Mineralogical-geochemical features of zircon from the Kumir granitic stock, Gorny Altai

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Data on U-Pb age and composition of zircon from the Kumir granitic stock (Gorny Altai) and related greisens are presented for the first time. The magmatic, metamictic and pneumatolytic-hydrothermal zircons exhibit specific changes in main and trace elements with an increasing content of the high-field strength elemetns (U, Nb, Sc, REE) and decreasing Eu/Eu* and Ce/Ce* ratios. Depending on the composition and activity of volatiles in fluids and O fugacity, the REE contents and their ratios varied that is reflected on the tetrad effect of REE fractionation of М- and W- types.

Full Text

Введение

Известно, что циркон ZrSiO4 обнаруживается в широком ряду изверженных кислых пород от пералюминиевых до паралкалиновых (Dai et al., 2011; Liu et al., 2006). Он также является химически и физически устойчивым акцессорным минералом, который также найден в метаморфических (Sláma et al., 2007; Wang, Griffen, 2004) и осадочных породах (Anthony et al., 2003; Shao et al., 2016; Zhou et al., 2015). Циркон является ключевым минералом для понимания геологической истории Земли (Cherniak, Watson, 2003) благодаря двум важным характеристикам: 1) он содержит многичисленные геохимически индикаторные элементы, такие как высокозарядные, редкоземельные (РЗЭ) и радиоактивные (U, Th) (Fourcade, Allegre, 1981; Gromet, Silver, 1983; Harrison et al., 2006), которые обладают противоположным поведением во время магматической кристаллизации (Belousova et al., 2002); и 2) он широко используется в геохронологии, в частности, U-Th-Pb датировании (Williams, 1998).

C Кумирским штоком гранитоидов в Горном Алтае пространственно и парагенетически связано комплексное Кумирское скандий-уран-редкоземельное месторождение. По запасам Sc и РЗЭ оно относится к крупным объектам мирового класса (Гусев, Гусев, 2020). В аляскитовых эгирин-рибекитовых гранитах штока присутствуют магматические и метамиктные цирконы, а в грейзенах Кумирского месторождения фиксируется и гидротермальный циркон. В этой связи стало целесообразным исследовать состав элементов-примесей указанных цирконов и выявить закономерности их поведения в ряду от магматического процесса до пневматолито-гидротермального.

Аналитические методы

Магматогенный и метамиктный цирконы изучены в образцах аляскит-порфиров (КМ-1), пневматолито-гидротермальный циркон изучен в образце кварц-мусковитового грейзена с бериллом и турмалином (Км-1). Пробоподготовка и изотопно-геохронологические исследования выполнены в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург). Изотопные измерения проводились по классической методике (Williams, 1998) на вторично-ионном микрозонде SHRIMP-II. При выборе участков для анализа использовались оптические и катодолюминесцентные наблюдения. U-Pb отношения были нормированы на значение 0.0668 по стандарту Temora, что отвечает возрасту 416.75 млн лет. Погрешность измерений единичных анализов составила 1σ, для расчетных конкордантных возрастов и их пересечений с конкордией – 2σ. Графики были построены в программе ISOPLOT/EX. Нормирование редких элементов и РЗЭ на спайдер-диаграммах проведено по составу примитивной мантии и хондрита, CI, соответственно (McDonough, Sun, 1995). Микроэлементный состав циркона исследован методом ЛА ИСП МС c использованием масс-спектрометра ELEMENT в комплексе с лазерной приставкой UP-213, Nd:YAG фирмы New Wave Research в Аналитическом центре Института геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск). Порог обнаружения элементов, в среднем, 10 мг/т.

Геологическое строение участка и состав Кумирского штока

Кумирский шток гранитоидов входит в одноименное рудное поле, расположенное в пределах Холзунско-Чуйского тектонического блока и приурочено к наложенной Коргонской вулкано-плутонической структуре (ВТС) (Коргонский прогиб) (рис. 1).

 

Рис. 1. Структурно-тектоническая схема западной части Алтае-Саянской складчатой области для этапа О1–Р1, составлена автором с использованием материалов (Шокальский и др. 2000).

1, 2 – Структурно-вещественные комплексы активной континентальной окраины: 1 – вулканогенные образования нижнего-среднего девона (базальты, трахибазальты, андезиты, риолиты и их туфы, игнимбриты); 2 – туфогенные образования ордовика-нижнего девона с конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами; 3–5 – коллизионные комплексы: 3 – граниты, умеренно-щелочные граниты (I тип), кварцевые сиениты среднего девона; 4 – габбро, диориты, тоналиты, граниты (I тип) нижнего силура–нижнего девона; 5 – габбро, плагиограниты среднего кембрия; 6 – глубинные разломы; 7 – кремнисто-метабазальтовые океанические образования верхнего кембрия–ордовика.

Прогибы: Т – Тельбесский, АЧ – Ануйско-Чуйский, Л – Лебедской, У – Уйменский. Глубинные разломы: I – Бийский, II – Тельбесский (ответвление Бийского), III – Чарышско-Теректинский; 8 – местоположение Кумирского участка.

Fig. 1. Structural-tectonic scheme of the western part of the Altay-Sayan fold region for the Early Ordovician–Early Permian, composed by the author using materials of (Shokalskii et. al., 2000).

1, 2 – Structural-compositional complexes of active continental margin: 1 – Early to Middle Devonian volcanic rocks (basalts, trachibasalts, andesites, rhyolites, their tuffs and ignimbrites); 2 – Ordovician–Early Devonian tuffaceous rocks with conglomerates, sandstones, siltstones, and claystones; 3–5 collisional complexes: 3 – Middle Devonian granites, moderate alkali granites (I type), quartz syenites; 4 – Early Silurian–Early Devonian gabbro, diorites, tonalites, granites (I type); 5 – Middle Cambrian gabbro, plagiogranites; 6 – deep faults; 7 – Upper Cambrian–Ordovician siliceous-metabasaltic oceanic rocks.

Troughs: Т – Telbes, АЧ – Anuy-Chuya, Л – Lebedskoy, У – Uimen. Deep faults: I – Biya, II Telbes (branch of the Biya Fault), III – Charysch-Terekta; 8 – location of the Kumir area.

 

В Коргонской ВТС вулканический разрез имеет трехчленное строение. Нижним членом разреза является ергольская свита (О2), сложенная доминирующими пестроцветными лавами, туфами андезитов, андезибазальтов, базальтов, редко андезидацитов и дацитов. Значительно меньшие объемы занимают пирокластические и вулканогенно-терригенные образования. Мощность свиты составляет 1550 м. Среднюю часть разреза занимают отложения кумирской свиты (О-S?), сложенной песчаниками, алевролитами, сланцами, известняками (в том числе, микритовыми), среди которых отмечаются линзы и прослои лав и туфов андезитов, андезибазальтов, дацитов, риодацитов и риолитов. Мощность кумирской свиты варьирует от 500 до 2800 м. Верхним членом разреза является коргонская свита (D1–2), представленная пестро-окрашенными спекшимися туфами и туфолавами дацитов, риодацитов и риолитов. Общая мощность коргонской свиты варьирует от 5.0 до 5.5 км. Внутренне строение свит усложняется многочисленными телами вулканитов жерловой фации и субвулканическими телами (Коргонский, Щебнюхинский, Красноярский штоки), с которыми связаны месторождения железо-оксидного медно-золоторудного класса (IOCG) и субвулканического золото-серебряного (Холзунское, Коргонское, Красноярское, Щебнюхинское и другие месторождения).

Дискордантный по отношению к вмещающим вулканитам Кумирский шток имеет площадь около 3 км2 и вытянут в северо-восточном направлении и круто погружается в западном (рис. 2). Он состоит из кварцевых порфиров и аляскит-порфиров. Породы экзоконтакта подверглись ороговикованию, скарнированию, грейзенизации, альбитизации и биотитизации. В эндоконтакте штока проявлена интенсивная альбитизация.

 

Рис. 2. Схематическая геологическая карта Кумирского рудного поля.

1–5 – Кумирская свита: 1 – песчаники; 2 – алевропесчаники; 3 – алевролиты; 4 – мраморы; 5 – дайки фельзитов; 6–8 – породы Кумирского штока: 6 – аляскит-порфиры; 7 – гранит-порфиры; 8 – андезитовые порфириты; 9 – контуры рудных зон (З – Западная, В – Восточная); 10, 11 – скандий-уран-редкоземельные месторождения и проявления.

Fig. 2. Schematic geologic map of the Kumir ore field.

1–5 – Kumir Formation: 1 – sandstones; 2 – silty sandstones; 3 – siltstones; 4 – marbles; 5 – dike of felsites; 6–8 – rocks of the Kumir stock: 6 – porphyritic alaskites; 7 – porphyritic granites; 8 – andesitic porphyrites; 9 – contours of ore zones (З – Western, В – Eastern); 10, 11 – Sc-U-REE deposits and occurrences.

 

Аляскит-порфир имеет светлую окраску с розоватым оттенком, характеризуется массивной текстурой и порфировой структурой (аплитовой в цементирующей массе породы). Лейкократовые минералы, составляющие 97 % ее объема, представлены калинатровыми полевыми шпатами (альбит, ортоклаз-микропертит, санидин) (65 %) и кварцем (32 %), образующими редкие идиоморфные порфировые вкрапленники, но преимущественно выполняющими цементирующую аплитовидную массу породы. Меланократовые минералы, составляющие порядка 1 % ее объема, представлены идиоморфными зернами эгирина и рибекита, размеры которых почти на порядок превышают размеры зерен цементирующей массы породы. Вторичные минералы представлены серицитом (2 %), развитым за счет фенокристаллов щелочных полевых шпатов и образующим неравномерно рассеянные скопления в кварц-полевошпатовой массе породы. Рудные минералы представлены лейкоксенизированным магнетитом, акцессорные – апатитом, лейкоксеном.

По совокупности петрологических параметров порода лейкократовая, крайне высокоглиноземистая (Al’ = 13.71), принадлежит кислым плутоническим породам щелочного ряда калинатровой серии, относится к семейству щелочных лейкогранитов, соответствует виду щелочной аляскит, разновидности – щелочной эгирин-рибекитовый аляскитпорфир.

Скандиевое, редкоземельное и урановое оруденение представлено грейзеновым и гидротермально-метасоматическим типами среди грейзенизированных пород и пропилитов. Оруденение пространственно связано с умеренно щелочными гранитоидами штока анорогенного А-типа (в эндо-экзоконтактовой части штока сформировалось Кумирское месторождение и проявления Кумирское II, Спартак, Кумирское III). Детальное описание оруденения Кумирского месторождения приведено в работе (Гусев и др., 2009). Дополнительно к ранее известным типам оруденения в 2013 г. при обследовании отвалов и стенок штольни нами выявлен новый тип оруденения, ранее не привлекавший к себе внимания. Это грейзеновая минерализация по ороговикованным песчаникам, где среди окварцованных и грейзенизированных пород совместно с вкрапленностью и гнездами пирита отмечена вкрапленность берилла, турмалина, циннвальдита, литионита, поллуцита с содержанием Li2O 0.1– 0.5 мас. % и Cs2O 0.05–0.3 мас. %. Кроме того, в этих рудах отмечаются повышенные содержания Bi, Be, Sn, Ga, Ce, Zr.

Характеристика циркона из аляскитовых эгирин-рибекитовых гранитов

В изученных гранитоидах присутствуют два типа циркона: кристаллический прозрачный и непрозрачный метамиктный, вероятно, связанный с рудной стадией, когда формировались грейзены во вмещающих терригенно-вулканогенных образованиях кумирской свиты. Третий тип циркона развит в грейзенах, образовавшихся в ороговикованных породах кумирской свиты в контакте с одноименным штоком.

Морфология. В магматогенном цирконе Кумирского массива чаще развиты грани {100} и отсутствуют грани призмы {110}, что указывает на высокую температуру расплава, из которого кристаллизовался циркон (Pupin, Turco, 1972). Метамиктный циркон образует чаще всего призматические выделения, в которых развиты грани {101}. Он часто пористый с углублениями, обязанными процессам растворения. Иногда в нем проявлена осцилляционная зональность, что характерно для метамиктных цирконов (Xu et al., 2012). Циркон из грейзенов Кумирского месторождения имеет дипирамидальный облик, как правило, эвгедральный с хорошо развитыми гранями {111}, близкими по облику к синтетическим кристаллам и гидротермальным цирконам (McNaughton et al., 2005; Schaltegger, 2007).

Состав магматогенного циркона близок к стехиометрическому по соотношению главных компонентов (табл. 1) и характеризуется повышенными концентрациями Y, Hf и пониженными – U, а также повышенной суммой РЗЭ. В некоторых зернах проявлен слабый тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М-типа четвертой тетрады (в данном случае анализируется четвертая тетрада, т. к. минерал характеризуется аномалией Ce, что исключает возможность использования среднего значения между первой и третьей тетрадами). Этот эффект указывает на слабую активность фтор-комплексов в магматогенных флюидах (Гусев, Табакаева, 2015). На спайдер-диаграмме отчетливо фиксируются негативные аномалии по Pr и Eu (рис. 3а).

 

Таблица 1

Химический состав магматогенного циркона Кумирского штока

Table 1

Chemical composition of igneous zircon of the Kumir stock

Компоненты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

SiO2, мас. %

33.2

33.4

33.2

33.6

33.4

33.5

33.2

33.3

32.3

ZrO2

66.2

66.1

66.2

66.1

66.1

65.8

66.1

66.1

66.8

P2O5

0.031

0.032

0.031

0.042

0.033

0.031

0.042

0.035

0.031

Sc, г/т

850

108

109

119

95.0

92

96.0

96

98.0

Ti

2.50

2.60

2.30

3.1

4.20

3.3

2.90

3.0

3.20

Y

515

488

496

491

492

561

493

491

556

Nb

4.51

3.60

3.20

2.76

2.60

2.9

3.85

3.52

3.94

La

0.75

0.91

0.92

0.98

0.93

0.94

0.97

0.82

0.79

Ce

41.1

39.3

39.0

40.1

39.6

39.3

39.1

44.6

39.5

Pr

0.07

0.06

0.08

0.12

0.10

0.04

0.12

0.04

0.07

Nd

1.60

1.4

1.42

1.17

1.19

1.3

1.23

1.34

1.22

Sm

4.04

3.63

3.95

3.57

4.09

4.14

3.6

4.10

4.11

Eu

0.63

0.64

0.62

0.61

0.7

0.59

0.63

1.03

0.77

Gd

10.3

8.80

9.10

8.9

10.3

10.4

10.5

11.0

10.3

Tb

3.06

2.80

2.50

2.55

2.8

3.03

3.2

3.4

3.31

Dy

39.3

41.2

44.3

38.8

37.2

42.3

42.6

44.0

43.1

Ho

14.0

13.1

14.1

11.6

13.5

14.1

14.8

14.3

14.1

Er

82.3

72.6

77.1

72.8

72.6

86.5

87.4

91.0

89.4

Tm

19.9

17.6

17.9

17.4

18.8

22.4

22.1

22.7

23.0

Yb

205

184

193

184

182

221

223

233

225

Lu

42.3

36.1

34.0

32.9

41.1

50.3

48.2

51.2

49.2

Hf

9890

9879

9940

9880

9960

9997

9711

9975

9980

Ta

0.98

0.82

0.79

0.76

0.89

0.92

1.01

1.01

0.98

Pb

9.90

8.90

9.80

8.90

10.1

8.6

9.10

10.6

8.90

Th

190

356

531

289

248

292

191

227

193

U

546

803

805

876

886

875

801

882

880

∑РЗЭ

549.3

457.6

546.9

534.5

519.9

588.3

593.4

618.5

601.9

Th/U

0.35

0.44

0.66

0.33

0.28

0.33

0.24

0.26

0.22

(La/Yb)N

0.0025

0.0033

0.0032

0.0031

0.0023

0.0019

0.002

0.0024

0.0017

Eu/Eu*

0.28

0.33

0.304

0.31

0.31

0.26

0.29

0.44

0.34

Ce/Ce*

34.38

28.6

26.7

23.7

25.6

29.1

23.9

37.1

31.7

Y/Ho

36.8

37.2

35.2

42.3

36.7

39.8

33.3

34.3

39.4

ТЕ4

1.01

1.11

1.14

1.15

1.07

1.06

1.08

1.06

1.08

Примечание. Здесь и в табл. 2, 3 содержания элементов нормализованы по хондриту CI (McDonough, Sun, 1995). Eu* = (SmN + GdN) / 2, нормализовано по (McDonough, Sun, 1995); ТЕ4 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ четвертой тетрады по (Irber, 1999).

Note. Here and in Tables 2, 3, the contents of elements are normalized to chondrites СI (McDonough, Sun, 1995). Eu* = (SmN + GdN) / 2, normalized after (McDonough, Sun, 1995); ТЕ4 – tetrad effect of REE fractionation of the forth tetrad after (Irber, 1999).

 

Рис. 3. Хондрит-нормализованные спектры распределения РЗЭ в магматогенном (а) и метамиктном (б) цирконах Кумирского штока.

Условные обозначения соответствуют номерам проб в табл. 1 и 2.

Fig. 3. Chondrite-normalized REE patterns of igneous (a) and metamict (б) zircons of the Kumir stock.

Numbers correspond to those in Tables 1 and 2.

 

В отличие от магматогенного метамиктный циркон обладает пониженными содержаниями Zr, Y и Hf и повышенными – U, а также суммарными содержаниями РЗЭ и отношения Ce/Ce* (табл. 2). Спектры распределения РЗЭ свидетельствуют об отрицательных аномалиях Pr и Eu и положительной – Sm (рис. 3б). Тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М-типа четвертой тетрады значительно выше в отдельных зернах минерала, что указывает на значительно более высокую активность фтор-комплексов в перераспределении РЗЭ в условиях воздействия гидротермальных флюидов на магматогенный циркон.

 

Таблица 2

Химический состав метамиктного циркона Кумирского штока

Table 2

Chemical composition of metamict zircon of the Kumir stock

Компоненты

1

2

3

4

5

6

7

SiO2, мас. %

31.2

31.4

31.8

32.6

32.4

32.5

32.2

ZrO2

64.2

64.1

64.2

63.1

63.1

63.8

63.1

P2O5

0.033

0.03

0.033

0.043

0.03

0.033

0.042

Sc, г/т

135

163

161

150

155

105

104

Ti

12.5

12.6

12.3

13.1

14.2

13.3

12.9

Y

51.0

48.0

49.6

49.3

49.2

36.1

49.5

Nb

14.5

13.1

13.2

12.7

12.6

12.1

13.8

La

1.75

1.91

1.92

1.98

1.93

1.94

1.7

Ce

141.1

139.1

139.0

140.1

159.6

139.3

159.1

Pr

0.10

0.16

0.13

0.12

0.11

0.14

0.15

Nd

3.60

3.40

3.20

3.70

3.90

3.30

3.25

Sm

6.64

6.65

6.90

6.70

6.50

6.40

6.6

Eu

0.53

0.50

0.52

0.51

0.57

0.50

0.53

Gd

12.3

12.8

15.1

18.9

15.3

15.4

15.5

Tb

3.60

3.80

3.50

3.55

3.8

3.3

3.5

Dy

45.3

41.5

45.3

44.8

44.2

42.4

42.4

Ho

11.0

11.1

10.1

11.0

12.4

14.1

14.2

Er

92.3

92.6

97.1

92.8

72.9

86.9

87.9

Tm

29.9

27.6

27.9

27.4

28.8

22.4

22.5

Yb

225

284

293

282

284

224

225

Lu

40.3

30.1

30.5

42.9

41.4

54.3

58.2

Hf

890

979

994

880

960

897

978

Ta

5.98

5.20

3.70

3.60

3.80

3.90

3.10

Pb

19.9

18.9

11.8

11.9

10.1

18.6

19.1

Th

290

255

231

229

228

222

251

U

956

1009

1155

1156

1136

1172

1101

∑РЗЭ

664.4

703.2

723.8

725.7

724.6

650.5

690.03

Th/U

0.303

0.25

0.2

0.198

0.2

0.189

0.23

(La/Yb)N

0.0053

0.0045

0.0044

0.0047

0.0046

0.0059

0.0051

Eu/Eu*

0.176

0.162

0.15

0.129

0.147

0.147

0.154

Ce/Ce*

54.2

49.76

47.7

47.7

56.0

46.8

59.0

Y/Ho

4.64

4.32

4.9

4.48

3.97

2.56

3.48

ТЕ4

1.16

1.67

1.65

1.38

1.64

1.03

0.99

 

Циркон из грейзенов характеризуется резким увеличением концентраций U, Nb, Sc, ∑РЗЭ и уменьшением отношений Eu/Eu* и Ce/Ce* (табл. 3). В отдельных индивидах циркона проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М- и W-типов, что указывает на активную роль таких летучих компонентов, как H2O и F. В спектре распределения РЗЭ наблюдается отрицательная аномалия Eu, но исчезает положительная аномалия Ce за счет относительного увеличения концентраций легких РЗЭ и их перераспределения (рис. 4).

 

Таблица 3

Химический состав циркона из грейзенов Кумирского месторождения

Table 3

Chemical composition of zircon from greisens of the Kumir deposit

Компоненты

1

2

3

4

5

6

7

8

SiO2

33.4

33.6

33.5

33.1

33.3

33.1

33.8

33.4

ZrO2

65.8

65.3

65.8

66.4

66.2

66.3

65.9

65.5

P2O5

0.04

0.04

0.05

0.05

0.04

0.04

0.03

0.02

Sc

155

157

146

153

168

155

151

159

Ti

435

485

458

370

396

303

408

407

Y

57.4

57.3

53.4

43.8

44.7

53.1

52.4

51.3

Nb

42.1

42.8

43.0

43.3

52.1

53.2

54.1

54.0

La

29.9

39.1

52.8

49.7

63.0

54.3

44.4

68.7

Ce

381.6

454.4

521.9

630.7

659.3

534.7

446.8

528.0

Pr

66.1

63.2

63.3

101.4

93.8

59.3

96.3

87.1

Nd

141.6

244.8

221.5

149.3

218.4

217.1

163.9

145.4

Sm

42.4

50.6

41.9

61.7

52.9

62.4

61.9

72.7

Eu

0.73

0.75

0.67

0.77

0.87

0.65

0.88

1.10

Gd

54.1

58.3

48.0

67.6

88.5

101.6

102.1

190.1

Tb

34.8

41.5

52.3

52.1

52.4

53.2

53.8

53.7

Dy

449.2

434.7

356.1

326.8

248.3

243.1

345.8

443.1

Ho

113.0

210.1

211.8

212.1

213.9

216.1

147.6

217.5

Er

395.8

452.8

378.4

262.5

364.5

389.1

396.3

492.1

Tm

129.1

115.8

136.4

135.7

148.1

213.7

212.2

221.8

Yb

493.7

359.7

476.8

358.5

389.7

240.7

328.3

330.8

Lu

140.8

142.4

134.1

136.1

140.3

149.3

148.1

150.7

Hf

4894

4891

4983

4995

4993

4894

4991

4894

Ta

39.1

29.2

28.8

19.2

19.7

19.6

18.3

16.5

Pb

29.9

36.2

91.7

67.4

60.9

59.2

58.8

51.3

Th

191.8

186.6

215.8

186.9

240.5

182.9

190.2

234.8

U

1218

1120

1315

1365

1382

1401

1424

1441

∑РЗЭ

2530.2

2725.4

2749.4

2588.8

2778.7

2588.3

2600.8

3054.1

Th/U

0.157

0.167

0.164

0.137

0.174

0.13

0.133

0.163

(La/Yb)N

0.046

0.074

0.075

0.094

0.109

0.249

0.092

0.141

Eu/Eu*

0.041

0.042

0.045

0.036

0.038

0.025

0.033

0.027

Ce/Ce*

1.48

1.75

1.88

1.2

1.68

2.0

0.75

1.4

Y/Ho

0.51

0.27

0.25

0.21

0.21

0.24

0.36

0.27

TE4

1.06

0.8

1.13

1.16

1.06

0.73

1.08

0.99

 

Рис. 4. Хондрит-нормализованные спектры распределения РЗЭ в цирконах из грейзенов Кумирского месторождения.

Условные обозначения соответствуют номерам проб в табл. 3.

Fig. 4. Chondrite-normalized REE patterns of zircons from greisens of the Kumir deposit.

Numbers correspond to those in Table 3.

 

Возраст. Чистые зерна магматического циркона (точки КМ-1.1.1, 1.6.1, 1.7.1, 1.8.1, 1.9.1, рис. 5) показали конкордантный возраст 421 ± 16 млн лет (MSWD = 0.037, рис. 6).

 

Рис. 5. Катодолюминесцентное изображение цирконов из эгирин-рибекитовых аляскит-порфиров Кумирского штока (проба КМ-1).

Fig. 5. Cathodoluminescent images of zircons from aegirine-riebeckite porphyritic alaskite of the Kumir stock (sample KМ-1).

 

Рис. 6. Диаграммы с конкордией для цирконов из пробы КМ-1.

Fig. 6. Concordia diagrams for zircon from sample KМ-1.

 

Обсуждение

Ярко проявленная положительная аномалия Ce в магматогенном цирконе указывает на окислительные условия его кристаллизации (Hinton, Upton, 1991), связанные с тем, что коэффициенты распределения ионов Ce4+ и Ce3+ в системе циркон-расплав оптимальны в условиях повышенной фугитивности кислорода. При повышенной фугитивности кислорода Ce окисляется до Ce4+ и входит в решетку циркона изоморфно. В то же время, Ce3+ некогерентен в кислом расплаве и требует дополнительных замещений в структуре циркона, что энергетически не выгодно. Европий не когерентен и потому концентрируется в расплаве. В итоге возникает положительная Ce и отрицательная Eu аномалии в цирконе. Это подтверждается также и отрицательной аномалией Eu в цирконе Кумирского штока, которая оптимальна при повышенных значениях fO2 (Burnham, Berry, 2012).

Из высокозарядных элементов в различных типах циркона чаще всего анализируется поведение РЗЭ, Nb, Ta, U, Th, Rb, Sr, Hf и Re (Belousova et al., 2002; Hinton, Upton, 1991; Zhou et al., 2015). Скандий, также входящий в группу высокозарядных элементов, анализируется реже. В отличие от других объектов, связанных с анорогенными гранитоидами, Кумирское месторождение с комплексными рудами имеет повышенные концентрации Sc, которые коррелируют с РЗЭ, поэтому логично оценить особенности поведения Sc в магматогенном цирконе. Известно, что поведение Sc, как и многих других редких и редкоземельных элементов в магматогенных флюидах, тесно связано с поведением летучих компонентов, таких как F, B, Li. Поскольку в цирконах Кумира проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М-типа, обусловленный активностью фтор-комплексов, нами проанализировано поведение Sc в зависимости от величин тетрадного эффекта (рис. 7). Тренд увеличения концентраций Sc в цирконе прямо зависит от величины тетрадного эффекта М-типа. На диаграмме Eu/Eu*–TE4 также наблюдается увеличение значений Eu/Eu* с повышением величин тетрадного эффекта (рис. 8). Согласно ряду кислотности-щелочности Sm, Gd и Eu в растворах при стандартных условиях это увеличение отвечает повышению кислотности среды (Маракушев, 1976). Следовательно, среда при кристаллизации циркона, при которой происходило увеличение содержания Sc в цирконе Кумирского штока, помимо высокой окисленности характеризовалась и увеличением кислотности. Последующие процессы перехода от магматической к пневматолито-гидротермальной фазе приводили к метамиктизации циркона. Его кристаллизация в грейзенах связана с флюидами, в которых помимо фтора важную роль играла водная составляющая.

 

Рис. 7. Диаграмма ScTE4 для магматогенного циркона Кумирского штока.

Содержание Sc в углистых хондритах по (Wasson, Kallemeyn, 1988), средние содержания Sc в изверженных породах по (Виноградов, 1962).

Здесь и на рис. 8, условные обозначения соответствуют номерам проб в табл. 1.

Fig. 7. Sc–TE4 diagram for igneous zircons of the Kumir stock.

The Sc contents in carbonaceous chondrites after (Wasson, Kallemeyn, 1988); the average Sc contents of igneous rocks after (Vinogradov, 1962).

Here and in Fig. 8, numbers correspond to those in Table 1.

 

Рис. 8. Диаграмма Eu/Eu*–TE4 для магматогенного циркона Кумирского штока.

Fig. 8. Eu/Eu*–TE4 diagram for igneous zircon of the Kumir stock.

 

В совокупности с геологическими данными конкордантный возраст 421 ± 16 млн лет свидетельствует о правомерности отнесения Кумирского штока, наряду с другими многочисленными субвулканическими телами в северной периферической полосе Коргонского прогиба, к лудловскому ярусу позднего силура и более позднему раннему девону, связанному с наложенным коргонским вулканическим комплексом. Отдельные зерна прозрачного зонального циркона магматического облика с древними значениями возраста на уровне палеопротерозоя и даже неоархея являются ксеногенными и свидетельствуют о наличии докембрийских пород в области магмогенерации Кумирского штока.

Заключение

В результате исследований минеральных особенностей и распределения редких и редкоземельных элементов установлено, что в аляскит-порфирах Кумирского штока в Горном Алтае присутствуют два типа цирконов, один из которых, вероятно, синхронен образованию породы: он прозрачный, призматический и практически стехиометричен по составу. Второй тип характеризуется другой морфологией, непрозрачен и содержит повышенные концентрации U, из-за чего становится метамиктным, и должен быть отнесен к пневматолито-гидротермальному этапу становления штока. По направлению от магматогенного к пневматолито-гидротермальному циркону установлены закономерные изменения его составов в зависимости от физико-химических изменений среды кристаллизации, а также флюидного режима процессов. В этом же направлении наблюдается увеличение концентраций высокозарядных элементов, в том числе и Sc, на фоне увеличения активности водных флюидов. Накопление Sc и других высокозарядных элементов в цирконе происходило при повышении кислотности среды и фугитивности кислорода.

×

About the authors

A. I. Gusev

Shukshin Altai State University for Humanities and Pedagogy

Author for correspondence.
Email: anzerg@mail.ru
Russian Federation, Biysk, Altay krai, 659333

References

  1. Anthony J.W., Bideaux R.A, Bladh K.W, Nichols M.C. (2003) Handbook of mineralogy. Mineralogical Society of America, Chantilly, 565 p.
  2. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Fisher N.I. (2002) Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type. Contribution to Mineralogy and Petrology, 143(3), 602–622.
  3. Burnham A.D., Berry A.J. (2012) An experimental study of trace element portioning between zircon and melt as function of oxygen fugacity. Geochimica et Cosmochimica Acta, 95(10), 196–212.
  4. Cherniak D.J., Watson E.B. (2003) Diffusion in zircon. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53(1), 113–143.
  5. Dai J.G., Wang C.S., Hébert R., Li Y.L., Zhong H.T., Guillaume R., Bezard R., Wei Y.S. (2011) Late Devonian OIB alkaline gabbro in the Yarlung Zangbo Suture Zone: Remnants of the Paleo-Tethys? Gondwana Research, 19 (1), 232–243.
  6. Fourcade S., Allegre C.J. (1981) Trace elements behavior in granite genesis: a case study. The calc-alkaline plutonic association from the Querigut complex (Pyrenees, France). Contribution to Mineralogy and Petrology, 76(2), 177–195.
  7. Gromet L.P., Silver L.T. (1983) Rare earth element distributions among minerals in a granodiorite and their petrogenetic implications. Geochimica et Cosmochimica Acta, 47(5), 925–939.
  8. Gusev A.I., Gusev N.I. (2020) [REE mineralization of the Korgon Trough]. Prirodnye resursy Gornogo Altaya: geologiya, geofizika, ekologiay, mineral’nye, vodnye i lesnye resursy Altaya [Natural Resources of Gorny Altai: Geology, Geophysics, Ecology, Mineral, Water and Forest Resources of Altai], (1–2), 5–12 (in Russian).
  9. Gusev A.I., Gusev N.I., Efimova I.V. (2009) [Magmatism and ore mineralization of Kumir ore field, Gorny Altai]. Rudy i metally [Ores and Metals], (6), 21–28 (in Russian).
  10. Gusev A.I., Tabakaeva E.M. (2015) [Petrology, geochemistry and genesis of anorogenic granitoids]. Hamburg: Palmarium Academic Publishing, 261 p. (in Russian).
  11. Harrison T.M., Watson E.B., Rapp R.P. (2006) Does anataxis deplete the lower crust in heat producing elements? Implications from experimental studies. Trans American Geophysical Union (EOS), 67(5), 386.
  12. Hinton R.W., Upton G.J. (1991) The chemistry of zircon: variation within and between large crystals from syenite and alkali basalt xenoliths. Geochimica et Cosmochimica Acta, 55(2), 3287—3302.
  13. Irber W. (1999) The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites. Geochim Comochim Acta,.63(2),. 489-508.
  14. Liu Y.C., Li S.G., Gu X.F., Hou Z.H. (2006) Zircon SHRIMP U-Pb dating for olivine gabbro at Wangmuguan in the Beihuaiyang zone and its geological significance. Chinа Science Bulletin, 51(11), 2500–2506.
  15. Marakushev A.A. (1976) [Thermodynamic factors of formation of ore zoning]. In: Termodinamicheskie faktory obrazovaniya rudnoi zonalnosti skrytogo orudeneniya na osnove zonalnosty gidrotermalnykh mestorozhndeniy [Thermodynamic Factors of Formation of Blind Ore Zonation on the Basis of Zonation of Hydrothermal Deposits]. Moscow, Nauka, 36–51 (in Russian).
  16. McDonough W.F., Sun S. (1995) The composition of the Earth. Chemical Geology, 120(3–4), 223–253.
  17. McNaughton N.J. Mueller A.G., Groves D.I. (2005) The age of the giant Golden Mile deposit, Kalgoorlie, Western Australia: ion-microprobe zircon and monazite U-Pb geochronology of a synmineralization lamprophyre dike. Economic Geology, 100(7), 1427–1440.
  18. Pupin J.P., Turco G. (1972) Unetypologie originale du zircon accessoire. Bulletin de la Société Française de Minéralogie et de Cristallographie, 95(3), 348–359.
  19. Shao T., Cheng N., Song M. (2016) Provenance and tectonic-paleogeographic evolution: Constraints from detrital zircon U-Pb ages of Late Triassic-Early Jurassic deposits in the northern Sichuan basin, central China. Journal of Asian Earth Sciences, 127(1), 12–31.
  20. Schaltegger U. (2007) Hydrothermal zircon. Elements, 3(1), 51–68.
  21. Shokalskii S.P., Babin G.A., Vladimirov A.G., Borisov S.M. (2000) [Correlation of igneous and methamorphic complexes of the western part of the Altai-Sayan fold region]. Novosibirsk, SO RAN, filial «Geo», 187 p. (in Russian).
  22. Sláma J., Košler J., Pedersen R.B. (2007) Behaviour of zircon in high-grade metamorphic rocks: evidence from Hf isotopes, trace elements and textural studies. Contribution to Mineralogy and Petrology, 154(3), 335–356.
  23. Vinogradov A.P. (1962) [Average contents of chemical elements in main types of igneous rocks of the Earth’s crust]. Geokhimiya [Geochemistry], (7), 555–572. in Russian).
  24. Wang X., Griffen W.L. (2004) Unusual Hf contents in metamorphic zircon from coesite-bearing eclogites of the Dabie Mountains, east-central China: implications for the dating of ultrahigh pressure metamorphism. Journal of Metamorphic Geology, 22(7), 629–637.
  25. Wasson J.T., Kallemeyn G.W. (1988) Mean composition of the chondrite groups. Philosophy Transactions Royal Society London, 5(7), 535–544.
  26. Williams I.S. (1998) U-Th-Pb geochronology by ion microprobe. Reviews in Economic Geology, 7(1), 1–35.
  27. Xu X-S., Zhang M., Zhu K-Y., Chen X-M., He Z-Y. (2012) Reverse age zonation of zircon formed by metamictisation and hydrothermal fluid leaching. Lithos, 150(4), 256–267.
  28. Zhou Y., Liang X.Q., Liang X.R., Jiang Y., Wang C., Fu J.G., Shao T. (2015) U-Pb geochronology and Hf-isotopes on detrital zircons of Lower Paleozoic strata from Hainan Island: new clues for the early crustal evolution of southeastern South China. Gondwana Research, 27(4), 1586–1598.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Structural-tectonic scheme of the western part of the Altay-Sayan fold region for the Early Ordovician–Early Permian, composed by the author using materials of (Shokalskii et. al., 2000). 1, 2 – Structural-compositional complexes of active continental margin: 1 – Early to Middle Devonian volcanic rocks (basalts, trachibasalts, andesites, rhyolites, their tuffs and ignimbrites); 2 – Ordovician–Early Devonian tuffaceous rocks with conglomerates, sandstones, siltstones, and claystones; 3–5 collisional complexes: 3 – Middle Devonian granites, moderate alkali granites (I type), quartz syenites; 4 – Early Silurian–Early Devonian gabbro, diorites, tonalites, granites (I type); 5 – Middle Cambrian gabbro, plagiogranites; 6 – deep faults; 7 – Upper Cambrian–Ordovician siliceous-metabasaltic oceanic rocks. Troughs: Т – Telbes, АЧ – Anuy-Chuya, Л – Lebedskoy, У – Uimen. Deep faults: I – Biya, II – Telbes (branch of the Biya Fault), III – Charysch-Terekta; 8 – location of the Kumir area.

Download (602KB)
3. Fig. 2. Schematic geologic map of the Kumir ore field. 1–5 – Kumir Formation: 1 – sandstones; 2 – silty sandstones; 3 – siltstones; 4 – marbles; 5 – dike of felsites; 6–8 – rocks of the Kumir stock: 6 – porphyritic alaskites; 7 – porphyritic granites; 8 – andesitic porphyrites; 9 – contours of ore zones (З – Western, В – Eastern); 10, 11 – Sc-U-REE deposits and occurrences.

Download (672KB)
4. Fig. 3. Chondrite-normalized REE patterns of igneous (a) and metamict (б) zircons of the Kumir stock. Numbers correspond to those in Tables 1 and 2.

Download (447KB)
5. Fig. 4. Chondrite-normalized REE patterns of zircons from greisens of the Kumir deposit. Numbers correspond to those in Table 3.

Download (243KB)
6. Fig. 5. Cathodoluminescent images of zircons from aegirine-riebeckite porphyritic alaskite of the Kumir stock (sample KМ-1).

Download (582KB)
7. Fig. 6. Concordia diagrams for zircon from sample KМ-1.

Download (248KB)
8. Fig. 7. Sc–TE4 diagram for igneous zircons of the Kumir stock. The Sc contents in carbonaceous chondrites after (Wasson, Kallemeyn, 1988); the average Sc contents of igneous rocks after (Vinogradov, 1962). Here and in Fig. 8, numbers correspond to those in Table 1.

Download (144KB)
9. Fig. 8. Eu/Eu*–TE4 diagram for igneous zircon of the Kumir stock.

Download (187KB)


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».