Role of liquid immiscibility in the formation of the rare metal granites of the Katugin massif, Aldan shield

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper discusses possible immiscibility between fluoride salt (“cryolite”) and silicate liquids into which the parental melt of the Katugin massif exsolves, and the petrological implications of this phenomenon. Results of a detailed study of the cryolite and zircon are presented. Liquid immiscibility is demonstrated to have triggered the massive crystallization of zircon and, together with the processes of subsequent evolution of the cryolite melt, contributed to the formation of the large cryolite bodies. Data on mineralhosted inclusions were used to estimate the crystallization temperatures of fluoride salt and silicate melts and outline the pathways of their evolution during the formation of the massif. It is shown that the granites of the Katugin and West Katugin massifs were most likely derived from distinct sources, that differed mainly in fluorine content. Data on the chemical composition of three zircon generations identified in the granites of the Katugin massif are presented.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. V. Tolmacheva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

S. D. Velikoslavinskii

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

A. В. Kotov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

A. M. Larin

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

E. V. Sklyarov

Institute of the Earth crust, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Irkutsk; Novosibirsk

D. P. Gladkochub

Institute of the Earth crust, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Irkutsk

T. V. Donskaya

Institute of the Earth crust, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Irkutsk

T. M. Skovitina

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation

V. P. Kovach

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

O. L. Galankina

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: helena-tolmacheva@yandex.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Архангельская В.В., Казанский В.И., Прохоров К.В., Собаченко В.Н. Геологическое строение, зональность и условия образования Катугинского Ta-Nb-Zr-месторождения (Чаро-Удоканский район, Восточная Сибирь) // Геология рудн. месторождений. 1993. Т. 35. № 2. С. 115–131.
  2. Архангельская В.В., Быков Ю.В., Володин Р.Н. Удоканское медное и Катугинское редкометальное месторождения в Читинской области России. Чита: Читинский государственный университет, 2004. 520 с.
  3. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Лист О-50-ХХХIV. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2004.
  4. Граменицкий Е.Н., Щекина Т.И., Девятова В.Н. Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами (экспериментальное исследование). М.: ГЕОС, 2005. 198 с.
  5. Граменицкий Е.Н., Щекина Т.И., Алферьева Я.О., Зубков Е.С. Распределение элементов I и II групп между ликвидусными фазами насыщенной фтором системы Si-Al-Na-K-Li-H-O // Вест. МГУ. Сер. 4. Геология. 2008. № 6. С. 26–32.
  6. Донская Т.В., Гладкочуб Д.П., Скляров Е.В. и др. Петрогенезис и источники расплавов раннепротерозойских гранитов Катугинского массива // Петрология. 2018. Т. 26. № 1. С. 52–71.
  7. Загорский B.Е., Перетяжко И.С. Малханская гранитно-пегматитовая система // Докл. АН. 2006. Т. 406. № 4. С. 511–515.
  8. Коваленко В.И., Владыкин Н.В., Лапидес И.Л., Горегляд А.В. Щелочные амфиболы редкометальных гранитоидов. Новосибирск: Наука, 1977. 228 с.
  9. Когарко Л.Н., Кригман Л.Д. Фтор в силикатных расплавах и магмах. М.: Наука, 1981. 124 с.
  10. Котельникова З.А., Котельников А.Р. Na-F-содержащие флюиды; экспериментальное изучение при 500–800◦С и Р = 2000 бар методом синтетических флюидных включений в кварце // Геохимия. 2008. № 1. С. 54–68.
  11. Котов А.Б., Владыкин Н.В., Ларин А.М. и др. Новые данные о возрасте оруденения уникального Катугинского редкометального месторождения (Алданский щит) // Докл. АН. 2015. Т. 463. № 2. С. 187–191.
  12. Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Толмачева Е.В. и др. Возраст преобразований редкометальных щелочных гранитов Катугинского массива (Алданский щит) // Докл. АН. 2018а. Т. 478. № 1. С. 54–58.
  13. Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Ковач В.П. и др. Верхняя возрастная граница формирования протолитов метаосадочных пород нижней части разреза удоканской серии (Алданский щит) // Докл. АН. 2018б. Т. 479. № 4. С. 412–416.
  14. Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Толмачева Е.В. и др. Возраст преобразований редкометальных щелочных гранитов Катугинского массива (Алданский щит) // Докл. АН. 2019. Т. 478. № 1. С. 54–58.
  15. Ларин А.М., Котов А.Б., Сальникова Е.Б. и др. О возрасте Катугинского Ta-Nb месторождения (Алдано-Становой щит: к проблеме выделения новой глобальной редкометальной металлогенетической эпохи // Докл. АН. 2002. Т. 383. № 6. С. 807‒811.
  16. Левашова Е.В., Скублов С.Г., Марин Ю.Б. и др. Редкие элементы в цирконе Катугинского редкометального месторождения // Зап. РМО. 2014. Ч. CXLIII. № 5. С. 17–31.
  17. Летников Ф.А., Глебовицкий В.А., Седова И.С. и др. Флюидный режим метаморфизма. Новосибирск: Наука, 1980. 192 с.
  18. Перетяжко И.С. Условия образования минерализованных полостей (миарол) в гранитных пегматитах и гранитах // Петрология. 2010. Т. 18. № 2. С. 195–222.
  19. Перетяжко И.С., Загорский В.Е, Царева Е.А., Сапожников А.Н. Несмесимость фторидно-кальциевого и алюмосиликатного расплава в онгонитах массива Ары-Булак (Восточное Забайкалье) // Докл. АН. 2007. Т. 413. № 2. С. 244–250.
  20. Перетяжко И.С., Савина Е.А., Сук Н.И. и др. Эволюция состава фторидно-кальциевого расплава по экспериментальным данным и процессы образования флюорита в риолитах // Петрология. 2020. T. 28. № 3. С. 254–279.
  21. Реддер Э. Флюидные включения в минералах. М.: Мир, 1987. Т. 1. 560 с.; Т. 2. 631 c.
  22. Савельева В.Б., Базарова Е.П., Хромова Е.А., Канакин С.В. Редкоземельные минералы в породах Катугинского редкометального месторождения (Восточное Забайкалье): поведение лантаноидов и Y при кристаллизации насыщенного фтором агпаитового расплава // ЗРМО. 2017. Ч. CXLVI. № 4. С. 1–21.
  23. Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Котов А.Б. и др. Роль процессов ликвации в генезисе руд катугинского редкометального месторождения (Удоканский хребет) // Тектоника, глубинное строение и минералология востока Азии: IX Косыгинские чтения. Материалы Всероссийской конференции. ИТиГ ДВО РАН, 2016а. С. 194–197.
  24. Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Котов А.Б. и др. Генезис Катугинского редкометального месторождения: магматизм против метасоматоза // Тихоокеанская геология. 2016б. Т. 35. № 3. С. 9–22.
  25. Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. М.: Металлургия, 1977. 392 с.
  26. Щекина Т.И., Граменицкий Е.Н., Алферьева Я.О. Лейкократовые магматические расплавы с предельными концентрациями фтора: эксперимент и природные отношения // Петрология. 2013. Т. 21. № 5. С. 499–516.
  27. Щекина Т.И., Русак А.А., Алферьева Я.О. и др. Распределение REE, Y, Sc и Li между алюмосиликатным и алюмофторидным расплавами в модельной гранитной системе в зависимости от давления и содержания воды // Геохимия. 2020. Т. 65. № 4. С. 343–361.
  28. Dolej D., Baker D.R. Phase transitions and volumetric properties of cryolite, Na3AlF6: Differential thermal analysis to 100 MPa // Amer. Mineral. 2006. V. 91. № 1. P. 97–103.
  29. Candela P.A., Piccoli P.M. Model ore-metal partitioning from melts into vapor and vapor/brine mixtures // Magmas, fluids, and ore deposits. Ser. Shorts course series. Victoria, British Columbia. Mineral. Assoc. Canada. 1995. V. 23. P. 5. P. 101–127.
  30. Klemme S. Evidence for fluoride melts in Earth’s mantle formed by liquid immiscibility // Geology. 2004. V. 32. P. 441–444.
  31. Taylor S.R., McLennan S.M. The continental crust: its composition and evolution. Oxford: Blackwell Publication, 1985. 312 p.
  32. Thomas R., Foerster H.J., Rickers K., Webster J.D. Formation of extremely F-rich hidrous melt fractions and hydrothermal fluids during differentiation of highly-evolved tin-granite magmas: a melt-fluid inclusion study // Contrib. Mineral. Petrol. 2005. V. 148. P. 673–683.
  33. Veksler I. V., Dorfman A.M., Kamenetsky M. Partitioning of lanthanides and Y between immiscible silicate and fluorite melts, fluorite and cryolite and the origin of the lanthanide tetrad effect in igneous rocks // Geochim. Cosmochim. Acta. 2005. V. 69. № 11. P. 2847–2860.
  34. Watson E.B., Wark D.A., Thomas J.B. Crystallization thermometers for zircon and rutile // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. V. 151. P. 413–433.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic geological map of the southern part of the Charo-Olekminsky geoblock of the Aldan shield. 1 – Quaternary deposits; 2 – platobasalts (N2–Q); 3 – Vendian, Cambrian, Ordovician and Jurassic deposits are undifferentiated; 4 – granites, granodiorites, granosienites and monzonites of the Ingamakite complex (PZ); 5 – gabbro and dolerites of the Doros complex (PR1); 6 – stratified intrusions of the Chinaian complex (PR1); 7 – granitoid intrusions of the Kodar complex (PR1); 8 – intrusions of rare–metal granites (1 – Katuginsky, 2 - West Katuginsky massifs) of the Katuginsky complex (PR1); 9-11 – terrigenous deposits of the Udokan complex (PR1): 9 – Kemensk series, 10 – Chiney series, 11 – Kodar series; 12 – Neoarchean anorthosites of the Kalar complex; 13 – weakly metamorphosed strata of the Subgan complex; 14 – garnet-biotite gneisses and crystalline shales of the Kalar strata (PR1?); 15 – Mesoarchean tonalite-trondyemite orthogneisses of the Olekminsky complex; 16 – metamorphic and magmatic complexes of the Selengino-Stanovoi superterrane of the Central Asian folded belt; 17 – major discontinuous faults.

Download (450KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Micrographs of cryolite (a–h) secretions and fluid inclusions in it (o–c). (a) – a cryolite globule with a quenching zone; (b) – a cryolite globule with a gas bubble; (c) – cryolite globules with quenching zones in potassium feldspar (“snowball" structure); (d) – a cryolite globule decomposed due to an imposed thermal (metamorphism) event; (e) – large separations of the fluid phase in the cryolite globule after its homogenization and subsequent cooling; (f) – deformation – a cryolite vein in granite during metamorphism; (w, z, i, k) – analyzed cryolite globules with measurement points in the reflected electron mode (the results are shown in Table. 1); (l–m) – edges of idiomorphic β-cryolite on the surface of cryolite globules; (h) – α-cryolite with polysynthetic twins; (o, c) – primary fluid inclusions in cryolite (with a homogenization temperature of 250-400 °C); (p, r) – secondary decomposed fluid inclusions in the cryolite of a large lens.

Download (693KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The relative amount of cryolite in granites of different mineral composition in the granites of the Katuginsky complex. The results of the study of 138 petrographic sections were used.

Download (78KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Micrographs of zircon crystals and molten inclusions contained therein from the granite of the Katuginsky massif. (a) – idiomorphic lilac zircon crystal (first generation); (b) – zonal zircon grain (core – magmatic zircon of the first generation, shell – metamorphic zircon of the second generation); (c) – zircon grain of complex structure in cathodoluminescence mode (magmatic core with oscillatory zonality and homogeneous gray shell of metamorphic zircon of the second generation); (d–e) – idiomorphic zircon crystals (third generation); (e) – zircon crystal (third generation) in the cathodoluminescence mode; (g) – a schlieroid cluster of zircon crystals in aegirine-containing granite; (h) – edges of zircon crystals on the surface of cryolite globules; (i–h) – molten inclusions in zircon of the first generation: (i, k) – completely crystallized undisturbed molten inclusions in zircon grains from a schlieroid cluster; (l) – decomposed molten inclusion; (m, h) – points for measuring the composition of minerals in fully crystallized undisturbed molten inclusions in the reflected electron mode (Qz – quartz, Kfs – potassium feldspar, Nb-, LREE-, (Nb + Ti + Fe) – mineral phases with a high content of Nb, light rare earth elements, Nb, Ti and Fe, respectively, diagnosed using the JEOLJSM-651OLA electron microscope).

Download (398KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diagrams reflecting the differences in the composition of different zircon generations from the granite of the Katuginsky massif. (a) – distribution of rare earth elements in zircon of different granite generations of the Katuginsky massif. The data are normalized by (Taylor, McLennan, 1985). (b) – diagram Nb–(Th + U) with figurative points of zircon composition of different generations. (c) is an Nb–Y diagram with figurative points of zircon composition of different generations. The diagrams are constructed according to Table 3. Zr_1, Zr_2, Zr_3 are zircons of the first, second and third generations, respectively.

Download (240KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Patterns of changes in the content of trace elements (g/t) in zircon of the first (1), second (2) and third (3) generations.

Download (254KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Variations of a number of chemical elements in the granites of the Katuginsky complex depending on the contents of SiO2 (a–e) and F (g). 1-4 – figurative points of the granite of the Katuginsky massif: 1 – aegirine granites, 2 – aegirine-ribekite granites, 3 – ribekite granites, 4 – biotite and biotite-ribekite granites; 5 – field of compositions of biotite and biotite-ribekite granites of the West Katuginsky massif.

Download (251KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Variations in the contents of petrogenic elements (wt. %) in a model silicate melt formed as a result of the manifestation of liquid immiscibility. See the legend in Fig. 7.

Download (264KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Quartz–albite–orthoclase diagram with figurative points of a model silicate melt of granite of the Katuginsky massif and triple minima. Gray field – compositions of biotite granites of the western satellite. An uncluttered ellipse is a field of granite compositions of the Katuginsky massif calculated from the gross composition (silicate and fluoride-sodium melts) of granites, according to data (Donskaya et al., 2018).

Download (75KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».