Phanerozoic dikes of Ibex Hills, Saddlepeak Hills and Salt Spring Hills, California : petrography, geochemistry and origin

Abstract

Luode–kaakko-suuntainen juoniparvi leikkaa mioseeninaikaisia vulkaanisia kiviä eteläisen Kuolemanlaakson Ibex vuorilla ja prekambrista peruskalliota sekä prekambrisia ja kambrisia sedimenttikiviä Saddlepeak- ja Salt Spring vuorilla Kaliforniassa. Nämä juonet ovat samansuuntaisia itäisen Kalifornian jura–liitukautisien juoniparvien kanssa, jotka liittyvät mesotsooiseen Pohjois-Amerikan Kordilleerivuoriston kehittymiseen. Ibex-vuoren juonten K Ar ikä on 12.7 Ma ja ne edustavat varhaista Basin ja Range -kuoren riftiymää eteläisessä Kuolemanlaaksossa. Tämä pro gradu -tutkielma tutkii Ibex-, Saddlepeak- ja Salt Spring vuorien juonien sekä Mojaven aavikon liitukautisen juonen petrografiaa ja geokemiaa ja tulkitsee näiden juonien (1) ikäjakaumaa sekä (2) geologista merkitystä.

Näytteet ja kenttämittaukset työssä käsiteltävistä juonista kerättiin vuoden 2019 aikana. Ibexin näytteiden mineraalit ovat kiteytyneet pääosin kivisulasta. Saddlepeakin ja Salt Springin näytteiden mineraaliseurueet ovat kauttaaltaan sekundäärisiä ja matala-asteisen metamorfoosin tai hydrotermisen toiminnan muodostamia. Post-magmaattiset prosessit ovat muokanneet mineraaliseurueiden lisäksi näytteiden pääalkuainekoostumuksia ja volatiilipitoisuuksia. Ibexin ja Mojaven aavikon näytteet vaihtelevat koostumukseltaan trakyandesiiteista trakyytteihin, Saddlepeakin ja Salt Springin näytteet ovat andesiitteja. Yksi Saddlepeakin näytteistä edustaa mineraalien, tekstuurin ja koostumuksen perusteella Death Valleyn 1.1 Ga diabaasi-intruusiota. Kaikki työssä käsiteltävät näytteet ovat rikastuneet LILE- ja LREE-elementeistä, ja niillä on negatiivinen Ta-Nb-anomalia edustaen siten tyypillisiä merellisen litosfäärilaatan alityöntövyöhykkeiden sulia, joiden lähdekomponentteihin kuuluu rikastunut litosfäärivaippa.

Kahden mioseeninaikaisen Ibex-vuoren näytteiden plagioklaasihajarakeiden anortiittipitoisuutta analysoitiin elektronimikroanalysaattorilla (EPMA) sekä 87Sr/86Sr-suhteita laserablaatio induktiivisesti kytketyllä massaspektrometrillä (LA-MC-ICP-MS). Tulokset osoittavat vaihtelua niin anortiittipitoisuuksissa kuin 87Sr/86Sr suhteissa sekä näytteiden välillä että yksittäisien hajarakeiden profiileissa ytimestä reunoille. Vaihtelu hajaraeprofiileissa osoittaa magmakammioihin tunkeutuneen uutta magmaa, magmojen sekoittuneen ja kontaminoituneen kiteytymisen aikana. Erot näytteiden välisissä pitoisuuksissa viittaavat paikallisiin heterogeenisyyksiin magmasulien lähteissä.

Tässä työssä tutkitut juonet edustavat useita intruusiotapahtumia. Ibexin mioseeninaikaiset juonet edustavat Basin ja Range kuoren riftiytymistä ja osoittavat, että Kuolemanlaaksossa kuoren laajeneminen oli aluksi lounaan suuntainen. Saddlepeakin ja Salt Springin metamorfiset juonet edustavat yhtä tai useampaa vanhempaa juoni-intruusiojaksoa. Nämä juonet saattavat edustaa mesotsooista Kordilleerivuoriston kehittymisen aikaista magmatismia. Tämän todentamiseen vaaditaan kuitenkin isotooppi-iänmääritys.

A NW–SE trending dike swarm cuts Miocene volcanic rocks in the Ibex Hills and Precambrian to Cambrian cratonic rocks and sedimentary strata in the Saddlepeak Hills and Salt Spring Hills in southern Death Valley, California. These dikes are aligned with Jurassic and Cretaceous dike swarms of eastern California that are linked to the Mesozoic North American Cordilleran magmatism. The Ibex Hills dikes have been previously dated and yield K-Ar date of 12.7 Ma and are coeval with the early stage of the Miocene Basin and Range crustal extension in Death Valley. This Master’s thesis examines in detail the geology, petrography and geochemistry of the previously unstudied dikes of Ibex Hills, Saddlepeak Hills and Salt Spring Hills of southern Death Valley and a ~90 Ma dike of Mojave Desert to discuss (1) their petrogenetic link to each other and (2) their geologic significance.

The samples and field observations were obtained in 2019. The Ibex Hills samples are relatively fresh compared to the dikes of Saddlepeak Hills and Salt Spring Hills which are pervasively altered by secondary minerals and have been subject to low-grade metamorphism. The sub-solidus processes that have modified the mineral assemblages of the metamorphic dikes are also reflected in various degrees of major element mobility and LOI. The whole-rock geochemical composition of the Ibex Hills and Mojave Desert samples is trachyandesite to trachyte, the Saddlepeak Hills and Salt Spring Hills samples are andesites. One Saddlepeak Hills sample is basaltic and, based on mineralogy, texture and composition, represents a 1.1 Ga diabase intrusion. All studied samples are enriched in LREEs and LILEs and have negative Ta-Nb anomaly, representing magmas with typical subduction zone characteristics with enriched lithospheric mantle component in source.

EPMA and in situ LA-MC-ICP-MS analysis of plagioclase phenocrysts of two Miocene samples of Ibex Hills shows variation in anorthite content and 87Sr/86Sr ratios across phenocryst profiles indicating open-system magma chamber evolution with episodes of recharge, hybridization and assimilation during the crystallization. Variation in anorthite content and 87Sr/86Sr ratios between samples suggest heterogeneities in the source magmas.

The studied dikes represent multiple episodes of dike emplacements in southern Death Valley. The Miocene dikes of Ibex Hills, coeval with the Basin and Range crustal extension, indicate an early period of southwest directed extension in the southern Death Valley. The metamorphosed dikes of Saddlepeak Hills and Salt Spring Hills represent one or more episodes of older dike emplacement and could be coeval with the Mesozoic magmatism of North American Cordilleran orogeny and the Cretaceous dike of Mojave Desert. However, geochronological analysis is needed to verify the exact ages of these dikes.