst koncentration mellan ~ 7 km (200 MPa) och ~ 11 km (300 MPa) djup. Resultaten indikeraratt kristallisation skedde i tryckområdet motsvarande jordskorpans nivåer och möjligen nådde så långtner som till manteln, med temperaturer mellan ca 860 till 960 °C. Efter att ha kombinerat dessaresultat med andra bevis för aktiva magmatiska processer, från detta arbete och tidigare publikationer,uttrycker det magma systemet egenskaper som fraktionerad kristallisations trender och samtidigttecken på magma blandning, småskalig konvektion, och förorening av magma från jordskorpan. Föratt förklara dessa motstridiga egenskaper, främjar detta arbete ett nätverk av flera sammankopplademagmakammare som möjliggör magmatisk stagnation och utveckling på olika nivåer. Resultaten harsåledes bidragit till att ytterligare begränsa från vilket djup de inverterade kon-intrusionernahärstammar från Gran Canaria, Spanien.

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