Mineral chemistry and geothermometry using relict primary minerals in the La Cocha ultramafic body: A slice of the upper mantle in the Sierra Chica of Córdoba, Sierras Pampeanas, Argentina

The La Cocha ultramafic body, in the Sierra Chica of Córdoba (Sierras Pampeanas, Argentina), is formed by serpentinized spinel harzburgites, with lenses of spinel pyroxenites and hornblendites. The associated metamorphic rocks are garnet sillimanite gneisses, intercalated with tabular bodies of pyroxene amphibolites and forsterite marbles.Mineral chemistry of relict primary phases (olivine, orthopyroxene and spinel) from samples of the spinel harzburgites and pyroxenites was determined, and several geothermometers were applied to estimate the temperature conditions under which these rocks may have been equilibrated.In the spinel harzburgites, the primary spinel is Al–chromite [Cr# = Cr/(Cr + Al) = 0.48–0.57], which is replaced by ferrichromite and chlinoclore by metamorphism. Orthopyroxene is enstatite (En92) and olivine is classified as forsterite (Fo92); this last one shows a homogeneous and constant composition along the ultramafic body. Using geothermometric calibrations of the pair olivine–spinel, the highest temperature of 1157 °C would correspond to the primary conditions of formation of the harzburgites.The spinel pyroxenites show a mineral composition defined by orthopyroxene (En85, enstatite), olivine (Fo86, chrysolite), spinel (s. s.) and magnetite. Serpentine and clinochlore were produced by metamorphism. Spinel has high concentrations in Al and very low in Cr, and is classified as spinel sensu stricto; magnetite replacement was produced by metamorphism. Orthopyroxene and olivine are depleted in MgO regarding these minerals in the harzburgites. Temperatures of 785–734 °C calculated using geothermometers with orthopyroxene are interpreted to be produced by metamorphism in amphibolite to granulite facies conditions.Cumular textures were not observed in outcrops and thin sections of the studied rocks. The narrow composicional range and high forsterite content in olivine, the high Cr# in spinel, and the low concentrations of Ni and Cr in whole rock analyses indicate a mantle residual origin for these peridotites, which would exclude a cumular origin.The association of peridotites with mafic bodies formed in an N-type MORB environment and a relict mantle fabric showed by the elongated crystals/aggregates of olivine (preserved in pseudomorphic replacements), indicating a high temperature flow, allow to interpret the La Cocha ultramafic body as a slice of oceanic mantle, belonging to basal tectonites of an ophiolite complex. This body shows similar petrological, geochemical and structural features than the other ultramafic bodies in the Sierras de Córdoba, therefore the origin proposed here could be applied to the other bodies.

ResumenEl cuerpo ultramáfico de La Cocha, en la Sierra Chica de Córdoba (Sierras Pampeanas, Argentina), está formado por harzburgitas espinélicas serpentinizadas, con lentes de piroxenitas espinélicas y hornblenditas. Las rocas metamórficas asociadas son gneises granatíferos sillimaníticos, intercalados con cuerpos tabulares de anfibolitas piroxénicas y mármoles forsteríticos.Se realizaron los primeros análisis de química mineral de muestras de las harzburgitas espinélicas, que contienen las fases primarias de las peridotitas (olivino, ortopiroxeno y espinelo), y de las piroxenitas espinélicas, y se aplicaron varios geotermómetros para estimar las condiciones de formación.En las harzburgitas espinélicas, el espinelo primario es una cromita rica en Al [#Cr = Cr/(Cr + Al) = 0.48 – 0.57], que por metamorfismo es reemplazado por ferricromita y clinocloro. El ortopiroxeno es enstatita (En92) y el olivino se clasifica como forsterita (Fo92), este último con una composición homogénea y constante a lo largo del cuerpo. Usando el par olivino–espinelo como geotermómetro, la temperatura más alta calculada de 1157 °C correspondería a las condiciones primarias de formación de las harzburgitas.Las piroxenitas espinélicas poseen una composición mineral definida por ortopiroxeno (En85, enstatita), olivino (Fo86, crisolita), espinelo (s. s.) y magnetita. Serpentina y clinocloro son producto del metamorfismo. El espinelo tiene concentraciones altas de Al y muy bajas de Cr, y se clasifica como espinelo sensu stricto; reemplazos por magnetita son producto del metamorfismo. El ortopiroxeno y el olivino están empobrecidos en MgO en relación con las harzburgitas. Temperaturas de 785–734 °C calculadas usando geotermómetros con ortopiroxeno son interpretadas como producto de metamorfismo en condiciones de facies de anfibolitas a granulitas.No se observaron texturas cumulares en los afloramientos y secciones delgadas de las rocas estudiadas. El estrecho rango composicional y la elevada concentración en forsterita que posee el olivino, el alto #Cr del espinelo, y las bajas concentraciones de Ni y Cr en los análisis químicos de roca total serían indicadores de un origen residual del manto para las peridotitas, que descartarían un origen cumular para estas rocas.La asociación de las peridotitas con cuerpos máficos formados en un ambiente tipo N-MORB y la fábrica mantélica relíctica de los cristales/agregados de olivino (preservada en los reemplazos pseudomórficos), indicando un flujo de alta temperatura, permiten interpretar al cuerpo ultramafico La Cocha como una escama de manto oceánico, correspondiente a tectonitas basales de un complejo ofiolítico. Dado que este cuerpo posee similares características petrológicas, geoquímicas y estructurales que los otros cuerpos ultramáficos de las Sierras de Córdoba, el origen propuesto aquí podría aplicarse a los otros cuerpos.

► Mineral chemistry of relict primary phases in serpentinized ultramafic rocks.
► Application of geothermometers to estimate the primary temperature conditions.
► Primary association in spinel harzburgites: Ol (Fo92) + Opx (En92) + Al–Chr.
► Association in spinel pyroxenites: Opx (En97) + Ol (Fo86) + Spl s. s. + Mag.
► The ultramafic body was a slice of oceanic mantle, basal tectonites of ophiolites.