Petrology and geochemistry of high-Al chromitites from the Medellín Metaharzburgitic Unit (MMU), Colombia

Abstract

La Unidad Metaharzburgítica de Medellín (UMM), emplazada en el margen continental de Pangea durante el Triásico, localizada en la Cordillera Central de Colombia, comprende metaharzburgitas y en menor proporción metadunitas y cuerpos de cromitita (depósitos de Patio Bonito y San Pedro). Estas rocas contienen olivino mantélico, Cr-espinela y en menor proporción ortopiroxeno, además de una asociación metamórfica posterior compuesta por tremolita, clorita, talco, olivino recristalizado de grano fino, minerales del grupo de la serpentina, magnetita y Cr-espinela secundaria, formada durante los procesos de evolución térmica de esta unidad. La Cr-espinela primaria tiene #Cr [Cr/(Cr+Al)] entre 0.58 y 0.62, similar a los valores de las peridotitas de zonas de suprasubducción. La Cr-espinela accesoria se puede clasificar en tres grupos según sus variaciones texturales y composicionales: i) Cr-espinela parcialmente alterada con un núcleo rico en Al, ii) Cr-espinela porosa, enriquecida en Cr-Fe2+ y empobrecida en Al-Mg, y iii) Cr-espinela homogénea rica en Fe3+. Las variaciones texturales y composicionales de las Cr-espinelas accesorias son evidencia de un metamorfismo superpuesto que alcanzó facies anfibolita (ca. 600 ºC). Los cuerpos de cromitita asociados a las metaperidotitas tienen texturas masivas y semi-masivas y comprenden núcleos de Cr-espinela inalterada rodeados por bordes de Cr-espinela férrica y clorita. Las cromititas son ricas en Al (grado refractario: #Cr en la Cr-espinela primaria <0.6) y un contenido total muy bajo de elementos del grupo de platino (ΣPGE <41 ppb). Las características petrológicas y geoquímicas primarias de las metaperidotitas y las cromititas indican que estas últimas cristalizaron a partir de un magma toleítico (tipo basalto de cuenca de trasarco) y que la UMM representa niveles someros del manto litosférico suboceánico relacionado con una zona de suprasubducción (cuenca de trasarco/arco incipiente).

The Medellin Metaharzburgitic Unit (MMU), emplaced onto the western continental margin of Pangea during Triassic time, is located in the Central Cordillera of Colombia and consists of metaharzburgites, minor metadunites and chromitite bodies (Patio Bonito and San Pedro ore deposits). The ultramafic rocks contain relicts of mantle-derived olivine, chromian spinel and minor orthopyroxene, and a later metamorphic mineral assemblage composed by tremolite, chlorite, talc, fine-grained recrystallized olivine, serpentine-group minerals, magnetite, and secondary chromian spinel, formed during the thermal evolution of the unit. The Cr# [Cr/(Cr+Al) atomic ratio] of the accessory primary chromian spinel in the metaperidotites ranges from 0.58 to 0.62 and overlaps those of supra-subduction peridotites from ophiolites. According to textural and compositional variations, the accessory chromian spinel in the metaperidotites can be classified into three groups: i) partially altered chromian spinel with an Al-rich core, ii) porous, Cr-Fe2+- enriched and Al-Mg-depleted chromian spinel, and iii) homogeneous Fe3+-rich chromian spinel. These variations can be related to superimposed medium-T metamorphism that reached amphibolite facies (ca. 600 ºC). Chromitite bodies associated with the metaperidotites have massive and semi-massive textures, and mainly consist of chromian spinel crystals, which show large unaltered cores surrounded by thin alteration rims of ferrian chromian spinel and chlorite. Chromitites are Al-rich (#Cr <0.6) and strongly depleted in platinum group elements (ΣPGE <41 ppb). The primary petrological and geochemical characteristics preserved in the metaperidotites and chromitites indicate that the MMU formed at shallow levels of a suboceanic lithospheric mantle related to a supra-subduction zone (back-arc basin/incipient arc scenario), and that the chromitites crystallized from a tholeiitic magma (back-arc basin basalt type).