Geologische Rundschau

, Volume 76, Issue 3, pp 805–826 | Cite as

Late Caledonian dyke-swarms of northern Britain: Spatial and temporal intimacy between lamprophyric and granitic magmatism around the Ross of Mull pluton, Inner Hebrides

  • N. M. S. Rock
  • R. H. Hunter
Article

Abstract

Numerous sheet intrusions in Iona and western Mull (Scotland) range from basic calc-alkaline lamprophyres (∼45% SiO2;mg number 65–75%; Thornton-Tuttle differentiation index [DI] 45%), through intermediate (microdioritic) compositions (malchites) to microgranitic porphyries (∼70% SiO2; DI 85%). Well-defined major element trends, remarkably consistent normalized multielement patterns, and strong linear correlations between homologous elements (e.g. Sc-V-Fe-Ti, Mg-Ni-Cr) suggest that these sheets form one cogenetic suite. Although Rb-Sr systems have been disturbed by Archaean country-rock contamination, isotopic signatures and field evidence suggest that sheet emplacement bracketed that of the 414 Ma Ross of Mull granitoid pluton: a few late sheets cut the pluton; exceptionally well-developed multiple and composite sheets provide clear evidence forsimultaneity of lamprophyric and granitic magmas; and an early group of sheets appears to be metamorphosed by the pluton. The composite sheets comprise lamprophyric borders around thicker microgranitic quartz-feldspar-porphyries, each rock-type carrying xenocrysts or xenoliths of the other. Mutual contacts mark wide discontinuities in major element composition, and sites of local hybridisation, yet close trace element similarities strongly imply the lamprophyres and porphyries are cogenetic. Least-squares modelling further shows that fractionation of actual phenocrysts in one lamprophyric margin could reproduce the porphyry with which it is in intimate contact. The most primitive (mg>70%) lamprophyres combine very high K, Rb, Th and Ba with MORB-like contents of Cr, Ni, Ti, Y, and Sc, implying a substantial mantle-derived component, and in some cases near-primary status, but not precluding some crustal participation. Biotite- and hornblende-lamprophyres are locally heteromorphic. Discontinuities in some chemical trends, field evidence, and initial87Sr/86Sr ratios (∼0.706), imply more complex interactions of fractionation and hybridisation with lamprophyric parent magmas, plus crustal contamination, in the genesis of the intermediate and microgranitic rocks. The association between lamprophyric and granitic magmatism in Iona/western Mull is not therefore fortuitous but genetic. The lamprophyres have an undoubted role in the genesis not merely of the microgranitic minor intrusions but probably of the granite pluton itself.

Keywords

Contamination Crustale Granitic Magmatism Composite Sheet Granitoid Pluton Minor Intrusion 

Zusammenfassung

Die Zusammensetzung der zahlreichen intrusiven Gänge in Iona und Western Mull (Schottland) variiert von basischen, kalk-alkalischen Lamprophyren (∼45% SiO2; Mg-Nummer 65–75%; Thronton-Tuttle Diffraktionierungsindex [DI] 45%), über intermediäre Gesteine (Mikrodiorite, Malchite) zu mikrogranitischen Porphyren (∼70% SiO2; DI 85%). Die wohl-definierten Trends der Hauptelemente, die bemerkenswert konsistenten Verteilungsmuster der normalisierten Elemente und die starke lineare Korrelation verwandter Elemente (z.B. Sc-V-Fe-Ti, Mg-Ni-Cr) legen nahe, daß diese Gänge eine genetische Abfolge bilden. Obwohl das Rb-Sr System durch Kontamination von Seiten des präkambrischen Nebengesteins gestört wurde, läßt sich durch die Isotopen-Signatur sowie die Kartierung der Ausbisse belegen, daß die Gangintrusionen in etwa zeitgleich mit dem 414 Millionen Jahre alten »Ross of Mull« Pluton sind. Einige späte Gänge durchschlagen den Pluton, während gut ausgebildete Mehrfachgänge und zusammengesetzte Gänge die Zeitgleichheit des lamprophyrischen und des granitischen Magmas direkt belegen. Eine Gruppe von frühen Gängen wurde offenbar durch den Pluton metamorphisiert. Die zusammengesetzten Gänge zeigen lamprophyrische Randzonen um mächtigere, zentrale, mikrogranitische Quarz-Feldspat Porphyre, wobei jeder Gesteinstyp Einschlüsse des anderen enthält. Die Kontakte zwischen beiden Gesteinstypen markieren entweder einen scharfen Wechsel in der Zusammensetzung der Hauptelemente oder zeigen lokale Hybridisierung. Die Verwandtschaft von Lamprophyren und gramtischen Porphyren läßt sich dennoch anhand der sehr ähnlichen Spurenelementgehalte nachweisen. Modellrechnung (Methode der kleinsten Quadrate) zeigt, daß die Fraktionierung von Einsprenglingen in den lamprophyrischen Randzonen den Porphyr reproduzieren kann, mit dem diese verbunden sind. Die primitivsten Lamprophyre (Mg-Nummer >70%) sind durch hohe Gehalte an K, Rb, Th und Ba, sowie MORB-Gehalte an Cr, Ni, Ti, Y und Sc gekennzeichnet, die auf eine starke Erdmantel-Komponente schließen lassen, aber Kontamination durch die Erdkruste nicht ausschliessen. Biotit und Hornblende Lamprophyre sind lokal heteromorph. Die Genese der intermediären und sauren Ganggesteine umfaßt ein komplexes Wechselspiel verschiedener Faktoren, u. a. Fraktionierung, Hybridisierung mit lamprophyrischem Magma, sowie deutliche Kontamination durch die Erdkruste. Diese Gänge sind durch diskontinuierliche chemische Trends, sowie einen87Sr/87Sr Ausgangsquotienten um 0,706 gekennzeichnet. Die Assoziation von lamprophyrischen mit granitischen Magmen in Iona und Western Mull ist deshalb nicht zufällig, sondern genetisch bedingt. Den Lamprophyren wird Bedeutung nicht nur in der Genese der mikrogranitischen Gänge, sondern auch in der Genese des eigentlichen Granitplutons beigemessen.

Résumé

Les nombreux filons de l'île de Iona et de l'ouest de l'île de Mull (Ecosse), ont des compositions qui s'échelonnent depuis des lamprophyres basiques calco-alcalins (∼45% SiO2, 65–75% Mg/Mg+Fe, index de différenciation de Thornton-Tuttle DI 45%) jusqu'à des porphyres microgranitiques (70% SiO2, DI 85%). La tendance bien définie des éléments majeurs, les distributions multi-élémentaires normalisées remaquablement constantes, et les bonnes corrélations linéaires entre des éléments homologues (par exemple, Sc-Y-Fe-Ti, Mg-Ni-Cr) suggèrent que ces filons forment une suite cogénétique. Bien que les systèmes Rb-Sr soient modifiés par contamination des roches archéennes encaissantes, des signatures isotopiques et des observations de terrain suggèrent que la mise en place des filons a encadré celle du pluton de Ross of Mull, âgé de 414 Ma: quelques filons tardifs coupent le pluton; des filons composites ou multiples (exceptionnellement bien développés) montrent clairement la simultanéité des magmas lamprophyrique et granitique; un groupe de filons précoces paraissent avoir été métamorphisés par le pluton. Les filons composites présentent des bordures lamprophyriques autour de masses plus volumineuses de prophyre et chaque roche contient des xénolites et des xénocristaux de l'autre. Les contacts mutuels montrent de grandes discontinuités dans les teneurs en éléments majeurs et des hybridations locales mais les similitudes des éléments en trace impliquent nettement que les lamprophyres et les porphyres sont cogénétiques. De plus, une modélisation par la méthode des moindres carrés démontre que le fractionnement des phénocristaux de la bordure d'un lamprophyre peut reproduire la composition du prophyre avec lequel il est en contact. Les lamprophyres les plus primitifs (Mg/Mg+Fe > 70%) combinent des teneurs très élevées en Rb, K, Th et Ba avec des teneurs en Cr, Ni, Ti, Y et Sc similaires au MORB, impliquant un composant substantiel dérivé du manteau mais n'excluant pas une contamination crustale. Les lamprophyres biotitiques et hornblendiques sont localement hétéromorphes. Des discontinuités dans quelques tendances chimiques, des données de terrain, et des rapports initiaux de Sr87/Sr86 (∼ 0.706), impliquent, dans la genèse des roches intermédiaires et microgranitiques, l'interaction complexe de divers facteurs tels que: le fractionnement, l'hybridation par des magmas lamprophyriques et la contamination crustale. L'association magmatique entre lamprophyres et roches granitiques dans la région n'est donc pas fortuite mais génétique. Les lamprophyres ont joué un rôle indubitable dans la genèse, non seulement des filons microgranitiques, mais aussi du pluton granitique lui-même.

Краткое содержание

Состав многочисленн ых интрузивных жил в Iona и Western Mull (Шотландия) колебле тся от базических, известково-щелочных лампрофиров (∼ 45% SiO2; число Mg 65–75%; Индекс дифф ракции Thorton-Tuttle — ИД −45%), через средние п ороды (микродиориты, малхиты) до микрогран итных порфиров (70% SiO2; ИД 85%). Ясно выраженная тенденция в распределении основ ных элементов, постоя нство в схеме распределения всех млементов и лине йная корреляция родствен ных элементов (напр.: Sc-V-FeTi, Mg-Ni-Cr) разрешает заключит ь, что эти жилы являютс я генетическим рядом. Х отя определения возр аста по методу рубидия/стр онция недостаточно точны в результате пр имеси докембрийских вмещающих пород, но распределен ие изотопов, а также кратирование выходо в горных пород разреш ают предполагать, что эти интрузивные жилы при мерно одного и того же возра ста с плутоном «Ross of Mull», т. е. примерно 414 миллион ов лет. Плутон прониза н и более поздними жила ми, но множественные жилы, как и жилы смешан ного состава, образую т с лампрофировыми и гра нитовыми магмами вре менную единицу. Группа ранни х жил претерпела, по всей вероятности, мет аморфизм под воздейс твием плутона. Жилы имеют на периферии лампрофир ы, а в центре — мощные микр огранитные кварцполевошпатовы е порфиры, причем кажда я порода появляется в другой в виде вкрапленников. К онтакт между этими породами отмечен или резкой см еной соотношения главных элементов, или же гебридитизацией местного значения. На основании содержани я рассеянных элементо в можно допустить род ство лампрофиров и порфир ов. Подсчет по модели наименьших квадрато в показал, что фракцио нирование фенокристаллов на гр анице с лампрофирами может привести к появ лению порфиров, с кото рыми они остаются в тесном контакте. Наиболее пр имитивные (число Mg >70%) лампрофиры ха рактеризуются относительно высоки м содержанием К, рубид ия, тория и бария, а также Cr, Ni, Ti, Y и Sc; это разрешает заключить, что они являются прои зводными мантии, но ни в коем слу чае не родственны коре. Биотиты и лампро фиры-роговая обманка местами гетероморфны. Наруше ния в общей химическо й тенденции, данные раб от в поле и исходное значение соотношени я изотопов стронция (и сходное значение примерно 0,706) г оворит о более значит ельном взаимодействии фрак ционирования и гибри тизации с породившими лампро фировыми магмами и загрязнениями мате риалом коры при образ овании средних и микрограни тных пород. Связь ламп рофирного и гранитового магмат изма в Iona и Western Mull является поэтому не случайной, но генетич еской. Лампрофиры бессомне ния играют некую роль не только при обр азовании микрограни тных небольших интрузий, н о, вероятно, и самого гр анитного плутона.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Bailey, E. B. &Anderson, E. M. (1925): The Geology of Staffa, Iona and western Mull. - Mem. Geol. Surv. Scotland (sheet43).Google Scholar
  2. Barnes, R. P., Rock, N. M. S. &Gaskarth, W. J. (1986): Late Caledonian dyke-swarms of southern Scotland: new field, petrological and geochemical data for the Wigtown Peninsula, Galloway. - Geol. Journ.21, 101–125.Google Scholar
  3. Beckinsale, R. D. &Obradovich, J. (1973): Potassium-Argon ages for minerals from the Ross of Mull, Argyllshire. - Scott. Journ. Geol.9, 147–56.Google Scholar
  4. Carmichael, I. S. E., Turner, F. J. &Verhoogen, J. (1974): Igneous petrology - New York: McGraw-Hill.Google Scholar
  5. Coward, M. P. (1983): The thrust and shear zone of the Moine Thrust Zone and the North-West Scottish Caledonides. -Journ. Geol. Soc. London140, 795–812.Google Scholar
  6. Ferguson, J. &Currie, K. L. (1971): Evidence of liquid immiscibility in alkalic ultrabasic dikes, Ontario.- Journ. Petrol.12, 561–85.Google Scholar
  7. Gallagher, M. J. (1963): Lamprophyre dykes from Argyll. - Mineral. Mag.33, 415–30.Google Scholar
  8. Gaskarth, W. J.,Thorpe, R. S. &Macdonald, R. (1987): Caledonian magmatic processes deduced from petrology and geochemistry of minor intrusions in northern England. - Journ. Geol. Soc. Lond. (in press).Google Scholar
  9. Gill, J. B. (1982): Orogenic andesites and plate tectonics. - Springer: Berlin.Google Scholar
  10. Halliday, A. N.,Aftalion, M.,Van Breemen, O. &Jocelyn, J. (1979): Petrogenetic significance of Rb-Sr and U-Pb isotopic systems in the 400Ma old British Isles granitoids and their hosts. In: Caledonides of the British Isles — reviewed (eds. A. L. Harris et al.), pp. 653–81. - Spec. Publ. Geol. Soc. London.8.Google Scholar
  11. Harmon, R. S., Halliday, A. N., Clayburn, J. A. P. &Stephens, W. E. (1984): Chemical and isotopic systematics of the Caledonian intrusions of Scotland and northern England: a guide to magma source regions and magma-crust interaction.- Phil. Trans. Royal Soc. LondonA310, 709–42.Google Scholar
  12. Jaques, A. L.,Lewis, J. D. &Smith, C. B. (1984):The kimberlites and lamproites of Western Australia. - Bull. Geol. Surv. W. A.132.Google Scholar
  13. Jehu, T. J. (1922): The Archaean and Torridonian formations and later intrusive rocks of Iona. -Trans. Royal Soc. Edinburgh53, 165–87.Google Scholar
  14. Leake, B. E. (1978): Nomenclature of amphiboles. - Mineral. Mag.42, 533–63.Google Scholar
  15. Leat, P. T.,Thompson, R. N.,Morrison, M. A.,Hendry, G. L. &Trayhorn, S. C. (1987): Geodynamic significance of post-Variscan intrusive potassic magmatism in SW England. - Trans. R. Soc. Edinburgh: Earth Sci. (in press).Google Scholar
  16. Le Bas, M. J., Le Maitre, R. W., Streckeisen, A. &Zanettin, B. (1986): A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram. - J. Petrol.27, 745–750.Google Scholar
  17. Lee, G. W. &Bailey, E.B. (1925): The pre-Tertiary Geology of Mull, Loch Aline and Oban. - Mem. Geol. Surv. Scotland (sheets 35, 43-5 & 52).Google Scholar
  18. Le Maitre, R. W. (1981): GENMIX — a generalised petrological mixing model. - Comput. Geosci.7, 229–247.Google Scholar
  19. Macdonald, R., Thorpe, R. S. &Gaskarth, W. J. (1985): Multi-component origin of Caledonian lamprophyres of northern Endland. - Mineral. Mag.49, 485–494.Google Scholar
  20. —,Rock, N. M. S., Rundle, C. C. &Russell, O. J. (1986): Relationships between lamprophyric and acidic magmas in a differentiated dyke, SW Scotland.- Mineral. Mag.50, 547–557.Google Scholar
  21. Pearce, J. A. (1982): Trace element characteristics of lavas from destructive plate boundaries. In: Andesites (R. S. Thorpe, ed.) pp. 525–48. - New York: Wiley.Google Scholar
  22. Philpotts, A. R. (1974): The Monteregian Province. In: The alkaline rocks (ed. H. Sorensen), pp. 293–310. - New York: Wiley.Google Scholar
  23. Read, H. H. and others. (1926): The Geology of Strath Oykell and Lower Loch Shin. - Mem. Geol. Surv. Scotland (sheet 102).Google Scholar
  24. Rhodes, J. M. (1981): Characteristics of primary basaltic magmas. In: Basaltic Volcanism on the Terrestrial Planets, Basaltic Volcanism Study Project. - Pergamon, 409–32.Google Scholar
  25. Rock, N. M. S. (1983): The Permo-Carboniferous camptonite-monchiquite suite of the Scottish Highlands and Islands. - Inst. Geol. Sci. Rept.82/14.Google Scholar
  26. — (1984): Nature and origin of calc-alkaline lamprophyres: minettes, vogesites, kersantites and spessartites. - Trans. Royal Soc. Edinburgh Earth-Sci.74, 193–227Google Scholar
  27. - (1987a): Kimberlites as varieties of lamprophyres.-Proc. 4th Int. Kimberlite Conf., Perth (in press).Google Scholar
  28. - (1987b): The nature and origin of lamprophyres: an overview. In Alkaline igneous rocks (eds. J. G. Fitton and B. G. J. Upton). - Spec. Publ. Geol. Soc. Lond.30, 191–226.Google Scholar
  29. — &Leake, B. E. (1984): The International Mineralogical Association amphibole nomenclature scheme: computerisation and its consequences. - Mineral. Mag.48, 211–27Google Scholar
  30. Gaskarth, W. J. &Rundle, C. C. (1986): Late Caledonian dyke-swarms of southern Scotland. A regional zone of primitive K-rich lamprophyres and associated vents. - Journ. Geol.94, 505–522.Google Scholar
  31. Duller, P., Haszeldine, R. S. &Groves, D. I. (1987a): Lamprophyres as potential gold exploration targets. Univ. W. Aust. Geol. Dept & Extension Publ.11, 271–86.Google Scholar
  32. -Gaskarth, W. J.,Henney, P. J. &Shand, P. (1987b): Late Caledonian dyke-swarms of northern Britain: some petrogenetic and tectonic implications of their distribution and chemical variations. - Can. Mineral.26 (in press).Google Scholar
  33. Rundle, C. C. (1985): Rb-Sr dating of lamprophyre dykes from Iona and Dumfries. - Br. Geol. Surv. Mineral Sciences & Isotope Geochemistry Research Group Report85/4 (unpublished).Google Scholar
  34. Shannon, J. R., Brookstrom, A. A. &Smith, R. P. (1984): Contemporaneous bimodal mafic-felsic magmatism at Red Mountain, Clear Creek County and Climax, Colorado. - Geol. Soc. Am. Abstr. Progr.16 (4), p. 254.Google Scholar
  35. Smith, D. I. (1979): Caledonian minor intrusions of the N Highlands of Scotland. In: Caledonides of the British Isles-reviewed. (A. L. Harris et al. eds.) - Spec. Publ. Geol. Soc. London8, 683–98.Google Scholar
  36. Stephens, W.E. &Halliday, A. N. (1984): Geochemical contrasts between late Caledonian granitoid plutons of northern, central and southern Scotland. - Trans. Royal Soc. Edinburgh: Earth-Sci.75, 259–73.Google Scholar
  37. Streckeisen, A. (1976): To each plutonic rock its proper name. - Earth-Sci. Rev.12, 1–33.Google Scholar
  38. — (1979): Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks. - Neues Jahrb. Mineral. Abh.134, 1–14.Google Scholar
  39. Sutherland, D. S. (1982): Igneous rocks of the British Isles. - Wiley, New York.Google Scholar
  40. Suzuki, K. &Shiraki, J. (1980): Chromite-bearing spessartites from Kasuga-mura, Japan and their bearing on possible mantle origin andesite. - Contrib. Mineral. Petrol.71, 313–22.Google Scholar
  41. Thompson, R. N., Morrison, M. A., Hendry, G. L. &Parry, S. J. (1984): An assessment of the relative roles of crust and mantle in magma genesis: an elemental approach. - Phil. Trans. Royal Soc. London310A, 549–90.Google Scholar
  42. — &Fowler, M. B. (1986): Subduction-related shoshonitic and ultrapotassic magmatism: a study of Siluro-Ordovician syenites from the Scottish Caledonides.- Contrib. Mineral. Petrol.74, 507–522.Google Scholar
  43. Tomkeieff, S. I. (1983): Dictionary of Petrology. -London: Wiley.Google Scholar
  44. Watson, J. (1984): The ending of the Caledonian orogeny in Scotland. - Journ. Geol. Soc. London141, 193–214.Google Scholar
  45. Wimmenauer, W. (1973): Lamprophyre, Semilamprophyre and anchibasaltische Ganggesteine. - Fortschr. Mineral.51, 3–67Google Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1987

Authors and Affiliations

  • N. M. S. Rock
    • 1
  • R. H. Hunter
    • 2
  1. 1.Department of GeologyUniversity of Western AutraliaNedlands
  2. 2.Department of GeologyUniversity of LiverpoolLiverpoolUK

Personalised recommendations