Геохимия, 2022, T. 67, № 9, стр. 807-829

Изотопно-геохимические особенности циркона из пижемского титанового месторождения (Средний Тиман) как отражение гидротермальных процессов

С. Г. Скублов ab*, А. Б. Макеев c**, А. О. Красоткина a, С. Е. Борисовский c, С.-Х. Ли d, Ч.-Л. Ли d

a Институт геологии и геохронологии докембрия РАН
199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2, Россия

b Санкт-Петербургский горный университет
199106 Санкт-Петербург, 21 линия, 2, Россия

c Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия

d Институт геологии и геофизики Китайской академии наук, Лаборатория эволюции литосферы
100029 Пекин, Бейтученг Вест Роуд, 19, Китай

* E-mail: skublov@yandex.ru
** E-mail: abmakeev@mail.ru

Поступила в редакцию 02.08.2021
После доработки 17.10.2021
Принята к публикации 21.10.2021

Аннотация

Комплексное изотопно-геохимическое исследование циркона (изотопный состав кислорода, редкоэлементный состав и U-Pb SIMS датирование) из двух проб (50 точек) красноцветных и сероцветных рудоносных песчаников Пижемского месторождения (Средний Тиман) позволило установить, что в спектре значений возраста в обеих пробах наиболее часто встречаются значения около 1200 и 1500 млн лет. Для циркона из красноцветных песчаников установлены три меньших по интенсивности возрастных пика с отметками около 1400, 1800 и 2220 млн лет. Для циркона из сероцветных песчаников были установлены два меньших по интенсивности пика с отметками около 1270 и 1050 млн лет. В обеих пробах циркон моложе 1000 млн лет не был установлен. Это свидетельствует о том, что малоручейская титаноносная толща не древнее 1000 млн лет, сам же возраст месторождения может быть установлен по другим минералам-геохронометрам. Не менее четверти от общего числа зерен циркона имеет повышенное содержание неформульных элементов-примесей, приуроченное к темным в катодолюминесценции доменам и каймам. Суммарное содержание REE в них может превышать 23 000 ppm. Спектры распределения REE пологие за счет повышения содержания LREE c редуцированными положительной Се- и отрицательной Eu-аномалиями. Суммарное содержание элементов-примесей, включая REE, может превышать 6.5 мас. %. Содержание Y достигает аномально высокого значения 30850 ppm. Также фиксируется повышенное содержание Р, Са и Ti, что не позволяет использовать титан для оценки температуры кристаллизации циркона. На дискриминационных диаграммах (La–SmN/LaN и U–Ca) циркон с повышенным содержанием элементов-примесей попадает в область гидротермального циркона, или циркона, испытавшего флюидное воздействие. Остальной циркон имеет геохимические характеристики неизмененного циркона магматического генезиса. В пробе рудоносных красноцветных песчаников 6 точек циркона из 25 имеют значение δ18O ниже, чем “мантийная метка” (от 2.2 до 5.1‰). Столь значительное понижение δ18O можно объяснить только воздействием высокотемпературных гидротермальных процессов. Проведенное изотопно-геохимическое исследование циркона является доводом в пользу гидротермально-метаморфического (а не осадочно-россыпного) генезиса Пижемского титанового месторождения.

Ключевые слова: циркон, Пижемское месторождение, Средний Тиман, гидротермальные процессы, U–Pb возраст, геохимия редкоземельных элементов, изотопный состав кислорода

Список литературы

  1. Игнатьев В.Д., Бурцев И.Н. (1997) Лейкоксен Тимана: Минералогия и проблемы технологии. СПб.: Наука, 215 с.

  2. Калюжный В.А. (1982) Геология новых россыпеобразующих метаморфических формаций. М.: Наука, 264 с.

  3. Калюжный В.А. (1965) Некоторые черты ильменито-лейкоксеноносных осадочно-метаморфических фаций сланцев и связанные с ними россыпи на Тимане. Геология и полезные ископаемые Северо-Востока Европейской части СССР и Севера Урала. Сыктывкар, 467-473.

  4. Красоткина А.О. (2018) Изотопно-геохимические особенности и возраст акцессорных минералов рудопроявления Ичетъю и Пижемского месторождения (Средний Тиман). Дис. … канд. геол.-мин. наук. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет, 216 с.

  5. Левашова Е.В., Скублов С.Г., Ли С.-Х., Кривдик С.Г., Возняк Д.К., Кульчицкая А.А., Алексеев В.И. (2016) Геохимия и U-Pb возраст циркона из редкометалльных месторождений безнефелиновых сиенитов Украинского щита. Геология рудных месторождений. 56(3), 267-291.

  6. Левашова Е.В., Скублов С.Г., Марин Ю.Б., Ли С.-Х., Петров Д.А., Кривдик С.Г., Лупашко Т.Н., Ильченко Е.А., Тюленева Н.В., Алексеев В.И. (2015) Новые данные о геохимии циркона и возрасте (U-Pb, SHRIMP II) Ястребецкого Zr-REE-Y месторождения. Геохимия. (6), 568-576.

  7. Levashova E.V., Skublov S.G., Marin Y.B., Li X.H., Petrov D.A., Krivdik S.G., Lupashko T.M., Il’chenko K.O., Tyuleneva N.V., Alekseev V.I. (2015) New data on zircon geochemistry and age (U-Pb, SHRIMP II) of the Yastrebetskoe Zr-REE-Y deposit, Ukrainian shield. Geochem. Int. 53(6), 572-579.

  8. Макеев А.Б., Дудар В.А., Самарова Г.С., Быховский Л.З., Тигунов Л.П. (2012) Пижемское титановое месторождение (Средний Тиман): аспекты геологического строения и освоения. Рудник будущего. 1(9), 16-24.

  9. Макеев А.Б. (2014) Пижемское титановое месторождение – флюидизатная кальдера в Пижемской депрессии (Средний Тиман). Геохимия литогенеза: Матер. Российского совещания с международным участием (Сыктывкар, 17–19 марта 2014 г.). Сыктывкар: Геопринт, 86-89.

  10. Макеев А.Б. (2016) Типоморфные особенности минералов титановых руд Пижемского месторождения. Минералогия. (1), 24-49.

  11. Макеев А.Б., Баянова Т.Б., Борисовский С.Е., Жиличева О.М. (2015а) Состав, изотопный U-Pb возраст и источник циркона полиминерального проявления Ичетъю (Средний Тиман). Записки РМО. (6), 9-18.

  12. Макеев А.Б., Борисовский С.Е., Баянова Т.Б., Жиличева О.М., Скублов С.Г. (2015б) Уникальные иттриевые цирконы полиминерального проявления Ичетъю. Минералогия (4), 29-46.

  13. Макеев А.Б., Брянчанинова Н.И. (2009) Лампрофиры Тимана. Региональная геологии и металлогения. (37), 51-73.

  14. Макеев А.Б., Дубинчук В.Т., Быховский Л.З., Лаломов А.В., Макеев Б.А. (2010) Пижемское титановое месторождение: проблемы генезиса. Матер. XIV межд. совещания по Геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2010). Новосибирск, 417-422.

  15. Макеев А.Б., Дудар В.А. (2001) Минералогия алмазов Тимана. СПб.: Наука, 336 с.

  16. Макеев А.Б., Иванух В., Обыден С.К., Брянчанинова Н.И., Иванников П.В., Сапарин Г.В. (2003) Взаимоотношение алмаза и карбонадо (по материалам исследования бразильской и среднетиманской коллекций). ДАН. 393(3), 393-397.

  17. Макеев А.Б., Красоткина А.О., Скублов С.Г. (2016) Геохимия и U-Pb возраст циркона Пижемского титанового месторождения (Средний Тиман). Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. (5), 3-17.

  18. Макеев А.Б., Носик Л.П. (2009) Химический и изотопный состав сидерита Пижемского месторождения (Средний Тиман). Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: Материалы XV Геологического съезда Республики Коми. Т. II. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 277-279.

  19. Макеев А.Б., Скублов С.Г. (2016) Иттриево-редкоземельные цирконы Тимана: геохимия и промышленное значение. Геохимия. (9), 821-828.

  20. Makeyev A.B., Skublov S.G. (2016) Y–REE-Rich zircons of the Timan region: Geochemistry and economic significance. Geochem. Int. 54(9), 788-794.

  21. Макеев А.Б., Борисовский С.Е. (2013) Типоморфизм и источники титановых и ниобиевых минералов проявления Ичетъю, Средний Тиман. Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. (2), 30-37.

  22. Макеев А.Б., Борисовский С.Е., Красоткина А.О. (2020) Химический состав и возраст монацита и куларита из титановых руд Пижемского и Ярегского месторождений (Средний и Южный Тиман). Георесурсы. 22(1), 22-31.

  23. Плякин А.М., Ершова О.В. (2010) О возрасте девонских полиминеральных россыпей Тимана. Известия Коми научного центра УРО РАН. 1(1), 60-63.

  24. Скублов С.Г., Ли С.-Х. (2016) Аномальная геохимия циркона из Ястребецкого редкометалльного месторождения (SIMS- и TOF-исследование). Записки Горного института. (222), 798-802.

  25. Скублов С.Г., Марин Ю.Б., Галанкина О.Л., Симакин С.Г., Мыскова Т.А., Астафьев Б.Ю. (2011) Первая находка аномально (Y+REE)-обогащенных цирконов в породах Балтийского щита. ДАН. 441(6), 792-799.

  26. Федотова А.А., Бибикова Е.В., Симакин С.Г. (2008) Геохимия циркона (данные ионного микрозонда) как индикатор генезиса минерала при геохронологических исследованиях. Геохимия. (9), 980-997.

  27. Fedotova A.A., Bibikova E.V., Simakin, S.G. (2008) Ion-microprobe zircon geochemistry as an indicator of mineral genesis during geochronological studies. Geochem. Int. 46(9), 912-927.

  28. Цаплин А.Е., Тополюк В.В., Бакулина Л.П., Довжикова Е.Г. (1988) Строение титаноносной малоручейской свиты Среднего Тимана. Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. (9), 57-62.

  29. Чернышев И.В., Макеев А.Б., Гольцман Ю.В., Брянчанинова Н.И. (2010) Возраст титановых месторождений северо-востока Восточно-Европейской платформы: Rb-Sr-данные. ДАН. 435(3), 378-383.

  30. Bouvier A.S., Ushikubo T., Kita N.T., Cavosie A.J., Kozdon R., Valley J.W. (2012) Li isotopes and trace elements as a petrogenetic tracer in zircon: insights from Archean TTGs and sanukitoids. Contrib. Mineral. Petrol. 163, 745-768.

  31. De Hoog J.C.M., Lissenberg C.J., Brooker R.A., Hinton R., Trail D., Hellebrand E. (2014) Hydrogen incorporation and charge balance in natural zircon. Geochim. Cosmochim. Acta. 141, 472-486.

  32. Eiler J.M. (2001) Oxygen isotope variatons of basaltic lavas and upper mantle rocks. Rev. Mineral. Geochem. 43, 319-364.

  33. Finch R.J., Hanchar J.M. (2003) Structure and chemistry of zircon and zircon-group minerals. Rev. Mineral. Geochem. 53, 1-25.

  34. Fu B., Page F.Z., Cavosie A.J., Fournelle J., Kita N.T., Lackey J.S., Wilde S.A., Valley J.W., (2008) Ti-in-zircon thermometry: applications and limitations. Contrib. Mineral. Petrol. 156, 197-215.

  35. Gao Y.-Y., Li X.-H., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Wang Y.-F. (2014) Screening criteria for reliable U–Pb geochronology and oxygen isotope analysis in uranium-rich zircons: A case study from the Suzhou A-type granites, SE. China. Lithos. 192, 180-191.

  36. Geisler T., Schleicher H. (2000) Improved U–Th–total Pb dating of zircons by electron microprobe using a simple new background modeling procedure and Ca as a chemical criterion of fluid-induced U-Th-Pb discordance in zircon. Chem. Geol. 163, 269-285.

  37. Geisler T., Schaltegger U., Tomaschek F. (2007) Re-equilibration of zircon in aqueous fluids and melts. Elements. 3(1), 43-50.

  38. Grimes C.B., John B.E., Cheadle M.J., Mazdab F.K., Wooden J.L., Swapp S., Schwartz J.J. (2009) On the occurrence, trace element geochemistry, and crystallization history of zircon from in situ ocean lithosphere. Contrib. Mineral. Petrol. 158, 757-783.

  39. Harley S.L., Kelly N.M. (2007) Zircon tiny but timely. Elements. 3(1), 13-18.

  40. Hart S.R., Blusztain J., Dick H.J.B., Meyer P.S., Muehlenbachs K. (1999) The finger-print of seawater circulation in a 500-meter section of ocean crust gabbros. Geochim. Cosmochim. Acta. 63, 4059-4080.

  41. Hay D.C., Dempster T.J. (2009) Zircon behaviour during low-temperature metamorphism. J. Petrol. 50, 571-589.

  42. Hinton R.W., Upton B.G.J. (1991) The chemistry of zircon: variations within and between large crystals from syenite and alkali basalt xenoliths. Geochim. Cosmochim. Acta. 55, 3287-3302.

  43. Horie K., Hidaka H., Gauthier-Lafaye F. (2006) Elemental distribution in zircon: alteration and radiation-damage effects. Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 31(10–14), 587-592.

  44. Hoshino M., Watanabe Y., Murakami H., Kon Y., Tsunematsu M. (2013) Formation process of zircon associated with REE-fluorocarbonate and niobium minerals in the Nechalacho REE deposit, Thor Lake, Canada. Resource Geol. 63, 1-26.

  45. Hoskin P.W. (2005) Trace-element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia. Geochim. Cosmochim. Acta. 69, 637-648.

  46. Korolev N.M., Melnik A.E., Li X.H., Skublov S.G. (2018) The oxygen isotope composition of mantle eclogites as a proxy of their origin and evolution: A review. Earth-Sci. Rev. 185, 288-300.

  47. Levskii L.K., Skublov S.G., Gembitskaya I.M. (2009) Isotopic-geochemical study of zircons from metabasites of the Kontokki dike complex: Age of regional metamorphism in the Kostomuksha structure. Petrol. 17(7), 669-683.

  48. Ludwig K.R. (2001) SQUID 1.02: A User Manual, a Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Sp. Publ. 2, 19 p.

  49. Ludwig K.R. (2003) User’s Manual for Isoplot/Ex, Version 3.00, a Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Sp. Publ. 4, 59 p.

  50. McDonough W.F., Sun S.-S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol. 120, 223-253.

  51. Rayner N., Stern R.A., Carr S.D. (2005) Grain-scale variations in trace element composition of fluid-altered zircon, Acasta Gneiss Complex, northwestern Canada. Contrib. Mineral. Petrol. 148, 721-734.

  52. Valley J.W., Kinny P.D., Schulze D.J., Spicuzza M.J. (1998) Zircon megacrysts from kimberlite: oxygen isotope variability among mantle melts. Contrib. Mineral. Petrol. 133, 1-11.

  53. Valley J.W., Lackey J.S., Cavosie A.J., Clechenko C.C., Spicuzza M.J., Basei M.A.S., Bindeman I.N., Ferreira V.P., Sial A.N., King E.M., Peck W.H. (2005) 4.4 billion years of crustal maturation: oxygen isotope ratios of magmatic zircon. Contrib. Mineral. Petrol. 150, 561-580.

  54. Watson E.B, Wark D.A., Thomas J.B. (2006) Crystallization thermometers for zircon and rutile. Contrib. Mineral. Petrol. 151, 413-433.

  55. Williams I.S. (1998) U-Th-Pb geochronology by ion microprobe. Rev. Econ. Geol. 7, 1-35.

  56. Xie L., Wang R., Chen X., Qiu J., Wang D. (2005) Th-rich zircon from peralka line A-type granite: Mineralogical features and petrological implications. Chinese Sci. Bull. 50, 809-817.

Дополнительные материалы отсутствуют.