Pyroxene mineral chemistry of the Jinchuan intrusion, China

Summary

Chemical compositions of orthopyroxene and clinopyroxene from the Jinchuan ultramafic intrusion have been obtained by electron microprobe analysis. The Mg′ number (MgO/(MgO + FeO)) for both pyroxenes falls within narrow ranges, 82–87 for clinopyroxene and 81–85.5 for orthopyroxene, suggesting limited magma differentiation in regard to the present igneous body. The Al₂O₃ content ranges from 2.44 wt.% to 4.43 wt.% and increases with decreasing Mg′ of the pyroxenes, i.e., with the more evolved magma. This is attributed to the relatively greater effects of Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃ and Fe₂O₃ than that of SiO₂ on pyroxene crystallization.

Negative linear relationships between Ti⁴⁺ and Si⁴⁺, and Al³⁺ and Si⁴⁺ characterize the pyroxenes. In clinopyroxene, regression of Si⁴⁺ versus Al³⁺ results in a straight line with a slope of −1.012, indicating that the decrease of Si⁴⁺ in the crystal structure is matched by an increase only in tetrahedral Al³⁺; octahedral Al³⁺ has remained relatively constant. The negative linear relationship between Ti⁴⁺ and Si⁴⁺ in clinopyroxene reflects either a greater tendency of Ti⁴⁺ to occupy octahedral sites than Al³⁺, or that replacement of Al³⁺ for Si⁴⁺ demands a more efficient charge balance. The scatter in plots of Ti⁴⁺ versus Si⁴⁺ for orthopyroxene indicates that charge balance is not as critical as structure symmetry.

The crystallization temperature of pyroxene is calculated to be 1108–1229°C usingWood andBanno's (1973) two pyroxene thermometer, and is within 40°C of that calculated fromWells's (1977) thermometer. The distribution coefficient (Kd) for Mg²⁺ and Fe²⁺ between clinopyroxene and orthopyroxene is estimated to be 0.86, which is higher than that of the other intrusions and lower than that of mantle nodules, but still falls within their Kd-1/T trend. This suggests that the Kd value of pyroxene is controlled mainly by temperature.

Zusammenfassung

Die chemische Zusammensetzung von Orthopyroxenen und Klinopyroxenen aus der ultramafischen Jinchuan Intrusion wurden mit der Mikrosonde bestimmt. Die Mg-Zahl (MgO/(MgO + FeO)) beider Pyroxene liegt innerhalb enger Grenzen, 82–87 für Klinopyroxen und 81–85.5 für Orthopyroxen. Dies weist auf beschränkte magmatische Differentiation der Intrusion hin. Der Al₂O₃-Gehalt liegt zwischen 2.44 Gew.%. und 4.43 Gew.%. und nimmt mit der abnehmenden Mg-Zahl der Pyroxene ab, d.h. mit dem mehr entwickelten Magma. Dies wird damit erklärt, daß Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃ und Fe₂O₃ einen größeren Einfluß auf die Kristallisation der Pyroxene ausüben als SiO₂.

Die Pyroxene werden durch negative lineare Beziehungen zwischen Ti⁴⁺ und Si⁴⁺, sowie Al³⁺ und Si⁴⁺ charakterisiert. In Klinopyroxenen resultiert die Regression von Si⁴⁺ gegen Al³⁺ in einer geraden Linie mit einer Neigung von −1.012. Dies weist darauf hin, daß die Abnahme der Si⁴⁺ Gehalte in die Kristallstruktur durch Zunahme von ausschliesslich tetraedrischem Al³⁺ kompensiert wird; oktaedrisches Al³⁺ ist relativ konstant geblieben. Die negative lineare Beziehung zwischen Ti⁴⁺ und Si⁴⁺ in Klinopyroxenen geht entweder auf eine stärkere Tendenz des Ti₄O₂, oktaedrische Plätze zu besetzen zurück, oder darauf daß ein Ersatz von Al³⁺ für Si⁴⁺ einen effizienteren Ladungsausgleich verlangt. Die unregelmäßige Verteilung der Plots von Ti⁴⁺ gegen Si⁴⁺ in Orthopyroxenen läßt erkennen, daß Ladungsausgleich hier nicht so kritisch ist wie die Symmetrie der Struktur.

Die Kristallisationstemperatur der Pyroxene wurde mit dem Zwei Pyroxenthermometer nachWood undBanno (1973) mit 1108–1229°C bestimmt. Diese Werte liegen innerhalb von 40°C des vonWells (1977) berechneten. Der Verteilungskoeffizient (Kd) für Mg²⁺ und Fe²⁺ zwischen Klinopyroxen und Orthopyroxen wird auf 0.86 berechnet; das ist höher als der aus anderen Intrusionen und niedriger als der von Mantelxenolithen, fällt aber immer noch innerhalb des Kd-1/T Trends derselben. Dies legt den Gedanken nahe, daß der Kd Wert der Pyroxene hauptsächlich durch Temperatur bestimmt wird.