Igneous Rock Associations 27. Chalcophile and Platinum Group Elements in the Columbia River Basalt Group: A Model for Flood Basalt Lavas

Abstract

The Columbia River Basalt Group is the youngest and best preserved continental Large Igneous Province on Earth. The 210,000 km3 of basaltic lavas were erupted between 16.6 and 5 Ma in the Pacific Northwest, USA. The peak of the eruptions occurred over a 700,000-year period when nearly 99% of the basalts consisting of the Steens, Imnaha, Picture Gorge, Grande Ronde and Wanapum Basalts were emplaced. In this study we examined the Platinum Group Elements (PGEs) Pt and Pd, and the chalcophile elements Cu and Zn in the Columbia River Basalt Group. The presence of Pt, Pd and Cu in the compositionally primitive Lower Steens, Imnaha and Picture Gorge Basalts suggests that the Columbia River Basalt Group magma was a fertile source for these elements. The PGEs are contained mainly in sulphides in the earliest formations based on their correlation with immiscible sulphides, sulphide minerals and chalcophile elements. Grande Ronde, Wanapum and Saddle Mountains Basalts are depleted in PGEs and chalcophile elements compared to earlier formations. Sulphur was saturated in many flows and much of it probably came from assimilation of cratonic rock from a thinned lithosphere. We propose a model where the presence or absence of PGEs and chalcophile elements results primarily from the interaction between an advancing plume head and the crust/lithosphere that it encountered. The early lavas erupted from a plume that had little interaction with the crust/lithosphere and were fertile. However, as the plume head advanced northward, it assimilated crustal/lithospheric material and PGE and chalcophile elements were depleted from the magma. What little PGE and chalcophile elements remained in the compositionally evolved and depleted Grande Ronde Basalt flows mainly were controlled by substitution in basalt minerals and not available for inclusion in sulphides.

Keywords:

• Columbia River Basalt Group,
• Chalcophile Elements,
• Flood Basalt,
• Platinum Group Elements

Résumé

Le groupe basaltique du Columbia est une grande province ignée continentale. Il s’agit de la plus jeune et la mieux préservée au monde. Les 210 000 km3 de laves basaltiques ont été émis entre 16,6 et 5 Ma dans le Nord-Ouest Pacifique, aux États-Unis. Le pic des éruptions s’est produit sur une période de 700 000 ans lorsque près de 99% des basaltes comprenant les basaltes de Steens, Imnaha, Picture Gorge, Grande Ronde et Wanapum ont été mis en place. Dans cette étude, nous avons examiné les éléments du groupe platine (EGP) Pt et Pd, et les éléments chalcophiles Cu et Zn dans le groupe basaltique du Columbia. La présence de Pt, Pd et Cu dans les basaltes de Lower Steens, Imnaha et Picture Gorge, de composition primitive, suggère que le magma du groupe basaltique du Columbia était une source fertile pour ces éléments. Les EGP sont principalement contenus dans les sulfures des formations les plus anciennes en fonction de leur corrélation avec les sulfures non miscibles, les minéraux sulfurés et les éléments Les basaltes de Grande Ronde, de Wanapum et de Saddle Mountains sont appauvris en EGP et en éléments chalcophiles par rapport aux formations antérieures. Le soufre était saturé dans de nombreux écoulements et une grande partie provenait probablement de l’assimilation des roches cratoniques d’une lithosphère amincie. Nous proposons un modèle où la présence ou l’absence d’EGP et d’éléments chalcophiles résulte principalement de l’interaction entre une tête de panache en progression et la croûte / lithosphère rencontrée. Les premières laves ont été émises à partir d’un panache qui avait peu d’interaction avec la croûte / lithosphère et étaient fertiles. Cependant, à mesure que la tête du panache avançait vers le nord, elle a assimilé du matériel crustal / lithosphérique, et le magma a été appauvri en EGP et en éléments chalcophiles. Le peu d’EGP et d’éléments chalcophiles restant dans les écoulements de basalte de composition évoluée et appauvrie de Grande Ronde ont été principalement contrôlés par la substitution dans les minéraux du basalte et n’étaient pas disponibles pour l’inclusion dans les sulfures.