Primary, agpaitic and deuteric stages in the evolution of accessory Sr, REE, Ba and Nb-mineralization in nepheline-syenite pegmatites at Pegmatite Peak, Bearpaw Mts, Montana |
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| Authors: | A R Chakhmouradian R H Mitchell |
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| Institution: | (1) Department of Geology, Lakehead University, 955 Oliver Road, P7B 5E1 Thunder Bay, Ontario, Canada |
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| Abstract: | Summary The pegmatites at Pegmatite Peak (Bearpaw Mts., Montana) crystallized from an evolved fraction of nepheline-syenitic melt enriched in Sr, Ba, light REE and Nb. These rocks are composed essentially of microcline (up to 1.1 wt.% Na2O and 1.0 wt.% BaO), altered nepheline (replaced by analcime, zeolites, muscovite and gibbsite), and prismatic aegirine set in an aggregate of fibrous and radial aegirine. The early accessory assemblage includes Mg-Fe mica, rutile, zircon, titaniferous magnetite and thorite. Precipitation of these phases was followed by crystallization of a plethora of rare minerals enriched in Sr, Ba, light REE and Nb. Three major stages are distinguished in the evolution of this mineralization: primary, agpaitic and deuteric. Primary repositories for Sr, REE and Nb included betafite, loparite-(Ce), crichtonite and ilmenite-group minerals. Betafite (Ta-poor, REE- and Th-rich) is present in very minor amounts and did not contribute significantly to the sequestration of incompatible elements from the nepheline-syenite melt. Loparite-(Ce) evolved predominantly by depletion in Sr and Ca and enrichment in Nb, Na and REE, i.e. from strontian niobian loparite (up to 22.0 wt.% SrO) to niobian loparite (up to 17.6 wt.% Nb2O5). Crichtonite contains minor Na, Ca and K, lacks detectable Ba and REE, and is unusually enriched in Mn (7.0–13.6 wt.% MnO). The ilmenite-group minerals evolved from manganoan ilmenite to ferroan pyrophanite, and have relatively low Nb contents ( 0.9 wt.% Nb2O5). During the agpaitic stage, the major repositories for incompatible elements were silicates, including lamprophyllite, titanite and chevkinite-group minerals. Lamprophyllite is generally poor in Ba, and contains relatively minor Ca and K; only few small crystals exhibit rims of barytolamprophyllite with up to 26.3 wt.% BaO. Titanite is devoid of Al and depleted in Fe, but significantly enriched in Nb, Sr, REE and Na: up to 6.4, 4.5, 4.4. and 2.9 wt.% oxides, respectively. The chemical complexity of titanite suggests involvement of several substitution mechanisms: Ca2++Ti4+ Na1++Nb5+, Ca2 Sr2+, 2Ca2+Na1++REE3+, and Ca t++OZ-~--Nal+ + (OH)1–. Chevkinite group minerals evolved from Sr-rich (strontiochevkinite) to REE-rich compositions chevkinite-(Ce)]. Strontiochevkinite from Pegmatite Peak is compositionally similar to the type material from Sarambi, and has high ZrO2 (up to 7.8 wt.%) and low FeOT ( 2.5 wt.%) contents. During the final stages of formation of the pegmatites, a deuteric F-bearing fluid enriched in Sr and REE precipitated carbonates and minor phosphates confined to fractures and cavities in the rock. In this youngest assemblage of minerals, ancylite-(Ce) is the most common Sr-REE host. Some discrete crystals of ancylite show significant enrichment in Th (up to 6.0 wt.% ThO2). Ancylite-(Ce) and bastnaesite associated with  metaloparite and TiO2 (anatase?) comprise a replacement assemblage after primary loparite. The typical replacement pattern includes a loparite core with locally developed metaloparite, surrounded by a bastnaesite-anatase intermediate zone and an ancylite rim. Fluorapatite is rare, and has very high Sr, Na and REE contents, up to 21.4, 2.6 and 12.9 wt.% oxides, respectively. Compositionally, this mineral corresponds to the solid solution series between fluorapatite and belovite-(Ce). At this stage, hollandite-group minerals became a minor host for Ba; they demonstrate the evolutionary trend from priderite (5.2 wt. % K2O, 7.4 wt. % BaO) to Ba-Fe hollandite (19.2–21.4 wt. % BaO). Thus, the evolution of Sr, REE, Ba and Nb mineralization was a complex, multi-stage process, and involved primary crystallization, re-equilibration phenomena and late-stage deuteric alteration.
Die primäre, agpaitische und deuterische Hauptphase in der Entwicklung der akzessorischen Sr, REE, Ba und Nb-Mineralisation in den nephelinsyenitischen Pegmatiten von Pegmatite Peak, Bearpaw Mts., Montana Zusammenfassung Die Pegmatite von Pegmatite Peak (Bearpaw Mts., Montana) sind aus dem Restdifferentiat einer nephelinsyenitischen Schmelze, die an Sr, Ba, leichten SEE und Nb angereichert war, auskristallisiert. Diese Gesteine bestehen hauptsächlich aus Mikroklin (max. 1.1 Gew.% Na2O und max. 1.0 Gew.% BaO), alteriertem Nephelin (verdrängt durch Analcim, Zeolithe, Muscovit und Gibbsit) und prismatischem Agirin, welcher von einem Aggregat aus fasrigem und strahligem Ägirin umgeben ist. Als frühe akzessorische Mineralien sind Mg-Fe Glimmer, Rutil, Zirkon, titanführender Magnetit und Thorit auskristallisiert. Anschließend bildete sich eine Vielzahl seltener, Sr-, Ba, leichter SEE- und Nb-reicher Mineralien aus. In den Proben von Pegmatite Peak sind drei Hauptphasen in der Entwicklung der akzessorischen Sr-, Ba-, SEE- und Nb-Mineralisation zu unterscheiden: eine primäre, eine agpaitische und eine deuterische. Primär wurden Sr, SEE und Nb in Betafit, Loparit-(Ce), Crichtonit und Mineralien der Ilmenitgruppe eingebaut. Betafit (Ta-arm, SEE- und Th-reich) ist ein sehr seltenes Mineral in den Pegmatiten, und hat die inkompatiblen Elemente nur unbedeutend konzentriert. Loparit-(Ce) entsteht im wesentlichen durch den Austausch von Sr und Ca durch Nb, Na und SEE; d.h. durch Umwandlung von strontium- und niobhältigem Loparit ( 22.0 Gew.% SrO) zu niobhältigem Loparit ( 17.6 Gew.% Nb2O5). Crichtonit enthält eine geringe Menge Na, Ca und K, ist ohne feststellbare SEE und Ba und ist gewönlich Mn-reich (7.0-13.6 Gew.% MnO). Mineralien der Ilmenitgruppe entwickeln sich von manganfiihrendem Ilmenit hin zu eisenführendem Pyrophanit und haben relativ niedrige Nb-Gehalte ( 0.9 Gew.% Nb2O5). Während der agpaitischen Phase waren Silikate wie Lamprophyllit, Titanit und Mineralien der Tscheffkinitgruppe die wichtigsten Träger von inkompatiblen Elementen. Lamprophyllit ist generell Ba-arm und ist durch relativ niedrige Ca- und K-Gehalte charakterisiert. Nur wenige kleine Kristalle zeigen barytolamprophyllitische Ränder (< 26.3 Gew.% BaO). Fe ist im Titanit (Al-frei) abgereichert während Nb, Sr, SEE und Na (jeweils max. 6.4, 4.5, 4.4 und 2.9 Gew.% Oxid) angereichert wurden. Die chemische Zusammensetzung des Titanits kann durch mehrere Substituierungen erklärt werden: Ca l++Ti4+~Nal+-I-Nbs+, Ca2+ Sr2+, 2Ca2+ Na1++REE3+, und Ca2+ +O2– Na1+ +(OH)1–. Mineralien der Tscheffkinitgruppe entwickeln sich aus Sr-reichen (Strontiotscheffkinit) hin zu SEE-reichen Gliedern Tscheffkinit-(Ce)]. Strontiotscheffkinit von Pegmatite Peak mit hohem ZrO2-(< 7.8 Gew.%) und niedrigem FeOT-Gehalt (< 2.5 Gew.%) hat eine ähnliche Zusammensetzung wie der Holotyp von Sarambi. Während der letzten Phasen der Bildung der Pegmatite brachte ein deuterisches, F-haltiges, Sr- und SEE-reiches Fluid Karbonate und in geringer Mengen Phosphate in Spalten und Hohlräumen im Gestein zur Ausfällung. Ankylit-(Ce) ist das häufigste Sr- und SEE-führende Mineral dieser jüngsten Mineralassoziation. Manche einzelne Ankylitkristalle zeigen eine bedeutende Anreicherung von Th (< 6.0 Gew.% ThO2). Ankylit, Bastnäsit, Metaloparit und TiO2 (Anatas?) ersetzten den ursprünglichen Loparit. Typische Verdrängungen zeigen sich als Körner mit loparitischen Kernen, welche örtlich mit Metaloparit verwachsen sind, weiters einer Bastnäsit-Anatas Zwischenzone und einem ankylitischen Rand. Fluorapatit ist hier ein seltenes Mineral und hat sehr hohe Sr-, Na- und SEE-Gehalte (jeweils 21.4, 2.6 und 12.9 Gew.% Oxid). Von der chemischen Zusammensetzung aus gesehen gehört dieses Mineral zur Fluoapatit-Belovit-(Ce)-Mischkristallreiche. Während der deuterischen Phase dienten die Mineralien der Hollanditgruppe untergeordnet als Träger für Ba; sie legen die Entwicklung von Priderit (5.2 Gew.% K20, 7.4 Gew.% BaO) zu Ba-Fe-Hollandit (19.2–21.4 Gew.% BaO). Somit ist die Entwicklung der Sr-, SEE-, Ba- und Nb-Mineralisation ein komplexer mehrphasiger Prozeß und umfaßt die primäre Kristallisation, Reäquilibrierungsphänomene und eine späte deuterische Alteration. |
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