The Cogne magnetite deposit (Western Alps, Italy): a Late Jurassic seafloor ultramafic-hosted hydrothermal system?

The Cogne magnetite deposit (Western Alps, Italy) is the largest in a series of apatite and sulphide-free magnetite orebodies that are hosted in serpentinites belonging to western Alpine ophiolitic units. The nearly endmember composition of magnetite, which is unusual for an ultramafic setting, and the relatively high tonnage of the deposit (18 ∙ 10^6 tons at 45-50 wt% Fe) make Cogne an intriguing case study to explore magnetite-forming processes in ophiolites. The Cogne magnetite shows variable textures, including nodular ores, veins and fine-grained disseminations in serpentinites after mantle peridotites and totally serpentinized melt-impregnated peridotites (troctolites). An increase in Co/Ni ratio from magnetite-poor serpentinized peridotites (0.05) to nodular ores (>1) is observed. Trace element analyses of magnetite from different sites and lithologies by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry indicate that magnetites have typically hydrothermal compositions, characterized by high Mg and Mn (median values up to ~24100 and ~5000 ppm, respectively), and low Cr, Ti and V (median values up to ~30, ~570 and ~60 ppm, respectively). Moreover, the variations in trace element compositions distinguish magnetite that has hydrothermal fluid-controlled composition [highest (Mg, Mn, Co, Zn)/Ni ratios] from magnetite whose composition is affected by host-rock chemistry (highest Ni ± Ti ± V). U-Th-Pb dating of magnetite-associated uraninite constrains the formation of the deposit to the Late Jurassic (ca. 150 Ma), during an advanced stage of the opening of the Alpine Tethys. Thermodynamic modelling of fluid-rock interactions indicates that fluids produced by seawater–peridotite or seawater–Fe-gabbro are not sufficiently Fe-rich to account for the formation of the Cogne deposit. This suggests that fractionation processes such as phase separation were critical to generate hydrothermal fluids capable to precipitate large amounts of magnetite in various types of ultramafic host-rocks. The oceanic setting and geochemical and mineralogical similarities with some modern ultramafic-hosted volcanogenic massive sulphide deposits on mid-ocean ridges suggest that the exposed mineralized section at Cogne may represent the deep segment of a seafloor, high-temperature (~300–400°C) hydrothermal system. The occurrence of similar magnetite enrichments in present-day oceanic settings could contribute to explain the presence of significant magnetic anomalies centred on active and inactive ultramafic-hosted hydrothermal fields.

Il giacimento di magnetite di Cogne (Alpi Occidentali, Italia) è il più grande tra le mineralizzazioni a magnetite prive di apatite e solfuri che sono ospitate nelle serpentiniti appartenenti alle unità ofiolitiche delle Alpi Occidentali. La magnetite di composizione prossima al termine puro, insolita in rocce ultramafiche, e il tonnellaggio significativo del giacimento (18 ∙ 10^6 tonnellate con concentrazioni di Fe del 45-50% in peso), rendono Cogne un interessante caso studio per indagare i processi responsabili della formazione di magnetite nelle ofioliti. La magnetite di Cogne si presenta come minerale nodulare, vene e disseminazioni in serpentiniti derivanti da peridotiti di mantello e in peridotiti impregnate da fuso (troctoliti) totalmente serpentinizzate. Il rapporto Co/Ni aumenta a partire dalle serpentiniti povere in magnetite (0.05) fino al minerale nodulare (>1). L'analisi degli elementi in traccia nella magnetite proveniente da differenti siti e litologie, ottenuta tramite laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry, indica che la magnetite ha una composizione tipicamente idrotermale, caratterizzata da alte concentrazioni di Mg e Mn (valori mediani fino a ~24100 e ~5000 ppm, rispettivamente) e bassi Cr, Ti e V (valori mediani fino a ~30, ~570 e ~60 ppm, rispettivamente). Inoltre, le variazioni nel contenuto di elementi in traccia distinguono la magnetite che ha una composizione controllata dal fluido idrotermale [alti rapporti (Mg, Mn, Co, Zn)/Ni] dalla magnetite la cui composizione risente della geochimica della roccia incassante (alti Ni ± Ti ± V). La datazione radiometrica con il metodo U-Th-Pb dell'uraninite associata alla magnetite vincola l'età della formazione del giacimento al Giurassico superiore (circa 150 Ma), durante uno stadio avanzato dell'apertura della Tetide alpina. La modellazione termodinamica delle interazioni fluido-roccia indica che i fluidi risultanti dalle reazioni acqua marina-peridotite e acqua marina-Fe-gabbro non sono sufficientemente ricchi in Fe per generare il giacimento di Cogne. Ciò suggerisce che processi di frazionamento, come la separazione di fase, furono di cruciale importanza per produrre fluidi idrotermali in grado di precipitare grandi quantità di magnetite in varie tipologie di rocce incassanti ultramafiche. Il contesto oceanico e le somiglianze geochimiche e mineralogiche con alcuni moderni depositi vucanogenici a solfuri massivi di dorsale oceanica ospitati in ultramafiti suggeriscono che la sezione mineralizzata di Cogne possa rappresentare il segmento profondo di un sistema idrotermale di fondale oceanico di alta temperatura (~300-400°C). La presenza di analoghe concentrazioni di magnetite nella litosfera oceanica attuale potrebbe contribuire a spiegare l'esistenza di significative anomalie magnetiche situate in corrispondenza di sistemi idrotermali idrotermali sia attivi che inattivi impostati su rocce ultramafiche.