Petrological and geochemical contribution to the origin of jadeitite and associated rocks of the Tawmaw Area, Kachin State, Myanmar

Abstract

Jade is the trade term for the jewellers but mineralogically two types of jade exist: jadeite (pyroxene end-member NaAlSi2O6); and Ca-amphibole (end-member Ca2Mg5Si8O10 (OH)2), nephrite. Jadeite jade (petrological term: jadeitite) is rarer and also more valuable than nephrite jade. Jadeitite is found only in a few countries including Myanmar, Japan and Guatemala where corresponding deposits are associated with major strike slip faults and high-pressure tectonic zones and always associated with serpentinites and high-pressure rocks. The recent geotectonic evolution of Myanmar is related to the India-Asia collision. In the central part of Myanmar the N-S trending Central Burma Basin is located which is filled with Eocene to Plio-Quaternary sediments. The sedimentary association is related to a fore-arc basin which resulted from northeastward-directed subduction of the Bengal oceanic crust beneath Myanmar. The study area, the Tawmaw area, is located in the northern part of the Central Burma Basin at the western part of the Sagaing strike-slip fault zone around 15 km northwest of the city of Pharkant. This area is part of the so-called “jade mines area” or “jade belt” which extends over ca. 2600 km2. Glaucophane schist is the most common rock which is exposed together with epidote schist in the eastern part of the Tawmaw area where serpentinized peridotite-dunite and jadeite-bearing rocks also occur. Garnet-mica schists also occur in tectonic contact with the serpentinized peridotite-dunite in the western part of the Tawmaw area. A larger elongated ultramafic body of late Cretaceous to early Eocene (dismembered) ophiolite unit occur in the central part. Jadeitite is found as vein-like or lens-shape bodies in the serpentinized peridotite-dunite body. In this jadeitite-bearing unit it is possible to distinguish between two main zones. The Outer Zone, occurring at the border of ultramafic rocks, is made up of thin layers chlorite, actinolite schists and amphibole felses (so-called wall rocks), which can, however, also lack. Jadeite and kosmochlor are also included in the amphibole felses together with chromite. The Central Zone is composed of the vein-like or massive lenses of jadeitite but can also contain albitite. The petrological study revealed that the supply of chromium in jadeite is from chromite of the former (and still adjacent) peridotite. This can be clearly seen in maw-sit-sit and amphibole felses where kosmochlor formed from destabilized chromite keeping the size of the original chromite grain. Thus, chromium is immobile in contrast to strongly mobile Na. Moreover, it means that sperpentinite and not the country rocks surrounding serpentinite was replaced by the wall-rocks. In the (nearly) pure jadeitite, vesuvianite, identified by RAMAN-spectroscopy, was found for the first time in one sample only. Vesuvianite normally occurs in low-pressure environments such as contact aureoles, rodingite/metarodingite, and skarns. This study shows that this phase can also appear in a high-pressure environment. The mineral assemblage of vesuvianite + end-member jadeite does not show any indication for non-equilibrium. The composition of this vesuvianite is characterized by up to 1.5 wt.% Na2O that is higher than for vesuvianite described from elsewhere. A major mechanism to incorporate Na into vesuvianite is the charge-balanced substitution Ca + Al = Na + Ti. A detailed petrological investigation of mica schists and blueschists in the immediate vicinity of the serpentinite was undertaken to understand the formation of jadeitite and jadeite-albite rocks in the Tawmaw area. P-T conditions of garnet- and glaucophane-bearing mica schists were calculated using the computer program PTGIBBS (Brandelik and Massonne, 2004) for the thermodynamic calculation of mineral equilibria. In addition, P-T pseudosections, considering the corresponding chemical bulk rock compositions, were calculated with the computer program package PERPLE_X (Connolly, 2005). The obtained results indicate that the P-T condition of metamorphic stage I (e.g. related to the core of garnet in mica schists) were 470-540° C and 16-19 kbar. During stage III (rim composition of garnet, phengite rim) conditions of 5.5-8.5 kbar and 570-630°C were reached. The P-T condition of stage II are intermediate between those of stages I and III. The P-T conditions estimated for glaucophane schists are similar to those of the garnet mica schist. For the core of the garnet, 470-490°C, 18-20 kbar are derived, and the P-T condition of rim compositions of garnet from the glaucophane schist result in 560-620°C, 7-12 kbar. The here derived P-T evolution of the glaucophane schist and garnet mica schist is different to previous interpretions of other authors (Shi et al. 2003, 2001, Goffé et al. 2000). Monazite in garnet mica schists were analysed with the electron microprobe also for their U, Th, and Pb contents. 43 analyses yielded an age range between <15 and 120 Ma.

Jade als Handelsname für eine Gruppe von Schmucksteine benutzt. Dabei handelt es sich mineralogisch um Jadeit (Pyroxen-Endglied NaAlSi2O6) oder Ca-Amphibol (Endglied Ca2Mg5Si8O10(OH)2) (Nephrit). Jadeit-Jade, der petrologisch als Jadeitit bezeichnet wird, ist seltener und auch wertvoller als Nephrit-Jade, vor allem aufgrund seiner auffälligen Farbe und größeren Widerstandsfähigkeit sowie der einfacheren Möglichkeit zur Steinbearbeitung bei der Herstellung von Gegenständen und Ornamenten. Jadeitit-Vorkommen gibt es nur in wenigen Ländern, wie Myanmar, Japan und Guatemala, und diese sind dort ökonomisch von großer Bedeutung. Geologisch sind Jade-Vorkommen an Seitenverschiebungen, Serpentinite und hochdruckmetamorphe Gesteine gebunden. Die rezente geotektonische Entwicklung von Myanmar steht in enger Beziehung zur Kollision zwischen Indien und Asien. Im zentralen Teil von Myanmar befindet sich das sedimentäre, zentrale Burma-Becken, einem fore-arc Becken, welches sich im Zusammenhang mit einer nordöstlich gerichteten Subduktion von bengalischer Ozeankruste unter Myanmar gebildet hat. Das Arbeitsgebiet ist das Tawmaw-Gebiet im nördlichen Bereich des zentralen Burma-Beckens, westlich der Sagaing-Seitenverschiebung und etwa 15 km nördlich der Stadt Pharkant. Dieses Gebiet gehört zum Jade-Bergbau-Gebiet (oder Jade-Gürtel) in Myanmar. Im östlichen Tawmaw-Gebiet treten Glaukophan-Schiefer zusammen mit serpentinisierten Peridotiten und Jadeit-führenden Gesteinen auf. Neben diesen Gesteinen treten im westlichen Tawmaw-Gebiet auch Granat-Glimmerschiefer auf, die in tektonischem Kontakt mit den serpentinisierten Peridotiten stehen. Im Bereich der Jadeitite können eine innere und eine äußere Zone unterschieden werden. Die äußere Zone, die im Kontakt zu den Ultrabasiten auftritt, ist durch dünne Lagen von Chlorit- und Aktinolith-Schiefern oder Amphibol-Felse (sogenannte Wall-Rocks) gekennzeichnet. Auch Jadeit und Kosmochlor kommen zusammen mit Chromit in diesen Gesteinen vor. Die innere Zone enthält die genannten linsenförmigen oder gangähnlichen Jadeitit-Körper. Daneben kommen hier auch Albitite vor. Die petrologische Untersuchung ergab, dass das Chrom im Jadeit aus dem ehemaligen (und noch angrenzenden) Peridotit stammt. Dies ist deutlich in "Maw-sit-sit" und Amphibol-Fels sichtbar, in dem Kosmochlor sich aus abgebautem Chromit bildete, der noch die Größe des ehemaligen Chromit-Korns wiedergibt. Chrom ist daher immobil im Gegensatz zum stark mobilen Na. Dies bedeutet weiterhin, dass der Serpentinit selbst und nicht die umgebenden Gesteine durch die "wall-rocks" ersetzt wurden. In einem (nahezu) reinen Jadeitit wurde zum ersten Mal Vesuvian in nur einer Probe efunden und mittels Raman-Spektroskopie identifiziert. Dieses Vorkommen ist deshalb emerkenswert, da Vesuvian üblicherweise im Niedrigdruckmilieu vorkommt, etwa in Kontaktaureolen, in Rodingiten und Skarnen. Hier konnte erstmals gezeigt werden, dass diese Phase auch in Hochdruckgesteinen auftritt. Die Paragenese von Vesuvian + reinem Jadeit zeigt keine strukturellen Anzeichen für ein chemisches Ungleichgewicht. Der Vesuvianit ist durch bis zu 1.5 Gew.-% Na2O gekennzeichnet, welcher höher ist als bislang von Vesuvian bekannt. Na wird in den Vesuvian durch die Substitutionen Ca + Al = Na + Ti und Ca + (Mg+Fe2++Mn) = Na + Al eingebaut. Glimmerschiefer und Blauschiefer in unmittelbarer Umgebung des Serpentinits wurden petrologisch und mikrochemisch untersucht. Dies ist für das Verständnis der Bildung von Jadeit und Jadeit-Albit-Gesteinen im Tawmaw Gebiet von Bedeutung, die selber kaum für eine detaillierte P-T-Bestimmung geeignet sind. Die P-T Bedingungen für jedes Stadium wurden durch thermodynamische Berechnungen (PTGIBBS von Brandelik & Massonne, 2004, und PERPLE_X von Connolly, 2005) von Zusammensetzungen koexistierender Minerale ermittelt, um einen P-T Pfad für diese Gesteine zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass die P-T Bedingungen für das Metamorphosestadium I (z.B. für die Bildung des Granat-Kerns in den Glimmerschiefern) bei 470-540° C und 16-19 kbar lagen. Während des Stadiums III (Randzusammensetzungen von Granat und Phengit) wurden 5.5-8.5 kbar und 570-630°C erreicht. Die P-T Bedingungen von Stadium II liegen zwischen denen der Stadien I und III. Die P-T Bedingungen der Glaukophan-Schiefer entsprechen in etwa denen der Granat-Glimmerschiefer. Als Bildungsbedingungen für den Granat-Kern in den Glaukophan-Schiefern wurden 470-490°C und 18-20 kbar abgeleitet, für die Granat-Randzusammensetzungen 560-620°C, 7-12 kbar. Die hier abgeleiteten PT-Pfade der Glaukophan-Schiefer und Granat-Glimmerschiefer gerben deutlich höhere Drücke als bsiherige Arbeite (Shi et al. 2003, 2001; Goffé et al. 2000). Monazite aus Granat-Glimmerschiefern wurden auf ihre U, Th und Pb-Gehalte hin mit der Elektronenstrahlmikrosonde untersucht. 43 Analysen ergaben eine Alterspanne zwischen <15 und 120 Ma.