Igneous Rock Associations 29. The Nenana Magnetitite Lava Flow, Alaska Range, Alaska

Abstract

Magnetitite deposits like El Laco (Chile) are rare and have controversial origins. An unusual magnetitite lava flow overlying a rhyolite unit occurs in the north-central Alaska Range and originally covered ~ 750 km2 of the Miocene Nenana basin. Dating of the rhyolite and relationships between the magnetitite and sedimentary rocks indicate that both are of Late Miocene age. The magnetitite flow is mainly magnetite with some post-eruptive alteration to hematite. Both the rhyolite flow and the magnetitite flow are vesicular, but the magnetitite flow also has small, millimetre-scale columnar jointing. The vesicular zones in the magnetitite flow grade into massive rock on the scale of a thin section, suggesting a degassing lava origin. Samples of the magnetitite flow contain between 12 and 26 wt.% SiO2 and between 45 and 75 wt.% FeO. Rare earth elements (REE) and trace elements from the magnetitite and rhyolite have similar patterns but with lesser abundance in the magnetitite. Both the rhyolite and the magnetitite have light-REE-enriched REE profiles with negative Eu anomalies. Electron microscopic analysis shows that most of the silica and trace element content of the magnetitite flow comes from very finely disseminated silicate minerals and glass in the magnetite. This suggests that the magnetitite was derived from a magma that had undergone unmixing into a silica-rich phase and an iron-rich phase prior to its eruption. Fractures and vesicles within the magnetitite flow contain minor rhyolitic glass and minerals suggesting that the rhyolite magma invaded columnar joints in the solidified magnetitite flow, and is a subvolcanic sill-like body at the studied locality. The magnetitite flow erupted prior to the emplacement of the rhyolite, which may be extrusive on a regional scale. The features of the Nenana magnetitite, and its geological relationships, are consistent with genetic models that invoke unmixing of magma into immiscible Fe-rich and Si-rich liquids during ascent.

Keywords:

• Alaska Range,
• Late Miocene,
• Magnetitite Lava,
• Nenana Basin,
• Rhyolite

Résumé

Les gisements de magnétitite comme ceux de El Laco (Chili) sont rares et d’origines controversées. Une coulée de lave de magnétitite inhabituelle recouvrant une coulée de rhyolite se trouve dans le centre-nord de la chaîne de l'Alaska et couvrait environ 750 km2 du bassin miocène de Nénana. La datation de la rhyolite et les relations entre la magnétite et les roches sédimentaires indiquent que les deux sont d'âge Miocène supérieur. La coulée de magnétitite est principalement composée de magnétite avec quelques altérations post-éruptives en hématite. La coulée de rhyolite et la coulée de magnétitite sont toutes les deux vésiculaires, mais la coulée de magnétitite présente également de petits joints colonnaires d'échelle millimétrique. Les zones vésiculaires de la coulée de magnétitite se transforment en roche massive à l'échelle d'une lame mince, suggérant qu’elles proviennent d’une lave en dégazage. Les échantillons de la coulée de magnétitite contiennent entre 12 et 26 % en poids de SiO2 et entre 45 et 75 % en poids de FeO. Les éléments de terres rares (ETR) et les éléments traces de la magnétitite et de la rhyolite présentent des patrons similaires mais avec une moindre abondance dans la magnétitite. La rhyolite et de magnétitite présentent toutes deux un patron de terres rares enrichi en éléments de terres rares légers avec une anomalie négative en Eu. L'analyse au microscope électronique montre que la majeure partie de la silice et de la teneur en éléments traces de la coulée de magnétitite provient de minéraux silicatés et de verre finement disséminés dans la magnétite. Ceci suggère que la magnétitite provient d'un magma qui s’était décomposé en une phase riche en silice et une phase riche en fer avant son éruption. Les fractures et les vésicules dans la coulée de magnétitite contiennent du verre et des minéraux rhyolitiques comme constituant mineurs suggérant que le magma de rhyolite a envahi les joints colonnaires dans la coulée de magnétitite solidifiée et est un corps subvolcanique semblable à un filon-couche dans la localité étudiée. La coulée de magnétitite a fait éruption avant la mise en place de la rhyolite, qui peut être extrusive à l'échelle régionale. Les caractéristiques de la magnétitite de Nénana et ses relations géologiques sont cohérentes avec les modèles génétiques qui invoquent la séparation du magma en liquides non miscibles riches en fer et en silicium pendant l'ascension.