Eclogite and pyroxenite xenoliths from off-craton kimberlites near the Kaapvaal Craton, South Africa

Mantle xenoliths brought to the surface by kimberlite magmas along the south-western margin of the Kaapvaal craton in South Africa can be subdivided into eclogites sensu stricto, kyanite eclogites and orthopyroxene eclogites, all containing omphacite, and garnet clinopyroxenites and garnet websterites characterised by diopside. Texturally, chemically (major elements) and thermally, we observe an evolution from garnet websterites (TEG = 742–781 °C) towards garnet clinopyroxenites (TEG = 715–830 °C) and to eclogites (TEG = 707–1056 °C, mean value of 913 °C). Pressures calculated for orthopyroxene-bearing samples suggest upper mantle conditions of equilibration (P = 16–33 kb for the garnet websterites, 18 kb for a garnet clinopyroxenite and 23 kb for an opx-bearing eclogite). The overall geochemical similarity between the two groups of xenoliths (omphacite-bearing and diopside-bearing) as well as the similar trace element patterns of clinopyroxenes and garnet suggest a common origin for these rocks. Recently acquired oxygen isotope data on garnet (δ18Ognt = 5.25–6.78 ‰ for eclogites, δ18Ognt = 5.24–7.03 ‰ for garnet clinopyroxenites) yield values ranging from typical mantle values to other interpreted as resulting from low-temperature alteration or precursors sea-floor basalts and associated rocks. These rocks could then represent former magmatic oceanic rocks that crystallised from a same parental magma as plagioclase free diopside-bearing and plagioclase-bearing crustal rocks. During subduction, these oceanic rock protoliths equilibrated at mantle depth, with the plagioclase-bearing rocks converting to omphacite and garnet-bearing lithologies (eclogites sensu largo), whereas the plagioclase-free diopside-bearing rocks converted to diopside and garnet-bearing lithologies (garnet websterites and garnet clinopyroxenites).

RésuméLes xénolites mantelliques remontées par les magmas kimberlitiques en bordure sud-ouest du craton de Kaapvaal en Afrique du Sud sont de nature très variée : éclogites sensu stricto, éclogites à disthène et éclogites à orthopyroxène qui contiennent toutes de l’omphacite, et clinopyroxénites à grenat et webstérites à grenat qui contiennent du diopside. Texturalement, chimiquement (éléments majeurs) et thermiquement, on peut noter une évolution depuis les webstérites à grenat (TEG = 742–781 °C) via les clinopyroxénites à grenat (TEG = 715–830 °C), jusqu’aux éclogites (TEG = 707–1056 °C, valeur moyenne de 913 °C). Les pressions calculées pour les échantillons contenant de l’orthopyroxène indiquent des conditions mantelliques d’équilibration (P = 16–33 kb pour les webstérites à grenat, et 18 kb pour une clinopyroxénite à grenat et 23 kb pour une éclogite à orthopyroxène). Les similarités géochimiques entre les deux groupes de xénolites (roches à omphacite et roches à diopside), notamment les spectres similaires d’éléments en trace des clinopyroxènes et des grenats, suggèrent une origine commune de ces roches. Les données isotopiques en oxygène récemment acquises sur les grenats (δ18Ognt = 5,25–6,78 ‰ pour les éclogites, δ18Ognt = 5,24–7,03 ‰ pour les clinopyroxénites à grenat) correspondent à des valeurs allant de valeurs typiquement mantelliques à des valeurs interprétées comme résultant de l’altération à basse température subie par les roches constitutives de croûte océanique. Ces xénolites pourraient donc représenter d’anciennes roches magmatiques océaniques issues de la cristallisation d’un même type de magma parental, cristallisation, soit sous forme de roches sans plagioclase et à diopside, soit sous forme de roches à plagioclase. Ultérieurement, un processus de subduction de ces roches océaniques crustales aurait entraîné leur équilibre dans les conditions du manteau supérieur. À ces profondeurs, les roches à plagioclase se seraient transformées en éclogites (groupe à omphacite), alors que les roches sans plagioclase et à diopside auraient donné le groupe à diopside (webstérites et clinopyroxénites à grenat).