Mineralogy, geochemistry and petrogenesis of the Metters Bore No. 1 lamproite pipe, Calwynyardah Field, West Kimberley Province, Western Australia

Summary

The Metters Bore No. 1 lamproite (MB1) is a small unexposed pipe located in the Calwynyardah field of the Miocene West Kimberley lamproite province. Microdiamonds have been recovered from bulk sampling of the pipe but no macrodiamonds (>0.8 mm) have been found. The pipe contains both volcaniclastic and magmatic (i.e. non-fragmental, extrusive-to-hypabyssal facies) lamproite. The latter rock is dominantly olivine-leucite-diopside lamproite and comprises phenocrysts and microphenocrysts of diopside, altered olivine (∼ Fo₉₁), and rare phlogopite, together with phenocrysts and glomeroporphyritic aggregates of altered leucite. These are set in an altered, fine-grained to glassy groundmass including diopside, leucite, priderite, apatite, less abundant chrome-spine', perovskite, interstitial richterite with minor calcic amphibole, ilmenite, sphene and wadeite. Mineral compositions are complex and variable: for example: five compositionally distinct fields can be recognizedamong the diopsides, and three among the phlogopites. The Ti-rich, Al-poor diopsides, Ti-F-rich, Al-poor phlogopites, and potassium titanian richterites all have apparent tetrahedral site deficiencies which can best be explained by tetrahedral substitution of Ti⁴⁺ and/or Mg²⁺; no substitution of Fe³⁺ is indicated. Three major types of spinel are recognized: olivine-included titaniferous magnesiochromite (TMC), xenocrystic aluminous magnesiochromite (AMC) and leucite-included pleonaste. Spinel-olivine-melt oxygen barometry indicates that the TMC spine's crystallized from evolving lamproite magma under low oxygen fugacity conditions (MW to ∼ IW). Manganiferous groundmass ilmenite has low calculated Fe₂O₃ (< 1 wt%), also consistent with reduced conditions. The maintenance of a low oxidation state during magmatic crystallization, a feature shared with the Argyle olivine-lamproite, is considered a significant factor in preservation of the MB1 microdiamond population. Xenocrystic minerals encountered in heavy mineral concentrates (HMC) indicate that the MB1 lamproite sampled upper mantle spinel ±garnet lherzolite from >60 km depth and crustal mafic rocks. Geochemically, MB1 is typical of West Kimberley leucite-lamproites, which are characterized by high TiO₂ (> 4 wt%), low CaO (< 5 wt%), MgO < 10wt%, and enrichment in incompatible elements (Rb, Sr, Ba, LREE, etc.). Although MB1 is an olivine-bearing lamproite, it has source-related geochemical features, e.g. mantle-normalized Sc/V and Zr/Nb ratios of < 0.75 and > 0.6, respectively, that are similar to other West Kimberley leucite-lamproites and distinct from olivine-lamproites. Petrogenetically, the bulk composition and low magmatic oxidation state of MB1 supports an origin by melting of phlogopite-bearing harzburgitic source under reduced fO₂ (< MW) conditions.

Zusammenfassung

Der Lamproit Metters Bore No. 1 (MB1) ist eine kleine, nicht an der Oberfläche aufgeschlossene Pipe im Kalwynyardah Gebiet der miozänen Lamproit-Provinz von West Kimberley. Mikrodiamanten sind bei der Untersuchung von Proben aus der Pipe gefunden worden, jedoch keine Makrodiamanten (> 0.8 mm). Die Pipe enthält sowohl vulkanoklastischen wie magmatischen Lamproit (nicht-fragmentierte extrusive bis hypabyssische Fazies). Bei dem magmatischen lamproit handeltes sich um einen Olivin-Leuzit-Diopsid-Lamproit mit Kristallen und Mikrokristallen von Diopsid, umgewandeltem Olivin (∼ Fo₉₁), seltener Phlogopit, zusammen mit Kristallen und glomeroporphyritischen Aggregaten von umgewandeltem Leuzit. Diese sitzen in einer umgewandelten, feinkörnigen bis glasigen Grundmasse mit Diopsid, Leuzit, Priderit, Apatit, seltener Chromspinell, Perovskit, Richterit mit geringen Mengen an Kalziumamphibol, Ilmenit, Titanit und Wadeit. Die Mineralzusammensetzungen sind komplex und variabel: so können z.B. fünf der Zusammensetzung nach eindeutig definierte Felder für die Diopside nachgewiesen werden und drei solche für die Phlogopite. Die Ti-reichen Al-armen Diopside, Ti-F-reiche Al-arme Phlogopite und Kalium-Titan-Richterite haben alle reduzierte Besetzungen von Tetraederstellen, die am besten durch tetraedrische Substitution von Ti⁴⁺ und/oder Mg` erklärt werden können. Es gibt keine Hinweise für Substition von Fe³⁺. Drei Haupttypen von Spinellen kommen vor: Titan-führender Magnesiochromit (TMC) als Einschlüsse in Olivin, aluminiumführender Magnesiochromit (AMC) und Pleonast, der in Leuzit eingeschlossen ist. Sauerstoffbarometrie (Spinell-Olivin-Schmelze) zeigt, daß die TMC Spinelle von einem fraktionierten lamproitischen Magma bei niedriger Sauerstofffugazität (MW bis ∼ IW) kristallisiert sind. Manganführender Ilmenit der Grundmasse hat niedrige berechnete Fe₂O₃ Gehalte (< 1 %), und auch das entspricht reduzierenden Bedingungen. Die Erhaltung eines niedrigen Oxydationsstatus während der magmatischen Kristallisation ist eine Eigenschaft, die auch im Olivin-Lamproit der Argyle Pipe zu beobachten ist. Dies wird als ein signifikanter Faktor für den Erhalt der Mikrodiamanten in MBI gesehen. Xenokristalle die in Schwermineral-Konzentraten (HMC) vorkommen, weisen darauf hin, daß der MB1 Lamproit Material des oberen Mantels (Spinell ± Granatlherzolit) aus mehr als 60 km Tiefe, sowie mafische Gesteine der Kruste aufgenommen hat. Geochemisch gesehen ist MB1 typisch für die Leuzit-Lamproite von West Kimberley, welche durch hohe TiO₂ (> 4 wt.%), niedrige CaO (< 5 wt.%), MgO (< 10 wt.%) und Anreicherung von inkompatiblen Elementen (Rb, Sr, Ba, LSEE, etc.) charakterisiert werden. Obwohl MB1 ein Olivin-führender Lamproit ist, zeigt er geochemische Eigenschaften, wie Mantel-normalisierte Sc/V und Zr/Nb Verhältnisse von < 0.75 und > als 0.6, die ähnlich anderen Leuzit-Lamproiten von West Kimberley sind und sich von Olivin-Lamproiten unterscheiden. Petrogenetisch gesehen weisen sowohl die Gesamtzusammensetzung als auch der niedrige magmatische Oxydationsstatus von MBI auf eine genese durch Aufschmelzen von Phlogopit-führendem Harzburgit unter reduzierenden f0₂ (< MW) Bedingungen hin.