The melilite-bearing high-temperature skarns of the Apuseni Mountains, Carpathians, Romania
Résumé
The melilite-bearing skarns of Cornet Hill (CH) and Upper Cerboaia Valley (UCV), in the Apuseni Mountains of Romania, occur at the contact between monzodiorite bodies of Ypresian age (Paleocene) and Neojurassic calcitic marbles. Typical wollastonite – grossular – diopside endoskarns are separated from exoskarns (tilleyite and spurrite or wollastonite at CH, wollastonite only at UCV), at most places, by a melilite-rich rock, in which veins and vein-like zones of recrystallization are composed only of idiomorphic melilite crystals reaching 15 cm across. Titanian garnet and wollastonite are the principal minerals associated with melilite (and also monticellite, perovskite, vesuvianite, cuspidine, spurrite, tilleyite, calcite, hydroxylellestadite, hydrogrossular and other minor alteration-induced minerals). A different association that includes aluminian diopside and grossular occurs (1) as veinlets in the marble close to the skarns and (2) as relict inclusions in endoskarns. From the geometrical relationships of the zone sequences and the veins, the textural features of the mineral associations and the inferred conditions of fluid–mineral equilibrium, these mineralogical peculiarities are interpreted as resulting from the superposition of two main stages. Firstly, there was circulation of a comparatively CO2- rich fluid formed the early aluminian diopside – grossular endoskarns, with depletion in Si (and Fe, Na, K) and inert behavior of Mg, Al, Ti. Then, a high-temperature (750°C) fluid circulated on both sides of the contact between marble and endoskarns, and developed the melilite-rich, titanian-garnet-bearing rocks partly at the expense of previously formed endoskarns, and spurrite or wollastonite (CH) or wollastonite (UCV) exoskarns at the expense of marble. The pressure of CO2 was very low, less than 26 bars at UCV and 16 bars at CH, with a H2O pressure less than 750 bars. Not only Si and Ca were mobilized, but also Mg, Al and Ti, leached from the endoskarns and deposited in the veins and the nearby part of exoskarns. This stage, which occurred in the temperature range corresponding to the end of the crystallization of plagioclase in the monzodiorite, has pegmatitic chemical and textural features. The main flow of fluid ended with the development of tilleyite partly at the expense of spurrite and wollastonite at CH, and local high-temperature (about 710°C) recrystallization of the zonation, mostly in veins, especially in the endoskarn–exoskarn boundary, but also within the endoskarns. A monticellite – gehlenite association appeared in the melilite-rich rocks, later followed by vesuvianite, whereas the endoskarn was also replaced by vesuvianite and coarse-grained wollastonite and grossular. Les skarns à mélilite de Cornet Hill (CH) et de la haute vallée de la Cerboaia (UCV), dans les monts Apuseni, en Roumanie, sont développés au contact de corps intrusifs monzodioritiques, d'âge Ypresien (Paléocène), aux dépens de ceux-ci et des marbres encaissants, purement calcitiques, d'âge Néojurassique. Les endoskarns typiques, caractérisés par l'association wollastonite – grossulaire – diopside, sont séparés des exoskarns (wollastonite à UCV, tilleyite et spurrite, ou wollastonite à CH) par une roche à mélilite dominante, d'épaisseur variable, localement absente, comportant des veines et des recristallisations uniquement formées de mélilite en cristaux idiomorphes atteignant 15 cm. Les principaux minéraux associés à la mélilite sont le grenat titanifère et la wollastonite, auxquels s'ajoutent monticellite, perovskite, vésuvianite, cuspidine, spurrite, tilleyite, calcite, hydroxylellestadite, hydrogrossulaire et divers minéraux d'altération. Une paragénèse différente, comportant diopside alumineux et grossulaire, apparait soit en veinules dans le marbre à proximité immédiate des skarns, soit en reliques dans l'endoskarn. A partir des relations géométriques entre séquences de zones et veines, des compositions des minéraux et de leurs relations texturales, et de la modélisation thermochimique de leurs conditions de stabilité, ces particularités sont interprétées par la superposition de deux processus hydrothermaux de haute température et basse pression (750°C, P(H2O) < 750 bars), chimiquement contrastés: 1) formation d'endoskarns précoces à diopside alumineux – grossulaire, par un fluide relativement riche en CO2 [P(CO2) > 100 bars) qui lessive Si, Fe, Na, K sans mobiliser Mg, Al et Ti. 2) Circulation, le long du contact entre marbres et endoskarns, d'un fluide caractérisé par une très faible pression de CO2 (moins de 26 bars à UCV, moins de 16 bars à CH), qui développe la mélilite et le grenat titanifère en veines et aux dépens des endoskarns, et transforme le marbre en spurrite ou wollastonite à CH, en wollastonite à UCV. Les transformations observées impliquent un apport de Mg, Al, Si et Ti dans les exoskarns proches du contact, et un lessivage de Mg et Ti dans les endoskarns. Par ses particularités chimiques et texturales et en accord avec sa température, qui correspond à la fin de cristallisation de la monzodiorite, ce processus présente un caractère pegmatitique. Ce stade évolue avec le développement de la tilleyite à CH, en partie aux dépens de la spurrite et de la wollastonite, et prend fin vers 710°C avec des modifications secondaires locales, principalement en veines: dans les roches à mélilite apparaissent une association à monticellite – gehlenite puis la vésuvianite, et dans l'endoskarn, la vésuvianite et des recristallisations de la wollastonite et du grenat.