Microgranitoid enclaves from the Swifts Creek Pluton SE-Australia: textural and physical constraints on the nature of magma mingling processes in the plutonic environment
ZusammenfassungDer Unterdevonische Swifts Creek Pluton mit einer flächenhaften Ausdehnung von ≈ 35 km2 intrudierte ordovizische Metaflyschabfolgen entlang des südöstlichen Randes des Omeo Metamorphic Belt, Süd-Ost Australien.Die Gesteine des Plutons haben eine Zusammensetzung, welche von Tonalit bis zu Granit reicht und sind durch eine I-Typ Mineralogie gekennzeichnet. Die granitischen Gesteine sind sowohl auf den topographischen Höhen als auch entlang einiger Kontakte mit dem Flysch ausgebildet. Tonalite und Granodiorite finden sich zum Zentrum des Plutons hin in topographischen Tiefen. Wir interpretieren dieses Verteilungsmuster der Gesteine als eine ehemalige in der Zusammensetzung zonierte Magmenkammer. Mikrogranitoide Enklaven quarz-dioritischer bis tonalitischer Zusammensetzung bestimmen 20–25% des Gesamtgesteinsvolumens, können jedoch zum Pluton Zentrum hin auf über 60% ansteigen. In diesem Bereich sind die Enklaven extrem ausgedünnt und geben dem Gestein daher ein gneisartiges Erscheinungsbild. Diese Ausdünnung kann nicht alleine auf eine tektonische Deformation zurückgeführt werden, sondern wird als eine plastische Deformation des Magmenkörpers in Gegenwart hinreichender Schmelze gedeutet. Enklaven mit feinkörnigen, schnell kristallisierten Randbereichen weisen Variationen sowohl in Textur als auch Mineralbestand von deren Rändern zum Inneren auf, welche auf eine Differentiation isolierter, kugelförmiger Magmenkörper hindeutet. Hierdurch kam es zur Kumulatanreicherung im Randbereich und zur Ausbildung leukokrater Kerngebiete. Viele Enklaven weisen Quarz und Plagioklas-Megakristalle auf, die sowohl in Textur als auch Zusammensetzung dem Quarz und Plagioklas des granitoiden Wirtsgesteines gleich sind. Im Zusammenhang mit seltener auftretenden, gradierten Übergängen zwischen den beiden Gesteinseinheiten werden diese als Beleg für einen teilweisen Vermengungsprozess zwischen einer im wesentlichen flüssigen Enklaven-Schmelze und einem zu 40–60% kristallisierten Wirtsgesteinsmagma gedeutet.Auf Grund der Viskositätsunterschiede der beiden Magmen halten wir eine vollständige Vermischung der beiden Endglieder für unwahrscheinlich. Die Anwendung erst kürzlich entwickelter flüssigkeitsdynamischer und thermo-mechanischer Konzepte legt die Schlußfolgerung nahe, daß Grenzflächenprozesse zwischen den beiden Magmen wie zum Beispiel der Austausch von Wärme als auch Scherung entlang der gemeinsamen Kontakte die Hybridisierungsprozesse bestimmten. Die Hybridisierung wurde durch turbulente Injektion der Enklavenschmelze entlang eines zentralen Förderganges, welcher nun in Form der gneissartigen Zone vorliegt, ausgelöst und erfolgte 103 bis 104 Jahre nach Platznahme des Plutons und war durch Magmenkonvektionen in der Größenordnung von 101 bis 10−1 Metern pro Jahr begleitet.Wir kommen zu dem Ergebnis, daß in den meisten Fällen mikrogranitoide Enklaven nicht restitischen Ursprungs sind, wie vielfach gefordert, sondern daß es sich um mafische bis intermediäre Magmen handelt, welche schneller Kristallisation unterliegen, sobald diese in Kontakt mit dem granitoiden Magma kommen. Ob es zur Vermischung der beiden Magmen kommt oder nicht, ist abhängig von den jeweiligen Grenzbedingungen, wie zum Beispiel Temperatur- und Viskositätsunterschiede der beiden Magmen sowie Injektionsgeschwindigkeit und Geometrie des Fördersystems.AbstractThe Early Devonian Swifts Creek Pluton, with an areal extent of ≈ 35 km2 intruded Ordovician meta-flysch sequences along the southwestern margin of the Omeo Metamorphic Belt, southeastern Australia.Characterized throughout by I-type mineralogy the rocks of the pluton vary from tonalite through granodiorite to granite. The granitic rocks are exposed at topographic highs and along the contacts with the country rocks while the tonalites and granodiorites are found towards the center of the pluton at topographic lows. This pattern is interpreted to reflect a compositionally zoned magma chamber. Microgranitoid enclaves of quartz-diorite to tonalite composition comprise 20–25% of the total plutonic rock volume, but account for more than 60% towards the core of the pluton where they are often extremely flattened and stretched, giving the rock a gneissic appearance. The observed flattening can not be accomodated by solid state deformation alone and is thought to reflect plastic deformation in the presence of liquid. Enclaves with chilled margins are common and display textural and modal variations from margin to center which indicate differentiation of isolated magma globules to produce cumulate enriched chilled margins and leucocratic core regions. Quartz and plagioclase megacrysts found in many enclaves are texturally and compositonally very similar to plagioclase and quartz of the host granitoids. Together with occasional, gradational or interfingering contacts between the two rock types they are evidence for a partial mingling process between an essentially liquid enclave melt and a 40–60% crystalline host rock magma to generate the megacrystic enclave type.The large viscosity contrast between the two magmas rules out simple two end-member bulk mixing. Applying recently developed fluid dynamical and thermomechanical concepts (Campbell &Turner, 1986;Furman &Spera, 1985) it appears that interfacial processes such as heat transfer and shearing of host-enclave interfaces controlled the hybridisation which was triggered by turbulent magma injection along a central conduit, now represented by the gneissic zone, into the magma chamber. Hybridisation occurred 103 to 104 years after pluton emplacement and was accompanied by convective velocities of the comingling magmas in the order of 101 to 10−1 per year.We therfore conclude that in many cases microgranitoid enclaves are not of resitite origin as has been frequently proposed but represent mafic to intermediate magmas that cool rapidly when brought into contact with the host magma. Whether mixing occurrs or not is dependent on the particular boundary conditions, such as temperature and viscosity contrast, injection velocity and feeder geometry.RésuméLe pluton dévonien de Swifts Creek, qui occupe une aire d'environ 35 km2, a fait intrusion dans des séquences de métaflysch ordoviciens de la marge sud-ouest de la ceinture métamorphique Omeo, située dans le sud-est de l'Australie.Une minéralogie de type I caractérise les roches du pluton dont la composition varie entre les pôles tonalitique, granodioritique et granitique. Les roches granitiques affleurent sur les hauteurs topographiques et le long des contacts avec les roches encaissantes, tandis que les tonalites et les granodiorites sont situées dans la partie centrale du massif, dans des régions en dépression cette disposition pourrait refléter un réservoir magmatique de composition zonée. Des enclaves microgranitoïdes de composition quartz-dioritique et tonalitique forment 20–25% du volume total de la roche plutonique, mais interviennent pour plus de 60% vers le centre du pluton, où elles sont souvent extrêmement aplaties et étirées, donnant à la roche une apparence gneissique. L' aplatissement ne peut être simplement expliqué par une déformation à l'état solide mais purrait refléter une déformation plastique en présence dün liquide. Des enclaves à bordure figée sont communes, qui montrent des variations de texture et de mode depuis leur marge jusqu' à leur centre. Ces variations indiquent que les globules magmatiques isolés se sont différenciés pour produire une bordure figée enrichie en cumulats et un noyau leucocrate. Les mégacristaux de quartz et de plagioclase observés dans de nombreuses enclaves ont une texture et une composition semblables à celles des cristaux de quartz et de plagioclase du granite hôte. Ces mégacristaux, de même que l'existence occasionnelle de contacts graduels ou interdigités entre les deux types de roches, témoignent d'un processus de mélange partiel entre des enclaves essentiellement liquides et un magma hôte renfermant 40 à 60% de cristaux.L'important contraste de viscosité entre les deux magmas élimine le simple mélange de deux termes de composition extrême. En appliquant les conceptions récentes de dynamique des fluides et de thermomécanique, il devient apparent que les processus interfaciaux, comme le transfert de chaleur et le cisaillement des interfaces enclave-hôte, out déterminé l'hybridation, declenchée par des injections turbulentes de magmas le long d'un conduit central, maintenant représenté par la zone gneissique, dans la chambre magmatique. L'hybridation s'est produite de 1.000 à 10.000 ans après l'emplacement du pluton et a été accompagnée par une vitesse convective de l'ordre de 1 à 10 m/an des magmas mélangés.Nous concluons que dans de nombreux cas, les enclaves microgranitoïdes ne sont pas d'origine restique comme il est souvent suggéré, mais quíls représentent plutôt des magmas de composition mafique à intermédiaire qui se refroidissent rapidement lorsqu'ils sont mis en contact avec le magma hôte. Que le mélange magmatique s' opère ou non dépend des conditions limites particulières, telles que le contraste des températures et des viscosités, la vitesse d'injection et la géométrie des conduits magmatiques.Краткое содержаниеНижнедевонский плут он Swifts Creek, занимающий ареал в 35 км, оказался и нтрудированным в мет афлишевые породы ордовицкого в озраста вдоль юго-вос точного края метаморфного по яса Омео, юго-восток Австралии.Состав пород этого пл утона охватывает диа пазон от тоналитов до гранито в и характеризуется минералогическим составом 1-го типа. Гран итные породы находят, как на топографическ их поднятиях, так и вдо ль отдельных контактов с флишем. То налиты и гранодиорит ы расположены в центре топографических про гибов. Авторы связывают так ое распределение пор од с разделением магматической камер ы на зоны в прошлом. Микрогранитные вклю чения кварц-диоритов ого до тоналитного состава составляют примерно в среднем 20–25% объема плутона. Но к центру количес