The Petrography and composition of phlogopite micas from the Blue Ball Kimberlite, Arkansas: A record of chemical evolution during crystallization

Summary

The Blue Ball kimberlite, Scott County, Arkansas, contains between 23 and 36 modal % phlogopite. Phlogopite is present as phenocrysts, a groundmass phase, and as coronas around serpentinized olivine phenocrysts. Intermediate and reverse pleochroism, seen in phenocryst cores and the majority of groundmass phlogopites, can be correlated with the mineral chemistry. Reverse pleochroism, exhibited by phenocryst rims, rare groundmass grains, and phlogopites forming coronas around olivine, is generally accompanied by an increase in total Fe (as FeO) and a decrease in Al₂ O₃. Analyses of those phlogopites whoch exhibit reverse pleochroism have high cation totals, indicative of the presence of Fe³⁺. We suggest that these pleochroic schemes are a function of Fe³⁺ in the tetrahedral site, which is expressed in terms of ΔT = [8 - (Si + Al)]. All Blue Ball phlogopites have positive values for ΔT, but reverse pleochroism is found only when ΔT > 0.6, indicative of increased Fe³⁺ in the residual magma. It is concluded that phlogopite was on the liquidus throughout practically all of the kimberlite crystallization, because of the wide range in phlogopite compositions and the general decrease in Ba from micas exhibiting intermediate to reverse pleochroism. Variations of MG #, Ti, Ba, Si, and Al within the phlogopites have been used to trace the crystallization of other phases present in the kimberlite, namely olivine and spinel (chromite and titanomagnetite). Olivine was an early crystallizing phase, causing a decrease in MG # and Si, and an increase in Ti and Al in the phlogopites, a reflection of residual magma composition. Minor chromite also crystallized at this time, but was not of sufficient quantity to override the effect of olivine fractionation on the residual magma. Widespread Titano-magnetite crystallization occurred as olivine fractionation ceased, causing an increase in MG # and Si, and a decrease in Ti and Al. By examining these chemical variations with ΔT, the evolution of the Blue Ball kimberlite has been determined.

Zusammenfassung

Der Blue Ball Kimberlit, Scott County, Arkansas, enthält zwischen 23 und 36% Phlogopit (modal). Dieser kommt in idiomorphen Kristallen, als Grundmasse, und als Coronas um serpentinisierte Olivinkristalle vor. Verschiedene Arten von Pleochroismus, die man in den Kernen von Kristallen und in der Mehrzahl der Phlogopite in der Grundmasse erkennen kann, lassen sich mit der Mineralehemie korrelieren. Reverser Pleochroismus ist an den Rändern von Kristallen, selten in Grundkörnern der Grundmasse, und in Phlogopiten die Coronas in Olivin bilden, zu beobachten. Diese Erscheinung wird im allgemeinen von einer Zunahme des Gesamt-Eisens (als FeO) und einer Abnahme der Al₂ O₃-Gehalte begleitet. Analysen jener Phlogopite, die reversen Pleochroismus zeigen, haben hohe Gesamtwerte an Kationen und dies weist auf die Anwesenheit von Fe³⁺ hin. Wir interpretieren diesen Pleochroismus als eine Funktion des Fe³⁺ in der Tetraeder-Position, die sich als ΔT = 8 - (Si + Al) ausdrücken läßt. Alle Phlogopite von Blue Ball haben positive Werte für ΔT, aber reverser Pleochroismus tritt nur dort auf, wo ΔT > 0.6, was widerum auf eine Zunahme von Fe³⁺ im residualen Magma hinweist. Phlogopit war praktisch während der gesamten Kristallisation des Kimberlits am Liquidus, und diese Annahme wird auch durch das weite Feld der PhlogopitZusammensetzungen und durch die allgemeine Abahme der Ba-Gehalte in Glimmern mit intermediärem bis reversem Pleochroismus unterstützt. Variationen von MG #, Ti, Ba, Si und Al in den Phlogopiten wurden benutzt, um die Kristallisation von Olivin und Spinellen (Chromit und Titanomagnetit) zu verfolgen. Olivin hat früh kristallisiert und führte zu einer Abnahme von MG# und Si und einer Zunahme von Ti und Al in den Phlogopiten. Auch kleinere Mengen von Chromit kristallisierten zu dieser Zeit, dies war jedoch nicht ausreichend, um den Effekt der Olivin-Fraktionierung auf die Restschmelze aufzuheben. Titanomagnetit-Kristallisation setzte mit aufhörender Olivinfraktionierung ein und führte zu einer Zunahme von Mg und Si und einer Abnahme von Ti und Al. Eine Überprüfung der chemischen Variationen und Vergleich mit ΔT Werten tragen wesentlich zur Kenntnis der Evolution des Blue Ball Kimberlites bei.