Crystal chemistry of igneous rock biotites

Summary

A study of 304 selected biotite analyses, with 17 chemical variables (Al^IV, Fe^IV, Al^VI Fe^VI, Mg, Mn, Ti, Li, Na, K, Rb, Ca, Ba, OH, F, Cl,Θ), was carried out using variation diagrams and statistical methods. It was our aim to verify the existence of characteristic variation patterns in the crystal chemistry of igneous biotites related to the geological setting and chemistry of the parent rocks. In the absence of a range of analyses covering the whole spectrum of igneous rocks, the biotites were grouped “a priori” either as volcanic (rhyolites, rhyodacites and trachyrhyolites, dacites and trachytes, “andesites”, trachybasalts and nephelinites) or as plutonic (granites, granodiorites, tonalites, diorites, “gabbros”). Variation diagrams failed to distinguish clearly between the different groups of biotites; the data overlapped considerably and were accordingly difficult to interpret. Statistical analysis, on the other hand, revealed clear chemical differences; moreover, simple statistical equations and careful coefficients were established which make it possible to evaluate the degree of discrimination between the different groups and to classify unknown biotites. The most important petrological factors affecting biotite chemistry are temperature of crystallization, rock “acidity” and, probably, rock “alkalinity” and the presence of other Fe-Mg minerals. Factors, such as/tf $f_{H_2 O}$ and$f_{O_2 }$, can cause more limited variations.

Zusammenfassung

Unter Berücksichtigung von 17 chemischen Variabeln wurde eine statistische und geochemische Auswertung von 304 ausgewählten chemischen Analysen von Biotiten ausgeführt, um die Existenz von charakteristischen Variationsschemata der Kristallchemie der magmatischen Biotite, im Bezug auf geologische Lage und Zusammensetzung des Gastgesteines, zu verifizieren. Da kein vollständiger Analysensatz für die gesamte magmatische Abfolge zur Verfügung war, wurden die Biotite „a priori” entweder als vulkanisch (Rhyolite, Rhyodacite und Trachyrhyolite, Dacite und Trachyte, „Andesite”, Trachybasalte und Nephelinite) oder als plutonisch (Granite, Granodiorite, Tonalite, Diorite, „Gabbros”) gruppiert. Variationsdiagramme allein reichen für eine scharfe Unterscheidung der verschiedenen Biotitgruppen nicht aus. Die Daten überlagerten sich teilweise, so daß jede Interpretation zweifelhaft war. Auf der anderen Seite ergaben sich scharfe chemische Unterschiede aus der statistischen Analyse, außerdem wurden einfache statistische Gleichungen und Koeffizienten, die die Ermittlung des Diskriminationsgrades zwischen verschiedenen Gruppen und die Klassifizierung der Biotite unbekannter Herkunft ermöglichten, festgesetzt. Die wichtigsten petrologischen Faktoren, die den Biotitchemismus beeinflussen, sind die Kristallisationstemperatur, die „Azidität” der Gesteine, und wahrscheinlich auch deren „Alkalinität”, und die Anwesenheit von anderen Mg-Fe-Mineralien. Faktoren wie$f_{H_2 O}$ und$f_{O_2 }$ haben nur einen beschränkten Einfluß.