U-Pb baddeleyite geochronology and geochemistry of the White Mfolozi Dyke Swarm : unravelling the complexities of 2.70-2.66 Ga dyke swarms on the eastern Kaapvaal Craton, South Africa

Abstract

Numerous mafic dykes of different generations and trends intrude the eastern part of the Kaapvaal Cra-ton. On eastern Kaapvaal, there are three previously investigated dyke swarms that appear to radiate out from the eastern lobe of the Bushveld Complex. The NE- and E trending branches comprise dykes dated at ca. 2660 Ma, 2685 Ma and 2700 Ma (Olsson et al. 2011). Further south, a NE-trending swarm, here named the White Mfolozi Dyke Swarm (WMDS), appears to cross cut the ca. 2700 Ma SE trending branch of the radiating swarm. New U-Pb baddeleyite ages for seven dykes of the WMDS are presented. The three most robust results yield a weighted mean age of 2661.8 ± 2.0 Ma (MSWD = 0.3), taken as a mean age of the WMDS. Taking the errors of the U-Pb results into account, the results do not rule out the possibility that emplacement of dykes was of very short duration (1 Myr, or even less). These results are identical in age to the NE- and E-trending dykes of the radiating swarm further north, indicating a possible more extensive event at ca. 2660 Ma. These results also cast some doubt on the inter-pretation of Olsson et al. (2011), i.e. that the radiating dykes were linked to a mantle plume that caused dyking over a 40 Myr time period (i.e. from 2700 to 2660 Ma). Rather, a maximum duration of 15 Myr appears to be a better estimate if assuming the 2660 Ma dykes instead belong to the WMDS, making this swarm up to 400 km in width. Another possibility is that there are two coeval but chemically different events. The ca. 2660 Ma dykes may be fee-ders to the lavas of the protobasinal fill sequence at the bottom of Transvaal Supergroup, dated to 2664 ± 1 Ma (U-Pb zircon; Barton et al. 1995).
The geochemistry of the ca. 2660 Ma WMDS are characterized by flat REE-patterns and overall depleted signatu-res, in contrast to its coeval more northerly dykes which are LREE enriched and show increasing crustal contami-nation. The 2660 Ma dyking event records either a spatially extensive common event during which magmas were more contaminated further north than in the south, or two spatially unrelated events.

Abstract (Swedish)

Den östra delen av Kaapvaalkratonen i södra Afrika är rikt på flera generationer av mafiska gångar med olika riktningar. Där finns tre gångsvärmar som tidigare undersökts och som tillsammans bildar ett radierande mönster med ett gemensamt fokus i Bushveld-komplexets östra del. De nordostliga och ostliga grenarna av denna svärm består av diabasgångar som blivit daterade till ca 2660, 2685 och 2700 miljoner år (Olsson et al. 2011). Längre söder ut finns en annan nordöstlig gångsvärm, som i detta arbete döpts till White Mfolozi Dyke Swarm (WMDS). Denna svärm ser ut att skära den sydostliga grenen av den radierande gångsvärmen. Nya U-Pb dateringar på mineralet baddeleyit från sju olika diabasgångar i WMDS presenteras i detta arbete. Ett viktat medel-värde av de tre mest robusta dateringarna ger åldern 2661,8 ± 2.0 miljoner år (MSWD = 0,3). Denna ålder kan be-traktas som en medelålder för WMDS. Med hänsyn till analytiska felen, går det inte att utesluta att denna gångs-värm intruderade jordskorpan väldigt snabbt, kanske på så kort tid som en miljon år eller mindre. Åldern för WMDS är identisk med de yngsta gångarna i de nordöstliga och östliga diabasgångarna längre norrut, vilket indike-rar att händelsen som skapade dessa diabasgångar för ungefär 2660 miljoner år sedan hade större utbredning än vad man tidigare trott. Mina resultat ifrågasätter den tidigare tolkningen som Olsson et al. (2011) gjorde, d.v.s. att den radierande gångsvärmen var kopplad till en mantelplym som bildade diabasgångar under en utdragen period av 40 miljoner år (från 2700 till 2660 miljoner år). De nya resultaten indikerar att bildningen av diabasgångarna upphörde för ungefär 2685 miljoner år sedan, och att den maximala längden av den perioden snarare var ca 15 miljoner år. Denna tolkning förutsätter att alla diabasgångar med en ålder runt 2660 miljoner år bildades av samma tektoniska händelse och i så fall bildar en upp till 400 km bred svärm. De 2660 miljoner år gamla gångarna kan ha varit matar-gångar till de omfattande vulkanutbrotten som bildade basaltflöden (”protobasinal fills”) vilka utgör basen av lager-följden i Transvaal Supergroup. Dessa är daterade till 2664 ± 1 miljoner år med U-Pb metoden på zirkon (Barton et al. 1995)
De ungefär 2660 miljoner år gamla WMDS är geokemiskt karaktäriserade av flacka REE-mönster och har generellt utarmade signaturer i jämförelse med de jämnåriga diabasgångarna längre norrut. Gångarna i norr är mera LREE-berikade och har generellt en kemi som tyder på omfattande kontaminering från jordskorpan. Händelsen som skap-ade diabasgångarna för 2660 miljoner år sedan visar på en storskalig magmatisk händelse där kontamineringen från jordskorpan påverkade gångarnas kemi längre norr än i söder. Alternativt representerar dessa diabasgång två helt orelaterade, men samtida, händelser.

• author: Rådman, Johan
• supervisor: Ulf Söderlund
• organization: Department of Geology
• alternative title: U-Pb geokronologi för White Mfolozi Dyke Swarm
• course: GEOR02 20141
• year: 2014
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Kaapvaal Craton, White Mfolozi Dyke Swarm, geochronology, U-Pb, baddeleyite, Diabase, Dolerite, geokronologi, baddeleyit
• publication/series: Dissertations in Geology at Lunds University
• report number: 407
• language: English
• id: 4464047
• date added to LUP: 2014-06-12 14:45:57
• date last changed: 2014-06-12 14:45:57