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U-Pb zircon age and Nd isotopic composition of granitoids, charnockites and supracrustal rocks from Heimefrontfjella, Antarctica

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Zusammenfassung

Die Gebiete um Heimefrontfjella und Mannefallknausane in Dronning Maud Land, Antarktis, bestehen aus amphibolith- und granulitfaziellen Grundgebirgskomplexen, die durch eine große Mylonitzone voneinander getrennt sind. Der amphibolithfazielle Komplex besteht aus mafisch bis felsischen Metavulkaniten und Metasedimenten, die von Granitplutonen intrudiert werden. Der Granulitkomplex enthält Suprakrustalgesteine ähnlicher Art, die von Charnockiten intrudiert werden.

U-Pb-Alter, die mit der konventionellen Multikorn-Methode und an der Ionen-Mikrosonde an Einzelkörner bestimmt wurden, engen die magmatische Aktivität zwischen 1130 und 1045 Ma ein. Auf diese Periode folgte in dem amphibolithfaziellen Gebiet eine Regionalmetamorphose um 1060 Ma. Die Einzelalter sind wie folgt: in dem amphibolithfaziellen Komplex ergab ein Metarhyolith 1039 ± 38 Ma, während die Granitoide zwischen 1045 ± 9 Ma und 1107 ± 16 Ma variieren. In dem Granulitkomplex wurden die Charnockite auf 1073 ± 8 Ma bis 1135 ± 8 Ma datiert, während metamorphe Zirkone aus einem Granatamphibolith sowie aus einem posttektonischen Pegmatit identische Alter von 1060 ± 8 Ma ergaben. Ältere Komponenten wurden lediglich in einer Metasediment-Probe gefunden, die diskordante Zirkone mit207Pb/206Pb Altern zwischen ca. 1250 und 1450 Ma enthielt, sowie in einem granulitfaziellen Metaquarzit, in dem konkordante Zirkone die folgenden Alter ergaben: 1104 ± 5 Ma, 1215 ± 15 Ma, ∼1400 Ma, ∼1700 Ma, ∼2000 Ma. Das jüngste Zirkonalter aus dem Metaquarzit interpretieren wir als Zeitpunkt der Granulitmetamorphose, während die höheren Alter detritische Komponenten repräsentieren.

Eine Sm-Nd Mineralisochrone für einen Granatamphibolith hat ein Alter von 960 ± 120 Ma, das innerhalb der experimentellen Fehler mit einem U-Pb-Alter von 1060 ± 8 Ma für metamorphe Zirkone übereinstimmt. Initiale εNd-Werte (T = l.1 Ga) für 15 Proben variieren zwischen +4 und -4. Die höchsten Werte wurden für einen Metabasalt und zwei Granitoide von Milorgfjella im nördlichen Arbeitsgebiet bestimmt. Die niedrigsten Werte stammen aus dem granulitfaziellen Metaquarzit und von einem Charnockit, beide aus Vardeklettane, einem Nunatak im Süden. Die leicht positiven Werte lassen eine juvenile Bildung der Wirtsgesteine aus einem MORB-ähnlichen Mantel (εNd ∼ + 6 bis + 7 um 1.1 Ga) nicht zu und deuten ein Ausgangsmaterial mit Komponenten älterer kontinentaler Kruste an.

Abstract

Heimefrontfjella and Mannefallknausane, in Dronning Maud Land, Antarctica, comprise an amphibolite-facies terrain and a granulite terrain, separated by a major mylonite zone. The amphibolite terrain is made up of mafic to felsic metavolcanics and metasediments, intruded by granitoid plutons: the granulite terrain has supracrustal rocks with similar lithologies, intruded by felsic plutonic rocks that crystallized as charnockites.

U-Pb zircon ages (conventional and ion microprobe) demonstrate that magmatic activity was confined to a relatively short interval between 1130 and 1045 Ma and was followed in the amphibolite terrain by metamorphism around 1060 Ma. Specific ages are as follows: metarhyolite in the amphibolite terrain, 1093 ± 38 Ma; granitoids in the amphibolite terrain, 1045 ± 9 Ma to 1107 ± 16 Ma, charnockites in the granulite terrain, 1073 ± 8 Ma to 1135 ± 8 Ma, metamorphic zircons in garnet amphibolite and a post-metamorphic pegmatite, both 1060 ± 8 Ma. Older zircons were found only in a metasediment which yielded discordant zircon fractions with207Pb/206Pb ages between ∼ 1250 and 1450 Ma, and in a granulite facies metaquartzite, which contained concordant zircons with the following ages: 1104 ± 5 Ma, 1215 ± 15 Ma, ∼ 1400 Ma, ∼ 1700 Ma, ∼ 2000 Ma. The youngest age is interpreted as the age of granulite metamorphism, the older ages as those of detrital zircons.

A Sm-Nd mineral isochron age of the garnet amphibolite (960 ± 120 Ma) agrees within error with the U-Pb age of metamorphic zircons (1060 ± 8 Ma). Initial εNd values (T = 1.1 Ga) for 15 samples range from +4 to−4. The highest came from a metabasalt and two granitoids from Milorgfjella, the northern area; the lowest from the granulite-facies metasediment and from a charnockite, both from Vardeklettane, a nunatak in the south. The positive but subdued values preclude generation directly from depleted MORB-type mantle εNd ∼ + 6 to + 7 at 1.1 Ga) and indicate generation from a source containing older crustal material.

Résumé

Les régions de Heimefrontfjella et Mannefallknausane situées dans le Dronning Maud Land en Antartique sont formées par deux zones principales à degrés métamorphiques différents: une à faciès amphibolitique et une autre à faciès granulitiques, séparées par une zone mylonitique. Des roches métavolcaniques à composition variant de basique à felsique ainsi que des roches d'origine sédimentaire composent la zone amphibolitique. Elles sont recoupées par des plutons granitiques. La zone granulitique est formée également par des roches d'origine volcanique et sedimentaire qui sont, elles, recoupées par des charnockites.

Les mesures d'U-Pb sur zircons (utilisant la méthode conventionnelle et la microsonde ionique) montrent que l'activité magmatique s'est confinée à une période relativement courte entre 1130 Ma et 1045 Ma. Elle a été suivie par un métamorphisme, il y a 1060 Ma, dans la zone amphibolitique. De façon plus détaillée, les âges sont les suivants: dans la zone amphibolitique, rhyolite datée à 1093 ± 38 Ma, granitoïdes datés à 1045 ± 9 Ma et 1107 ± 16 Ma; dans la zone granulitique, charnockites datées entre 1073 ± 8 Ma et 1135 ± 8 Ma, zircons métamorphiques provenant d'une amphibolite à grenat datés à 1060 ± 8 Ma et pegmatite postmétamorphique datée à 1060 ± 8 Ma. Deux roches ont fourni des zircons donnant des âges plus anciens: un sédiment métamorphisé et un metaquartzite. Les âges207Pb/206Pb obtenus pour les fractions discordantes des zircons du metasediment varient entre 1250 et 1450 Ma alors que le metaquartzite contient des zircons concordants avec les âges suivants: 1104±5 Ma, 1215±15Ma, ∼1400 Ma, ∼1700 Ma et ∼2000 Ma. L'âge le plus jeune obtenu pour le métaquartzite est interprété comme représentant l'âge du métamorphisme granulitique alors que les âges plus anciens représentent les âges de zircons détritiques.

Une isochrone Sm-Nd sur minéraux a été obtenue sur une amphibolite à grenat. Elle définit un âge de 960 ± 120 Ma qui correspond, aux erreurs près, à l'âge U-Pb des zircons métamorphiques (1060 ± 8 Ma). Les εNdinitiaux (T = 1,l Ga) obtenus pour 15 échantillons varient entre +4 et −4. Les valeurs les plus élevées ont été obtenues pour un basalte et deux granitoïdes de Milorgfjella situés dans la partie nord; les valeur εNd les plus faibles proviennent du métasédiment dans la zone granulitique et d'une charnockite. Ces deux échantillons se situent dans le nunatak Vardeklettane dans le Sud. Les εNd étant positifs mais toutefois plus faibles que la valeur du manteau appauvri à cette période (entre +6 et +7 à 1,1 Ma), une extraction directe du manteau ne peut être retenue et nous suggérons que la région source contenait du matériau crustal plus ancien.

Краткое содержание

Регион вокруг Heimfreontfjella и Mannefallknausane в стране Dronning Maud, Антарктик а, состоит из комплексо в амфиболитовой и гранулитовой фации, р азделенных большой з оной милонизации. Амфибол овый комплекс состои т из мафических до фель зических метавулкан итов и метаседиментов, инт рудированных гранитными плутонам и. Гранулитовый компл екс содержит породы верх ней коры, подобные интрудированным чар нокитам.

Возраст, определенны й по методу уранасвин ца на многочисленных зе рнах цирконов и с помощью ионного микр озонда на их отдельны х зернах, указывает на п ериод магматической активности между 1130 и 1045 Ma. за этим периодом в 1060 следовал региональный метамо рфизм в амфиболитовой фаци и. Возраст здесь: метариолитов — 1093±38 Ma, гранитоидов 1045±9 Ma до 1107±16 Ma. В гранулитово м комплексе возраст ча рнокитов составляет 1073±8 Ma до 1135±8 Ma, а в метаморфиз ированных цирконах из гранат-ам фиболитов и посттектонических п егматитов установил и возраст 1060±8 Ma. Более древ ние компоненты установлены только в одной пробе метаседи ментов, содержащих налегающ ие несогласно цирконы, возраст кото рых по изотопам свинца колеблется ме жду 1250 и 1450 Ma. В метакварците из гран улитовой фации с согл асным залеганием цирконов получили возраст: 1104±5 Ma, 1215±15 Ma, примерно 1400 Ma, примерно 1700 Ma и примерно 2000 Ma. Наиболее молодой возраст цирк онов в метакварцитах, как считают, указывае т на время гранулитов ого метаморфизма, а более древний возраст относят к детритным к омпонентам. Возраст минерализации Sm-Nd, уста новленный графическ и с помощью изохронной диаграммы в гранат-амфиболитах, с оставляет 960±120 Ma, что при учете погрешн ости определения соо тветствует возрасту метаморфны х цирконов, определеному по мето ду урана-свинца в 1060±8 Ma.

Начальные значения Nd (T=1,1 Га) для 15 проб колеблются о т + 4 до — 4. Наивысшие значения получили по метабазальтам и двум гранитоидам из Milogrfjella на севере исследуемого регион а. Самые низкие значен ия установили у метаква рцитов гранулитовой фации и чарнокитов, оба из ни натака Vardeklettane на юге этого региона. П оявление отрицатель ных величин не допускает предполагать ювенильное образова ние вмещающих пород и з материала, подобного MORB мантие (Nd + 6 до + 7, примерно 1,1 Га); его ис ходный материал содержал компоненты древней материковой коры.

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  1. W. Todt

    Present address: Max-Planck-Institut für Chemie, 6500, Mainz, F R Germany

  2. N. T. Arndt & C. Chauvel

    Present address: Institut de Géologie, Université de Rennes, 35042, Rennes Cedex, France

  3. M. Tapfer

    Present address: Institut für Geowissenschaften und Lithosphärenforschung, 6300, Giessen, FRG

  4. K. Weber

    Present address: Institut für Geologie und Dynamik der Lithosphäre, 3400, Göttingen, FRG

Authors and Affiliations

  1. Max-Planck-Institut für Chemie, 6500, Mainz, F R Germany

    N. T. Arndt & C. Chauvel

Authors
  1. N. T. Arndt
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  2. W. Todt
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  3. C. Chauvel
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  4. M. Tapfer
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  5. K. Weber
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Arndt, N.T., Todt, W., Chauvel, C. et al. U-Pb zircon age and Nd isotopic composition of granitoids, charnockites and supracrustal rocks from Heimefrontfjella, Antarctica. Geol Rundsch 80, 759–777 (1991). https://doi.org/10.1007/BF01803700

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