background image

www.geologicacarpathica.sk

Introduction

Migmatites  can  be  generated  by  four  major  processes:  a)  in-
jection  of  externally  derived  magmas  (Sederholm  1913),  b)
partial  melting  (Sederholm  1913;  Holmquist  1921;  Mehnert
1968),  c)  metasomatism  (Misch  1968)  and  d)  metamorphic
differentiation  (Robin  1979;  Ashworth  &  McLellan  1985).
Each of these processes can be responsible for generating mig-
matitic rocks in the particular metamorphic belt.

In the last fifty years, the migmatites and their relationships

to  granitic  intrusions  have  been  investigated  (e.g.  Mehnert
1968;  Ashworth  1985;  Brown  1994;  Sawyer  1996,  2001).
Petrogenesis  of  the  layer-parallel  leucosomes  and  the  impor-
tance of stress and deformation for the generation of migmati-
tic  rocks  were  considered  (e.g.  Sawyer  &  Barnez  1988,  and
Marchildon  &  Brown  2002).  Layer-parallel  leucosomes  can
be  formed  by  sub-solidus  processes  due  to  mobilization  of
quartz and feldspar by stress-induced mass-transfer of mobile
elements  (Sawyer  &  Barnez  1988)  or  by  anatectic  processes
(Marchildon & Brown 2002, 2003). In this paper, we present
evidence from the Hamedan region in Iran that layer-parallel
leucosomes may have originated by both sub-solidus and ana-
tectic  processes  during  progressive  high-grade  metamor-
phism.  In  the  outcrops,  the  various  stages  of  migmatization,
from initial sedimentary layers to sub-solidus leucosomes and
finally to anatectic leucosomes can be observed.

Field,  petrographic  and  geochemical  data  on  magmatism

and metamorphism in the Hamedan region have been present-
ed  in  some  recent  works  (e.g.  Irani  1993;  Hadipour  1994;
Sadeghian 1994; Torkian 1995; Baharifar 1997, 2004; Sepahi
1999; Sepahi et al. 2004); however, the petrogenesis of mig-
matites has not been considered yet. In this paper, we provide

Low pressure migmatites from the Sanandaj-Sirjan

Metamorphic Belt in the Hamedan region (Iran)

ALI A. SEPAHI*, SEYEDEH R. JAFARI and SARA MANI-KASHANI

Department of Geology, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran;  *sepahi@basu.ac.ir

(Manuscript received February 23, 2008; accepted in revised form October 23, 2008)

Abstract: Migmatites with evidence for low pressure metamorphism and partial melting occur adjacent to the Alvand
Plutonic Complex in the Hamedan region of Iran. They show stromatic, schollen, diktyonitic and massive structure.
Sillimanite/andalusite/(kyanite)-garnet- and cordierite-K-feldspar-andalusite-spinel-bearing migmatites are the most
common rock types. Some of the granitic intrusions contain xenocrysts which resemble the porphyroblasts of nearby
migmatites (e.g. sillimanite, andalusite, cordierite and garnet). Although migmatitic rocks of the region are located near
the granitic intrusions, the degree of partial melting is not related to intrusions and is irregular. It appears that partial
melting  and  migmatization  pre-date  the  intrusion  of  major  granitic  bodies  in  the  region.  Leucosomes  in  stromatic
migmatites are commonly parallel to bedding planes and are mostly formed by metamorphic segregation and/or in situ
partial melting (showing mafic selvedges, pinch and swell structures). The melt fraction and migmatite type depend on
the chemical composition of parent rocks and the distribution of high strain zones. The formation of thin leucosomes in
the stromatic migmatites was controlled by short-range melt movement along the grain boundaries. Melt-rich layers are
constrained by pre-existing compositional layering and foliation. Peak metamorphic conditions of ~ 650 °C and ~ 300 MPa
are consistent with the observed mineral assemblages and the presence of melt in the investigated migmatites.

Key words: Iran, Sanandaj-Sirjan, Hamedan, anatexis, granite, migmatite.

new  data  pertaining  to  the  petrogenesis  of  migmatites  (espe-
cially  of  stromatic  migmatites)  near  to  the  Alvand  Plutonic
Complex in the Hamedan region.

Geological setting

The  study  area  is  a  part  of  the  so-called  Sanandaj-Sirjan

Zone or Zagros Imbricate Zone of the Zagros Orogen (accord-
ing to Alavi 1994, 2004). This zone comprises a metamorphic
belt  of  low-  to  high-grade  regional  and  contact  metamorphic
rocks that have been intruded by mafic, intermediate and fel-
sic plutonic bodies (Fig. 1). Major metamorphic and magmat-
ic  events  of  the  Sanandaj-Sirjan  Metamorphic  Belt  (SSMB)
occurred during the Mesozoic Era (e.g. Baharifar 1997, 2004;
Sepahi 1999; Rashidnejad-Omran et al. 2002; Sheikholeslami
et  al.  2003;  Sepahi  et  al.  2004;  Ahmadi-Khalaji  et  al.  2007).
Major granitic plutons of the SSMB have been atributed to the
Mesozoic-Tertiary magmatism ( ~ 200 to  ~ 40 Ma; e.g. Valiza-
deh & Cantagrel 1975; Masoudi 1997; Baharifar 2004; Ahma-
di-Khalaji  et  al.  2007;  Arvin  et  al.  2007).  These  events  have
been related to the subduction of the Neo-Tethys and later col-
lisional  events  (e.g.  Baharifar  1997,  2004;  Sepahi  1999  and
Sepahi et al. 2004).

Field

 relations and petrography of the major plutonic

and metamorphic rocks

In  the  Hamedan  region,  low-  to  high-grade,  regional  and

contact metamorphic rocks occur adjacent to plutonic bodies
(Fig. 2).  Metapelitic  rocks  are  the  most  abundant,  compris-

GEOLOGICA CARPATHICA, APRIL 2009, 60, 2, 107—119                                                  doi: 10.2478/v10096-009-0007-2

background image

108

SEPAHI, JAFARI and MANI-KASHANI

ing  slates,  phyllites,  mica-schists,  garnet-schists,  garnet-an-
dalusite-(± sillimanite/ ± kyanite)-schists, 

garnet-staurolite-

schists  and  garnet-sillimanite-(± kyanite)-schists.  They  are
inter-layered  with  minor  metabasic  rocks  (amphibole-bear-
ing schists and amphibolites), metacarbonates, and calc-sili-
cate  rocks.  Near  the  Alvand  Plutonic  Complex,  contact
cordierite  (Crd

2

)-K-feldspar-(± andalusite,  fibrous  silliman-

ite)-hornfelses,  garnet-staurolite  (± kyanite)  hornfelses,  and  in
some places garnet-sillimanite-(± andalusite/ ± kyanite)-schists/
migmatites  with  inter-layers  of  cordierite  (Crd

1

)-K-feldspar-

andalusite-spinel-migmatites occur. Mineral abbreviations are
used according to Kretz (1983).

In  the  eastern  aureole  of  the  Alvand  Plutonic  Complex,  a

suite of migmatitic rocks occur, which were first reported by
Sepahi (1999). The contact of migmatites with nearby granitic
bodies  is  usually  sharp.  Despite  high-grade  metamorphism,
some bedding planes can be traced in the migmatitic rocks.

Two  migmatite  types  are  present,  namely  Al

2

SiO

5

-bearing

and  cordierite-(± andalusite)-bearing  migmatites  (Fig. 3a—b).
Several structural varieties from stromatic to schollen, diktyon-
itic,  nebulitic  and  massive  can  be  seen  in  many  localities
(Fig. 3c—e). The progressive stages of partial melting can be ob-
served in the outcrops (Fig. 3f—h). Metatexites show stromatic
fabric  with  leucosomes  commonly  concordant  to  bedding
planes,  except  in  high  strain  zones,  such  as  faults  and  shear
zones.  The  foliation-parallel  leucosomes  are  usually  5—20 mm
thick. The distribution of most of the leucosomes is controlled
by the spatial distribution of pre-existing compositional layer-
ing  and  foliation  (Fig. 3i).  Some  boudin-like  structures  into
which leucocratic material has segregated are developed in the
inter-boudin partitions (Fig. 3j). Melts have also collected into

blasts  of  sillimanite/andalusite  (up  to  20 cm),  but  hornfelses
and  contact  migmatites  (injection  complex)  have  a  massive
structure and granoblastic texture without prismatic silliman-
ite (Fig. 5). In the injection complex, some of the leucocratic
veins can be observed adjacent to the plutonic bodies. In con-
trast  to  injection  migmatites,  regional  migmatites  show  vari-
ous  structures  and  occur  over  a  wider  area  (especially  to  the
south  of  Simin  village,  south  of  Hamedan  city  (sillimanite+
K-feldspar + Crd

1

 zone on Fig. 2)).

Plutonic rocks

The Alvand Plutonic Complex (Fig. 2) is one of the major

plutonic complexes in the SSMB. It includes: 1) gabbro-dio-
rite-tonalite  (GDT)  association,  2)  granite-granodiorite  por-
phyric  rocks  and  3)  leucocratic  granitoids.  The  GDT
association  consists  of  olivine  gabbro,  gabbro,  gabbronorite,
diorite, and tonalite, which were metamorphosed by the intru-
sion of younger granitic bodies. The monzogranite-granodior-
ites (G

2

) contain feldspars (plagioclase, K-feldspar and minor

microcline), quartz and biotite (rarely muscovite) without any
hornblende.  Xenocrysts  of  andalusite,  sillimanite,  garnet  and
cordierite  are  common  in  these  rocks.  Leucocratic  granitoids
(G

3

)  comprise  leucotonalites,  leucogranodiorites  and  leucog-

ranites, forming small post-tectonic intrusions (Sepahi 1999).

In some of the granitic rocks, metamorphic (restitic) xenoc-

rysts of garnet, andalusite/sillimanite and cordierite are wide-
spread  (Fig. 6a—c).  These  minerals  were  probably  generated
during the mechanical dispersion of restitic enclaves or xeno-
liths of schists and migmatites. Xenocrystic andalusite crystals
show  reaction  microtextures,  such  as  replacement  of  an-

Fig. 1. Distribution of major plutonic bodies in the Sanandaj-Sirjan Metamorphic
Belt,  Zagros  Orogen,  Iran  (tectonic  units  after  Alavi  1994,  2004  and  Mohajjel  &
Fergusson 2003; modified after Moazzen et al. 2004 and Sepahi & Athari 2006).
SQ – Saqqez,  SD – Sanandaj,  GH – Ghorveh,  AM – Almogholagh,  HD –
Hamedan (Alvand), AR – Arak, AS – Astaneh, BJ – Boroujerd, AG – Aligudarz,
AZ – Azna, MT – Muteh, KG – Kolah-Ghazi, SJ – Sirjan,  SK – Siah Kouh.

some  small  shear  zones  forming  the  discordant
leucosomes (Fig. 3k).

Aplitic-pegmatitic dykes are widespread in the

migmatitic zone and appear to be late to post-ana-
tectic  features.  They  contain  large  amounts  of
tourmaline.  Tourmaline  also  occurs  in  the  meta-
morphic rocks near the dykes. In the field, retro-
grade  reactions  are  visible  in  the  migmatites/
schists  adjacent  to  the  aplitic-pegmatitic  dykes.
The formation of muscovite and a second genera-
tion  of  staurolite  (St

2

),  at  the  expense  of  an-

dalusite/sillimanite  porphyroblasts  (Fig. 4),  is  a
common feature near the dykes.

Except for a narrow zone (nearly 25 km long

and up to 5 km wide) in which migmatitic rocks
are  in  contact  with  intrusive  bodies  (i.e.  gran-
ites), hornfelses with typical fine-grained grano-
blastic 

(hornfelsic) 

texture, 

particularly

cordierite-hornfelses  occur  around  intrusive
bodies.  Minor  injection  complex  (migmatitic
hornfelses)  occurs  at  the  contacts  with  granites
(up to 50 meters from the contact zone). Migma-
titic  hornfelses  are  distinguished  from  the  re-
gional  migmatites  and  migmatitic  schists  by
their position close to the plutons, mineral assem-
blages  and  textures.  Regionally  metamorphosed
schists/migmatites have schistose (porphyro-lep-
idoblastic)  texture  containing  large  porphyro-

background image

109

LOW PRESSURE MIGMATITES FROM THE SANANDAJ-SIRJAN METAMORPHIC BELT (IRAN)

dalusite by sillimanite (Fig. 6d). The reaction between the an-
dalusite/sillimanite  xenocrysts  and  their  granitic  and  dioritic
host rocks indicates that andalusite/sillimanite has not crystal-
lized from the granitic/dioritic melt (magma). Therefore, they
came from the disaggregated country rocks during the ascent
and emplacement of the plutons. In the classification scheme
of Clarke et al. (2005), the andalusite xenocrysts of the Alvand
Plutonic Complex are metamorphic. Also, garnets in the por-
phyritic  granites  are  metamorphic  xenocrysts  (Sepahi  1999).
Some garnet-bearing aplites-pegmatites occur, too. The garnet
composition in these rocks is Mn-rich almandine.

Regional metamorphic rocks

The low P/high T (LP/HT) metamorphism of the region is

characterized  by  the  development  of  chlorite,  biotite,  garnet,
andalusite, staurolite (St

1

), sillimanite and sillimanite-K-feld-

spar (± cordierite) zones. The metamorphic zones have irregu-
lar outcrop patterns due to intense deformation related to the
thrusting  in  the  region  that  occurred  after  regional  metamor-
phism. In particular, staurolite (St

1

) and sillimanite zones are

bounded by faults. The metamorphic rocks within the regional
metamorphic zones are as follows:

Low-grade rocks (chlorite zone): The lowest-grade rocks

of this zone are slates and phyllites, inter-layered with carbon-

ate  rocks  and  quartzites.  Slates  contain  quartz,  sericite,  chlo-
rite, graphite, iron oxides and pyrite. Phyllites contain quartz,
chlorite,  muscovite,  plagioclase,  graphite,  ± biotite,  ± garnet,
as well as accessory calcite, tourmaline and iron oxides. This
zone  is  the  most  widespread  zone  in  the  Sanandaj-Sirjan
Metamorphic Belt as a whole (Fig. 2).

Mica ± garnet schists (biotite and garnet zones): The typ-

ical  rocks  of  this  zone  are  mica-schists  showing  lepido-por-
phyroblastic  texture.  These  rocks  contain  quartz,  biotite,
garnet,  muscovite,  and  chlorite,  with  accessory  plagioclase,
graphite, tourmaline, apatite, calcite and iron oxides. Garnets
are  typically  almandine-rich  (Alm > 60;  Sepahi  et  al.  2004),
but  they  have  a  considerable  amounts  of  MnO  and  CaO  ac-
cording to their chemical compositions (see also section 5). In
the AFM diagram (Fig. 7a) typical mineral assemblage of this
zone is shown.

Andalusite-bearing  schists  (chiastolite  zone):  An-

dalusite-bearing  rocks  are  medium-  to  coarse-grained,  with
porphyroblasts  of  garnet  (up  to  1 cm  in  diameter),  and  an-
dalusite  crystals  (up  to  20 cm  in  length;  Fig. 8a).  The  com-
mon  minerals  are  quartz,  biotite,  andalusite  (chiastolite),
garnet  and  muscovite.  The  minor  minerals  are  staurolite,
graphite, chlorite, plagioclase, fibrolite, tourmaline, ilmenite
and rutile. An AFM diagram for the typical mineral assem-
blage of this zone is shown in Fig. 7b.

Fig. 2. Simplified geological map of the Hamedan region in the Sanandaj-Sirjan Metamorphic Belt showing the Alvand Plutonic Complex
and major metamorphic zones of the region. * = the locations of sampling.

background image

110

SEPAHI, JAFARI and MANI-KASHANI

Fig. 3. Major mineralogical and structural types of migmatites in the Hamedan region: a – sillimanite-migmatite and b – cordierite-migma-
tite; c – stromatic structure; d – schollen structure; e – diktyonitic structure; f—h – progressive stages of partial melting in a pelitic-psam-
mitic rock sequence from low degree (f – containing less melted and nearly undisturbed psammitic beds), to higher degree (g—h – containing
disturbed and partially melted psammitic beds (shown by arrows); partial melting occurs around some of the Al

2

SiO

5

 porphyroblasts (g)).

background image

111

LOW PRESSURE MIGMATITES FROM THE SANANDAJ-SIRJAN METAMORPHIC BELT (IRAN)

Staurolite-schists (staurolite zone): Staurolite-schists are

composed  of  quartz,  staurolite,  garnet,  biotite,  muscovite,
chlorite, plagioclase, graphite and tourmaline. The porphy-
roblasts of garnet are typically small (< 5 mm), but stauroli-
te (staurolite 1) crystals are up to 15 cm long (Fig. 8b). The
staurolite crystals are mostly Fe-rich (X

Fe

> 70) and contain

small amounts of Zn (Sepahi et al. 2004). The plagioclase
has an intermediate composition and is unzoned or slightly
zoned,  from  An

36—29

  in  the  cores  to  An

29—32

  in  the  rims.

Fig. 3. Continued from previous page. Major mineralogical
and  structural  types  of  migmatites  in  the  Hamedan  region:
i—k – various types of leucosomes of migmatitic rocks:
i  –  parallel-bedding  leucosomes  that  were  generated  by
metamorphic segregation and/or partial melting with small-
scale  movement  of  melts,  which  follow  early  locations  of
bedding  planes  in  the  rocks,  j  –  accumulation  of  melts  at
inter-boudin portions, and k – parallel-bedding and discor-
dant leucosomes in an outcrop of migmatites.

Fig. 4. Partial to complete replacement of sillimanite porphyroblasts
by  staurolite  (± garnet) + muscovite + quartz  in  some  high-grade
schists/migmatites which are mostly indicated by arrows near them
(for more explanations see text).

Fig. 5. Granitic veins cutting through massive cordierite-hornfelses
producing limited injection complex (contact migmatites) near gra-
nitic bodies.

Chlorite is a retrograde mineral in these rocks. An AFM di-
agram  for  the  typical  mineral  assemblage  of  this  zone  is
shown in Fig. 7c.

Sillimanite-andalusite-schists  (sillimanite  zone):  Silli-

manite-andalusite-schists  contain  quartz,  biotite,  muscovite,
plagioclase,  and  small  garnet  crystals  (600—700 µm)  with
large (3—20 cm long) porphyroblasts of andalusite partially re-
placed  by  prismatic  sillimanite  (sillimanite  also  occurs  in
these rocks as fibrolite). Accessory minerals are graphite, tour-

background image

112

SEPAHI, JAFARI and MANI-KASHANI

maline and ilmenite. An AFM diagram for the typical mineral
assemblage of this zone is shown in Fig. 7d.

Kyanite-bearing schists and veins (not recognized in the

map): Kyanite-schists occur at scattered localities within the
other  zones  (especially  in  high-strain  zones  such  as  shear
zones).  In  these  rocks,  kyanite  frequently  occurs  as  pseudo-
morphs  after  andalusite/sillimanite.  The  typical  mineral  as-
semblage  of  these  rocks  is  biotite + plagioclase + quartz +
kyanite ± garnet.  The  garnets  of  these  rocks,  are  typically  al-
mandine-rich,  elongate,  and  irregularly  shaped.  Kyanite-
quartz  veins  cut  through  various  lithologies  especially  in  the
metamorphic  rocks  close  to  granitic  intrusions.  Retrograde
muscovite and chlorite are often present in these veins, as well
as minor diaspore.

High-grade  schists  and  migmatites  (sillimanite-K-feld-

spar  zone):  The  metamorphic  rocks  of  this  zone  are  com-
posed  of  high-grade  schists  and  migmatites  adjacent  to
granitic  bodies.  Migmatites  were  observed  within  the  15 km
of  the  ~ 120 km  long  contact  zones  in  which  sillimanite/an-
dalusite schists/migmatites alternate with minor inter-layers of
cordierite-bearing migmatites. The highest-grade schists in the
regional  metamorphic  sequence  contain  sillimanite + quartz +
biotite + muscovite + garnet + plagioclase + K-feldspar  (pethitic
K-feldspar)+ ilmenite ± andalusite ± kyanite ± staurolite.  With
increasing metamorphic grade these schists continue into mig-
matitic rocks, in which mesosome mineralogy is similar to the

mineral  assemblages  in  the  schists.  These  schists  are  cut  by
abundant granitic pegmatites and sillimanite-quartz veins. The
inter-layers contain cordierite (Crd

1

), perthitic K-feldspar, mi-

nor biotite, plagioclase, spinel and opaque minerals. In these
rocks, symplectitic intergrowth of cordierite with spinel is vis-
ible around some andalusite porphyroblasts.

This  zone  is  associated  with  partial  melting  and  develop-

ment  of  granitic  leucosomes  in  migmatites.  Plagioclase-rich
(trondjhemitic)  leucosomes  are  predominant,  but  some  con-
tain additional K-feldspar. Mesosomes of migmatites have por-
phyro-lepidoblastic  texture  and  contain  quartz,  biotite,  garnet
and  Al

2

SiO

5

  polymorphs,  especially  sillimanite  (but  also  an-

dalusite/kyanite)±staurolite±spinel±cordierite(Crd

1

)±graph-

ite.  Leucosomes  of  migmatites  have  granoblastic  texture  and
contain  quartz,  plagioclase  (in  some  places  K-feldspar)  and
muscovite (± garnet). Melanosomes are less developed and re-
semble  the  mesosomes  with  respect  to  their  mineralogy  and
texture,  except  for  greater  amounts  of  mafic  minerals  and
smaller amounts of felsic minerals.

Al

2

SiO

5

-bearing migmatites are the most common rocks in

the  migmatitic  suite.  Andalusite/sillimanite-bearing  rocks
are predominant, but some kyanite-bearing rocks also occur,
especially  in  shear  zones  in  which  kyanite  developed  after
andalusite/sillimanite porphyroblasts. Garnet crystals of mil-
limeter to centimeter size (up to 2 cm) are common in these
rocks. There are two prograde and retrograde assemblages in

Fig. 6. a—c – Major types of enclaves and xenocrysts in the S-type granites of the APC: a – micaceous enclave and andalusite xenocryst,
b – pinitized cordierite (outcrop photo), and c – pinitized cordierite (photomicrograph). d – Conversion of andalusite xenocryst to silli-
manite in granites.

background image

113

LOW PRESSURE MIGMATITES FROM THE SANANDAJ-SIRJAN METAMORPHIC BELT (IRAN)

Al

2

SiO

5

-bearing  migmatitic  rocks;  a  prograde  (sillimanite/

andalusite)-K-feldspar-biotite-(± garnet)-quartz  assemblage
(Fig. 7e)  and  a  retrograde  staurolite  (St

2

)-muscovite-(± gar-

net)-(± Ky)  assemblage.  Retrograde  staurolite  (St

2

)  occurs

around and inside large porphyroblasts of Al

2

SiO

5

 minerals

Fig. 7. AFM diagrams for typical mineral assemblages from various metamor-
phic zones. a – garnet zone, – andalusite zone, c – staurolite zone, d – sil-
limanite  zone,  e  –  sillimanite-K-feldspar  zone,  f  –  cordierite(Crd

2

)-(an-

dalusite)  zone,  g  –  cordierite  (Crd

2

)-K-feldspar  zone  and  h  –  fibrolitic

sillimanite  (Sil

2

)-K-feldspar  zone.  Zones  a—e  are  regional  metamorphic  zones

and zones f—h are contact metamorphic zones. Quartz and muscovite (commonly
retrograde) are roughly present in each zone.

(especially  sillimanite  and  in  some  places,  an-
dalusite/kyanite, Fig. 4). Cordierite-rich layers also
occur  in  some  parts  of  the  migmatitic  sequence.
They  are  composed  of  quartz,  biotite,  cordierite
(Crd

1

),  andalusite  and  K-feldspar,  with  minor

spinel  and  plagioclase.  Symplectite  texture  gener-
ated by cordierite-spinel intergrowth occurs on the
rim of some andalusite porphyroblasts.

Contact metamorphic rocks

The  protoliths  of  the  contact  metamorphic  rocks

are similar to those in the regional metamorphic se-
quence  and  include  abundant  metapelitic  rocks.
Spotted  schists  containing  muscovite-staurolite-
chlorite  spots,  which  were  formed  due  to  intrusion
of plutonic bodies, are common in 1—2 km far from
the  contact  of  plutonic  bodies.  The  following  reac-
tion may be responsible for the appearance of these
spots:

Biotite + Andalusite + Quartz + H

2

O = Staurolite +

Muscovite + Chlorite.

Rocks with hornfelsic texture, but showing prima-

ry  regional  metamorphic  assemblages,  such  as  de-
formed andalusite, and kyanite (Ky

1

) are common in

the  contact  aureole.  In  some  of  the  kyanite-schists/
hornfelses  in  the  contact  zone,  two  distinct  genera-
tions of kyanite are observable. In these rocks, some
of the kyanite crystals are deformed, but other kyan-
ites  are  euhedral,  randomly  oriented  and  cross-cut
the  relict  foliation.  Sequential  development  of  the
Al

2

SiO

5

  polymorphs  during  poly-metamorphic

events is observable in some of the hornfelsic rocks.
Andalusite-(kyanite

1

)-fibrolite  sequential  develop-

ment is predominant, but sequential development of
andalusite-(kyanite

1

)-fibrolite-kyanite

2

  is  also  com-

mon in the hornfelsic rocks near to the quartz-kyan-
ite  veins.  Texturally-late  cordierite  (Crd

2

)  also

occurs in some of the hornfelsed schists. The high-
est-grade  hornfelsic  rocks  of  the  region  are  distin-
guished  by  development  of  cordierite

2, 

K-feldspar

and  fibrolitic  sillimanite  (Sil

2

)  adjacent  to  intrusive

bodies.  Rocks  in  the  inner  contact  zone  include
cordierite ± andalusite ± garnet-hornfels  (cordierite-
andalusite  zone),  cordierite-K-feldspar±garnet-horn-
fels  (cordierite-K-feldspar  zone),  and  sillimanite-
K-feldspar ± garnet-hornfels.

Two  metamorphic  zones  are  widespread  around

plutonic  bodies:  contact  cordierite  (Crd

2

) ± fibrous

sillimanite  (Sil

2

) ± andalusite  and  cordierite-K-feld-

spar  zones.  In  addition,  a  narrow  sillimanite
(fibrolite = Sil

2

)-K-feldspar  zone  is  common  around

the gabbro-dioritic intrusive bodies (Fig. 2).

Cordierite-(andalusite) zone: The major rock types in this

zone  are  cordierite-(andalusite)-hornfelses.  Cordierite-(an-
dalusite)-hornfelses  occur  all  around  the  Alvand  Plutonic
Complex,  except  for  some  localities  where  sillimanite-horn-
felses occur near the gabbroic rocks and also where regional

background image

114

SEPAHI, JAFARI and MANI-KASHANI

migmatites occur at a sharp contact with plutons. The typical
mineral  assemblage  of  this  zone  is  quartz + biotite  +  contact
cordierite  (Crd

2

)  ±  garnet  ±  fibrolite  +  plagioclase  +  opaque

minerals ± (relict andalusite). An AFM diagram for the typical
mineral assemblage of this zone is shown in Fig. 7f.

Cordierite-K-feldspar  zone:  Adjacent  to  the  plutonic

rocks (contact zone) there is a narrow zone of cordierite-K-
feldspar. This metamorphic zone is common around the gra-
nitic part of the Alvand Plutonic Complex and is characterized
by  coexisting  cordierite  and  perthitic  K-feldspar.  The  typical
mineral assemblage of these rocks is quartz + contact cordier-
ite (Crd

2

) + K-feldspar + biotite + minor plagioclase ± garnet

and opaque minerals. An AFM diagram for the typical mineral
assemblage of this zone is shown in Fig. 7g.

Fibrolite-K-feldspar  zone:  A  narrow  fibrolite-K-feldspar

zone can be observed around gabbro-dioritic bodies, in some
places.  In  these  rocks,  some  of  the  garnet  crystals  are  relicts
from  the  previous  regional  metamorphic  event,  which  are
partly converted to fibrolitic sillimanite and biotite. In the leu-
cocratic veins which cross cut through these rocks, preferred
crystallization of some other garnet crystals also occurs along-
side the veins. Therefore, two regional and contact metamor-
phic assemblages can be distinguished in these rocks: 1 – an
older regional metamorphic assemblage of quartz-biotite

1

-gar-

net

1

-andalusite, 2 – a younger contact metamorphic assemblage

of  quartz-fibrolite-biotite

2

-(± garnet

2

,  ± K-feldspar,  ± mus-

covite). An AFM diagram for the typical mineral assemblage
(assemblage 2) of this zone is shown in Fig. 7h.

Mineral chemistry

The major metamorphic rocks (and protoliths of the mig-

matites) include semipelitic and psammitic rocks but pelitic
lithologies  are  rather  widespread  (Table 1,  Fig. 9);  they  are
inter-layered with some metabasic rocks. The chemical com-
position  of  metamorphic  minerals  (chlorite,  biotite,  musco-
vite,  garnet,  andalusite,  kyanite,  sillimanite,  staurolite,
cordierite and feldspars) have been described in some recent
publications (e.g. Sepahi et al. 2004 and Baharifar 2004). The
mineral  compositions  presented  in  this  paper,  were  obtained
using a JEOL JXA-8900 electron microprobe at the University

Fig. 8. Outcrops of two major regional metamorphic rock units of the region: (a) andalusite- and (b) staurolite-schists.

of Minnesota, USA. Operating conditions for quantitive anal-
ysis (WSD) were 15 kV accelerating voltage, 15—25 nA beam
current and a range of 5—20 µm beam diameters.

The chemical compositions of minerals in the metamorphic

and  migmatitic  rocks  are  presented  in  the  Tables 2—3.  The
range of XMg in biotite in the metamorphic rocks is between
0.3  and  0.6,  but  biotite  in  the  higher-grade  rocks  has  larger
XMg in contrast to lower-grade ones (Table 2). In the musco-
vite  of  migmatitic  rocks  (samples  MM1—MM3  in  Table 3),
which come from the sillimanite-K-feldspar zone (Fig. 2), the
Na/(Na+K)  ratios  are  mostly  lower  than  0.3.  These  are  also
lower than the ratios for mica-schists (samples MS1—MS5 in
Table 3),  from  the  biotite  zone  (Fig. 2)  and  hornfelses  (sam-
ples MH1—MH2 in Table 3), from the cordierite zone. Stauro-
lite is commonly Fe-rich (Sepahi et al. 2004). Garnet is mostly
almandine-rich  both  in  low-grade  and  medium—high-grade
rocks, with considerable amounts of MnO and CaO (Sepahi et
al.  2004).  It  is  worth  noting  that  the  stability  of  garnet  in
metapelites  expands  to  the  lower  temperature  and  pressure
with  the  addition  of  Mn,  hence  garnet  appears  as  a  stable
phase at low pressures (Mahar et al. 1997). Plagioclase in the
mesosome of migmatites (An

44

 at core to An

41

 at rim) is more

calcic than in the surrounding lower-grade metamorphic rocks
(e.g. in nearby staurolite schists; An

39

 at core to An

29

 at rim).

Fig. 9. A simplified ACFK diagram (modified after Winkler 1976)
representing  chemical  compositions  of  the  metamorphic  rocks  of
the Hamedan region (circled field). – Pelitic rocks, A – Arkose,
Gw – Greywackes.

background image

115

LOW PRESSURE MIGMATITES FROM THE SANANDAJ-SIRJAN METAMORPHIC BELT (IRAN)

Table 1: Representative chemical analyses for some of the metamorphic rocks of the region (data from Baharifar 1997 and Sepahi 1999).
Four samples are hornfelses (marked *) and the other ones are regional metamorphic rocks.

Samples BS

1

 BS

2

 BS

3

 BS

4

 BH

1

 BH

2

 BH

3

 BH

4

 BM

1

 BM

2

 BM

3

 BM

4

 BM

5

 BM

6

 

SiO

2

 (wt. %)  33.41 34.48 34.30 34.80 35.94 35.11 35.39 35.79 35.62 35.49 

  

 

35.28 35.32 35.50 34.94 

TiO

2

 

1. 

53 1.81 1.68 1.88 1.68 1.63 1.50 1.58 1.73 1.69 1.68 1.71 1.79 1.68 

Al

2

O

3

 

20.25 20.53 20.14 20.51 20.69 19.67 20.02 19.91 20.20 20.24 20.15 19.90 20.25 19.66 

FeO 

20.91 20.47 20.37 20.40 20.03 21.03 20.91 20.77 20.31 19.73 19.31 20.03 19.84 20.61 

MnO 

0. 

32 0.32 0.31 0.28 0.06 0.04 0.08 0.08 0.04 0.01 0.04 0.03 0.03 0.07 

MgO 

9. 

92 9.85 10.08 9.83 9.29 9.54 9.68 9.91 9.91 9.92 9.85 9.92 9.84 9.71 

CaO 

0. 

28 0.18 0.17 0.16 0.07 0.02 0.02 0.06 0.04 0.05 0.33 0.09 0.00 0.04 

Na

2

0. 

21 0.43 0.30 0.36 0.27 0.28 0.27 0.26 0.13 0.19 0.05 0.19 0.23 0.20 

K

2

7. 

33 8.82 8.89 9.10 8.05 9.25 8.98 8.88 8.79 8.73 6.99 8.62 8.90 8.63 

Total 

94.16 96.88 96.23 97.33 96.08 96.58 96.85 97.24 96.76 96.04 93.68 95.81 96.37 95.51 

Number of cations on the basis of 24 Oxygen

Si 

5.15 5.19 5.20 5.21 5.38 5.31 5.32 5.34 5.33 5.33 5.37 5.33 5.33 5.31 

Ti 

0.18 0.20 0.19 0.21 0.19 0.18 0.17 0.18 0.19 0.19 0.19 0.19 0.20 0.19 

Al

tot

 

3.68 3.64 3.60 3.62 3.65 3.51 3.55 3.50 3.56 3.58 3.62 3.54 3.58 3.52 

Al

IV

 

4.32 4.36 4.40 4.38 4.35 4.49 4.45 4.50 4.44 4.42 4.38 4.46 4.42 4.48 

Fe 

2.70 2.58 2.58 2.55 2.51 2.66 2.63 2.59 2.54 2.48 2.46 2.53 2.49 2.62 

Mg 

2.28 2.21 2.28 2.19 2.07 2.15 2.17 2.21 2.21 2.22 2.24 2.23 2.20 2.20 

Na 

0.06 0.13 0.09 0.11 0.08 0.08 0.08 0.07 0.04 0.05 0.02 0.05 0.07 0.06 

1.44 1.69 1.72 1.74 1.54 1.79 1.72 1.69 1.68 1.67 1.36 1.36 1.70 1.67 

XFe 

0.53 0.53 0.52 0.53 0.55 0.55 0.55 0.54 0.53 0.53 0.52 0.53 0.53 0.54 

XMg 

0.46 0.44 0.45 0.44 0.43 0.43 0.44 0.44 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.44 

Table 2: Electron microprobe representative analyses (wt. %) of biotite in staurolite-schists (BS

1

—BS

4

), cordierite-hornfelses (BH

1

—BH

4

)

and in melanosome of migmatites (BM

1

—BM

6

) of the region.

Sch-Kh 

Ph-Hs 

Gj-Absd

3

Gj-Absd

5

Ph-Meh 

Zg-ash 

Zg-Msh 

Samples/Oxides (wt. %) 

61.34 

67.96 

64.26 

61.56 

60.67 

60.00 

59.94 

SiO

2

  

0.98 

0.80 

0.92 

0.95 

1.04 

0.93 

0.90 

TiO

19.08 

15.93 

17.77 

20.00 

20.63 

20.14 

18.14 

Al

2

O

1.49 

1.34 

7.44 

7.30 

8.91 

10.40 

7.51 

Fe

2

O

5.14 

3.87 

– 

– 

– 

– 

– 

FeO 

– 

– 

0.13 

0.09 

0.13 

0.14 

0.11 

MnO 

2.22 

1.71 

2.52 

2.24 

2.72 

2.35 

2.76 

MgO 

0.74 

0.70 

0.42 

0.56 

0.60 

0.52 

3.02 

CaO 

4.30 

3.39 

4.63 

5.18 

3.81 

4.72 

4.70 

K

2

0.75 

0.71 

1.42 

1.54 

0.82 

0.30 

2.33 

Na

2

– 

– 

0.16 

0.18 

0.09 

0.25 

0.19 

P

2

O

96.04 

96.41 

99.67 

99.60 

99.42 

99.75 

99.60 

Total 

 

Sch-Ab 

Sch-Chp 

Sch-Az 

Sch-Nj 

Hfs-Dn* 

Sch-Zg 

Hfs-Jh* 

Samples/Oxides (wt. %) 

65.53 

60.79 

65.79 

60.53 

63.52 

57.61 

64.98 

SiO

2

  

0.80 

0.70 

0.75 

0.84 

0.80 

0.83 

0.79 

TiO

18.16 

23.92 

17.05 

19.35 

18.82 

20.44 

17.66 

Al

2

O

0.58 

2.34 

2.44 

1.57 

0.48 

3.48 

0.03 

Fe

2

O

5.39 

3.35 

3.13 

4.66 

6.00 

3.93 

6.56 

FeO 

3.14 

1.89 

2.04 

3.22 

2.29 

2.48 

3.15 

MgO 

0.58 

0.71 

1.01 

3.41 

0.72 

0.83 

0.75 

CaO 

3.22 

3.65 

3.16 

3.54 

3.98 

5.33 

3.41 

K

2

1.83 

0.54 

1.41 

3.20 

1.80 

1.34 

3.41 

Na

2

99.03 

97.89 

96.78 

100.32 

98.41 

96.27 

100.74 

Total 

The P-T conditions of metamorphism

Baharifar (1997) estimated a temperature of 570 °C and a

pressure  of  430 ± 50 MPa  for  sillimanite-schists  and  garnet-
staurolite-schists  340 ± 5 MPa  for  staurolite-schists  of  the
study area. Sepahi et al. (2004) have estimated a temperature
range of 520—560 °C for the sillimanite±kyanite-schists using
garnet-biotite  thermometer.  For  this  temperature  range,  they
calculated  a  pressure  of  270—350 MPa  using  garnet-silliman-
ite-plagioclase-quartz  barometry.  Garnet-biotite-plagioclase-
muscovite-quartz  and  garnet-plagioclase-muscovite-quartz

barometry have yielded consistent results for the same sam-
ples  ( ~ 300 MPa). On the basis of field observations, meta-
morphic  reactions,  and  thermobarometric  calculations,
maximum conditions of 250—350 MPa and 550—600 °C were
suggested  for  the  highest-grade  contact  metamorphic  rocks
(Baharifar  1997;  Sepahi  1999).  The  peak  temperature  for
metamorphic rocks in the migmatitic zone is estimated to be
about 650—670 °C (Baharifar 2004). This estimation is in ac-
cordance  with  vapor-present  melting  at  P = 300 MPa  and
T = 640 °C which has been suggested for Mt Stafford, Central
Australia (Greenfield et al. 1998), and solidus temperature of

background image

116

SEPAHI, JAFARI and MANI-KASHANI

640 °C  at  P = 500 MPa  for  the  stromatic  migmatites  of  Ne-
laug, Southern Norway (Gupta & Johannes 1982).

We have calculated some new P-T values using the garnet-

biotite  thermometry  (Ferry  &  Spear  1978)  for  3  samples
from the low-grade (garnet-mica-schist from the garnet zone
on  Fig. 2),  low—medium-grade  (garnet-andalusite-schist  from
the andalusite zone on Fig. 2) and medium-grade rocks (gar-
net-sillimanite-schist  from  the  sillimanite  zone  on  Fig. 2).
The  calculated  temperatures  are  432,  517  and  532 °C  at  a
pressure of 300 MPa which are consistent with field and pet-
rographic observations.

The typical assemblage of inter-layers of cordierite-migma-

tites  (quartz-cordierite-andalusite-biotite-K-feldspar-spinel)
can be stable at a temperature higher than  ~ 600 °C, at maxi-
mum pressure of  ~ 300 MPa (Tinkham et al. 2001). Consider-
ing the rapid decrease in the volume of biotite in these rocks
and partial replacement of andalusite porphyroblasts by cordi-
erite-spinel symplectites in these rocks, the temperature could
be higher than 650 °C but andalusite persisted metastably into
the sillimanite + melt field. This is presented in the phase dia-
gram  according  to  White  et  al.  (2003),  with  a  few  changes
(Fig. 10) (see also Johnson et al. 2004). Sepahi (1999) consid-
ered a diapiric rise as a possible mechanism for the ascent and
emplacement of the migmatites and associated S-type granites
into the upper levels of crust in the region, similar to the dia-
piric rise of the country rocks near the Bushveld Complex in
South Africa (Johnson et al. 2004).

The formation of retrograde muscovite and the second gen-

eration of staurolite (St

2

) at the expense of andalusite/silliman-

ite  porphyroblasts  yields  have  given  rise  to  the  assemblage
staurolite  ±  garnet

2

  +  muscovite  +  quartz,  observed  only  in-

side  and  around  the  andalusite/sillimanite  porphyroblasts
close to the aplitic-pegmatitic dykes (Fig. 4). This assemblage
is  not  stable  at  a  pressure  lower  than  300 MPa  and  indicates

Table 3: Electron microprobe representative analyses (wt. %) of muscovite in migmatites (MM

1

—MM

3

), schists (MS

1

—MS

5

) and hornfelses

(MH

1

—MH

2

) of the region.

 

Samples MM

1

 MM

2

 MM

3

 MS

1

 MS

2

 MS

3

 MS

4

 MS

5

 MH

1

 MH

2

 

SiO

2

 (wt. %) 

45.77  45.73  45.51 44.41 44.18 44.94 43.65 43.41  46.10  46.17 

TiO

2

 

0.51  0.34  0.25 0.62 0.50 0.48 0.49 0.46  0.46  0.48 

Al

2

O

3

 

35.99  35.54  35.56 37.05 37.34 37.75 36.94 35.59  37.21  37.21 

FeO 

1.00  1.11  1.11 1.34 1.28 1.20 3.39 4.82  1.07  1.21 

MnO 

0.00  0.00  0.00 0.19 0.24 0.21 0.24 0.22  0.00  0.00 

MgO 

0.61  0.79  0.73 0.65 0.56 0.61 0.59 0.71  0.44  0.43 

CaO 

0.00  0.00  0.00 0.14 0.14 0.15 0.57 0.27  0.00  0.00 

Na

2

0.98  0.77  0.82 1.44 1.49 1.42 1.20 1.02  1.26  1.41 

K

2

9.68  9.76  9.80 9.26 9.13 9.01 7.77 7.64  8.84  9.12 

Total 

94.54  94.04  93.78 95.09 94.86 95.76 94.84 94.13  95.39  96.02 

Number of cations on the basis of 24 Oxygens 

Si 

6.11  6.14  6.13 5.92 5.90 5.93 5.86 5.90  6.07  6.06 

Ti 

0.05  0.03  0.03 0.06 0.05 0.05 0.05 0.05  0.05  0.05 

Al

tot

 

5.66  5.62  5.64 5.82 5.88 5.87 5.84 5.70  5.77  5.75 

Al

IV

 

2.34  2.38  2.36 2.18 2.12 2.13 2.16 2.30  2.23  2.25 

Al

VI 

3.32 3.25 3.29 

3.65 

3.76 

– 

 

 

3.55 3.51 

Fe 

0.11  0.12  0.13 0.15 0.14 0.13 0.38 0.55  0.12  0.13 

Mg 

0.12  0.16  0.15 0.13 0.11 0.12 0.12 0.14  0.09  0.08 

Na 

0.25  0.20  0.21 0.37 0.39 0.36 0.31 0.27  0.32  0.36 

1.65  1.67  1.68 1.58 1.56 1.52 1.33 1.33  1.49  1.53 

XFe 

0.48  0.44  0.46 0.47 0.47 0.45 0.63 0.73  0.58  0.61 

XMg 

0.03  0.04  0.04 0.03 0.03 0.35 0.18 0.18  0.02  0.02 

XAl

vi

 

0.92 0.91 0.92 

0.91 

0.91 –

 

 

 

0.93 0.93 

higher pressure, post-migmatization conditions in the region.
The  following  reaction  could  have  occurred  near  the  dykes
(just incompletely) to generate such a mineral assemblage:

Andalusite/Sillimanite + Biotite + Garnet

1

+ H

2

O = Stauro-

lite + Muscovite + Garnet

2

 + Quartz.

A temperature of  ~ 570 °C at  ~ 300 MPa has been proposed

for  the  equilibrium  conditions  of  such  a  reaction  (Thompson
&  Norton  1968;  Carmichael  1970;  Winkler  1974).  Field  ob-
servations confirm that such retrograde conditions occurred si-
multaneously with the intrusion of younger aplitic-pegmatitic
dykes  into  the  high-grade  schists/migmatites  (Fig. 5c).  Ac-
cording to Garcia-Casco et al. (2003), staurolite in migmatites
could  be  generated  from  retrograde  reactions  during  subse-
quent cooling or a distinct thermal pulse. This can be support-
ed  by  the  occurrence  of  staurolite  in  the  region  around  the
pegmatitic-aplitic  dykes  cutting  through  the  schists/migma-
tites of the area. This is in accordance to the latter idea.

Discussion

Possible origin(s) of the leucosome layers

Although migmatitic rocks in the Hamedan region are locat-

ed  near  the  younger  porphyric  granites,  the  degree  of  partial
melting is not controlled by distance from the pluton contacts
and is very irregular. Instead, it seems that melt fraction and
migmatite type were determined by the chemical composition
of parent rocks and/or by the presence of deformation/fluids
in high strain zones. In the adjacent layers within an outcrop
the degree of partial melting is variable, due to changes in par-
ent  rock  compositions  and  the  existence  of  high  strain  zones
which enabled the movement of fluids.

background image

117

LOW PRESSURE MIGMATITES FROM THE SANANDAJ-SIRJAN METAMORPHIC BELT (IRAN)

Fig. 10.  A  modified  pseudo-section  dia-
gram (after White et al. 2003) for estima-
tion of possible P-T condition of the for-
mation  of  the  migmatitic  rocks  of  the
Hamedan  region.  The  dashed  field  best
fits with the observed mineral assemblage
in  the  cordierite-K-feldspar-andalusite-
(sillimanite)-spinel-migmatites.

The formation of thin leucosomes, in the migmatites of the

region,  was  possibly  controlled  by  short-range  melt  move-
ment  along  grain  boundaries  to  form  melt-rich  layers  con-
strained by pre-existing compositional layering (Marchildon
& Brown 2003). Leucosomes in stromatic migmatites of the
region  are  parallel  to  bedding  planes  in  some  parts.  These
layer-parallel leucosomes can be formed by sub-solidus pro-
cesses and/or in situ melting in a closed system. Melt trans-
fer  from  grain-scale  sites  where  melting  occurred  to
layer-parallel  leucosomes  was  controlled  by  the  spatial  dis-
tribution of pre-existing compositional layering and foliation
formed  by  metamorphic  segregation,  but  some  times  by  in
situ
  partial  melting  (showing  pinch  and  swell  structures;
Fig. 3i).  Some  of  the  leucosomes  were  generated  by  meta-
morphic  differentiation  or  in  situ  partial  melting  showing
mafic selvedges.

Accumulation  of  melt  in  the  fault  zones,  shear  zones,

hinge zone of folds and boudin necks is common in the mig-
matitic  zone  of  the  region.  Bedding  and  schistosity  planes
have  also  been  important  for  the  movement  of  melts/fluids
in the parent rocks.

Partial melting occurred at a temperature near to andalusite-

sillimanite  univariant  curve  so  that  andalusite-,  sillimanite-
and andalusite-sillimanite-bearing migmatites alternate in the
adjacent  layers.  The  existence  of  tourmaline-rich  aplites  and
pegmatites,  and  tourmalinites  cutting  through  the  medium—
high-grade metamorphic rocks, and occurrence of tourmaline
in  the  country  rocks  confirm  a  possible  boron-rich  environ-
ment during and after partial melting processes (e.g. Wolf &
London  1997).  In  the  boron-rich  environments,  the  stability
field  of  andalusite  can  be  expanded  to  higher  temperatures
(Greenfield et al. 1998).

In  the  sillimanite-(andalusite)-migmatites,  the  size  and

abundance  of  the  K-feldspar  and  garnet  crystals  commonly
increase with the abundance of the leucosome portions in the

migmatites.  Therefore,  the  following  reactions  could  have
occurred  simultaneously  during  partial  melting  in  these
rocks:

Andalusite = Sillimanite;
Biotite + Sillimanite/Andalusite + Quartz = Garnet + K-feld-
spar + Melt.

The higher content of garnet and K-feldspar in the migmati-

tic  rocks  (especially  in  leucosomes)  in  contrast  to  the  lower
amount  of  these  minerals  in  the  lower-grade  equivalents  of
migmatites,  preferred  accumulation  of  garnet  crystals  in  the
leucosomes, univariant change of the andalusite to sillimanite
in the migmatitic rocks and the absence of white mica in the
medium-grade  rocks  of  the  region  (except  retrograde  white-
mica  formed  at  the  expense  of  some  of  the  andalusite/silli-
manite porphyroblasts), are good indicators for such reactions.

In  the  cordierite-migmatites  the  volume  of  leucosomes  is

rather  higher  than  that  in  the  Al

2

SiO

5

-bearing  migmatites.

There  is  an  obvious  increase  in  the  amount  of  cordierite  and
K-feldspar in the cordierite-migmatites in contrast to the low-
er-grade rocks. At the same time as the increase in the abun-
dance of cordierite and K-feldspar, the amount of biotite (and
Al

2

SiO

5

 minerals) decreases rapidly; therefore, the following

reaction  may  be  possible  during  the  partial  melting  of  these
rocks:

Biotite + Sillimanite/Andalusite + Quartz = Cordierite + K-feld-
spar + Melt.

Considering the absence of muscovite in the medium-grade

rocks  adjacent  to  the  migmatites,  this  reaction  can  be  more
possible  than  a  dehydration-melting  reaction  of  muscovite.
However, considering a low decrease in the amount of biotite
in  the  Al

2

SiO

5

-bearing  migmatites  in  contrast  to  the  cordier-

ite-bearing migmatites, an input of some fluids from the exter-
nal  source(s),  especially  in  high  strain  zones  such  as  shear

background image

118

SEPAHI, JAFARI and MANI-KASHANI

zones, may be necessary for the partial melting. Therefore, a
complex model involving sub-solidus segregation and in situ
partial melting assisted by H

2

O (fluids) resulting from the bi-

otite  dehydration  reaction  may  explain  the  observed  features
of migmatitic rocks in some localities. Instead, a model involv-
ing partial melting in the presence of some external fluids may
better explain the features of migmatites in the shear zones.

Regional and tectonic implications

The  mineral  assemblages  of  the  investigated  metamorphic

rocks indicate that multiple metamorphic events occurred in the
Hamedan region. Some minerals such as staurolite and cordier-
ite  crystallized  during  two  different  stages  of  metamorphism.
The  mineral  assemblages  of  migmatites  comprise  metastable
andalusite and locally development of retrograde staurolite and
muscovite  (± garnet

2

)  at  the  expense  of  Al

2

SiO

5

  minerals  and

biotite (especially near aplitic-pegmatitic dykes and post-meta-
morphic intrusions). The higher pressure condition of the retro-
grade  assemblage  are  at  odds  with  the  isobaric  conditions  or
decompression  reactions.  It  is  possible  that  aplitic-pegmatitic
dykes were intruded into the environment during a higher-pres-
sure  event  (collisional  tectonic  regime).  The  development  of
widespread late-stage quartz-kyanite veins in the region (cutting
through regional and contact metamorphic rocks as well as old-
er intrusive rocks; see also Sepahi et al. 2004) may be consid-
ered as complementary evidence for this argument.

Only in some places, migmatites occur adjacent to younger

granitic bodies and they are not always common around these
granitic intrusions. In many other places, they are absent in the
contact zone of younger granitic intrusions, and instead horn-
felsic rocks occur there. So, the major parts of the migmatites
of the region are not contact migmatites. Retrograde reactions
in the migmatites, adjacent to granitic bodies and aplitic-peg-
matitic  dykes,  indicate  that  the  intrusion  of  these  dykes  and
younger granitic bodies post-date the migmatization phenom-
enon. This means that anatexis was not facilitated by heating
from the younger granitic plutons but intrusion of older gab-
broic-dioritic bodies. The occurrence of xenocrystic andalusite
(partially  replaced  by  sillimanite),  in  gabbro-dioritic  rocks,
suggests  that  the  conditions  of  the  regional  metamorphism
reached  the  andalusite  stability  field  prior  to  the  intrusion  of
granitic bodies into the metamorphic rocks. Contemporaneous
with the gabbro-dioritic intusions, the temperature conditions
reached the univariant curve between andalusite and silliman-
ite, and the stability field of sillimanite.

According to the evidence presented here and in the previ-

ous  works,  the  metamorphic-magmatic  history  of  the  region
can be summarized in the following stages:

1)  A  LP-HT  arc-type  metamorphism  (in  Jurassic-Creta-

ceous)  involving  sequential  development  of  various  index
minerals  including  chlorite,  biotite,  andalusite  (chiastolite),
garnet  (almandine-rich),  staroulite  (St

1

),  prismatic  sillimanite

(Sil

1

),  cordierite  (Crd

1

)  and  K-feldspar,  development  of  syn-

metamorphic  quartz-Al

2

SiO

5

-bearing  veins  (e.g.  quartz-an-

dalusite veins and quartz-sillimanite veins (Sepahi et al. 2004;
Sepahi  &  Cavosie  2005))  as  well  as  the  emplacement  of  the
mafic  to  felsic  plutonic  rocks  of  an  arc  system  and  regional
migmatization.

2)  Intrusion  of  younger  post-tectonic  granitoids  (i.e.  the

small intrusions of leucocratic granitoids). These granitic bod-
ies generated very limited (on a meter to decimeter scale) low-
grade  contact  metamorphism  and  alteration  zones  in  the
previously metamorphosed rocks and older plutonic rocks.

Acknowledgment:  We  are  grateful  of  A.  Berger  and  P.  Ná-
belek  for  their  review  and  comments  on  an  older  version  of
the manuscript.

References

Ahmadi-Khalaji  A.,  Esmaeily  D.,  Valizadeh  M.V.  &  Rahimpour-

Bonab  H.  2007:  Petrology  and  geochemistry  of  the  granitoid
complex  of  Boroujerd,  Sanandaj-Sirjan  Zone,  Western  Iran.  J.
Asian Earth Sci.
 29, 5—6, 859—877.

Alavi M. 1994: Tectonics of Zagros orogenic belt of Iran: new data

and interpretation. Tectonophysics 229, 211—238.

Alavi M. 2004: Regional stratigraphy of the Zagros fold-thrust belt of

Iran and its proforeland evolution. Amer. J. Sci. 304, 1—20.

Arvin  M.,  Pan  Y.,  Dargahi  S.,  Malekizadeh  A.  &  Babaei  A.  2007:

Petrochemistry  of  the  Siah-Kuh  granitoid  stock  southwest  of
Kerman, Iran: Implications for initiation of Neo-Tethys subduc-
tion. J. Asian Earth Sci. 30, 474—479.

Ashworth J.D. 1985: Introduction. In: Ashworth J.D. (Ed.): Migma-

tites. Blackie and Son, Glasgow, 1—35.

Ashworth J.D. & McLellan E.L. 1985: Textures. In: Ashworth J.D.

(Ed.): Migmatites. Blackie and Son, Glasgow, 180—203.

Baharifar  A.A.  1997:  New  perspective  on  petrogenesis  of  regional

metamorphic  rocks  of  Hamedan  area.  M.Sc.  Thesis,  Tarbiat
Moallem University
, Tehran, Iran (in Farsi).

Baharifar A.A. 2004: Petrology of metamorphic rocks in the Hamed-

an area. Ph.D. Thesis, Tarbiat Moallem University, Tehran, Iran
(in Farsi).

Braud J. 1987: La suture du Zagros au niveau de Kermanshah (Kurdis-

tan Iranian): Reconstitution paleogeographique, evolution geody-
namique,  magmatique  et  structurale.  Ph.D.  Thesis,  Geodiffusion
editeur
, Paris, France.

Brown M. 1994: The generation, segregation, ascent and emplacement

of granite magma: the migmatite-to-crustally-derived granite con-
nection in thickened orogens. Earth Sci. Rev. 36, 83—130.

Carmichael D.M. 1970: Intersecting isograds in the Whetstone Lake

Area, Ontario. J. Petrology 11, 147—181.

Clarke D.B. et al. (35 co-authors) 2005: Occurrence and origin of An-

dalusite in peraluminous felsic igneous rocks. J. Petrology 46, 3,
441—472.

Ferry J.M. & Spear F.S. 1978: Experimental calibration of the parti-

tioning of Fe and Mg between biotite and garnet. Contr. Miner.
Petrology
 66, 113—117.

Garcia-Casco A., Haissen F., Castro A., El-Hmidi H., Torres-Roldan

R.F. & Millan G. 2003: Synthesis of staurolite in melting exper-
iments of a natural metapelite: consequences for the phase rela-
tions in low-temperature pelitic migmatites. J. Petrology 44, 10,
1727—1757.

Greenfield J.E., Clarke G.L. & White R.W. 1998: A sequence of par-

tial melting reactions at Mt Stafford, Central Australia. J. Meta-
morph. Geol.
 16, 3, 363—378.

Gupta L.N. & Johannes W. 1982: Petrogenesis of a stromatic migma-

tite (Nelaug, Southern Norway). J. Petrology 23, 4, 548—567.

Hadipour M. 1994: Metamorphism and magmatism of Hamedan-Ma-

layer-Teuyserkan  region.  M.Sc.  Thesis,  Tarbiat  Moallem  Uni-
versity
, Tehran, Iran (in Farsi).

Holmquist P.J. 1921: Typen and nomenkaltur der adergesteine. GFF

43, 613—631.

background image

119

LOW PRESSURE MIGMATITES FROM THE SANANDAJ-SIRJAN METAMORPHIC BELT (IRAN)

Irani M. 1993: The study of the Alvand granitic body and its meta-

morphic aureole. M.Sc. Thesis, Shahid Beheshti University, Te-
hran, Iran (in Farsi).

Johnson T., Brown M., Gibson R. & Wing B. 2004: Spinel-cordierite

symplectites replacing andalusite: evidence for melt-assisted di-
apirism in the Bushveld Complex, South Africa. J. Metamorphic
Geology
 22, 6, 529—545.

Kretz R. 1983: Symbols for rock-forming minerals. Amer. Mineralo-

gist 69, 277—279.

Mahar  E.M.,  Baker  J.M.,  Powell  R.,  Holland  T.J.B.  &  Howell  N.

1997:  The  effect  of  Mn  on  mineral  stability  in  metapelites.  J.
Metamorphic Geology
 15, 2, 223—238.

Marchildon N. & Brown M. 2002: Grain-scale melt distribution in two

contact aureole rocks: implications for controls on melt localiza-
tion and deformation. J. Metamorphic Geology 20, 4, 381—396.

Marchildon N. & Brown M. 2003: Spatial distribution of melt-bear-

ing structures in anatectic rocks from Southern Britany, France:
implications for melt transfer at grain to orogen-scale. Tectono-
physics
 364, 215—235.

Masoudi F. 1997: Contact metamorphism and pegmatite development

in the region SW of Arak, Iran. Ph.D. Thesis, Dept. Earth Sci.,
Univ. Leeds
, UK.

Mehnert  K.R.  1968:  Migmatites  and  the  origin  of  granitic  rocks.

Elsevier, Amsterdam, 1—393.

Misch P. 1968: Plagioclase compositions and non-anatectic origin of

migmatitic  gneisses  in  Northern  Cascade  mountains  of  Wash-
ington State. Contr. Mineral. Petrology 17, 1—70.

Rashidnejad-Omran N., Emami M.H., Sabzehei M., Rastad E. & Bel-

lon H. 2002: Lithostratigraphy and Paleozoic to Paleocene histo-
ry  of  some  metamorphic  complexes  from  Muteh  area,
Sanandaj-Sirjan zone (southern Iran). C. R. Geoscience 334, 16,
1185—1191.

Robin  Y.F.  1979:  Theory  of  metamorphic  segregation  and  related

processes. Geochim. Cosmochim. Acta 43, 1587—1600.

Sadeghian M. 1994: The study of petrology of igneous and metamor-

phic  rocks  of  Cheshme-Ghassaban,  Hamedan.  M.Sc.  Thesis,
University of Tehran
, Iran (in Farsi).

Sawyer E.W. 1996: Melt segregation and magma flow in migmatites:

implications for the generation of granite magmas. Trans. Roy.
Soc. Edinburgh
, Earth Sci. 87, 1—2, 85—94.

Sawyer E.W. 2001: Melt segregation in continental crust: distribution

and movement of melt in anatectic rocks. J. Metamorphic Geol-
ogy
 19, 3, 291—309.

Sawyer E.W. & Barnez S.-J. 1988: Temporal and compositional dif-

ferences  between  sub-solidus  and  anatectic  migmatite  leuco-
somes  from  the  Quetio  metasedimentary  belt,  Canada.  J.
Metamorphic Geology
 6, 4, 437—450.

Sederholm  J.J.  1913:  Die  entstehung  der  migmatitischen  gesteine.

Geol. Rdsch. 4, 174—185.

Sepahi  A.A.  1999:  Petrology  of  the  Alvand  plutonic  complex  with

special reference on granitoids. Ph.D. Thesis, Tarbiat Moallem
Univ., Tehran
, Iran (in Farsi).

Sepahi A.A. & Athari S.F. 2006: Petrology of major granitic plutons of

the  northwestern  part  of  the  Sanandaj-Sirjan  Metamorphic  Belt,
Zagros  Orogen,  Iran:  with  emphasis  on  A-type  granitoids  from
the SE Saqqez area. Neu. Jb. Mineral. Abh. 183, 1, 93—106 (14).

Sepahi A.A. & Cavosie A. 2005: Constraints on isotope thermometry

of  quartz-aluminosilicate  veins  in  the  Hamedan  region  using
Oxygen stable isotopes. Iranian J. Crystallography and Miner-
alogy
 13, 2, 245—258 (in Farsi with English abstract).

Sepahi  A.A.,  Whitey  D.L.  &  Baharifar  A.A.  2004:  Petrogenesis  of

Andalusite-Kyanite-Sillimanite veins and host rocks, Sanandaj-
Sirjan metamorphic belt, Hamedan, Iran. J. Metamorphic Geol-
ogy
 22, 2, 119—134.

Sergi A. 1997: Mafic micro-granular enclaves from the Xanthi pluton

(Northern Greece): an example of mafic-felsic magma interac-
tion. Miner. Petrology 61, 1—4, 97—117.

Sheikholeslami R., Bullen H., Emami M.H., Sabzehei M. & Pique A.

2003:  New  structural  and  K

40

-Ar

40

  data  for  the  metamorphic

rocks  in  Neyriz  area  (Sanandaj-Sirjan  zone,  southern  Iran):
Their interest for an overview of the Neo-Tethyan domain in the
Middle East. C. R. Geoscience 335, 13, 981—991.

Thomson  J.B.  &  Norton  S.A.  1968:  Paleozoic  regional  metamor-

phism in New England and adjacent areas. In: Zen, E-An, et al.
(Eds.):  Studies  of  Appalachian  geology:  Northern  and  Mari-
time. Inter-Science Publ. John Wiley, New York, 319—327.

Tinkham D.K., Zuluaga C.A. & Stowell H.H. 2001: Metapelite phase

equilibria in MnNCKFMASH: The effect of variable Al

2

O

3

 and

MgO/(MgO + FeO)  on  mineral  stability.  Geol.  Material  Res.,
Mineral. Soc. Amer. 3, 1, 1—42.

Torkian A. 1995: The study of petrography and petrology of Alvand

pegmatites  (Hamedan).  M.Sc.  Thesis,  Univ.  Tehran,  Iran  (in
Farsi).

Valizade  M.V.  &  Cantagral  J.M.  1975:  Premieres  donnees  radi-

ometriques (K-Ar et Rb-Sr) sur les micas du complexe magma-
tique  du  Mont  Alvand  pres  Hamadan  (Iran  Occidental).  C.  R.
Hebd. Séanc. Acad. Sci., Sér. D. Sci. Natur.
 281, 1083—1086.

White R.W., Powell R. & Clarke G.L. 2003: Prograde metamorphic

assemblage evolution during partial melting of metasedimentary
rocks  at  low  pressures:  Migmatites  from  Mt  Stafford,  Central
Australia. J. Petrology 44, 1937—1960.

Winkler  H.G.F.  1974:  Petrogenesis  of  metamorphic  rocks.  3

rd

  Ed.

Springer, Berlin, 1—334.

Winkler  H.G.F.  1976:  Petrogenesis  of  metamorphic  rocks.  4

th

  Ed.

Springer, Berlin, 1—334.

Wolf M.B. & London D. 1997: Boron in granitic magmas: stability of

tourmaline  in  equilibrium  with  biotite  and  cordierite.  Contr.
Mineral. Petrology
 130, 12—30.