background image

www.geologicacarpathica.com

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA

, JUNE 2014, 65, 3, 207—225                                                              doi: 10.2478/geoca-2014-0015

Introduction

Magmatic  activities  and  the  Alborz-Azerbaijan  mountain
range in the northern to northwestern parts of Iran are the re-
sults  of  the  collision  of  segments  of  Gondwanaland  and  the
Arabian plate with the Eurasian plate. Volcanic rocks occurred
mainly as a result of extension or tension related to the conti-
nental  rifting,  or  subduction  of  the  developed  oceanic  litho-
sphere  under  the  continental  lithosphere  (Dilek  et  al.  2010;
Tarkhani et al. 2010). Most of the important Cu, Cu-Fe and Fe
skarn in the world are related to subduction and collision pro-
ducing I-type magmatic activities (Atkinson & Einaudi 1978;
Einaudi  et  al.  1981;  Einaudi  &  Burt  1982;  Meinert  1992;
Groves  et  al.  1998;  Boztug˘  et  al.  2003;  Chen  et  al.  2007).
Skarn deposits in the Gharah Dagh Formation (part of West-
ern  Alborz),  northwestern  Iran,  are  the  result  of  extensive
I-type  calc-alkaline  and  alkaline  magmatic  activity  of  Late
Eocene—Oligocene  and  Oligo—Miocene  age  in  the  Ahar  re-
gion.  This  magmatic  activity  was  responsible  for  the  contact
metasomatic mineralization as well as the porphyry-type cop-
per  occurrences  in  NW  Iran.  As  Figure 1  shows,  the  Gharah
Dagh Formation is one of the important metallogenic prov-
inces  of  the  East  Mediterranean  Copper-Molybdenum  belt
(Bazin & Hübner 1969; Superceanu 1971; Rolland et al. 2009;
Jamali  et  al.  2010).  The  associated  intrusive  bodies  occur  as

Genetic relationships between skarn ore deposits and

magmatic activity in the Ahar region, Western Alborz,

NW Iran

HABIB MOLLAI

1

, GEORGIA PE-PIPER

2

 and RAHIM DABIRI

1

1

Department of Geology, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran;

mollai@mshdiau.ac.ir

2

Department of Geology, Saint Mary’s University, Halifax, Nova Scotia, Canada B3H 3C3

(Manuscript received January 27, 2013; accepted in revised form March 11, 2014)

Abstract: Paleocene to Oligocene tectonic processes in northwest Iran resulted in extensive I-type calc-alkaline and
alkaline magmatic activity in the Ahar region. Numerous skarn deposits formed in the contact between Upper Creta-
ceous impure carbonate rocks and Oligocene—Miocene plutonic rocks. This study presents new field observations of
skarns in the western Alborz range and is based on geochemistry of igneous rocks, mineralogy of the important skarn
deposits, and electron microprobe analyses of skarn minerals. These data are used to interpret the metasomatism during
sequential skarn formation and the geotectonic setting of the skarn ore deposit related igneous rocks. The skarns were
classified into exoskarn, endoskarn and ore skarn. Andraditic garnet is the main skarn mineral; the pyroxene belongs to
the diopside-hedenbergite series. The skarnification started with pluton emplacement and metamorphism of carbonate
rocks followed by prograde metasomatism and the formation of anhydrous minerals like garnet and pyroxene. The next
stage  resulted  in  retro  gradation  of  anhydrous  minerals  along  with  the  formation  of  oxide  minerals  (magnetite  and
hematite)  followed  by  the  formation  of  hydrosilicate  minerals  like  epidote,  actinolite,  chlorite,  quartz,  sericite  and
sulfide mineralization. In addition to Fe, Si and Mg, substantial amounts of Cu, along with volatile components such as
H

2

S and CO

2

 were added to the skarn system. Skarn mineralogy and geochemistry of the igneous rocks indicate an

island arc or subduction-related origin of the Fe-Cu skarn deposit.

Key words: Late Cenozoic, granodiorite, magmatic, skarn, garnet, epidote, sulfide, Iran.

batholiths  as  well  as  stocks,  ranging  in  composition  from
quartz monzodiorite to granite, and the Ahar Batholith is the
largest early Oligocene intrusion in the Gharah Dagh—Tarom
plutonic belt (Lescuyer 1976). The important skarn deposits in
these  areas  are  Mazraeh  skarn,  Sungun  skarn  porphyry  and
Anjered  skarn  deposits.  The  Sungun  copper  skarn  porphyry
deposit located 85 kilometers west of Ahar town is associated
with a smaller diorite of Oligocene age (Fig. 2), whereas in the
Mazraeh and Anjered area several smaller skarn deposits, are
found at the margin of the Ahar Batholith.

The aim of this paper is to present new field observations

of skarns in the western Alborz of northwestern Iran; to de-
scribe  the  petrography,  mineralogy,  mineral  chemistry  and
geochemistry of the important related rocks; and to use these
data to interpret the sequence and the geotectonic setting of
skarn  formation.  In  addition  this  paper  documents  correla-
tions  between  intrusion  composition  and  the  metal  contents
of associated skarns.

Methods

Field  work  included  geological  mapping,  delineating  the

igneous  bodies,  the  skarn  and  marble  contact.  Sampling
traverses  were  done  across  the  skarn  and  host  rocks.  More

background image

208

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

than 100 samples were collected from different rock types and
locations.  Some  representative  samples  were  thin  and  pol-
ished-sectioned  and  examined  microscopically. Electron
probe micro-analysis (EPMA) was used to determine mineral
compositions  of  various  skarn  minerals  like  garnet,  epidote,
pyroxene  and  actinolite,  in  the  Iranian Mineral Processing
Research  Center (IMPRC),  Karaj  town.  Selected  samples  for
whole-rock  geochemical  analysis  were  pulverized  using  a
shatter box with an iron bowl. These powders were analysed
in  Activation  Laboratories  Canada  according  to  their  Code
4Litho  research  and  Code  4B1  packages,  which  combine
lithium metaborate/tetraborate fusion major element analysis
with a trace element ICP-MS package. Fluid inclusion stud-
ies were conducted on more than 50 doubly polished plates
using  a  Leitz  1350  heating  stage,  a  SGE  gas  flow  heating/
cooling  system  based  on  a  U.S.  Geological  Survey  design
(Hollister et al. 1981), and a Chaixmeca stage at the Fluid In-
clusion Laboratory of the Wadia Institute of Himalayan Geo-
logy,  Dehra  Dun,  India,  and  the  Department  of  Earth
Sciences, Indian  Institute of Technology, Mumbai, India.

Magmatic activities in the Ahar Region

A belt of skarn porphyry Cu deposits of late Tertiary age

extends from the Caucasus Mountains to the Alborz unit in
the  Azerbaijan  region  of  NW  Iran  and  includes  the  well-
known  Sungun,  Mazraeh,  Anjered  porphyry  skarn  deposits
(Mollai 1993). All of these deposits are related to the Ceno-
zoic magmatic activity; the Eocene—Oligocene period can be
considered as a metallogenic epoch that formed the Alborz-
Azerbaijan magmatic belt. Large Cu-Mo porphyry deposits,
Cu skarn occurrences, and Cu-Mo-Au porphyry – vein de-
posits in this area attest to the economic value and potential
of mineralization in this magmatic belt (Jamali et al. 2010).
  There  are  three  parallel  magmatic  arcs  in  the  northwest  of
Iran,  of  Cretaceous  and  Eocene—Miocene  to  Quaternary

Fig. 1. Map showing the Eastern Mediterranean Iranian—Alpian Copper-Molybdenum belt and the area studied (Modified after Superceanu 1971).

ages,  trending  in  a  NW—SE  direction  between  the  Main
Thrust  zone  in  the  southwest  and  the  Tabriz  Fault  in  the
northeast  (Azizi  &  Moinevaziri  2009).  Major  tectono-mag-
matic  events  in  northwestern  Iran  are  the  result  of  geody-
namic  evolution  of  Tethys  belt  that  formed  between  the
Arabian  and  Eurasian  plates  during  the  Early  Mesozoic  to
Late  Cenozoic  orogeny  (Aghanabati  1993).  Among  these
magmatic activities in the area of study, the Ahar Batholith
and the Sungun porphyry stock are the most important. The
host rocks have a calc-alkaline, I-type chemical composition
of  a  continental  arc  geotectonic  setting  (Fig. 2).  The  Ahar
batholith, which extends about 30 km E—W and is 3 to 10 km
wide from north to south, ranges from granite to granodiorite
(Fig. 2).  The  batholith  was  responsible  for  mineralization,
skarnification  and  hornfels  at  its  margins.  The  granodiorite
pluton has been affected by a number of later magmatic ac-
tivities  which  include  various  types  of  quartz,  aplite,  and
pegmatite  veins,  hypabyssal  and  mafic  dykes,  as  well  as
Quaternary volcanic products. There are more than five vol-
canic  masses  belonging  to  Quaternary  episodes  within  the
plutonic body of Oligocene age. These igneous activities do
not form a single large central volcano. Two mineralized ma-
fic dykes have been noted in the eastern part of Javanshykh
village. Malachite as a secondary mineral is distributed within
the main body in different forms (Fig. 3b).
The stock of Oligo-Miocene age, which ranges in composi-
tion  from  quartz  monzonite  to  granite,  hosting  the  Sungun
Copper  Porphyry  deposit  (Mehrpartou  &  Torkian  1994;
Hezarkhani  et  al.  1999;  Calagari  &  Hosseinzadeh  2006a)
shows a calc-alkaline, I-type chemical composition of a con-
tinental  arc  geotectonic  setting.  The  stock  is  located  about
100 km NE of Tabriz and 85 km NW of Ahar, crops out over
an area of about 1.5 by 2.3 km (Calagari 2004) (Fig. 2), and
intruded a series of Eocene arenaceous-argillaceous and Up-
per Cretaceous carbonate rock sequences. The stock consists
of  three  different  intrusive  phases:  (1)  monzonite-quartz
monzonite,  (2)  diorite-granodiorite  and  (3)  andesite  and  re-

background image

209

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Fig. 2.

 Part 

of 

the 

Ahar 

quadrangle 

geological 

map 

(Geological 

Survey 

of 

Iran, 

1978), 

showing 

distribution 

of 

extrusive 

and 

intrusive

 rocks 

and 

related 

skarn 

deposits 

in 

the 

Ahar 

region.

a

 –

 Mazraeh 

Cu-Fe 

and 

Ghranagh 

Daragh 

skarn 

deposit 

which 

has 

an

 elliptical 

shape 

striking 

W—E 

direction; 

b

 –

 Anjered 

skarn 

deposit 

looks 

like 

an 

arc 

striking 

almost 

N-S;

 c

 –

 Geological

map 

of 

Sungun 

representing 

the 

exploratory 

drifts. 

In 

the 

Sungu

skarn 

porphyry 

some 

patches 

of 

skarn 

occur 

xenoliths 

within 

the 

granodiorite 

(modified 

after 

Mehrpartou 

1993; 

Mollai 

1993,

2009; 

Calagari 

Hossainzadeh 

2006).

background image

210

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

lated  dykes  (Etminan  1978;  Mehrpartou  &  Torkian  1994;
Hezarkhani & Williams-Jones 1998; Hezarkhani et al. 1999;
Karimzadeh Somarin 2004). The diorite-granodiorite is volu-
metrically  the  next  most  important  and  hosts  most  of  the
mineralization. These intrusive phases are cut by monzonite
and andesitic dykes, which in the northern and eastern parts
of  the  Sungun  stock  are  locally  mineralized.  A  comparison
of these granodioritic rocks related to the Cu-Fe skarn depos-
its in the north west of Iran with other granodioritic rocks re-
lated  to  Cu,  Fe  and  Cu-Au  skarn  deposits  in  the  world
(Table 1) indicates that most of them have similar mineralogy
and  chemical  composition  with  orthomagmatic  mineraliza-
tion.  The  host  rocks  show  a  calc-alkaline,  I-type  chemical
composition of a continental arc geotectonic setting.

Geology of skarn deposits

Skarn  ore  deposits  in  the  Alborz  range  of  northwest  Iran

formed  at  or  near  the  contact  of  Tertiary  (Oligo-Miocene)
magmatic  bodies  with  Cretaceous  impure  limestone.  Both
endoskarn  and  exoskarn  are  developed  along  the  contact

with  ore  skarn  in  between  as  a  discontinuous  belt.  At  the
contact  between  the  Ahar  granodiorite  and  Cretaceous  car-
bonate  rocks  the  earliest  changes  observed  in  the  protolith
involve recrystallization to coarse grained crystalline marble
and  fine-grained,  dark  grey-green  hornfels,  with  an  assem-
blage  of  clinopyroxene-feldspar-quartz.  The  endoskarns  are
very  restricted  to  narrow  strips,  developed  towards  the  plu-
tonic rocks. Endoskarn indicates the fluid flowed through the
plutonic  rocks  and  replaced  aluminosilicate  minerals  along
the contact with Cretaceous carbonate rock. Most of the en-
doskarns  are  very  thin  with  maximum  thickness  of  a  few
meters,  whereas  the  thickness  of  endoskarn  in  the  Elebi
District  reaches  up  to  50 m.  In  general,  all  of  these  skarn
deposits,  irrespective  of  their  size  and  shape,  have  sharp
contacts with both the intrusive body as well as the crystal-
line  limestone  and  have  almost  the  same  mineral  composi-
tion.  Among  these  skarn  deposits  the  most  important  are
(1)  Mazraeh  Cu-Fe  skarn  deposit,  (2)  Anjerd  Cu  skarn  and
(3)  Sungun  Cu-Mo  skarn,  (Fig. 2).  These  skarn  deposits  in
the  field  and  hand  specimens  show  various  colours  from
dark  brown  to  greenish  depending  on  their  mineralogy.  In
most  places  the  metasomatism  is  so  intense  that  the  original

Fig. 3. Field photographs showing various rock types in the studied area. Intense modification of country rocks is unrecognizable and sharp
contact between skarn and crystalline limestone is common in the Ahar region skarn deposit. a – Morphology and cross joint structure of gra-
nodiorite, position of skarn deposit, crystalline limestone and Bimetasomatic zone in the Mazraeh Cu-Fe skarn deposit (Camera towards NE);
b – Oxide and malachite (Mlc) formation within the Ahar granodiorite (Gd); – Anjered skarn deposit showing intense modification of host
rocks leading to the formation of exoskarn, with sharp contact between skarns and crystalline limestone (Camera towards NW); d – Intense
modification of host rocks in the Anjered skarn deposit – growth of coarse grains of green epidote (Ep) and brown coloured garnet (Grt).

background image

211

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

character of the Cretaceous carbonate rocks as well as the ig-
neous rocks are unrecognizable. The skarn deposit in the area
reveals that after a hot gaseous stage, there was hydrothermal
activity which resulted in the alteration of igneous rocks.

Table 1: Comparison of granodiorite related to the Cu-Mo and Cu-Fe skarn deposits of the Ahar region NW Iran, with the granodiorite re-
lated to the skarn deposit of other parts of the world.

Deposit 

Size(t) 

Grade 

Metal 

Associated 

igneous rocks 

Host rock 

Early 

minerals 

Late  

minerals 

Ore minerals 

Reference 

Mazraeh  
Cu, Fe 

40.000 t 

1.2 % Cu and 
Fe 

Cu and 
Fe 

Granodiorite 

Impure 
carbonate and 
granodiorite 

Pyroxene, 
garnet   

Epidote, 
chlorite, 
calcite,   
sericite 

Cp, py, mt and 
hem 

Mollai 1993, 
2009 

Sungun 1bt 

 

0.62 % Cu and 
0.01 % Mo 

Cu and 
Mo 

Diorite/ 
granodiorite to 
quartz-
monzonite 

granodiorite to 
monzonite and 
impure 
carbonate 
rocks  

Pyroxene, 
garnet   

Epidote, 
chlorite, 
calcite,   
sericite 

Cp, mo, py, bor 
and chal 

Etminan 2012 

Anjerd  

20,000 t 

0.8 % Cu 

Cu 

Granodiorite 
quartz-
monzonite 

granodioritic 
and impure 
carbonate  
rocks 

Pyroxene, 
garnet   

Actinolite, 
epidote, 
chlorite, 
calcite and 
quartz 

Cp, py, mt 

Mollai 
2009/unpubl. 
proj. 

Daiquiri, 
Cuba 

100 m.t. 

Mainly Fe 

Fe 

Diorite, 
Limestone 

Diorite, 
limestone 
limestone 
blocks 

Pyroxene, 
garnet   

Ep, cal, qz 

Mt, hem,  
(py, cp,) 

Lindgren & 
Ross 1916 

Peschansk 
Ural 

173 m.t. 

50 % Fe; 

Fe ,Cu  Diorite 

Tuff, 
sandstone, 
andesite, 
limestone 

Garnet, 
pyroxene 

Epidote, 
chlorite, 
calcite, 
diopside, 
sericite 

Magnetite, 
minor 
chalcopyrite 

Sokolov & 
Grigorev 1977 

Bagirkac  250,000 t 

7 % Pb 

Pb, Zn, 
Cu 

Granite, 
granodiorite of 
Eybek Pluton 

Skarn after 
calcareous, 
marble bearing 
schist 

Wo, ad-gr, 
di-hd, scp 

Cal, tr 

Sp, cp, gn, hem, 
py 

Dora 1971 

Shinyama  
japan 

10,000,000 t 

Fe 30 %–35 % 
Fe Cu ore  
30–35 %  
Cu 1 % 

Fe-cp, 
py, sph 

granodiorite of 
Samli Pluton 

Basaltic 
andesite, 
limestone 

Ad-gr,  
di-hd,  

Act, qz, 
tourmaline,  
tr, cal, ep 

Mt, cp, 
cubanite, pyrrh, 
sph, 

Tsusue 1961; 
Kaneda et al. 
1978 

Bingham  
Utah 

100,000,000 t 

3.2% Cu,  
0–03% Mo 

Fe 

Monzonite to 
Quartz 
monzonite 

Calc-silicate 
hornfels after 
metamorphic 
rocks 

Ad-gr,  
di-hd 

Ep, cal, amp   Cp, py, born, 

Atkinson & 
Einaudi 1978; 
Sweeney 1980 

Evciler  
Kazdag 

no estimate 

Au (up to  
14 ppm) in 
pyrrhotite 

Fe 

Granodiorite to 
quartz diorite of 
Evciler Pluton 

Hornfels after 
metamorphic 
rocks, skarn 
after limestone 

Ad,gr, 
di-hd, 
scp,py 

Ep ,cal, amp, 
chl, qz 

Po, py, cp 

Ozturk et al. 
2005; Ozturk 
et al. 2008 

Shinyama 
mine, 
Japan  

>10 m.t. 

30–35% Fe, 
0.1% Cu 

Fe–Cu 

Diorite-
granodiorite 
dykes, stock 

Basaltic 
andesite, 
dacite,  
Permian black 
slate,  
limestone 

Gr, di, fer 

Epidote, 
amphibole, 
actinolite, 
quartz, 
magnetite;  
in marble: 
pageite, 
tourmaline, 
magnetite, 
calcite, 
phlogopite 

Mt; minor cp, 
cub, pyrrh, sph, 
trace 
pentlandite, 
valleriite, 
arsenopyrite, 
comackinawite 

Tsusue 1961; 
Kaneda et al. 
1978 

Ayazmant 
Ayvalik  
Turkey 

5,750,000 t 

46% Fe and 
0.6% Cu 

Fe–Cu 

Granodioritic to 
monzodioritic 
porphyries of 
Kozak Plutonic 
Complex 

Hornfels after 
regional 
metamorphic 
rocks with 
carbonate 
lenses and 
intercalations, 
skarn after 
limestone 
lenses 

Di, ad-gr, 
scp 

Ep, amp, py, 
or, chl, cal, 
qz 

Mt, cp, py, bn, 
mo, go, hem, 
po, gn, sp, 
various Au-Ag-
Te-Se minerals 

Tolga Oyman 
2010  

The  structural  set  up  of  the  Mazraeh  mine  is  an  elliptical

shaped  mega  enclave  of  meta-sedimentary  rocks  within  the
Mazraeh granodiorite, with the 1.5 km long major axis strik-
ing  E—W  and  the  1.0 km  long  minor  axis  running  in  N—S

background image

212

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

direction (Fig. 2a). The southern contact between the grano-
diorite  and  crystalline  limestone  is  steeply  dipping  (60°  to
70°S) and is sub-concordant, transecting the limestone beds
(striking  E-W,  dipping  S).  The  width  of  skarn  here  ranges
from  2  to  25 m,  except  where  a  granodiorite  tongue  cuts
across the limestone and the skarn width is 50 m. Exoskarn
is the principal skarn zone enclosed by the marmorized- and
endo-skarn zones. A vein of wollastonite with a NE-SW di-
rection and thickness of about 50 cm, occurs in the north east
of the mine within the crystalline limestone. Fig. 2 shows the
zonal  arrangement  of  skarn  deposits  (Mollai  1993).  The
mine is now (summer 2012) abandoned.

The Anjered Cu skarn deposit is located at the western limit

of  the  Ahar  batholith  (Fig. 2).  The  structural  set  up  of  the
Anjered  skarn  deposit  is  a  semi  elliptical  shape,  with  1 km
long major axis striking almost N—S along the contact of igne-
ous  rocks  and  500 m  thickness  of  minor  axis  running  in  a
W—E direction (Fig. 2b). In most of the places near the contact
with granodiorite, the skarn is covered by loose eroded ma-
terial. Therefore the size of the Anjered skarn in such places
may be underestimated. The remains of old tunnels in the con-
tact  between  the  granodiorite  and  impure  carbonate  rocks
show that mining activities have been carried out in the past.

The  intrusion  of  Oligo-Miocene  porphyry  granodiorite  of

Sungun into the impure limestone of Cretaceous rocks led to
the formation of the Cu-Mo skarn deposit, recrystallizing the
impure  limestone  and  hornfels  in  the  east  Sungun  river
(Fig. 2c). Skarn-type metasomatic alteration and mineraliza-
tion occurs along the contact between Upper Cretaceous im-
pure carbonates and an Oligo-Miocene Cu-bearing porphyry
stock. The structural set up of Sungun porphyry is a narrow
zone  with  the  thickness  of  55 m  to  60 m.  Both  endoskarn
and  exoskarn  are  developed  along  the  contact.  Exoskarn  is
the principal skarn zone enclosed by marmorized carbonates
and skarnoid hornfelses. Petrographic studies in the Sungun
area  show  that  the  mineralized  dikes  are  mainly  andesitic
and  are  related  to  the  diorite-granodiorite  intrusive  phase,
whereas the andesite dykes in Mazraeh are barren. Molybde-
num was concentrated at a very early stage in the evolution
of the hydrothermal system and copper somewhat later. Four
distinct  types  of  hypogene  alteration  are  easily  distinguished
as follows: 1) Potassic, 2) Potassic-phyllic, 3) Phyllic, 4) Pro-
pylitic  (Mehrpartou  &  Torkian  1994).  The  metamorphic
rocks along with bimetasomatic skarns occur in the Mazraeh
and  Sungun  skarn  deposits,  but  this  phenomenon  was  not
clearly observed in Anjered. The portion of metamorphic in-
terlayering of bimetasomatized zones varies in thickness from
70 to 120 m in Sungun (Calagari & Hosseinzadeh 2006b) and
50 to about 200 m in the Mazraeh skarn deposit. This zone in
both  skarn  deposits  lies  between  exoskarn  and  impure  Late
Cretaceous  carbonate  rocks.  These  rocks,  in  addition  to  be-
ing  thermally  metamorphosed,  have  been  bimetasomatized
and have also produced bimetasomatic skarn (Einaudi et al.
1981). At a relatively long distance from the contact of mag-
ma,  this  heat  source  caused  the  development  of  ne-grained
anhydrous calc-silicates (mainly isotropic garnet and pyrox-
ene)  within  the  clay-rich  inter-layers  in  the  impure  carbon-
ates.  Some  amounts  of  hydrous  silicates  like  biotite,
amphibole,  epidote  and  chlorite  are  present;  these  minerals

are the retrograde products. The thickness of these bimetaso-
matized layers never reaches more than 10 cm. In the north
and north east of the Mazraeh skarn deposit, various types of
folding are present, which are due to syntectonic conditions
in  the  impure  carbonate  rocks.  In  the  bimetasomatic  skarn,
brownish  elephant  skin  structures  occur  as  a  result  of  deep
weathering of crystalline limestone leaving residual metaso-
matized minerals.

Petrography and mineralogy

Petrography and mineralogy of igneous rocks

Texturally the granodiorite is coarse grained and porphyritic.

Its  modal  composition  ranges  are  6—15 %  quartz,  24—43 %
plagioclase, 20—48 % K-feldspar, 0—10 % hornblende, 0—5 %
biotite,  and  0—3 %  each  of  apatite,  sphene  and  magnetite.
Micro  diorite  rock  contains  large  isolated  crystals  (pheno-
crysts)  of  plagioclase  and  hornblende  in  a  mass  of  fine  tex-
tured  crystals  in  which  they  develop  a  porphyritic  texture
(Fig. 4a—d).  Some  feldspars  display  poikilitic  textures  and
perthitic  and  myrmekitic  intergrowths  were  recognized  in
some  samples.  Alkali  feldspar  in  places  jackets  the  plagio-
clase  laths,  which  is  indicative  of  their  order  of  crystalliza-
tion.  Veins  of  both  quartz  and  calcite  cut  the  granodiorite.
According to XRD and microprobe analyses, the plagioclase
is the most abundant mineral and ranges from albite to oligo-
clase. K-feldspar has been confirmed as orthoclase and pla-
gioclase  crystals  are  lath-shaped,  unzoned  or  zoned  with
both albite-type and pericline twinning. Plagioclase shows a
paragenetic  relationship  with  sphene.  Feldspar  minerals  are
partially to entirely altered to sericite, and biotite has changed
to  chlorite,  muscovite  and  opaque  minerals.  (Fig. 4b,c).  Por-
phyritic  texture  indicates  that  a  magma  has  gone  through  a
two  stage  cooling  process.  Pyrite  and  chalcopyrite  are  the
most  abundant  sulphide  minerals  present  in  the  porphyritic
stock  of  Sungun.  The  quartz  grains  are  present  in  varying
sizes, some with inclusions of feldspar, biotite, apatite, sphene
and  magnetite.  Sphene  is  a  very  common  accessory  mineral,
occurring  as  anhedral  to  well  developed  euhedral  lozenge-
shaped  grains  with  high  relief  (Fig. 4d).  They  are  associated
with epidote, biotite, rutile, and opaque minerals.

Thin section studies of samples from the Sungun porphyry

host rocks show porphyritic texture, containing phenocrysts
of  plagioclase,  K-feldspar,  quartz  and  biotite.  In  some  al-
tered rocks feldspar minerals are partially to entirely altered
to sericite, and biotite has changed to chlorite, muscovite and
relics  of  opaque  minerals.  Thin  section  studies  show  two
types of opaque mineral, the first type is primary mineral and
the second one is the altered product of mafic minerals. Most
of opaque minerals in Sungun porphyry are sulphide miner-
als  (pyrite,  chalcopyrite,  molybdenite,  blende  and  galena)
whereas  the  opaque  minerals  in  Mazraeh  granodiorite  are
mainly magnetite. The mineralized dikes are mainly andesitic
and  are  related  to  the  diorite-granodiorite  intrusive  phase.
These  deposits  reveal  that  after  a  hot  gaseous  stage,  there
was hydrothermal activity which resulted in the alteration of
igneous rocks.

background image

213

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Fig. 4. Microphotographs of thin sections for various rocks of the studied area. a – Micro-diorite with porphyritic texture, groundmass of
orthoclase, plagioclase and some grains of quartz and well-developed large grains of hornblende and bladed plagioclase. Some of the horn-
blende shows twinning; b – Granodiorite with subhedral to anhedral large grains of hornblende along with plagioclase and alkali feldspars
and a few grains of quartz. Felsic minerals do not show alteration, however, hornblendes are altered; c – Granodiorite in which hornblende
is partially included within alkali feldspar, with sphene and magnetite as inclusions within the hornblende. Secondary muscovite replaces
alkali feldspar and hornblende; d – Rock contains mainly large grains of alkali feldspar and sphene along with some quartz. Well devel-
oped sphene grain is euhedral, surrounded by alkali feldspar (Afs); e – Pyroxene-garnet exoskarn: garnet is medium grained and isotropic,
whereas pyroxene shows well developed grains with porphyroblastic texture and minor alteration to actinolite; f – Bimetasomatic skarn
under ppl showing interlayering of garnet skarn with calcite as well as alteration of garnet (Grt) to chlorite (Chl); g – Coarse-grained wol-
lastonite vein occurring within the crystalline limestone in the northern part of the Mazraeh Cu-Fe mine; h – Coarse-grained altered cli-
nopyroxene within isotropic garnet indicates an earlier formation of the pyroxene.

background image

214

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Skarn mineralogy

In  general  the  dominant  calc  silicate  (skarn)  minerals  in

the area are garnet, calcite, pyroxene, actinolite and epidote,
which are accompanied by quartz, feldspar, minor vesuvian-
ite and hornblende. These skarn deposits can be petrologically
classified  into:  (I)  Exoskarn,  (II)  Endoskarn  and  (III)  Ore
skarn. Each of the skarn types can be further divided on the
basis  of  their  mineral  assemblage.  In  general,  the  rocks  in
this zone contain principally ne-grained granoblastic calcite
(50—98 %),  garnet  (0—35 %),  pyroxene  (0—10 %),  epidote
(0—5 %),  chlorite  (0—2 %),  clays  (1—3 %),  and  sulphides
( < 0.5 %) (Calagari & Hosseinzadeh 2006a).

(I) Exoskarn: The exoskarn is developed within the coun-

try  rock  and  the  bimetasomatic  skarn  (Einaudi  et  al.  1981;
Einaudi & Burt 1982; Kwak & Kwak 1987). The alteration
of the host rock (impure carbonate and igneous rocks) in the
Ahar region is marked by the formation of coarsely crystal-
line skarn bands due to the introduction of Si-, Al-, Fe-, and
Mg-rich fluids into the host rock. Metasomatism of carbonate
in  the  Ahar  region  produced  andradite-  grossular/pyroxene
exoskarn, as components of the prograde assemblage, and epi-
dote, tremolite/actinolite, chlorite and/or calcite and quartz as
components  of  the  retrograde  mineral  assemblage  with  few
grains of vesuvianite (Fig. 4a,b and c). The skarn shows por-
phyroblastic,  poikiloblastic  brecciation,  overprinting  and  in
some  cases  cataclastic  textures.  Pyroxene  shows  porphyro-
blastic texture with alteration to actinolite (Fig. 4e). There are
at  least  two  generations  for  most  of  the  minerals  especially
garnet,  quartz,  calcite,  chlorite,  magnetite  and  chalcopyrite.
For example, garnet occurs at least in three generations with
different  geological  and  optical  properties.  Garnets  range  in
size  from  0.1 mm  up  to  4 cm  in  diameter,  showing  fine  to
coarse grains of isotropic and concentric, oscillatory zoning of
anisotropic  garnet  (Fig. 4h).  Most  of  the  pyroxene  minerals
were replaced by garnet. Idiomorphic, twinned epidote occurs
in exoskarn as well as in endoskarn (Fig. 5e,f). Very well de-
veloped,  coarse  grains  of  wollastonite  occurring  as  a  vein
within  the  crystalline  limestone  in  the  north-east  of  the
Mazraeh skarn deposit show porphyryblastic texture (Fig. 4g).
Actinolite  mineral,  which  is  the  altered  product  of  pyroxene
and garnet minerals, is more predominant in the Anjered skarn
in comparison with other skarn deposits in the area. The alter-
ation has started from the borders of minerals, with the rem-
nants of pyroxene and garnet observed within the actinolite.

(II)  Endoskarn:  Along  the  contact  with  the  exoskarn,  re-

placement of granodiorite by massive epidote and minor gar-
net-pyroxene  over  widths  of  centimeters  to  0.5 m  may  result
in  complete  destruction  of  the  original  igneous  texture  and
mineralogy.  This  is  the  evidence  of  progressive  addition  of
calcium from country rocks into the intrusive magma and loss
of Al, Si and also Na. This skarn comprises: plagioclase, alkali
feldspar,  magnetite,  epidote,  biotite,  garnet,  pyroxene,  horn-
blende,  actinolite,  sericite,  siderite  and  opaque  minerals
(Fig. 5a and b). As in the exoskarn, two types of garnets are
observed  in  the  endoskarns:  subhedral  to  anhedral,  isotropic
garnets and larger, well developed, oscillatory-zoned anisotro-
pic garnets. Pyroxene is generally subhedral to euhedral, and
hedenbergitic  to  diopsidic  in  composition.  Endoskarn  forma-

tion began with epidotization, and was coincident with sericit-
ization  during  metasomatic  reactions.  This  zone  consists  of
medium to coarse and well developed-grained epidote accom-
panied  by  interstitial  quartz,  pyrite,  chalcopyrite,  and  iron
oxide  (Fig. 5e  and  f).  Where  the  alteration  has  changed  the
endoskarn, the remnants of garnet and pyroxene are observed
within the hydrothermal product minerals (Fig. 5c and d). Far-
ther  into  the  granite,  endoskarns  occur  only  as  disseminated
epidote skarns, and are enriched in garnet towards the impure
carbonate rock (Fig. 4f). The garnet-rich skarn predominantly
comprises  exoskarn.  However,  garnet  locally  developed  by
dissolution and replacement of primary igneous minerals, par-
ticularly  feldspar,  in  the  granodiorite;  such  garnet  is  rich  in
grossularite.  Sericitization  and  carbonitization  of  igneous
rocks  in  the  retrograde  stage  of  skarn  formation  lead  to  the
formation  of  typical  endoskarn  of  sericite-siderite,  feldspar,
and actinolite-epidote. Epidote skarn is the only predominant
Al-rich skarn in the study areas, and it reaches up to 80 % and
65 %  in  Sungun  and  Mazraeh  skarn  deposits  respectively
(Mollai  1993;  Calagari  &  Hosseinzadeh  2006a),  whereas  in
Anjerd skarn actinolite is more abundant.

(III)  Ore  skarn:  The  early-formed  calc-silicate  minerals

were  later  texturally  replaced  by  oxides  (magnetite,  hema-
tite),  followed  by  sulphides  (chalcopyrite,  pyrite,  covellite,
bornite,  galena,  sphalerite  and  molybdenite),  hydro  silicate
(actinolite,  epidote,  chlorite  and  sericite)  and  carbonates
(calcite, ankerite and siderite). Oxides in the Cu Sungun and
Anjered skarn deposits are not predominant minerals, in con-
trast to the Cu-Fe Mazraeh skarn deposit.

The ore-forming fluids were initially thought to be of mag-

matic  origin  only.  Sulphur  and  oxygen  are  among  the  most
important volatiles which play a significant role in the forma-
tion of hydrothennal sulphide and oxide deposits (Schwartz
1950).  Magnetite  shows  replacement  texture,  including
relicts  of  replaced  minerals  like  garnet,  calcite  and  some-
times  feldspar.  In  addition  magnetite  is  intercrystalline  as
well  as  intracrystalline  with  garnet.  Garnet  usually  shows
corrosion  boundaries  with  magnetite  depicting  reaction.  In
places,  magnetite  shows  cataclastic  texture  with  numerous
fractures,  which  are  filled  by  third  generation  minerals  like
quartz,  calcite  and  sometimes  chalcopyrite.  In  such  condi-
tions  we  can  see  various  veins  of  magnetite,  sulphide  and
quartz (Fig. 6a). The martitization of magnetite is quite com-
mon, and is due to the changes of oxygen fugacity (Fig. 6b).
It occur as lamellar plates along octahedral planes, fractures,
zonal  growth  planes  and  outer  margins,  where  hematite  is
comparatively thicker (Mollai et al. 2009). Where the degree
of martitization is extensive, magnetite occurs as relicts.

Chalcopyrite is the most common sulphide in these skarn

deposits, along with bornite, and molybdenite in the Sungun
deposit. In the Sungun porphyry, sulphides occurring within
the feldspar altered zone are disseminated, while in the phyllic
zone  they  occur  as  veins.  The  argillic  zone  has  low  grade
disseminated  ores.  More  specifically  the  metallic  ores
present, in decreasing order of abundance, are: chalcopyrite,
pyrite,  bornite,  molybdenite  and  pyrrhotite,  with  minor  cu-
banite (Mehrpartou 1993; Mollai 1993; Calagari & Hossein-
zadeh  2006a).  Chalcopyrite  associates  closely  with  bornite
and also partially to fully replaces magnetite, sometimes re-

background image

215

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Fig. 5. Microphotographs showing the mineralogy and textures of endoskarn. a – xpl and b – ppl – showing replacement of primary igne-
ous minerals like plagioclase and feldspar by pyroxene and some garnet. Coarse and euhedral to subhedral porphyritic pyroxene overgrows the
igneous minerals. Magnetite is of two types: primary and secondary, the latter due to alteration of pyroxene. The groundmass is mainly very
fine grained minerals; c – Pyroxene-garnet-actinolite endoskarn with porphyroblastic texture (xpl); d – Fine grains of epidote, actinolite and
opaque minerals overgrown on igneous mineral during retrograde skarn formation, leading to the formation of feldspar-epidote-actinolite
endoskarn (xpl); e, f – Epidote sulphide skarn, with chlorite and quartz formed by alteration of anhydrous minerals like garnet and pyroxene.
(Epidote with well developed zoning and twinning along with porphyroblastic texture showing its replacement by sulphide ores.)

placing  intensively  the  host  rock  as  well  as  silicate  gangue
minerals  (Fig. 6c  and  d).  Sulphide  ores  in  the  Mazraeh  and
Anjered  deposits  occur  within  the  skarn  zone  only,  but  the
distribution  of  sulphide  ore  in  Ghranigh  Deragh  on  the
northern  slope  of  the  Ahar  granodiorite  is  like  at  Sungun,
namely disseminated within porphyritic granodiorite. Quartz
is  coeval  with  the  sulphides  as  veinlets  cutting  magnetite.
Sulphide bearing quartz veins, which are called mineralized
quartz veins, are very common within the magnetite. These
indicate  that  sulphide  ores  postdate  the  iron  ores  and  may
also  occur  as  intergranular  fillings  (Fig. 6a).  Chalcopyrite
has an affinity with magnetite and occurs together with epi-
dote (Fig. 5e and f).

Mineral chemistry of skarn minerals

Garnet

According  to  EPMA  data  the  andradite  mole  fraction  in

the  garnet  ranges  from  30—99 %,  followed  by  grossularite
(0—57 %),  and  pyralspite  (0—13 %)  (Table 2).  The  composi-
tion  of  garnet  appears  to  be  controlled  by  the  chemistry  of
the replaced mineral: garnet replacing plagioclase is richer in
grossularite and that replacing pyroxene and calcite is richer
in  andradite.  Within  the  ugrandite  area,  the  pyralspite  con-
tent increases with increasing substitution of Mg and Mn for
Ca  and  the  grossular  content  increases  with  increasing  sub-

background image

216

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

stitution of A1

+3

 for Fe

+3

. In the veins the major cations are

Ca

+2

  and  Fe

+3

  and  the  andradite  component  predominates

( > 99 %)  (Table 3).  A  notable  feature  of  this  vein  garnet  is
the  excess  of  Ca,  which  is  due  to  the  deficiency  in  Si  solid
solution  (Table 3).  The  Ayazmant  Fe-Cu  skarn  of  Turkey
and Kamaish Fe skarn of Japan are richer in grossularite in

Fig. 6.  a  –  shows  intense  and
multiple 

replacement 

hand

spacemen  of  skarn  and  forma-
tion  of  ore  skarn.  No. 1  –
shows  the  remnant  of  brown
garnet  after  replacement  by
magnetite. No. 2 – shows mag-
netite  veins  replacing  garnet.
No. 3  –  shows  an  intense  re-
placement of early rocks by sul-
fide  and  quartz.  No. 4  –
mineralized  quartz  veins  be-
longing to the 4

th

 stage of alter-

ation  or  hydrothermal  activity;
b  –  is  a  microphotograph  of  a
polished  section  showing  re-
placement  of  radial  magnetite
by  hematite  due  to  martitiza-
tion.  Blades  consist  of  martite
crystals (5—20 mm) which repre-
sent  the  hematitization  of  euhe-
dral magnetite. The replacement
process  includes  an  initial  iron
atom diffusion through the oxy-
gen  framework  leading  to
maghemite,  followed  by  inver-
sion  of  maghemite  to  hematite
and  development  of  distorted
octahedrons;  c  –  microphoto-
graph of polished section shows
replacement  of  magnetite  and
anhydrous  minerals  by  patches
of  chalcopyrite  along  with
bornite;  d  –  microphotograph
of  polished  section  shows  re-
placement  of  silicate  minerals

Table 2: Representative electron microprobe analyses of garnet in the Ahar region skarn deposits, NW Iran (in weight percent, 12 oxygen basis).

comparison  with  the  Ahar  skarn  deposits  (Fig. 7).  Garnet
with 30 to 99 % mole fraction of andradite shows mixed op-
tical properties in the main garnet mass. There is no appre-
ciable change in chemistry except antipathetic  behaviour  of
Al and Fe which could lead to zoning in garnets. The Al-Fe
variation  could  be  due  to  local  fluctuations  in  temperature

Samples 

MZ551 

MZ552 

MZ553 

MZ8121 

MZ8122 

MZ8123 

311 

312 

841 

842 

SiO

2

 

35.37 35.32 35.58 36.75 35.54 36.28 33.95 34.04 39.15 

33.92 

Al

2

O

3

 

7.37 6.50 7.09 

15.66 9.24 

11.55 0.88 0.02 0.04 

 

 

0.99 

Fe

2

O

3

 

21.29 22.21 20.66 10.69 20.38 16.27 29.84 31.26 31.09 

30.26 

MgO 

0.24 0.20 0.23 0.18 0.19 0.25 0.03 0.04 0.00 

0.00 

MnO 

0.67 0.76 0.61 3.11 3.18 3.48 0.43 0.32 0.32 

0.40 

CaO 

35.04 35.05 35.83 33.26 31.47 32.08 34.87 34.61 34.40 

34.48 

Total 

99.93 100.00 100.00  99.66 100.00 100.00 100.00 100.29 100.29 99.99 

Si 

2.90 2.91 2.94 2.86 2.85 2.93 2.97 2.89 2.92 

2.89 

Al 

0.71 0.63 0.69 1.44 0.87 1.10 0.09 0.02 0.00 

0.09 

Fe 

1.31 1.38 1.28 0.63 1.23 0.98 1.85 1.99 2.00 

1.94 

Mg 

0.03 0.02 0.03 0.21 0.02 0.03 0.04 0.00 0.00 

0.00 

Mn 

0.05 0.05 0.04 0.20 0.22 0.24 0.03 0.02 0.02 

0.03 

Ca 

3.08 3.09 3.11 2.77 2.70 2.76 3.08 3.14 0.15 

3.15 

Total 

8.07 7.08 8.08 8.11 7.89 8.03 8.06 8.06 8.08 

8.10 

Andra 

0.67 0.71 0.65 0.30 0.60 0.46 0.96 

99.68 0.99 

0.96 

Gross 

0.31 0.27 0.33 0.57 0.32 0.45 0.02 0.00 0.00 

0.03 

Pyrope 

0.02 0.02 0.02 0.13 0.08 0.09 0.02 0.01 0.01 

0.01 

by magnetite and chalcopyrite.

background image

217

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Table 3: Representative electron microprobe analyses of vein garnet in the northeast Mazraeh Cu-Fe skarn deposit, NW Iran (in weight
percent, 12 oxygen basis).

Fig. 7. Ternary plot of garnet composition from the Ahar region in
comparison with skarn deposits in other parts of the world.

(Rose  &  Burt  1979).  Optical  anisotropy  in  garnet  is  due  to
their departure from the cubic symmetry, as a result of partial
replacement of (SiO

2

) by (OH) to form hydrogarnet. Rose &

Burt (1979) suggested that anisotropic garnet will form due
to  fluctuation  in  fluid  composition  resulting  from  variable
mixture  with  meteoric  water.  Zoned  garnets  from  skarn  de-
posits of the Ahar region do not show a systematic composi-
tional variation from the core to the rim of the crystal.

Epidote is one of the important products of hydrothermal

fluid that was rich in Al. This Al-rich fluid may have played
an important role in carrying sulphide ore solution. Fe

+3

 re-

placing Al ranges from 71—95 mol % (Table 4). The Mn

+3

 in

the epidote ranges between 0.7 and 5.35 mol % piedmontite,
whereas the epidote in the Ayazmant Fe-Cu skarn deposit in
Turkey  (Oyman  2010)  is  Fe-rich  with  Fe/(Fe + Al)  ratios
varying between 0.20 and 0.29. At Ayazmant, epidote result-
ing  from  late  replacement  of  grossular-rich  garnet  shows  a
higher Fe/(Fe + Al) ratio (mean 0.28) than that which replaces
actinolite-magnetite skarn with a mean value of 0.24. During
retrograde stages most of the anhydrous calc-silicate miner-
als like garnet and pyroxene were replaced by a series of hy-
drous  calc-silicates  (epidote,  tremolite-actinolite),  sulphides
(pyrite, chalcopyrite, galena, sphalerite and bornite), as well
as  oxides  and  carbonates  (calcite,  ankerite).  Processes  such
as hydrolysis, carbonation and sulphidation, due to relatively
low  temperature  hydrothermal  fluids,  were  responsible  for

Oxide/samples 

Hyv1 

Hyv2 

Hyv3 

Hyv4 

Hyv6 

Hyv8 

SiO

2

 

33.54 

33.75 

33.79 

            33.73 

33.59  

      33.8 

Al

2

O

3

 

0.21 1.34 

  0.49 

 

0.2 0.75  1.55 

 

Fe

2

O

3

 

31.27 29.93  31.12 

31.1 30.57 

  29.22 

 

MgO 

0.03 

0.00 0.00  0.00 

0.00 0.00 

MnO 

0.55 

0.41 

0.60 

0.54 

0.49  

         0.5 

CaO 

34.4 

34.56 34.01  34.43 

34.21 34.90 

 

Total 

99.99 

99.99 

100.00 

      100.4 

99.61  

99.66  

Si 

2.87 2.87  2.88 

 

2.87 

 2.88  2.88 

Al 

0.02 

0.13 0.05  0.02 

0.02 0.16 

Fe 

2.16 1.92  2.00 

2.02 1.97 

  1.87 

Mg 

           0.002 

        0.0 

           0.0 

             0.0 

        0.0 

           0.0 

Mn 

0.04 

0.03 0.04 

  0.04 

0.04 0.35 

 

Ca 

3.16 

3.15  

3.11  

3.17  

3.14 

3.18 

Total 

8.19 

8.10  

8.09 

8.12   

8.04 

8.11  

Oxide/Samples 

Mz332 

Mz333 

Mz337 

SiO

2

 

37.41  

     37.8 

37.05 

Al

2

O

3

 

        21.280 

22.27  

20.45 

Fe

2

O

3

 

14.84  

13.93  

14.99 

MgO 

0.01 0.03 0.03 

MnO 

1.15 

       0.2 

0.09 

CaO 

21.98  

23.14 

23.42 

TiO

2

 

0.20 0.02 0.35 

Cr

2

O

3

 

0.00 

0.02  

       0.0 

Ni 

0.00 

       0.0 

       0.0 

0.00  

0.28  

0.24 

Tota1 

96.05  

97.57  

96.42 

Si 

3.15  

3.16 

3.16 

Al 

        2.2 

       2.2 

2.05 

Fe

+3

 

0.88 0.87 

 0.95 

Mg 

0.00 

       0.0 

       0.0 

Mn 

0.05  

0.01  

0.02  

Ca 

1.96  

2.06  

2.14 

Ti 

0.01  

       0.0 

0.01 

Total 

8.25 8.39 8.31 

Table 4:  Representative  electron  microprobe  analyses  of  epidote
from  the  Ahar  region  skarn  deposits,  NW  Iran  (in  weight  percent,
13 oxygen basis).

the formation of these mineral assemblages. A local increase
in O

2

 may have played an important role in the formation of

epidote (Perkins et al. 1986; Berman 1988), according to the
equation:

Ca

3

(Al,Fe)

2

Si

3

O

12

(garnet)+

5

/

4

O

2

+ HCO

3

Ca

2

FeAl

2

Si

3

O

12

(OH)(epidote) + CaCo

3

+

1

/

2

Fe

2

O

3

.

Pyroxene in Sungun occurs as fine to medium grained an-

hedral  to  subhedral  crystals  showing  decussate  texture.
Chemically the pyroxene belongs to the diopside-hedenberg-
ite  series,  with  38 mol %  Hd/(Hd + Di)  and  minor  Mn.  The
pyroxene  also  contains  some  Mn,  ranging  from  0.001  to
0.058 mol fraction, hence the other end member of pyroxene
is johansenite with a mol fraction of 0.032. In addition, the
presence  of  a  1.45 mol  fraction  of  Al  indicates  scapolite
(meionite) with the formula of Ca

4

Al

6

Si

6

O

24

CO

3

. Tremolite

in  the  Sungun  porphyry  is  mainly  the  alteration  product  of
pyroxene, according to the equation:

  Ca(FeMg)

2

Si

2

O

6

(clinopyroxene) + 2H

2

O + 3CO

2

Ca

2

(Mg,

Fe)

5

Si

8

O

22

(OH)(Tremo-actinolite) + CaCO

3

+ 2SiO

2

.

background image

218

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

In contrast, in the Anjerd Cu-skarn and the Mazraeh skarn

deposits, tremolite is mainly the alteration product of garnet
as well as pyroxene. Moreover tremolite in the Sungun Por-
phyry  and  Mazreah  is  tremo-actinolite  in  composition,
whereas  in  the  Anjerd  Cu  skarn  it  is  mainly  actinolite  with
very minor amounts of tremolite (Mollaei et al. 2009).

Geochemistry of igneous rocks

For a better understanding of the genetic relation of skarn de-

posits and magmatic activity one needs to understand the geo-
chemistry and geotectonic setting of magmatic rocks. Table 5
shows the whole rock analysis of igneous rocks in the region.

The  igneous  rocks  range  from  diorite  and  monzonite  to

quartz  monzodiorite  and  monzodiorite,  syeno  diorite  and
granite compositions in the SiO

2

 versus Na

2

O + K

2

O diagram

(Fig. 8).  In  the  Harker  major  element  diagrams,  K

2

O  and

Al

2

O

3

 increase with increasing SiO

2

 whereas Fe

2

O

3

 and CaO

decrease with increasing SiO

2

, and Na

2

O displays a more er-

ratic  distribution  (Fig. 9a,b,c  and  d).  In  the  alkalis  versus
SiO

2

  diagram  and  in  the  AFM  diagram  (Fig. 9e  and  f),  the

samples  show  a  typical  sub-alkaline  and  calc-alkaline  trend
respectively. All the samples plot on the boundary between
the calc-alkaline and high-potassium calc-alkaline fields in-
dicating  that  K

2

O  enrichment  was  already  important  at  the

Sample 

A11 

A17 

A18 

Z28a 

Z28b 

Z28e 

MZ52 

MZ54 

MZ78 

MZ77 

MZ310 

MZ81 

SiO

2

 

     63.23       60.63       66.27        67.73       66.02       67.05       67.20       68.92       67.81       64.54       64.69       66.39 

Al

2

O

3

 

     15.02       15.56       13.77        14.73       15.91       15.16       14.70       14.91       14.95       15.90       15.00       15.78 

TiO

2

 

0.30 1.03 1.25  0.74 0.87 0.62 0.49 0.38 0.58 0.69 0.87 0.67 

FeO 

3.19 3.07 3.00  2.85 3.31 3.01 2.00 2.06 3.00 2.36 2.39 3.42 

Fe

2

O

3

 

1.66 2.27 2.18  0.74 0.97 0.53 0.68 0.33 0.44 1.63 2.14 1.47 

MgO 

2.35 3.08 1.18  1.23 2.61 1.90 1.72 1.30 1.77 2.20 2.61 2.13 

CaO 

4.64 7.61 3.87  3.86 4.38 4.46 4.64 2.78 3.40 4.09 4.61 3.71 

MnO 

0.10 0.09 0.11  0.07 0.63 0.10 0.04 0.03 0.04 0.07 0.07 0.06 

K

2

2.89 0.68 2.98  2.75 2.85 1.80 2.89 2.91 2.90 2.83 2.99 2.98 

Na

2

3.47 4.41 2.83  4.23 4.03 3.90 4.46 3.95 4.00 4.26 3.34 3.79 

P

2

O

5

 

0.45 0.62 0.12  0.26 0.47 0.42 0.32 0.30 0.40 0.47 0.53 0.44 

CO

2

 

1.47 0.72 1.49  0.18 0.44 0.02 0.13 0.46 0.38 1.55 0.16 0.13 

H

2

O+ 

0.90 0.28 0.56  0.72 0.00 0.71 0.57 0.49 0.50 0.10 0.77 0.78 

H

2

O– 

0.49 0.80 0.15  0.22 0.03 0.16 0.09 0.04 0.03 0.05 0.03 0.21 

Ag 

       8 

     13 

       0 

       12 

     13 

     11 

       2 

       0 

     10 

     15 

     15 

     10 

Cr 

       0 

     63 

     21 

       93 

     68 

     55 

   126 

     59 

     75 

   101 

     83 

     80 

Co 

     32 

     41 

     29 

       29 

     36 

     14 

     26 

     19 

     27 

     27 

     44 

     24 

Ni 

     31 

103 

     59 

       58 

     71 

     35 

   156 

     99 

     95 

     94 

   126 

     94 

Cu 

   380 

195 

160 

   5171 

116 

152 

446 

     86 

161 

143 

190 

   201 

Zn 

     87 

120 

103 

       81 

     85 

     51 

     65 

     60 

     67 

   105 

     70 

     86 

La 

     64 

     92 

100 

       47 

     71 

     66 

     61 

     62 

     73 

     57 

     99 

     66 

Pb 

     55 

   114 

     74 

       82 

     54 

     82 

     52 

     58 

     58 

     72 

     44 

     58 

Cd 

     10 

       1 

       7 

         5 

       4 

     10 

     11 

       4 

       2 

       4 

       5 

       8 

Ba 

893 337 476  

 

266 

720 675 446 563 576 602 859 

 

 

 

828 

Mo 

     48 

     46 

     33 

       43 

     45 

     42 

     33 

     35 

     35 

     38 

     16 

     40 

139 140 108  

 

133 

139 137 106 128 111 118 121 

 

 

 

116 

LI 

       2 

     30 

       8 

       43 

     14 

     10 

       8 

   303 

     28 

     22 

     21 

     21 

Ga 

     52 

       0 

     28 

     296 

       9 

     24 

     86 

       0 

     23 

       5 

     27 

     13 

Rb 

139 

     91 

   151 

       92 

120 

139 

 161 

149 

144 

122 

155 

   149 

Sr 

557 

824 

438 

  618 

753 

658 

 627 

672 

667 

779 

692 

   733 

Zr 

224 

   153 

     15 

     126 

200 

168 

 151 

144 

194 

208 

192 

   212 

Nb 

     19 

     15 

   110 

       62 

     26 

     25 

     22 

     23 

     27 

     23 

     29 

     27 

Th 

     15 

       7 

     43 

       19 

     23 

     29 

     29 

     33 

     43 

     18 

     28 

     22 

     13 

       0 

     15 

       12 

       5 

     10 

     14 

     13 

     12 

       2 

     12 

       6 

       3 

       2 

       9 

         5 

       6 

       9 

       8 

       8 

     11 

       6 

       7 

       7 

 

beginning of the liquid line of descent. This suggests that the
K

2

O enrichment is source-inherited.

The  Rb  vs.  Y + Nb  (Fig. 9g)  and  Nb  vs.  Y  (Fig. 9h)  dis-

crimination diagrams both show that the igneous rocks have
an I-type granite origin. The Rb, Ba, and Sr ternary diagrams
show  the  differentiation  trend  in  the  Ahar  Magmatic  Com-

Table 5: Representative chemical analysis of major (wt. %) and trace elements (ppm) for igneous rocks of the Ahar region NW Iran.

Fig. 8. Plot of Na

2

O + K

2

O vs. SiO

2

 for igneous rocks of the Ahar

region after Wilson (1989).

background image

219

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Fig. 9. a—d – Harker diagrams of SiO

2

 vs. major oxides of Na

2

O, Al

2

O

3

, FeO and CaO respectively; e – Variation diagram of SiO

2

 vs.

Alkalis; f – AFM diagram (after Irvine & Baragar 1991). In both e and f – the rocks are located in the calcalkaline and subalkaline fields;
g, h – Variation diagrams of Y vs. Nb + Y and Y vs. Nb after Pearce (1996) to show geotectonic environment of the magmas. Most of data
from the study area are located in the volcanic arc field.

background image

220

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

plex  in  comparison  with  the  Ahar  river
granite in Rajasthan, India (Fig. 10a). The
Nb  vs  Zr  diagram,  only  for  the  Mazraeh
granodiorite, shows post collision and sub-
duction-related  characteristics  (Fig. 10b).
On  the  TiO

2

  vs.  Zr  diagram,  the  plutonic

rocks  associated  with  Cu  and  Au  skarns
plot in the area between plutons associated
with  Cu  and  Au  skarns,  as  proposed  by
Meinert  (1995)  and  Oyman  (2010)
(Fig. 11).  However  the  other  porphyritic
igneous  rocks  plot  near  the  igneous  rocks
associated  with  Cu-  and  Fe  skarns.  Com-
parison  of  Ahar  granodiorite  with  other
granodiorites like the Qulong granodiorite
of China (Xiao et al. 2012), the Rio Narcea
belt in Spain (Martin-Izard et al. 2000), the
Celebi  pluton  in  Turkey  (Ku cu  et  al.
2002), and monzonite-granodiorite associ-
ation of Khankandi pluton, Alborz Moun-
tains,  NW  Iran  (Aghazadeh  et  al.  2010)
indicate that the Mazraeh granodiorites are
enriched  in  elements  like  Th,  Nb,  La,  P,

Fig. 10. a – Ternary diagram of Rb-Ba-Sr for igneous rocks of the Ahar Batholith
in comparison with Ahar River granite from Rajasthan, India (after Thomas 1987);
b – Plot of Nb vs. Zr for igneous rocks of the Ahar Batholith (after Wilson 1989).

Fig. 11. Variation diagram of Zr vs. TiO

2

 illustrating the relation-

ship of igneous rocks of the Ahar Batholith associated with skarn
deposit compared with other igneous rocks associated with skarn
deposits.  Plots  of  different  skarns  are  produced  after  Meinert
(1995) and Togla (2010).

Fig. 12. Primitive mantle-normalized, incompatible trace-elements spider diagram for
Mazraeh, Sungun and Tikmeh dash granodiorites (NW Iran), Rio Narcea Granodiorite
(Spain), Celebi Granodiorite (Turkey) and Qulong Granodiorite (China). Normalizing
data for all elements are from Sun & McDonough (1989). For data sources, see text.

background image

221

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

Cu  and  Pb  (Fig. 12).  Copper  in  the  Ahar  batholith  ranges
from 86 ppm to 5171 ppm with average of 607 ppm (Tables 5
and 6). This indicates the original magma was rich in Cu.

Discussion

Evolution of the skarn deposits

Skarn deposit mineralogy is spatially zoned with respect to

pluton contacts, host rock lithology, and (or) fluid pathways.
The  prograde  stage  is  temporally  and  spatially  divided  into
two sub-stages: (a) metamorphic—bimetasomatic (sub-stage I)
and  (b)  prograde  metasomatic  (sub-stage II).  Sub-stage I  be-
gan immediately after the intrusion of the pluton into the en-
closing  impure  carbonates.  Sub-stage II  commenced  with
segregation and evolution of a uid phase in the pluton and its
invasion into fractures and micro-fractures of the marmorized
and  skarnoid-hornfelsic  rocks  developed  during  sub-stage I.
From  texture  and  mineralogy  the  retrograde  metasomatic
stage  can  be  divided  into  two  discrete  sub-stages:  (a)  early
(sub-stage III)  and  (b)  late  (sub-stage IV).  During  sub-
stage III, the previously formed skarn zones were affected by
intense  multiple  hydro-fracturing  phases  in  the  Cu-bearing
stock. In addition to Fe, Si and Mg, substantial amounts of Cu,
Pb, Zn, along with volatile components such as H

2

S and CO

2

were  added  to  the  skarn  system.  Consequently  considerable
amounts  of  hydrous  calc-silicates  (epidote,  tremolite-actino-
lite),  sulphides  (pyrite,  chalcopyrite,  galena,  sphalerite,
bornite), oxides (magnetite, hematite) and carbonates (calcite,
ankerite)  replaced  the  anhydrous  calc-silicates.  Sub-stage IV
was concurrent with the incursion of relatively low tempera-
ture, more highly oxidizing uids into the skarn system, bring-
ing  about  partial  alteration  of  the  early-formed  calc-silicates
and developing a series of very ne-grained aggregates of chlo-
rite, clay, hematite and calcite.

In the Ahar region the processes that lead to the formation

of skarn deposits include three stages as follows (Table 7):

Table 6:  Averages  of  major  oxide  concentrations  for  various
groups of rocks in the Ahar region, NW Iran. Numbers correspond
to the zones shown in Fig. 13.

Oxide 

1.

 I

g

neo

u

2.

 E

ndo

sk

ar

3

. I

n

tern

al

 or

4

. E

xos

k

a

rn

 

5

. Ou

ter 

or

6.

 C

ry

st

a

lli

n

  

  li

mest

on

e  

   

SiO

2

 

6.87    52.92 

  20.24 

  36.70 

  28.66 

  18.11 

Al

2

O

3

 

  15.11 

  15.85 

1.38 

7.80 

3.76 

5.37 

TiO

2

 

0.68 1.00 0.16 0.92 0.18 0.26 

FeO 

2.50 

2.38 

  14.55 

5.65 

  11.75 

1.05 

Fe

2

O

3

 

1.30 

4.72 

  50.64 

  15.52 

  42.30 

1.38 

MgO 

2.01 2.09 1.52 4.29 1.74 1.33 

CaO 

4.34    11.29 

1.52    23.60 

1.50    43.52 

MnO 

0.15 0.30 4.91 0.56 1.26 0.12 

K

2

2.73 1.82 0.29 0.35 0.23 0.62 

Na

2

3.89 3.35 0.22 0.60 0.46 0.67 

P

2

O

5

 

0.39 0.50 3.50 0.71 2.05 0.18 

L.O.I 

0.59 1.29 1.54 1.02 0.25 

 

 

27.10 

(1)  Emplacement  of  plutonic  magma  which  leads  to  the

isochemical contact metamorphism;

(2)  prograde  metasomatic  skarn  formation  as  the  pluton

cools and an ore fluid develops, and;

(3) retrograde alteration of earlier formed mineral assem-

blages,  leading  to  the  formation  of  hydrosilicate  minerals
along with ore deposition. The third stage can also be divided
into  two  sub-stages.  In  the  other  words,  the  total  stages  of
skarn deposit and related hydrothermal activities can be con-
sidered in five stages. Calagari & Hosseinzadeh (2006a) be-
lieved  that  the  skarnication  process  occurred  in  two  stages:
(1) prograde and (2) retrograde and each stage is temporally
and spatially divided into sub-stages.

In the Ahar region, (1) the first stage commenced with the

emplacement, consolidation and crystallization of the magma.
As  crystallization  progressed  the  volume  of  hydrothermal

Fig. 13. Spatial variation diagram for average major oxide content
in different rock types in skarns of the Ahar Batholith. 1 – Igneous
rock, 2 – Endoskarn, 3 – Internal ore, 4 – Exoskarn, 5 – Outer
ore, 6 – Crystalline limestone.

background image

222

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

fluid, generated and evolved, increased in the still-unconsol-
idated  magma.  The  loss  of  CO

2

  and  H

2

O  during  these  pro-

cesses caused a net volume loss and increased porosity (Rose
&  Burt  1979).  Numerous  fractures  and  veins  were  formed
due to this invasion, this was the ground preparation for later
events and the movement of mineralizing fluids.

(2) The  second  stage  is  the  main  stage  of  metasomatic

(prograde metasomatic stage) marked by the growth of anhy-
drous  minerals  like  garnet  and  pyroxene  and  the  develop-
ment  of  a  volatile-rich  phase  (Candela  &  Piccoli  1995).
Some workers like Burnham (1979), Cline & Bodnar (1991)
and Hedenquist et al. (1998) have modelled the exsolution of
a volatile phase from the magma and the partitioning of met-
als and chlorine between the melt and a volatile phase. Dur-
ing  the  prograde  stage,  the  aqueous  phase  in  the  magma
gradually became saturated and exsolved as a separate phase
(based on Bowen series reaction), so that the unconsolidated
proportion of magma actually increased due to involvement
of  hydrothermal  fluid.  The  introduction  of  considerable

amounts of Fe, Si and Mg from magma and Ca from crystal-
line  carbonate  rocks  led  to  the  development  of  substantial
amounts  of  medium  to  coarse-grained  anhydrous  calc-sili-
cates  near  the  contact  to  produce  the  typical  endoskarn  and
exoskarn toward the igneous and metamorphic sediments re-
spectively.  The  anhydrous  calcsilicate  assemblages  in  the
prograde stage of skarn formation can be correlated with the
characteristic alteration in the mineralized part of the pluton
that is in the contact zone (Meinert 1992; Kwak 1994). The
fluid inclusion data from the igneous rocks indicate that the
temperature  of  these  magma-derived  fluids  (which  is
thought  to  have  been  involved  in  potassic  alteration)  was
conceivably  520 °C  to  580 °C  (Calagari  2004;  Mollai  et  al.
2009)  and  caused  the  prograde  metasomatic  alteration,  par-
ticularly  in  proximity  to  the  intrusive  contact.  Almost  the
same temperature, 600 °C, was reported for such a prograde
stage from  fluid  inclusion  studies  in  the  calcic  skarn  host-
ing  the  El  Valle-Boinas  copper-gold  deposit  in  Spain
(Cepedal et al. 2000).

Table 7: Simplified paragenetic sequence of minerals present in the various rock types of the Ahar Region, NW Iran.

background image

223

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

The minerals in the skarn zone belong to the system CaO—

Al

2

O

3

—Fe

2

O

3

—SiO

2

—H

2

O  and  the  system  CaO—MgO—FeO—

SiO

2

—H

2

O  so  that  the  final  mineralogy  is  a  combination  of

the two series of reaction in the endoskarn.

Plagioclase   Epidote   Garnet
Biotite   Amphibole   Clinopyroxene
(3) The  third  stage  represents,  therefore,  the  culmination

of the prograde skarn formation and is followed by a drop in
temperature and beginning of the retrograde stages of skarn
formation. The crystallization of epidote, chlorite, tremolite—
actinolite,  and  sphene  characterize  this  initial  retrograde
stage. The chalcopyrite follows magnetite by replacing it and
the  earlier  minerals  such  as  garnet,  calcite,  and  hematite.
Processes  such  as  hydrolysis,  carbonation  and  sulphidation,
due to relatively low temperature hydrothermal fluids, were
responsible for the formation of these mineral assemblages.
Epidote is the most common alteration mineral, locally rang-
ing from 50 to 85 % in modal value. A local increase in O

2

may  have  played  an  important  role  in  the  formation  of  epi-
dote (Perkins et al. 1986; Berman 1988):

garnet                                               epidote
Tremolite—actinolite  in  this  sub-stage  was  probably

formed  by  retrograde  alteration  of  clinopyroxene  (Zussman
et al. 1992). Such alteration is well illustrated where the rem-
nants  of  pyroxene  and  garnet  are  seen  within  the  actinolite
minerals (Mollai et al. 2009):

clinopyroxene                         tremolite—actinolite
Thus, at least two paragenetic stages of skarn formation and

ore  deposition  have  been  recognized:  stage 2,  hedenbergitic
pyroxene ± garnet ± scapolite (meionite) ± quartz ± magnetite,
and stage 3 amphibole ± epidote ± chlorite ± quartz co ± calcite
and  pyrrhotite + chalcopyrite ± pyrite.  The  hydrous  skarn  as-
semblage (stage 3) replaced early-formed skarn assemblages.
This alteration is similar to the other Cu-Fe and Fe-Cu skarn
deposits  in  the  world  (Meinert  1992;  Kwak  1994;  Newberry
1998; Meinert et al. 2005; Yücel Öztürk et al. 2008).

(4)  The  magnetite-chalcopyrite  metasomatism  is  followed

by  epigenetic  hydrothermal  veins  containing  chalcopyrite,
bornite,  covellite,  cubanite,  magnetite,  quartz,  calcite  and
chlorite. The veins filled a system of conjugate fractures trans-
verse to the original bedding direction.

(5) The latest episode in the area is represented by the bar-

ren hydrothermal veins containing quartz, calcite and/or chlo-
rite  veinlets  and  alteration  of  the  existing  low  temperature
assemblage minerals to epidote, chlorite, and carbonates.

According to Einaudi et al. (1981), the distribution, miner-

alogy and metal ratios of skarns are quite variable, and may
be correlated to the types of magma, depth of formation, oxi-
dation state and distance from intrusion (Meinert 1995). The
different  oxygen  fugacities  within  the  magma  and  liberated
ore  solution  are  essential  for  the  development  of  a  metallo-
genic  province.  According  to  Einaudi  et  al.  (1981),  magne-
tite-rich skarn, equivalent to the Fe-Co skarn of Smirnov et
al. (1976) and Smirnov & Beus (1983), with significant Cu,
Co and Au content, was produced from more mafic igneous
rock  types  of  an  oceanic  island  arc.  A  hypabyssal  environ-
ment produces Fe, Cu, Mo, Pb and Zn skarn. Lithophile min-

eralized skarns like Sn, W, F, Li, Be, and B are confined to
belts of highly siliceous alkalic granites, whereas litho-chal-
cophile  mineralization  (W,  Ho,  Cu,  Zn,  Pb,  Au,  Hg,  Sb)  is
more typical of moderately siliceous magmas.

The  arc-magmatic  or  subduction-related  setting  of  these

granodioritic  rocks  are  indicated  by  their  major  and  trace-
element  geochemistry  (Figs. 8,  9,  10).  Magnetite-bearing
epidote-pyroxene, plagioclase, garnet endoskarn and garnet-
epidote  bearing  exoskarn  are  characteristic  of  island-arc
skarn (Einaudi et al. 1981). The andraditic garnet is the main
skarn  mineral  and  pyroxene  belongs  to  the  diopside-heden-
bergite series. Magnetite is the dominant primary iron oxide
mineral,  occurring  either  between  exoskarn  and  limestone  or
endoskarn  and  exoskarn.  Chalcopyrite  and  pyrite  are  the  im-
portant sulphide minerals, as in the Shinyama mine, Kamaishi
district, Japan, which is an island-arc type of skarn deposit.
The most characteristic retrograde minerals include epidote,
actinolite, chlorite, calcite and quartz. Copper skarns reported
from  oceanic  island  arc  settings  associated  with  quartz
monzonite to granodiorite plutons are characterized by high
garnet  to  pyroxene  ratios,  relatively  oxidized  assemblages
(andraditic garnet, diopside, pyroxene, magnetite and hema-
tite) and moderate to high sulphide content (Meinert 1984).
From  the  above  discussion  and  comparison,  it  can  be  con-
cluded  that  the  island-arc  setting  is  very  well  fitted  to  the
skarn deposits in the Ahar region and the ore solution related
to their magmatic origin.

Conclusions

The  skarn  deposits  of  the  Ahar  region  can  be  classified

petrologically into endoskarn, exoskarn and ore skarn. Each
of these can be further subdivided on the basis of predomi-
nant  mineral  assemblage.  The  dominant  skarn  minerals  are
garnet,  calcite,  pyroxene,  actinolite  and  epidote  which  are
accompanied  by  quartz,  feldspar,  minor  vesuvianite  and
hornblende.  These  early-formed  calc-silicate  minerals  were
later texturally replaced by oxides (magnetite, hematite), sul-
phides  (chalcopyrite,  pyrite,  covellite,  bornite,  galena,
sphalerite)  and  carbonates  (calcite,  ankerite  and  siderite).
Field evidence, mineralogical and textural criteria and com-
positional data show five stages of skarn evolution. The first
stage  consists  of  plutonic  emplacement  and  iso-  chemical
metamorphism, followed by the prograde metasomatic stage,
marked by the growth of anhydrous minerals (pyroxene and
garnet). The third stage of the skarn formation is marked by
magnetite  replacing  anhydrous  calc-silicate  minerals.  The
fourth stage is marked by a drop in temperature and the be-
ginning  of  the  retrograde  changes.  Magnetite-chalcopyrite
metasomatism is followed by epigenetic hydrothermal veins
containing chalcopyrite, bornite, covellite, cubanite, magne-
tite, quartz, calcite and chlorite. The last stage is represented
by barren hydrothermal quartz veins, veinlets of calcite and/
or chlorite, and alteration of the existing low temperature as-
semblage minerals to epidote, chlorite and carbonates.

Spatial and temporal association of mineral deposits with

island-arc setting  related magmatic activity in the Ahar re-
gion of NW Iran allow us to define metallogenic epochs and

Ca(Fe,Mg)

2

Si

2

O

6

+2H

2

O+3CO

2

Ca

2

(Fe,Mg)

5

Si

8

O

22

(OH)

2

+CaCO

3

+2SiO

2

 

Ca

3

(Fe,Al)

2

Si3O

12

+

5

/4

O

2

+HCO

3

CaCO

3

+Ca

2

FeAl

2

Si

3

O

12

+

1

/2

Fe

2

O

3

 

background image

224

MOLLAI, PE-PIPER and DABIRI

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

petrographical  to  geochemical  provinces  that  could  be  used
in mineral exploration. Temporal association of Cu-Mo, Cu
and  Cu-Fe  skarn  deposits  with  post-collisional  granitoids
suggest  a  metallogenic  epoch  during  the  Oligo-Miocene  in
northwest and central Iran (Sarcheshmeh copper porphyry in
Kerman). In this epoch, formation of Cu and Cu-Fe skarn de-
posits took place in the province of granodioritic intrusions,
and Cu-Mo deposits were formed in the province of monzo-
nitic  to  monzodioritic  intrusions.  The  most  significant  fea-
ture  assigned  to  the  island  arc  setting  and  post-  collision
granitoids in the Ahar region is that they are products of ho-
mogeneous to heterogeneous mixing melt formed in a single
tectonic setting. From the above discussion and comparison,
it  can  be  concluded  that  the  calc-alkaline,  volcanic  arc
geochemistry of the host granodiorite and the mineralogical
assemblages in the skarns suggest that the skarn deposits of
the Ahar region formed in an island-arc subduction setting.

Acknowledgments:  We  gratefully  acknowledge  the  finan-
cial  support  for  this  research  made  available  by  the  Vice
Presidency  of  Research  and  Technology,  Mashhad  Branch,
Islamic Azad University Mashhad, Iran. I would like to offer
special  thanks  to  my  friend,  Dr.  A.  Fazelli,  in  GSI,  Dr  K.
Rostamy  in  Germany  and  Eng.  R.  Sharifian  for  their  very
helpful suggestions and constructive criticisms.

References

Aghanabati A. 1993: Geological survey of Iran Geological quadran-

gle map of Iran No. J11 (Bam sheet), scale, 1 : 250,000.

Aghazadeh  M.,  Castro  A.,  Omran  N.R.,  Emami  M.H.,  Moinvaziri

H.  &  Badrzadeh  Z.  2010:  The  gabbro  (shoshonitic)—monzo-
nite—granodiorite  association  of  Khankandi  pluton,  Alborz
Mountains, NW Iran. J. Asian Earth Sci. 38, 5, 199—219.

Atkinson W. & Einaudi M. 1978: Skarn formation and mineraliza-

tion in the contact aureole at Carr Fork, Bingham, Utah. Econ.
Geol
. 73, 7, 1326—1365.

Azizi H. & Moinevaziri H. 2009: Review of the tectonic setting of

Cretaceous  to  Quaternary  volcanism  in  northwestern  Iran.  J.
Geodynamics
 47, 4, 167—179.

Bazin D. & Hübner H. 1969: Copper deposits in Iran. Geol. Surv.

Iran, Teheran, 1—226.

Berman  R.  1988:  Internally-consistent  thermodynamic  data  for

minerals  in  the  system  Na

2

O-K

2

O-CaO-MgO-FeO-Fe

2

O

3

-

Al

2

O

3

-SiO

2

-TiO

2

-H

2

O-CO

2

J. Petrology 29, 2, 445—522.

Boztug˘  D.,  Ku çu  I

·

.,  Erçin  A.,  Avc

l

  N. &  ahin  S.  2003:  Mineral

deposits  associated  with  the  pre-,  syn-and  post-collisional
granitoids  of  the  Neo-Tethyan  convergence  system  between
the  Eurasian  and  Anatolian  plates  in  NE  and  Central  Turkey.
Mineral  exploration  and  sustainable  development.  Millpress,
Rotterdam, 1141—1144.

Burnham C.W. 1979: Magmas and hydrothermal fluids. Geochem.

Hydrothermal Ore Deposits 2, 71—136.

Calagari A.A. 2004: Fluid inclusion studies in quartz veinlets in the

porphyry copper deposit at Sungun, East-Azarbaidjan, Iran. J.
Asian Earth Sci.
 23, 2, 179—189.

Calagari  A.A.  &  Hosseinzadeh  G.  2006a:  The  mineralogy  of  cop-

per-bearing  skarn  to  the  east  of  the  Sungun-Chay  river,  East-
Azarbaidjan, Iran. J. Asian Earth Sci. 28, 4—6, 423—438.

Calagari A.A. & Hosseinzadeh G. 2006b: The mineralogy of cop-

per-bearing  skarn  to  the  east  of  the  Sungun-Chay  river,  East-
Azarbaidjan, Iran. J. Asian Earth Sci. 28, 4, 423—438.

Candela  P.  &  Piccoli  P.  1995:  Model  ore-metal  partitioning  from

melts  into  vapor  and  vapor/brine  mixtures.  Magmas,  Fluids,
and Ore Deposits
 23, 101—127.

Cepedal  A.,  Martín-Izard  A.,  Reguilón  R.,  Rodr

l

guez-Pevida  L.,

Spiering  E.  &  González-Nistal  S.  2000:  Origin  and  evolution
of the calcic and magnesian skarns hosting the El Valle-Boinás
copper—gold  deposit,  Asturias  (Spain).  J.  Geochem.  Explor.
71, 2, 119—151.

Chen  Y.-J.,  Chen  H.-Y.,  Zaw  K.,  Pirajno  F.  &  Zhang  Z.-J.  2007:

Geodynamic settings and tectonic model of skarn gold deposits
in China: an overview. Ore Geol. Rev. 31, 1, 139—169.

Cline  J.S.  &  Bodnar  R.J.  1991:  Can  economic  porphyry  copper

mineralization be generated by a typical calc-alkaline melt? J.
Geophys. Res
. 96, B5, 8113—8126.

Dilek Y., Imamverdiyev N. & Altunkaynak  . 2010: Geochemistry

and  tectonics  of  Cenozoic  volcanism  in  the  Lesser  Caucasus
(Azerbaijan)  and  the  peri-Arabian  region:  collision-induced
mantle dynamics and its magmatic fingerprint. Int. Geol. Rev.
52, 4—6, 536—578.

Einaudi M.T. & Burt D.M. 1982: Introduction; terminology, classi-

fication, and composition of skarn deposits. Econ. Geol. 77, 4,
745—754.

Einaudi M., Meinert L. & Newberry R. 1981: Skarn deposits. Econ.

Geol., 75th Anniv., Vol. 317—391.

Etminan  H.  1978:  Discovery  of  copper  and  Molybdenum  porphyry

near Sungun village NW Iran. Report Geol. Surv., Iran, 1—1356.

Groves  D.I.,  Goldfarb  R.J.,  Gebre-Mariam  M.,  Hagemann  S.  &

Robert F. 1998: Orogenic gold deposits: a proposed classifica-
tion in the context of their crustal distribution and relationship
to other gold deposit types. Ore Geol. Rev. 13, 1, 7—27.

Hedenquist J.W., Arribas A. & Reynolds T.J. 1998: Evolution of an

intrusion-centered hydrothermal system; Far Southeast-Lepanto
porphyry  and  epithermal  Cu-Au  deposits,  Philippines.  Econ.
Geol
. 93, 4, 373—404.

Hezarkhani  A.,  Williams-Jones  A.  &  Gammons  C.  1999:  Factors

controlling copper solubility and chalcopyrite deposition in the
Sungun porphyry copper deposit, Iran. Mineralium Depos. 34,
8, 770—783.

Hezarkhani A. & Williams-Jones A.E. 1998: Controls of alteration

and  mineralization  in  the  Sungun  porphyry  copper  deposit,
Iran; evidence from fluid inclusions and stable isotopes. Econ.
Geol
. 93, 5, 651—670.

Hollister L.S. & Crawford M.L. (Eds.) 1981: Fluid inclusions: Ap-

plications  to  petrology.  Miner. Assoc.  Canada,  Ontario,  Short
Course Handbook, 6, 1—304.

Jamali H., Dilek Y., Daliran F., Yaghubpur A. & Mehrabi B. 2010:

Metallogeny  and  tectonic  evolution  of  the  Cenozoic  Ahar—
Arasbaran volcanic belt, northern Iran. Int. Geol. Rev. 52, 4—6,
608—630.

Karimzadeh Somarin A. 2004: Garnet composition as an indicator

of  Cu  mineralization:  evidence  from  skarn  deposits  of  NW
Iran. J. Geochem. Explor. 81, 1, 47—57.

Ku cu I., Gençaliog˘lu Ku cu G., Meinert L.D. & Floyd P.A. 2002:

Tectonic  setting  and  petrogenesis  of  the  Çelebi  granitoid,
(K

l

r

l

kkale-Turkey)  and  comparison  with  world  skarn  grani-

toids. J. Geochem. Explor. 76, 3, 175—194.

Kwak  T.A.P.  1994:  Hydrothermal  alteration  in  carbonate-replace-

ment deposits; ore skarns and distal equivalents. Alteration and
alteration  processes  associated  with  ore-forming  systems:
Geol. Assoc. Canada Short Course Notes 11, 381—402.

Kwak T.A.P. & Kwak T. 1987: W-Sn skarn deposits and related meta-

morphic skarns and granitoids. Elsevier, Amsterdam, 1—439.

Lescuyer  J.I.  &  Riou  R.  1976:  Géologie  de  la  région  de  Mianeh

(Azarbaijan). Contribution de la volcanisme tertiare de l’ Iran.
Thèse 3 cycle, Grenoble, 1—234.

Martin-Izard A., Fuertes-Fuente M., Cepedal A., Moreiras D., Nieto

background image

225

RELATIONSHIPS BETWEEN SKARN ORE DEPOSITS AND MAGMATISM IN WESTERN ALBORZ (NW IRAN)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 3, 207—225

J.G., Maldonado C. & Pevida L.R. 2000: The Rio Narcea gold
belt  intrusions:  geology,  petrology,  geochemistry  and  timing.
J. Geochem. Explor. 71, 2, 103—117.

Mehrpartou  M.  1993:  Contributions  to  the  geology,  geochemistry,

Ore genesis and fluid inclusion investigations on Sungun Cu-Mo
porphyry deposit, northwest of Iran. Ph.D. Dissertation, Uni-
versity of Hamburg
, Germany, 1—245.

Mehrpartou M. & Torkian M. 1994: Investigation on Fluid inclusion

in  Copper  Molybdenum  Porphyritic  Complex  of  Sungun,West
of Ahar, East Azerbaijan. J. Geosci. Sci. Quart. 3, 3—27.

Meinert L.D. 1984: Mineralogy and petrology of iron skarns in west-

ern British Columbia, Canada. Econ. Geol. 79, 5, 869—882.

Meinert L.D. 1992: Skarns and skarn deposit. J. Geol. Assoc. Canada,

Geosci. Canada 19, 4, 145—162.

Meinert L.D. 1995: Compositional variation of igneous rocks asso-

ciated with skarn deposits – Chemical evidence for a genetic
connection  between  petrogenesis  and  mineralization.  In:
Thompson  J.F.H.  (Ed.):  Magmas,  fluids,  and  ore  deposits.
Miner. Assoc. Canad. Short Course Ser. 23, 401—418.

Meinert L., Dipple G. & Nicolescu S. 2005: World skarn deposits.

Econ. Geol. 100, 299—336.

Mollai H. 1993: Petrochemistry and genesis of the granodiorite and

associated  iron-copper  skarn  deposit  of  Mazraeh,  Ahar,  East
Azarbaijan, Iran. Unpubl. PhD Thesis, University of Roorkee,
Roorkee, 1—265.

Mollaei H., Yaghubpur A. & Attar R.S. 2009: Geology and geochem-

istry  of  skarn  deposits  in  the  northern  part  of  Ahar  batholith,
East Azarbaijan, NW Iran. Iranian J. Earth Sci. 1, 1, 15—34.

Mollai  H.,  Sharma  R.  &  Pe-Piper  G.  2009:  Copper  mineralization

around the Ahar batholith, north of Ahar (NW Iran): Evidence
for fluid evolution and the origin of the skarn ore deposit. Ore
Geol. Rev
. 35, 3—4, 401—414.

Newberry R.J. 1998: W-and Sn-skarn deposits: a 1998 status report.

Mineral. Assoc. Canada, Short Course Ser. 26, 289—335.

Oyman  T.  2010:  Geochemistry,  mineralogy  and  genesis  of  the

Ayazmant  Fe—Cu  skarn  deposit  in  Ayvalik,  (Balikesir),  Tur-
key. Ore Geol. Rev. 37, 3, 175—201.

Perkins E., Brown T. & Berman R. 1986: PT-SYSTEM, TX-SYS-

TEM, PX-SYSTEM: three programs which calculate pressure-
temperature-composition  phase  diagrams.  Computers  &
Geosciences
 12, 6, 749—755.

Rolland  Y.,  Billo  S.,  Corsini  M.,  Sosson  M.  &  Galoyan  G.  2009:

Blueschists of the Amassia-Stepanavan Suture Zone (Armenia):
linking Tethys subduction history from E-Turkey to W-Iran. Int.
J. Earth Sci
. 98, 3, 533—550.

Rose A. & Burt D. 1979: Hydrothermal alteration. In: Barnes H.L.

(Ed.):  Geochemistry  of  hydrothermal  ore  deposits.  2nd  edit.
John Wiley
 8, 173—235.

Schwartz G.M. 1950: Problems in the relation of ore deposits to hydro-

thermal alteration. Quart. J. Colo. School of Mines 4, 197—208.

Smirnov V.I. & Beus A.A. 1983: Studies of mineral deposits. MIR

Publ., Moscow, 1—288.

Smirnov V.I., Creighton H.C. & Dunham K. 1976: Geology of min-

eral deposits. MIR Publ., Moscow, 1—520.

Superceanu  C.  1971:  The  eastern  Mediterranian-Iranian  alpine

copper-molybdenum belt. Soc. Mining Geol. Japan, Spec. 3,
393—398.

Tarkhani M., Vossogi Abdeini M. & Baharvand N. 2010: An intro-

duction to Calc-alkaline lamprophyres (Spessartites) at Saghez
Area. J. Sci. Islamic Azad Univ. 20, 77, 237—251.

Xiao B., Qin K., Li G., Li J., Xia D., Chen L. & Zhao J. 2012: Highly

oxidized magma and fluid evolution of Miocene Qulong Giant
Porphyry CuMo Deposit, Southern Tibet, China. Res. Geol. 62,
1, 4—18.

Yücel Öztürk Y., Helvac

l

 C. & Sat

l

r M. 2008: The influence of me-

teoric water on skarn formation and late-stage hydrothermal al-
teration at the Evciler skarn occurrences, Kazdag˘, NW Turkey.
Ore Geol. Rev. 34, 3, 271—284.

Zussman J., Howie R. & Deer W. 1992: An introduction to the rock

forming minerals. Longman, Harlow, (2nd edition), 1—712.