1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 28, № 1, 2020

Петрология, 2020, T. 28, № 1, стр. 72-84

Кальциевые гранаты как источник информации о возрасте щелочно-ультраосновных интрузий Кольской магматической провинции

М. В. Стифеева a, *, Е. Б. Сальникова a, А. А. Арзамасцев a, А. Б. Котов a, **, В. Ю. Гроздев b

a Институт геологии и геохронологии докембрия РАН
119034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2, Россия

b Геологический институт Болгарской академии наук
1113 София, ул. Академика Бончева, 24, Болгария

* E-mail: stifeeva.maria@yandex.ru
** E-mail: abkotov-spb@mail.ru

Поступила в редакцию 12.04.2019
После доработки 21.05.2019
Принята к публикации 27.05.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Выполнены U-Pb геохронологические (ID TIMS) исследования гранатов ряда шорломит–моримотоит–андрадит из магматических пород щелочно-ультраосновных массивов Вуориярви, Салланлатва и Салмагорского Кольской щелочной провинции. Они характеризуются сравнительно высоким содержанием U (5–9 мкг/г) и низкой долей обыкновенного свинца (Pbc/Pbt = 0.2–0.7). Присутствие в изученных гранатах урана обусловлено изоморфным вхождением в его структуру и не связано с наличием включений урансодержащих минералов. Полученные U-Pb оценки возраста гранатов из различных пород указанных массивов (373 ± 2–377 ± 1 млн лет) согласуются между собой и отвечают главному этапу проявления щелочно-ультраосновного магматизма Кольской провинции (360–380 млн лет). Результаты геохронологических исследований свидетельствуют об устойчивости U-Pb системы гранатов ряда шорломит–моримотоит–андрадит и позволяют использовать их в качестве надежных геохронометров для датирования щелочно-ультраосновных пород.

Ключевые слова: U-Pb ID-TIMS гранаты, щелочно-ультраосновные интрузии, Кольская магматическая провинция

ВВЕДЕНИЕ

Определение длительности формирования крупных провинций щелочно-ультраосновных пород и абсолютного возраста входящих в их состав отдельных массивов является актуальной задачей современных геологических и геохронологических исследований. Как правило, эти массивы имеют многофазное строение. При этом интенсивное термальное и флюидное воздействие поздних фаз внедрения часто приводит к нарушению сохранности изотопных систем в минералах пород более ранних фаз. Высокая щелочность и недосыщенность исходных расплавов кремнеземом является препятствием для кристаллизации в большинстве пород щелочных серий циркона – одного из наиболее надежных U-Pb минералов-геохронометров. Кроме того, типичные акцессорные минералы пород щелочно-ультраосновных комплексов (перовскит, титанит, циркон, монацит) часто обеднены ураном и обогащены обыкновенным свинцом (Reguir et al., 2010; Арзамасцев и др., 2007), что накладывает определенные ограничения на их использование для U-Pb геохронологических исследований. Перечисленные особенности стимулируют поиски новых минералов-геохронометров, которые могут использоваться для определения возраста сложных по строению и составу многофазных щелочно-ультраосновных интрузий.

Проведенные за последние годы исследования (Chakhmouradian et al., 2015; Salnikova et al., 2017; Seaman et al., 2017; Deng et al., 2017; Сальникова и др., 2018а, 2018б; 2019; Yang et al., 2018; Zhang et al., 2017) продемонстрировали, что кальциевые гранаты являются перспективными U-Pb минералами-геохронометрами. В большинстве случаев для них удается получить конкордантные и субконкордантные оценки возраста, которые хорошо согласуются с оценками возраста, полученными другими методами (U-Pb по циркону, U-Th-Pb по перовскиту, Sm-Nd по апатиту и гранату и 40Ar/39Ar по слюдам).

В настоящей статье представлены результаты U-Pb геохронологических исследований кальциевых гранатов из пород ийолит-мельтейгитовой серии четырех массивов Кольской щелочной провинции, в состав которой входят крупнейшие массивы агпаитовых сиенитов Хибин и Ловозера, интрузии щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами, рои даек щелочных пикритов, меланефелинитов, мелилититов, нефелинитов и карбонатитов, а также щелочные и субщелочные вулканиты (рис. 1). Имеющиеся геохронологические данные, полученные Rb-Sr методом по минералам, Ar-Ar методом по флогопиту либо U-Pb методом по перовскиту, титаниту, кальциртиту и цирконолиту свидетельствуют о том, что основной этап магматической активности соответствовал интервалу 380–360 млн лет (Kramm et al., 1993; Kramm, Kogarko, 1994; Amelin, Zaitsev, 2002; Баянова, 2002; Rukhlov, Bell, 2010; Wu et al., 2010; Арзамасцев, Ву, 2014).

Рис. 1.

Схема расположения палеозойских щелочно-ультраосновных массивов в северо-восточной части Фенноскандинавского щита (а) и схемы геологического строения массивов Вуориярви, Салланлатва и Салмагорского по данным (Афанасьев, 2011) (б). (а): 1 – палеозойские агпаитовые комплексы, 2 – интрузии щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов, 3 – осадочные породы рифея, 4 – раннепротерозойские мобильные зоны, 5 – пологие (а) и крутые (б) границы террейнов, 6 – пологие (а) и крутые (б) разломы. (б): 1 – карбонатиты и фоскориты, 2 – апатит-амфиболовые породы с шорломитом, перовскитом, 3 – нефелиновые сиениты, 4 – фоидолиты: а – мельтейгит, б – ийолит, 5 – флогопит-диопсид-оливиновые породы; 6 –мелилит-монтичеллит-оливиновые породы, 7 – мелилитолиты, 8 – пироксениты, 9 – дуниты, 10 – фениты: а – по гнейсам, б – по метабазитам, 11 – разломы. На схемах массивов показаны точки отбора для U-Pb геохронологических исследований.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МАССИВОВ КОЛЬСКОЙ ПРОВИНЦИИ

Щелочно-ультраосновные массивы Кольской провинции имеют многофазное концентрически-зональное строение. Последовательность внедрения пород данных массивов является типичной для большинства щелочно-ультраосновных интрузий: оливинит, пироксенит, мелилитовые породы (турьяит, мелилитолит, окаит), мельтейгит-ийолит, нефелиновый или канкринитовый сиенит, карбонатиты и фоскориты.

Массив Вуориярви

Массив Вуориярви расположен в пределах юго-западного фланга Беломорского подвижного пояса (рис. 1) и прорывает архейские породы беломорской серии. (рис. 1). Центральная часть массива сложена пироксенитами, оливинитами и оливин-пироксеновыми породами (Афанасьев, 2011), а периферическая – породами ийолит-мельтейгитовой серии. В восточной части массива закартировано сложное по строению тело карбонатитов и апатито-форстерито-магнетитовых пород.

В массиве Вуориярви обогащенные титаном гранаты входят в число породообразующих минералов ийолитов (до 25%) и ийолит-уртитов (до 8%), а также встречаются в качестве акцессорных минералов в пегматоидных пироксенитах (Кухаренко и др., 1965). Последние распространены в западной части массива вблизи контакта массивных пироксенитов с ийолитами. Пегматоидные пироксениты также образуют серии жильных тел субширотного простирания в породах ультраосновной серии (Афанасьев, 2011). Пироксениты сложены преимущественно диопсидом, амфиболом и апатитом, акцессорные минералы представлены перовскитом и гранатом.

Массив Салланлатва

Салланлатвинский массив находится в зоне сочленения Беломорского пояса и Карельского кратона, где прорывает толщу раннепротерозойских метадиабазов Куолаярвинской структуры (рис. 1). Преобладающим типом пород массива являются мельтейгиты, слагающие его периферическую часть (Кухаренко и др., 1965; Афанасьев, 2011). По направлению к центру они сменяются уртит-ийолитами. Самые поздние породы массива представлены карбонатитами, локализованными в центральной части массива. Как в ийолитах, так и в карбонатитах встречаются ксенолиты пироксенитов, относящихся к наиболее ранней фазе. Гранат в ийолитах и пегматоидных породах фоидолитовой серии присутствует в качестве породообразующего или акцессорного минерала.

Салмагорский массив

Салмагорский массив расположен на восточном фланге Беломорского подвижного пояса (рис. 1). В отличие от других массивов провинции, периферическая зона этого массива сложена ультраосновными породами (оливинитами и пироксенитами), а его центральная часть – породами фоидолитовой серии. Еще одной особенностью данного массива является присутствие в его центральной части мелилитолитов и монтичеллитовых пород, а также жильных тел карбонатитов, представленных преимущественно сёвитами. Гранат является одним из акцессорных минералов ийолитов, мельтейгитов и турьяитов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Определение содержаний главных элементов в гранатах выполнено в ресурсном центре СПбГУ “Геомодель” с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-3400N с энергодисперсионным спектрометром Oxford Instruments X-Max20. Содержания малых элементов в гранатах определены на ICP-MS масс-спектрометре ELAN DRC Quadrupole, оснащенным системой лазерной абляции UP193FX New Wave в Геологическом институте Болгарской академии наук. Для калибровки использовались стандарты NIST 612, NIST 610, гранаты Мали (Seaman et al., 2017) и Дашкесана (Stifeeva et al., 2018; Стифеева и др., 2019). Обработка полученных данных осуществлялась с использованием программ “Iolite” и “VizualAge”. Расчет концентраций малых элементов в гранатах выполнен с учетом содержаний SiO2.

Для проведения U-Pb геохронологических исследований были выделены монофракции граната, из которых под бинокуляром отбирались визуально чистые фрагменты кристаллов размером не более 200 мкм. Гранат подвергался предварительной кислотной обработке 6 N HCl, согласно модифицированной методике (DeWolf et al., 1996). Разложение граната, последующее химическое выделение U и Pb осуществлялось в соответствии с модифицированными методиками (Krogh, 1973; Horwitz et al., 1992; Corfu et al., 2002). Определение изотопного состава Pb и U выполнено на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI в статическом или динамическом режимах (при помощи счетчика ионов). Использовался изотопный индикатор 235U-202Pb. Точность определения U/Pb отношений и содержаний U и Pb составила 0.5%. Холостое загрязнение не превышало 10 пг для Pb и 1 пг для U. Обработка экспериментальных данных осуществлялась в программах “PbDat” (Ludwig., 1991) и “ISOPLOT” (Ludwig, 2012). При расчете возрастов использованы общепринятые значения констант распада урана (Steiger et al., 1977). Поправки на обычный Pb приведены в соответствии с модельными величинами (Stacey et al., 1975). Все ошибки приведены на уровне 2σ.

СОСТАВ ГРАНАТОВ

Гранаты из изученных массивов Кольской щелочной провинции представляют собой сложные серии твердых растворов с различной долей андрадитового (Adr, Ca3${\text{Fe}}_{{\text{2}}}^{{{\text{3}} + }}$Si3O12), моримотоитового (Mrt, Ca3Fe2+TiSi3O12) и шорломитового (Sch, Ca3Ti2Si${\text{Fe}}_{{\text{2}}}^{{{\text{3}} + }}$O12) миналов.

Данные о составе гранатов и распределении в них малых и редкоземельных элементов приведены в табл. 1, 2 и на рис. 2. Кристаллохимические формулы гранатов рассчитаны по сумме катионов (Булах и др., 2014) (табл. 1). Результаты представлены в процентном содержании главных миналов на тройной диаграмме (рис. 2), где поле A – андрадит (Ca3${\text{Fe}}_{{\text{2}}}^{{{\text{3}} + }}$Si3O12); поле B – шорломит (Ca3Ti2(SiFe3+)2O12) и его Al-аналог – хатчеонит (Ca3Ti2(Al2Si)O12); поле C – моримотоит (Ca3(TiFe2+)Si3O12) и его разновидность – Mg-моримотоит (Ca3(TiMg)Si3O12). В значительно меньшем количестве присутствуют такие компоненты, как кимцеит (Ca3Zr2(Al2Si)O12) и кальдерит (Mn3Fe2Si3O12).

Таблица 1.  

Химический состав гранатов из пегматоидного пироксенита массива Вуориярви, мелкозернистого ийолита и пегматоидного ийолита массива Салланлатва, крупнозернистого ийолита Салмагорского массива

Компо-ненты Массив Вуориярви Массив Салланлатва Салмагорcкий массив
96/57 32/130 25/50 731b
SiO2 25.11 26.23 26.79 27.63 28.61 24.88 25.58 26.61 26.96 27.45 26.27 28.15 29.76 30.53 31.09 27.25 28.18 28.73 29.56 30.17
TiO2 16.35 15.47 15.76 14.64 13.46 16.30 16.14 15.18 15.06 15.09 11.52 12.05 12.05 10.01 5.67 17.15 16.12 15.58 14.41 16.69
ZrO2 1.29 1.27 1.18 0.86 n.d. 1.22 1.38 0.87 1.42 n.d. 0.35 0.32 0.44 n.d. n.d. 0.26 0.71 0.65 n.d. n.d.
Al2O3 2.27 2.05 2.34 2.25 0.78 2.20 2.17 1.47 2.13 1.49 0.85 0.89 1.07 1.12 1.33 1.05 1.05 0.68 0.89 0.26
FeOt 17.80 18.18 18.44 18.75 21.20 17.62 17.65 18.53 18.38 18.67 28.01 22.07 22.12 23.02 23.30 20.13 20.13 21.05 20.44 19.32
MnO 0.33 0.38 n.d. 0.31 0.42 n.d. 0.30 0.30 0.27 0.47 0.27 0.33 0.36 0.33 n.d. 0.34 0.50 0.29 0.29 0.39
MgO 1.18 1.08 1.36 1.20 0.58 1.15 1.24 1.06 1.12 0.97 0.62 0.63 0.58 0.60 0.40 1.07 1.20 0.97 1.10 0.61
CaO 31.40 31.56 31.97 31.94 31.25 30.89 31.25 31.14 31.91 31.47 28.51 30.95 32.15 31.94 31.63 32.14 32.39 32.58 32.96 31.62
V2O3 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.56 n.d. n.d.
Na2O n.d. n.d. n.d. n.d. 0.34 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.63 n.d. 0.29 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.83
Сумма 95.73 96.22 97.84 97.58 96.64 94.26 95.71 95.16 97.25 95.61 96.48 95.39 98.53 97.55 93.42 99.39 100.28 101.09 99.65 99.06
X Ca 2.95 2.95 2.93 2.92 2.89 2.95 2.93 2.94 2.94 2.94 2.88 2.91 2.92 2.91 2.98 2.91 2.89 2.92 2.95 2.87
Mn 0.05 0.03 – 0.02 0.03 – 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 0.02 0.03 0.02 – 0.07 0.07 0.07 0.03 0.10
Mg 0.03 0.03 0.07 0.05 0.02 0.05 0.04 0.04 0.04 0.02 0.08 0.08 0.07 0.08 0.05 – – – – –
Fe2+ – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 0.02
Y Fe3+ 0.53 0.58 0.59 0.69 0.84 0.5 0.51 0.57 0.61 0.63 1.15 0.92 0.91 1.12 1.51 0.50 0.57 0.51 0.72 0.31
Ti 1.08 1.01 1.01 0.94 0.87 1.09 1.06 1 0.97 0.99 0.76 0.79 0.77 0.64 0.38 1.09 1.01 0.97 0.91 1.06
Mg 0.13 0.11 0.10 0.10 0.05 0.1 0.12 0.1 0.11 0.1 – – – – – 0.07 0.08 0.05 0.11 0.05
Fe2+ 0.21 0.24 0.25 0.24 0.23 0.26 0.25 0.29 0.25 0.28 0.08 0.28 0.31 0.24 0.11 0.33 0.31 – 0.27 0.36
Zr 0.06 0.05 0.05 0.04 – 0.05 0.06 0.04 0.06 – 0.01 0.01 0.02 – – 0.01 0.03 0.03 – 0.02
V – – – – – – – – – – – – – – – – – 0.03 – –
Z Si 2.20 2.28 2.29 2.36 2.47 2.21 2.24 2.34 2.32 2.39 2.30 2.47 2.52 2.60 2.74 2.30 2.35 2.39 2.47 2.39
Al 0.23 0.21 0.24 0.23 0.08 0.23 0.22 0.15 0.22 0.15 0.09 0.09 0.11 0.11 0.14 0.10 0.08 0.07 0.09 0.08
Fe3+ 0.56 0.51 0.48 0.41 0.45 0.55 0.53 0.51 0.46 0.45 0.61 0.44 0.37 0.29 0.13 0.59 0.57 0.54 0.44 0.53

Примечание. Pасчет минеральных формул выполнен по общему числу катионов (∑ (+) = 8), расчет баланса Fe2+/Fe3+ производился исходя из стехиометрии; n.d. – не обнаружено здесь и в табл. 2 .

Таблица 2.  

Содержание малых элементов (мкг/г) в гранатах из пегматоидных пироксенитов массива Вуориярви, мелкозернистых ийолитов и пегматоидных ийолитов массива Салланлатва, крупнозернистых ийолитов Салмагорского массива Кольской магматической провинции

Компо-ненты Массив Вуориярви Массив Салланлатва Салмагорcкий массив
96/57 32/130 25/50 731b
Sc 40.4 62.2 141 135 153 45.3 50.3 133 147 183 6.99 9.40 13.4 16.8 20.6 8.29 17.8 22.3 29.8 49.2
V 611 597 968 910 925 620 601 922 860 935 558 671 546 502 448 868 870 796 897 742
Cr 8.56 10.7 27.0 20.8 28.7 9.04 9.40 30.8 35.7 45.3 8.29 12.0 18.5 22.2 25.8 13.3 21.8 22.5 37.2 16.5
Co 14.0 16.6 16.6 15.6 16.7 15.8 15.1 15.3 14.9 14.9 13.5 14.3 21.1 20.7 19.2 51.8 23.9 20.3 24.2 23.4
Ni 1.60 1.42 1.60 2.59 1.38 1.44 2.56 1.60 1.78 1.87 2.57 2.01 2.87 2.82 2.72 10.1 4.07 4.41 4.79 6.62
Cu 3.48 2.82 3.56 4.27 3.49 3.30 4.71 2.80 4.85 3.53 2.12 3.27 5.24 6.11 7.75 4.93 3.63 7.89 3.17 15.4
Zn 129 149 234 237 256 151 163 256 237 223 60.5 123 110 104 113 322 187 179 191 197
Ga 36.1 41.6 46.5 43.7 45.3 39.1 36.8 43.9 43.3 45.7 18.9 24.2 18.6 18.6 18.1 16.0 22.4 21.4 21.6 23.0
Y 699 952 846 737 867 899 751 768 689 832 369 493 594 509 487 57.2 232 225 441 435
Nb 245 253 335 272 299 255 229 324 266 302 229 505 180 143 142 382 387 355 276 250
Ta 19.7 18.0 13.3 13.5 10.3 21.8 17.7 15.1 10.4 8.95 35.9 24.7 34.9 28.5 22.8 23.6 40.8 32.1 11.6 18.1
Zr 10358 12010 7549 7507 7885 9846 9333 7321 7754 8888 1964 2404 2676 2585 2686 2610 1893 1633 5885 4232
Sn 33.1 41.7 52.7 50.4 54.1 34.9 36.6 46.3 47.5 51.8 10.8 11.8 20.1 19.4 20.0 8.98 9.61 9.37 20.7 21.3
Pb 0.17 0.28 0.43 0.58 0.17 0.30 0.49 0.17 0.24 0.08 0.93 1.06 0.48 0.44 2.58 n.d. 0.41 1.06 0.15 0.74
Th 3.32 2.95 2.41 1.95 2.03 2.96 2.75 3.41 1.60 1.67 26.5 28.3 14.3 12.0 14.5 1.19 11.1 11.3 2.38 2.78
U 7.25 9.03 12.7 9.85 11.8 8.53 6.98 13.4 10.4 13.4 7.14 16.8 4.73 3.53 3.89 5.18 12.4 12.8 8.92 8.19
La 22.0 19.9 16.7 14.8 15.5 19.1 18.8 15.9 14.6 16.0 24.3 11.0 22.2 20.6 18.8 28.3 38.2 37.0 20.2 18.6
Ce 125 114 90.2 79.0 83.7 116 110 91.2 78.3 91.6 159 87.4 144 133 119 146 221 198 92.2 82.1
Pr 26.2 25.6 19.7 17.2 18.6 26.5 24.9 20.6 17.2 20.1 35.6 22.4 31.7 30.5 26.5 29.6 47.5 41.1 17.2 16.3
Nd 181 185 141 124 131 197 182 144 126 145 224 166 213 203 180 181 294 260 110 108
Sm 84.0 97.1 76.8 68.6 73.4 102 88.1 74.2 66.4 77.2 77.2 72.8 86.9 77.3 69.5 59.9 87.3 83.8 48.5 54.7
Eu 35.3 42.4 34.3 29.7 33.2 44.2 38.2 31.7 29.1 34.1 26.7 28.4 32.6 29.0 26.2 20.6 27.6 26.8 20.3 22.0
Gd 127 164 131 118 129 165 142 121 113 129 83.1 95.6 110 97.3 90.9 66.9 82.8 80.1 77.8 82.1
Tb 22.6 30.0 23.9 21.5 23.8 30.4 24.0 21.8 20.2 24.1 12.6 16.1 19.0 16.4 15.4 9.58 10.3 10.2 13.5 13.8
Dy 147 201 163 140 160 198 154 148 134 161 75.8 102 128 106 103 53.5 52.3 51.1 85.4 83.7
Ho 28.0 40.0 32.9 27.6 31.7 37.9 29.4 29.1 26.4 32.3 14.6 20.6 26.4 22.0 20.8 9.46 8.40 8.17 16.3 16.2
Er 77.3 111 91.0 80.1 92.9 103 80.3 86.0 75.7 93.2 39.8 59.2 77.8 64.4 63.6 24.3 20.1 20.2 44.9 42.0
Tm 9.20 13.9 11.8 9.92 11.7 13.0 9.75 10.8 9.41 11.8 5.12 7.87 9.91 8.20 8.20 2.95 2.32 2.25 5.57 5.22
Yb 56.2 84.5 74.4 63.8 74.2 78.0 60.2 67.6 58.4 73.6 32.6 47.0 59.9 50.3 47.8 18.3 14.7 14.2 34.5 32.2
Lu 7.08 10.2 9.39 7.96 9.23 9.44 7.33 8.53 7.54 8.89 4.25 5.83 7.45 6.36 6.19 2.39 1.93 1.85 4.52 4.17
Сумма REE 948 1140 917 803 888 1139 968 871 776 918 815 742 969 866 795 653 908 835 591 581
Th/U 0.46 0.33 0.19 0.20 0.17 0.35 0.39 0.25 0.15 0.13 3.72 1.67 3.02 3.41 3.73 0.79 0.89 0.88 0.27 0.34
(La/Sm)N 0.16 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.14 0.13 0.20 0.15 0.16 0.17 0.17 0.43 0.27 0.28 0.21 0.26
(Gd/Yb)N 1.87 1.61 1.46 1.53 1.44 1.75 1.94 1.35 1.59 1.45 2.11 2.03 1.52 1.60 1.57 5.13 4.64 4.65 2.11 1.87
Рис. 2.

Состав гранатов из щелочно-ультраосновных пород массивов Вуориярви, Салмагорского и Салланлатва. 1 – Салмагорский массив (731b); 2 – массив Вуориярви (96/57); 3 – массив Салланлатва (25/50); 4 – массив Салланлатва (32/130).

Гранат массива Вуориярви

Гранат из пегматоидного пироксенита (проба 96/57) представлен мелкими, имеющими смолянистый блеск зернами (3–8 мм) черного цвета. В отдельных случаях в них наблюдаются единичные включения мелких (<30 мкм) зерен апатита (рис. 3а). По составу он отвечает изоморфной серии андрадит–шорломит–моримотоит. Наблюдаются вариации в содержании железа (FeO = = 17.25–21.75 мас. %). Среднее содержание TiO2 составляет 15.79 мас. %. Отмечается примесь циркония (ZrO2 не более 1.50 мас. %) и натрия (Na2O до 1.52 мас. %). На графике распределения REE (рис. 4а) наблюдается обогащение MREE и в меньшей степени – HREE. Значения ((La/Sm)N = = 0.12–0.17) на порядок отличается от ((Gd/Yb)N = = 1.22–1.92). Содержание урана в гранате изменяется от 6.92 до 15.76 мкг/г. Наблюдается положительная корреляция между содержаниями U, REE, FeO, в меньшей степени Ti, и отрицательная корреляция этих элементов с содержанием Al.

Рис. 3.

Фотографии шлифов в проходящем свете из пегматоидного пироксенита массива Вуориярви (а), мелкозернистого ийолита массива Салланлатва (б), пегматоидного ийолита массива Салланлатва (в). Grt – гранат, Ne – нефелин, Bt – биотит, Ap – апатит, Aeg – авгит.

Рис. 4.

Графики распределения редкоземельных элементов в гранатах из пегматоидного пироксенита массива Вуориярви (а), мелкозернистого ийолита массива Салланлатва (б), пегматоидного ийолита массива Салланлатва (в), крупнозернистых ийолитов Салмагорского массива (г). Нормализовано по (Anders, Grevesse, 1989).

Гранат Салланлатвинского массива

Нами изучены гранаты из двух типов пород: мелкозернистого ийолита (проба С-25/50) и пегматоидного обособления в них (проба С-32/130). Гранат из мелкозернистого ийолита представлен черными изометричными зернами со смолянистым блеском, в тонких сколах имеющими темно-коричневый цвет. В них по трещинам развиваются кальцит, оксиды железа и отмечаются единичные включения апатита (рис. 3б). Гранат из пегматоидного ийолита образует мелкие округлые зерна (до 3–5 мм), расположенные среди крупных зональных зерен эгирина и нефелина. Кроме того, в пегматоидных ийолитах встречаются прожилки, сложенные изометричными зернами граната (рис. 3в).

Гранаты из мелкозернистых и пегматоидных ийолитов различаются по составу. Гранат мелкозернистого ийолита изменяется по составу от андрадита до моримотоита (рис. 2), в то время как гранат из пегматоидных ийолитов по составу отвечают моримотоиту со значительной долей шорломитового компонента. Содержание титана в гранатах пегматоидных ийолитов увеличивается от центра зерен к их периферии. Гранаты мелкозернистых ийолитов обогащены LREE (рис. 4б), и прежде всего Pr и Nd, а гранаты пегматоидных ийолитов – MREE (рис. 4в). Следует также отметить, что гранаты из мелкозернистых ийолитов характеризуютя большими вариациями содержаний U (от 3.53 до 16.80 мкг/г) по сравнению с гранатами из пегматоидных ийолитов (от 6.98 до 13.4 мкг/г). При этом наблюдается положительная корреляция содержаний U и REE в гранатах мелкозернистых и пегматоидных ийолитов в зонах, обогащенных Ti, и отрицательная корреляция U с Са и Al.

Гранат Салмагорского массива

Гранат из крупнозернистых ийолитов Салмагорского массива (проба 731b) принадлежит к изоморфному ряду андрадит–моримотоит–шорломит и характеризуется увеличением содержания титана от центра к краевым частям зерен. От других изученных гранатов он отличается повышенным содержанием моримотоитового компонента (рис. 2).

По характеру распределения REE гранат из крупнозернистых ийолитов Салмагорского массива относится к двум группам. Первая группа представлена гранатами с повышенными концентрациями LREE (рис. 4г). Для второй группы гранатов характерны более низкие содержания LREE и повышенные содержания MREE (рис. 4г). Содержание урана изменяется в пределах от 5.18 до 12.84 мкг/г. Распределения U и REE в гранате из ийолитов Салмагорского массива имеют положительную корреляцию вне зависимости от выделенных зон. Титан демонстрирует отрицательную корреляцию с ураном и группой REE.

РЕЗУЛЬТАТЫ U-Pb ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Массив Вуориярви. Геохронологические исследования проведены для двух микронавесок граната из пироксенитов массива Вуориярви (табл. 3). Содержание в них U составляет 8.02 и 4.82 мкг/г, доля Pbc (Pbc/Pbt) – 0.49–0.46. Изученный гранат характеризуется конкордантным возрастом 373 ± ± 2 млн лет (СКВО = 0.01; вероятность – 94%) или незначительно дискордантен (№ 1, 2, табл. 3). Среднее значение возраста (206Pb/238U) составляет 374 ± 1 млн лет.

Таблица 3.  

Результаты U-Pb геохронологических исследований гранатов из щелочно-ультраосновных массивов Кольской магматической провинции

Название массива, номер пробы № п/п Навеска, мг Pb, мкг/г U, мкг/г Pbc/Pbt Изотопные отношения Rho Возраст, млн лет
206Pb/ 204Pb 207Pb/206Pba 208Pb/206Pba 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb
Массив Вуориярви,
96/57 		1 0.98 0.97 8.02 0.49 69.36 0.0540 ± 8 0.1338 ± 1 0.4442 ± 8 0.0597 ± 3 0.44 373 ± 1 373 ± 1 373 ± 18
2 1.29 0.54 4.82 0.46 73.45 0.0547 ± 9 0.1251 ± 1 0.4498 ± 10 0.0596 ± 4 0.46 377 ± 1 373 ± 1 403 ± 21
Массив Салланлатва, 32/130 3 1.15 1.07 8.5 0.66 113.17 0.0539 ± 12 1.1367 ± 1 0.4482 ± 15 0.0603 ± 8 0.56 376 ± 2 378 ± 1 366 ± 29
4 2.58 1.20 6.67 0.18 116.74 0.0549 ± 7 1.7746 ± 1 0.4570 ± 7 0.0604 ± 3 0.47 382 ± 1 378 ± 1 408 ± 15
Массив Салланлатва, 25/50 5 1.18 0.81 5.78 0.24 84.89 0.0541 ± 11 1.0189 ± 1 0.4467 ± 13 0.0599 ± 5 0.49 375 ± 1 375 ± 1 374 ± 26
Салмагорский массив, 731b 6 1.24 0.91 8.78 0.33 89.64 0.0541 ± 9 0.2820 ± 1 0.4504 ± 11 0.0603 ± 4 0.47 378 ± 1 378 ± 1 377 ± 21
7 1.44 0.69 6.52 0.35 85.05 0.0539 ± 10 0.2813 ± 1 0.4461 ± 12 0.0601 ± 4 0.46 375 ± 1 376 ± 1 366 ± 23

Примечание. Rho – коэффициент корреляции ошибок 207Pb/235U-206Pb/238U; Pbc – обычный Pb; Pbt – общий Pb. Величины ошибок (2σ) соответствуют последним значащим цифрам после запятой. а Изотопные отношения, скорректированные на бланк и обычный Pb.

Массив Салланлатва. Для геохронологических исследований использована микронавеска граната из мелкозернистого ийолита (обр. С-25/50) и две микронавески граната из пегматоидного ийолита (обр. С-32/130) (№ 5, табл. 3). Гранат из мелкозернистого ийолита характеризуется низким содержанием U – 5.78 мкг/г, (Pbc/Pbt) = 0.24. Конкордантный возраст этого граната – 375 ± 2 (СКВО = 0.01, вероятность – 92%) (рис. 4).

Содержание U в гранатах из пегматоидного ийолита составляет 8.5–6.7 мкг/г, а доля Pbc (Pbc/Pbt) – 0.66–0.18 (№ 3, 4, табл. 3). Для одной из микронавесок граната получена конкордантная оценка возраста 378 ± 3 млн лет (СКВО = = 0.08; вероятность – 78%) (№ 3, 4, табл. 3, рис. 5). Среднее значение возраста, рассчитанное по отношению (206Pb/238U) для двух микронавесок граната составляет 378 ± 1 млн лет, которое совпадает с оценкой возраста граната из мелкозернистого ийолита.

Рис. 5.

Диаграммы с конкордиями для гранатов из пегматоидного пироксенита массива Вуориярви (а), мелкозернистого ийолита и пегматоидного ийолита массива Салланлатва (б), пегматоидного ийолита Салмагорского массива (в).

Салмагорский массив. Геохронологические исследования проведены для двух микронавесок граната из крупнозернистых ийолитов (№ 6, 7, табл. 3). Содержание урана в изученных гранатах составляет 6.5 и 8.8 мкг/г, а доля Pbc (Pbc/Pbt) не превышает 0.33. На диаграмме с конкордией (рис. 5) точки их изотопного состава расположены на конкордии, а их конкордантный возраст соответствует 377 ± 1 млн лет (СКВО = 0.40; вероятность – 53%).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Характерными особенностями химического состава магматических пород щелочно-ультраосновного ряда являются: низкое содержание кремнезема, значительное обогащение кальцием, щелочами, титаном, железом, а также редкими элементами (Фролов, 1972). Это находит свое отражение и в составе гранатов из щелочно-ультраосновных пород. Додекаэдрическая позиция граната преимущественно заполнена Ca, в значительно меньшем количестве присутствуют Mg, Mn, Fe2+ и Na. Октаэдрическую позицию занимают Ti и Fe3+, однако, нередко в нее входят Al, Zr, Fe2+ и Mg. В тетраэдрической позиции нередко обнаруживается дефицит кремния, который компенсируется вхождением Al и Fe3+. Кроме того, гранаты щелочно-ультраосновных пород отличает постоянное присутствие в составе Na (Na2O до 1.5 мас. %) и Zr (ZrO2 до 1.7 мас. %) (табл. 1), а также повышенные содержания U, Th, Hf и REE.

Наличие трех крупнокатионных позиций в структуре граната, обуславливает возможность большого количества изоморфных замещений, и в том числе вхождение элементов группы актиноидов (Лаверов и др., 2010). Основной интерес для геохронологических исследований представляет возможность вхождения в структуру граната урана, ионный радиус которого (U4+ = 1.06 Å) близок к ионному радиусу кальция (Са2+ = 1.00 Å), что допускает изоморфное вхождение U на позицию Са по схеме замещения U4+ на Ca2+ в додекаэдрической позиции. Однако при этом необходимо учитывать гетеровалентный характер этого замещения и, как следствие, возникающий избыточный заряд. Механизм компенсации заряда строится на частичном переходе Fe3+ в Fe2+ (Rák et al., 2011). То есть необходимым условием осуществления изоморфного замещения кальция ураном является присутствие в составе граната достаточного количества Fe.

Гранаты из щелочно-ультраосновных массивов Кольской провинции содержат большое количество железа (до 28 мас. % FeO) и кальция (до 33 мас. % CaO), что делает возможным реализацию предложенной схемы изоморфного вхождения урана. В пользу присутствия в гранате “структурно связанного” урана также свидетельствуют результаты экспериментов по ступенчатому выщелачиванию этого минерала из щелочно-ультраосновных пород массива Африканда (Salnikova et al., 2019), свидетельствующие об отсутствии в нем урансодержащих включений.

Изученные гранаты характеризуются сравнительно высоким и выдержанным для всех массивов концентраций урана (от 3.53 до 15.8 мкг/г) и высоким содержанием REE (от 5433 до 17 595 мкг/г) (табл. 2). При этом их распределение не зависит от вариаций содержаний петрогенных элементов. Сравнение наших результатов с данными для гранатов из других щелочно-ультраосновных массивов (Salnikova et al., 2019) показывает аналогичный характер распределения в них REE и общую тенденцию к обогащению группой MREE.

Возрастные границы главного этапа формирования Кольской щелочной провинции были выделены на основании большого количества геохронологических данных, полученных разными методами, и по существующим оценкам составляют 380–360 млн лет (Kramm et al., 1994). Однако при этом было использовано ограниченное число минералов-геохронометров с устойчивыми изотопными системами, что заставляет еще раз вернуться к обсуждению этого вопроса. К этому следует добавить, что ранее полученные данные в большинстве случаев относятся к раннему или к заключительным этапам формирования щелочно-ультраосновных интрузий Кольской провинции. При этом породы фоидолитовой серии оставались неизученными в геохронологическом плане.

Полученные нами оценки U-Pb возраста гранатов из пироксенитов массива Вуориярви, крупнозернистых ийолитов Салмагорского массива, мелкозернистых ийолитов и пегматоидных ийолитов массива Салланлатва согласуются между собой и находятся в интервале 373–377 млн лет. Возраст (377 ± 3 млн лет) граната из кальцит-амфибол-пироксенового пегматита массива Африканда также соответствует этому интервалу (Сальникова и др., 2018а).

ВЫВОДЫ

Кальциевые гранаты характеризуются сравнительно высоким содержанием урана, входящего в их структуру, устойчивостью U-Pb системы относительно постмагматических процессов, что делает возможным использование этого минерала в качестве надежного минерала-геохронометра. Их повсеместное распространение в породах фоидолитовой серии, открывает новые перспективы для получения достоверной информации о возрасте щелочно-ультраосновных интрузий.

Результаты U-Pb (ID-TIMS) геохронологических исследований кальциевых гранатов из щелочно-ультраосновных массивов Кольской провинции (Вуориярви, Салланлатва, Салмагорский, Африканда) свидетельствуют о менее продолжительном интервале проявления главного этапа щелочно-ультраосновного магматизма в пределах Кольской провинции, чем это предполагалось ранее.

Источники финансирования. Исследования выполнены при поддержке РФФИ (проекты №№ 17-05-00912, 18-55-18011).

Список литературы

  1. Арзамасцев А.А., Ву Фу-Ян. U-Pb геохронология и изотопная (Sr, Nd) систематика минералов щелочно-ультраосновных массивов Кольской провинции // Петрология. 2014. Т. 22. № 5. С. 496–515.

  2. Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Травин А.В. и др. Длительность формирования полифазной магматической системы палеозойских щелочных комплексов центральной части Кольского полуострова: U-Pb, Rb-Sr, Ar-Ar данные // Докл. АН. 2007. Т. 413. № 5. С. 666–670.

  3. Афанасьев Б.В. Минеральные ресурсы щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова. СПб.: Изд-во “Роза ветров”, 2011. 224 с.

  4. Баянова Т.Б. Возраст реперных геологических комплексов Кольского региона и длительность процессов магматизма. Автореф. дисс. … докт. геол.-мин. наук. М.: ИЛСАН, 2002. 198 с.

  5. Булах А.Г., Золотарев А.А., Кривовичев В.Г. Структура, изоморфизм, формулы, классификация минералов. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2014. 132 с.

  6. Кухаренко А.А., Орлова М.П., Булах А.Г. и др. Каледонский комплекс ультраосновных, шелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова и Северной Карелии. М.: Недра, 1965. 755 с.

  7. Лаверов Н.П., Юдинцев С.В., Лившиц Т.С. и др. Искусственные минералы со структурой пирохлора и граната: матрицы для иммобилизации актинидсодержащих отходов // Геохимия. 2010. № 1. С. 3–16.

  8. Сальникова Е.Б., Стифеева М.В., Шахмурадян А.Р. и др. U-Pb систематика шорломита из кальцит-амфибол-пироксеновых пегматитов массива Африканда (Кольский полуостров) // Докл. АН. 2018а. Т. 478. № 4. С. 443–446.

  9. Сальникова Е.Б., Стифеева М.В., Никифоров А.В. и др. Гранаты ряда андрадит–моримотоит – потенциальные минералы-геохронометры для U-Pb датирования ультраосновных щелочных пород // Докл. АН. 2018б. Т. 480. № 5. С. 583–586.

  10. Стифеева М.В., Сальникова Е.Б., Самсонов А.В. и др. U-Pb возраст граната из скарнов Дашкесанского месторождения (Малый Кавказ) // Докл. АН. 2019 (в печати).

  11. Фролов А.А. Структурные условия образования формации ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов // Под ред. А.И. Гинзбурга. М.: Недра, 1972. Вып. 35. С. 7–35.

  12. Amelin Ju.V., Zaitsev A.N. Precise geochronology of phoscorites and carbonatites: The critical role of U-series disequilibrium in age interpretations // Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. V. 66. № 13. P. 2399–2419.

  13. Anders E., Grevesse N. Abundances of the elements: meteori-tic and solar // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. V. 53. P. 197–214.

  14. Chakhmouradian A.R, Salnikova E.B., Yakovleva S.Z. et al. Timing of carbonatite emplacement at the Cinder Lake alkaline intrusive complex: U-Pb ID-TIMS data from andradite // Isotope dating of geological processes: new results, approaches and prospects. Abstracts of the VI Russian Conference on Isotope Geochronology. St. Petersburg. 2015. P. 350–351.

  15. Corfu F., Andersen T.B. U-Pb ages of the Dalsfjord Complex, SW Norway and their bearing on the correlation of allochthonous crystalline segment of the Scandinavian Caledonides // Inter. Journal of Earth Science. 2002. V. 91. P. 955–963.

  16. Deng X-D, Li J-W, Luo T., Wang H-Q. Dating magmatic and hydrothermal processes using andradite-rich garnet U‑Pb gepchronometry // Contrib. Mineral Petrol. 2017. V. 172. P. 71–82.

  17. DeWolf C.P., Zeissler C.J., Halliday A.N. et al. The role of inclusions in U-Pb and Sm-Nd garnet geochronology: Stepwise dissolution experiments and trace uranium mapping by fission track analysis // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. P. 121–134.

  18. Horwitz E.P., Dietz M.L., Chiarizia R. et al. Separation and preconcentration of uranium from acidic media by extraction chromatography // Analitica Chimica Acta. 1992. V. 266. P. 25–37.

  19. Kramm U., Kogarko L.N. Nd and Sr isotope signatures of the Khibina and Lovozero agpaitic centres, Kola Alkaline Province, Russia // Lithos. 1994. V. 32. P. 225–242.

  20. Kramm U., Kogarko L.N., Kononova V.A., Vartiainen H. The Kola Alkaline Province of the CIS and Finland: Precise Rb-Sr ages define 380–360 age range for all magmatism // Lithos. 1993. V. 30. P. 33–44.

  21. Krogh T.E. A low-contamination method for hydrothermal decomposition of zircon and extraction of U and Pb for isotopic age determination // Geochim. Cosmochim. Acta. 1973. V. 37. P. 485–494.

  22. Ludwig K.R. PbDat for MS-DOS, version 1.21 U.S. Geological Survey Open-File Report 88-542. 1991. 35p.

  23. Ludwig K.R. Isoplot 3.75. A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel // Berkeley Geochronology Center Special Publications. 2012. V. 5. 70 p.

  24. Rák Zs., Ewing R.C., Becker U. Role of iron in the incorporation of uranium in ferric garnet matrices // Physic. Review. 2011. B84. 155128.

  25. Reguir E.P., Camacho A., Yang P. et al. Trace-element study and uranium-lead dating of perovskite from the Afrikanda plutonic complex, Kola Peninsula (Russia) using LA-ICP-MS // Mineral. Petrol. 2010. V. 100. P. 95–103.

  26. Rukhlov A.S., Bell K. Geochronology of carbonatites from the Canadian and Baltic Shields, and the Canadian Cordillera: clues to mantle evolution // Mineral. Petrol. 2010. V. 98. P. 11–54.

  27. Salnikova E., Chakhmouradian A., Stifeeva M. et al. Calcic garnets as a promising U-Pb geochronometer // “Goldschmidt-2017" Conference. 2017. Abstract 3479; https://goldschmidtabstracts.info/2017/3479.pdf.

  28. Salnikova E.B., Chakhmouradian A.R., Stifeeva M.V. et al. Calcic garnets as a gechronological and petrogenetic tool applicable to a wide variety of rocks // Lithos. 2019. V. 338–339. P. 141–154.

  29. Seaman S., Stockli D.F., McLean N.M. U-Pb geochronology of grossular-andradite garnet // Chemical Geology. 2017. V. 460. P. 106–116.

  30. Steiger R.H. Jäger E. Subcommission on geochronology: 865 convention of the use of decay constants in geo- and cosmochronology // Earth Planet. Sci. Lett. 1977. V. 36. P. 359–362.

  31. Stifeeva M., Salnikova E., Plotkina Y. et al. Andradite from Dashkesan iron skarn deposit as a potential standard refe-rence material for U-Pb geochronological studies // National Conference with international participation “GEOSCIENCES 2018". Abstracts. Rev. Bulgarian Geol. Soc. 2018. V. 79. № 3. P. 61–62.

  32. Wu F-Y., Yang Y-H., Marks M.A.W. et al. In situ U-Pb, Sr, Nd, and Hf isotopic analysis of eudialyte by LA-(MC)-ICP-MS // Chemical. Geology. 2010. V. 273. P. 8–34.

  33. Yang Y-H., Wu F-Y., Yang J-H. et al. U-Pb age determination of schorlomite garnet by laser ablationinductively coupled plasma mass spectrometry // J. Analytical Atomic Spectrometry. 2018. V. 33. P. 231–239.

  34. Zhang Y., Liu Q., Shan Y., Li H. Fingerprinting the hydrothermal fluid characteristics from LA-ICP-MS trace element geochemistry of garnet in the Yongping Cu deposit, SE China // Minerals. 2017. V. 7. P. 1–27.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал