Kyanite-bearing eclogite xenoliths from the Udachnaya kimberlite, Siberian craton, Russia

Xénolites éclogitique à disthène du gisement kimberlitique d’Udachnaya, Craton sibérien, Russie

¹ Univ. Lyon, UJM Saint-Etienne, UBP, CNRS, IRD, Laboratoire Magmas et Volcans UMR 6524, F-42023 Saint-Etienne, France
² Univ. Lyon, UJM Saint-Etienne, UBP, CNRS, IRD, Laboratoire Magmas et Volcans UMR 6524, F-42023 Saint-Etienne, France
³ Geosciences Montpellier, UMR CNRS 5243, Université de Montpellier, France
⁴ V. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, Novosibirsk State University, Pirogova st. 2, Novosibirsk 630090, Russian Federation
⁵ Univ. Lyon, UJM Saint-Etienne, UBP, CNRS, IRD, Laboratoire Magmas et Volcans UMR 6524, F-42023 Saint-Etienne, France

^* ioanabogdana.radu@gmail.com

Received: 11 November 2015
Accepted: 31 October 2016

Abstract

Xenoliths brought up by kimberlite magmas are rare samples of otherwise inaccessible lithospheric mantle. Eclogite xenoliths are found in most cratons and commonly show a range of mineral and chemical compositions that can be used to better understand craton formation. This study focuses on five new kyanite-bearing eclogites from the Udachnaya kimberlite pipe (367±5 Ma). They are fine-to coarse-grained and consist mainly of “cloudy” clinopyroxene (cpx) and garnet (grt). The clinopyroxene is Al,Na-rich omphacite while the garnet is Ca-rich, by contrast to typical bi-mineral (cpx+grt) eclogites that contain Fe- and Mg-rich garnets. The Udachnaya kyanite eclogites are similar in modal and major element composition to those from other cratons (Dharwar, Kaapvaal, Slave, West African). The kyanite eclogites have lower REE concentrations than bi-mineral eclogites and typically contain omphacites with positive Eu and Sr anomalies, i.e. a “ghost plagioclase signature”. Because such a signature can only be preserved in nonmetasomatised samples, we infer that they were present in the protoliths of the eclogites. It follows that subducted oceanic crust is present at the base of the Siberian craton. Similar compositions and textures are also seen in kyanite eclogites from other cratons, which we view as evidence for an Archean, subduction-like formation mechanism related to craton accretion. Thus, contrary to previous work that classifies all kyanite eclogites as type I (IK), metasomatized by carbonatite/kimberlitic fluids, we argue that some of them, both from this work and those from other cratons, belong to the non-metasomatized type II (IIB). The pristine type IIB is the nearest in composition to protoliths of mantle eclogites because it contains no metasomatic enrichments.

Résumé

Les enclaves ramenées à la surface par les magmas kimberlitiques sont des échantillons rares de zones inaccessibles du manteau lithosphérique. Les enclaves éclogitiques sont présentes dans la plupart des gisements cratoniques et montrent des variations de composition chimique et minéralogique à même d’éclairer l’histoire de la formation des cratons.

Cette étude se concentre sur cinq nouvelles éclogites à disthène de la cheminée kimberlitique d’Udachnaya (367±5 Ma). Leur assemblage minéralogique en dehors du disthène consiste essentiellement en du clinopyroxène (cpx) “nuageux” partiellement destabilisé et démixé et du grenat (grt) avec une texture à grains fins à grossiers, une composition particulière par rapport aux éclogites bi-minéraliques (cpx+grt). En effet, les grenats des éclogites bi-minérales présentent généralement des variations de teneurs en Fe-Mg. Par ailleurs, les éclogites à disthène d’Udachnaya sont similaires d’un point de vu minéralogique et chimique avec celles d’autres cratons (Dharwar, Kaapvaal, Slave, Afrique de l’Ouest).

Selon les classifications, ces éclogites appartiennent aux groupes B et C et aux types IK et IIB. Contrairement aux travaux antérieurs qui attribuent systématiquement les échantillons à disthène au type IK, résultants d’interactions métasomatiques avec des fluides carbonatitiques/kimberlitiques, notre étude montre que certains échantillons à disthène, d’Udachnaya et d’autres cratons, appartiennent au type II (IIB) non métasomatique. Les éclogites à disthène de type IIB sont les échantillons qui offrent les informations les plus précises sur le protolithe des éclogites mantelliques. Cela est suggéré à la fois par les compositions chimiques (majeurs et traces) et par les âges mesurés (plus vieux que l’âge de l’éruption kimberlitique).

Les éclogites à disthène ont des concentrations plus faibles en terres rares (REE) que les éclogites bi-minerales et leurs omphacites montrent couramment des anomalies positives en Eu et parfois en Sr. En prenant en compte le fait que cette signature est présente dans les échantillons non métasomatiques (IIB), il est raisonnable de dire que ces anomalies ne sont pas liées au métasomatisme mais qu’elles étaient déjà présentes dans le protolithe. Ceci est un argument fort en faveur de l’hypothèse qu’une croûte océanique subduite ancienne a été préservé à la base du Craton sibérien.

Des compositions et des textures similaires sont observées dans les éclogites à disthène d’autres cratons, ce que nous considérons comme des témoins d’un mécanisme de subduction archéen en lien avec l’accrétion des cratons.