Metamorphic fingerprints of Fe-rich chromitites from the Eastern Pampean Ranges, Argentina

Abstract

Las cromititas incluidas en los cuerpos de harzburgita serpentinizada de Los Congos y Los Guanacos (Sierras Pampeanas Orientales, norte de Argentina) registran una evolución metamórfica compleja. La hidratación de las cromititas durante el metamorfismo retrógrado, su posterior deshidratación durante el metamorfismo prógrado y el subsecuente enfriamiento ha dado como resultado la formación de tres tipos de cromita alterada: i) Tipo I, caracterizada por una cromita homogénea y rica en Fe3+ y Cr; ii) cromita Tipo II, con texturas de exsolución que consisten en gránulos y lamelas finas de una fase rica en magnetita alojada en una fase rica en espinela; iii) cromita Tipo III, formada por proporciones variables de las fases ricas en magnetita y espinela con textura simplectítica. La cromita Tipo I muestra menor Ga pero mayor Co, Zn y Mn que las cromitas magmáticas de las cromititas ofiolíticas en zonas de suprasubducción como consecuencia de la redistribución de estos elementos entre la cromita no porosa rica en Fe3+ y los silicatos durante el metamorfismo prógrado. En cambio, la fase rica en espinela en la cromita Tipo III está enriquecida en Co, Zn, Sc y Ga, pero empobrecida en Mn, Ni, V y Ti respecto a la fase rica en magnetita debido al enfriamiento metamórfico desde condiciones de alta temperatura. La pseudosección calculada en el sistema FCrMACaSH saturado de agua y contorneada para el #Cr y #Mg, nos permite restringir la temperatura de formación de la cromita no porosa rica en Fe3+ debido a la difusión de la magnetita en la cromita porosa rica en Fe2+ a <500 ºC y 20 kbar. La posterior deshidratación de la cromita no porosa rica en Fe3+ formó por reacción con antigorita y clorita, cromita Tipo I y olivino y piroxeno ricos en Mg a >800 ºC y 10 kbar. La hidratación final de los silicatos en la cromita Tipo I y la exsolución de las cromitas Tipo II y Tipo III pudo haber comenzado a ~600 ºC. Estas temperaturas están en el rango de las estimadas para la serpentinización de fondo oceánico (<300 ºC y <4 kbar), el metamorfismo regional prógrado en facies de granulita (800 ºC y <10 kbar), y la posterior retrogresión a facies de anfibolita (600 ºC y 4-6.2 kbar) de las rocas ultramáficas encajantes en Los Congos y Los Guanacos. Un enfriamiento continuo y lento de facies de granulita a anfibolita produjo la exsolución de las fases ricas en espinela y magnetita, desarrollando texturas simpléctíticas en la cromita Tipo III. Sin embargo, el enfriamiento discontinuo y relativamente rápido produjo la exsolución de los gránulos y las lamelas de la fase rica en magnetita dentro de la cromita Tipo II. Las condiciones P-T calculadas en el sistema FCrMACaSH y las complejas texturas y firmas geoquímicas mostradas por las cromitas Tipo I, Tipo II y Tipo III nos permiten sugerir que las orogenias que implican la colisión continente-continente registran mejor las firmas del metamorfismo prógrado en las cromititas ofiolíticas.

Chromitites hosted in the serpentinized harzburgite bodies from Los Congos and Los Guanacos (Eastern Pampean Ranges, north Argentina) record a complex metamorphic evolution. The hydration of chromitites during the retrograde metamorphism, their subsequent dehydration during the prograde metamorphism and the later-stage cooling, have resulted in a threefold alteration of chromite: i) Type I is characterized by homogeneous Fe3+- and Cr-rich chromite; ii) Type II chromite contains exsolved textures that consist in blebs and fine lamellae of a magnetite-rich phase hosted in a spinel-rich phase; iii) Type III chromite is formed by variable proportions of magnetite-rich and spinel-rich phases with symplectitic texture. Type I chromite shows lower Ga and higher Co, Zn and Mn than magmatic chromites from chromitites in suprasubduction zone ophiolites as a consequence of the redistribution of these elements between Fe3+-rich non-porous chromite and silicates during the prograde metamorphism. Whereas, the spinel-rich phase in Type III chromite is enriched in Co, Zn, Sc, and Ga, but depleted in Mn, Ni, V and Ti with respect to the magnetite-rich phase, due to the metamorphic cooling from high-temperature conditions. The pseudosection calculated in the fluid-saturated FCrMACaSH system, and contoured for Cr# and Mg#, allows us to constrain the temperature of formation of Fe3+-rich non-porous chromite by the diffusion of magnetite in Fe2+-rich porous chromite at <500 °C and 20 kbar. The subsequent dehydration of Fe3+-rich non-porous chromite by reaction with antigorite and chlorite formed Type I chromite and Mg-rich olivine and pyroxene at =800 °C and 10 kbar. The ultimate hydration of silicates in Type I chromite and the exsolution of Type II and Type III chromites would have started at ~600 °C. These temperatures are in the range of those estimated for ocean floor serpentinization (<300 °C and <4 kbar), the regional prograde metamorphism in the granulite facies (800 °C and <10 kbar), and subsequent retrogression to the amphibolite facies (600 °C and 4-6.2 kbar) in the host ultramafic rocks at Los Congos and Los Guanacos. A continuous and slow cooling from granulite to amphibolite facies produced the exsolution of spinel-rich and magnetite-rich phases, developing symplectitic textures in Type III chromite. However, the discontinuous and relatively fast cooling produced the exsolution of magnetite-rich phase blebs and lamellae within Type II chromite. The P-T conditions calculated in FCrMACaSH system and the complex textural and geochemical fingerprints showed by Type I, Type II and Type III chromites leads us to suggest that continent-continent collisional orogeny better records the fingerprints of prograde metamorphism in ophiolitic chromitites.