Distribution of rare-earth elements in rock-forming minerals of corundum-bearing rocks of the Khitoostrov deposit (North Karelia)
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2021.403Abstract
The distribution of rare-earth elements (SIMS method) in minerals from the rocks of the Khitoostrov occurrence (Belomorian mobile belt of Eastern Fennoscandia) was studied: corundum-bearing metasomatites with anomalous isotopically light oxygen and hydrogen and garnet amphibolites after gabbro with normal isotopic composition. The study was accompanied by estimates of P-T parameters of rock formation using multi-equilibrium thermobarometry (TWEEQU method). Temperatures calculated for garnet amphibolites after gabbro fall within the range of 730–770 ° C, pressures - 13–14 kbar; for corundum-bearing rocks, temperatures were 680–710 ° C, pressures - 6.5–7.5 kbar. Corundum-bearing rocks were formed at slightly lower temperatures and at significantly lower pressures than garnet amphibolites after gabbro. The REE distribution spectra in garnets from apogabbroic amphibolites are characterized by a clearly pronounced slope from light to heavy REE, while in garnets from corundum-bearing rocks they have a less pronounced positive slope, which is associated with a noticeable enrichment of garnets in LREE and an insignificant depletion of HREE. Calcium amphiboles from corundum-bearing rocks are significantly enriched in rare-earth elements as compared to amphiboles from garnet amphibolites after gabbro, especially LREE (by more than an order of magnitude) and, to a lesser extent, MREE. Plagioclases from corundum-bearing rocks are also enriched in LREE against the background of garnet amphibolites. Thus, in all the studied minerals of corundum-bearing rocks LREE enrichment is recorded. It isn’t manifested in the minerals of amphibolites and, obviously, isn’t related to the difference in P-T parameters of rock formation. Consequently, LREE was transferred by a specific fluid during mineral-forming processes, which led to the formation of metasomatites with an anomalous isotopic composition of oxygen and hydrogen.
Keywords:
Belomorian mobile belt, corundum-bearing rocks, rare-earth elements, ion microprobe, thermobarometry, Khitoostrov
Downloads
References
Акимова, Е. Ю., Азимов, П. Я., Серебряков, Н. С. (2019). Редкие и необычные минералы корундсодержащих пород Хитоострова (Северная Карелия). Труды Кольского научного центра РАН, 6 (10), 9-15. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2019.6.001
Акимова, Е. Ю., Козлов, Е. Н., Лохов, К. И. (2017). Происхождение корундовых пород Беломорского подвижного пояса по данным геохимии изотопов благородных газов. Геохимия, 11, 1015-1026. https://doi.org/10.1134/S0016702917110027
Акимова, Е. Ю., Кольцов, А. Б. (2019). Условия формирования корундсодержащих метасоматитов проявления Хитоостров (Северная Карелия). В: X Всероссийская школа молодых ученых «Экспериментальная минералогия, петрология и геохимия». Черноголовка: ИЭМ РАН, 34-36.
Астафьев, Б. Ю., Воинова, О. А. (2020). Климовский метасоматический комплекс Беломорского подвижного пояса: состав, возраст, геологическая позиция. Геотектоника, 1, 23-40. https://doi.org/10.1134/S0016852120010033
Бабарина, И. И., Степанова, А. В., Азимов, П. Я., Серебряков, Н. С. (2017). Неоднородность переработки фундамента в палеопротерозойском Лапландско-Кольском коллизионном орогене, Беломорская провинция Фенноскандинавского щита. Геотектоника, 5, 3-19.
Бакшеев, И. А., Устинов, В. И., Долгова, О. С., Балицкий, В. С., Екименкова, И. А. (2006). Изотопный состав кислорода - показатель генезиса корунда. Вестник отделения наук о Земле РАН, 1 (24).
Володичев, О. И. (1990). Беломорский комплекс Карелии. Геология и петрология. Ленинград: Наука.
Высоцкий, С. В., Игнатьев, А. В., Левицкий, В. И., Нечаев, В. П., Веливецкая, Т. А., Яковенко, В. В. (2014). Геохимия стабильных изотопов кислорода и водорода корундоносных пород и минералов Северной Карелии как индикатор необычных условий их формирования. Геохимия, 9, 843-853. https://doi.org/10.7868/S0016752514090106
Глебовицкий, В. А. (ред.) (2005). Ранний докембрий Балтийского щита. Санкт-Петербург: Наука.
Глебовицкий, В. А., Бушмин, С. А. (1983). Послемигматитовый метасоматоз. Ленинград: Наука.
Доливо-Добровольский, Д. В. (2006а). Компьютерная программа TWQ_View. [online] Доступно на: http://www.dimadd.ru/ru/Programs/twqview [Дата доступа 30.12.2021].
Доливо-Добровольский, Д. В. (2006б). Компьютерная программа TWQ_Comb. [online] Доступно на: http://www.dimadd.ru/ru/Programs/twqcomb [Дата доступа 30.12.2021].
Другова, Г. М. (1999). Главные этапы эволюции чупинской толщи Беломорского складчатого пояса. Записки Российского минералогического общества, 3, 49-57.
Козловский, В. М., Бычкова, Я. В. (2016). Геохимическая эволюция амфиболитов и гнейсов Беломорского подвижного пояса в процессе палеопротерозойского метаморфизма. Геохимия, 6, 543-557.
Крылов, Д. П., Глебовицкий, В. А., Скублов, С. Г., Толмачева, Е. В. (2012). Редкоземельные и редкие элементы в разновозрастных цирконах из корундсодержащих пород Хитоострова (Северная Карелия). Доклады Академии наук, 443 (3), 352-357.
Крылов, Д. П., Сальникова, Е. Б., Федосеенко, А. М., Яковлева, С. З., Плоткина, Ю. В., Анисимова, И. В. (2011). Возраст и происхождение корундсодержащих пород о-ва Хитоостров, Северная Карелия. Петрология, 19 (1), 80-88.
Лебедев, В. К., Калмыкова, Н. А., Нагайцев, Ю. В. (1974). Корунд-ставролит - роговообманковые сланцы Беломорского комплекса. Советская геология, 9, 78-89.
Мыскова, Т. А., Милькевич, Р. И., Львов, А. Б., Миллер, Ю. В. (2000). Происхождение чупинских гнейсов Беломорья в свете новых литолого-геохимических данных. Литология и полезные ископаемые, 6, 653-664.
Серебряков, Н. С., Аристов, В. В. (2004). Условия локализации проявлений коллекционного корунда в породах чупинской толщи Беломорского комплекса Северной Карелии. Известия вузов. Геология и разведка, 4, 36-42.
Серебряков, Н. С., Астафьев, Б. Ю., Воинова, О. А., Пресняков, С. Л. (2007). Первое локальное Th-U-Pb датирование циркона метасоматитов Беломорского подвижного пояса. Доклады Академии наук, 413, 388-392.
Серебряков, Н. С., Русинов, В. Л. (2004). Высокотемпературный высокобарный кальций-натриевый метасоматизм и корундообразование в докембрийском Беломорском подвижном поясе (Карелия). Доклады Академии наук, 395, 529-533.
Скублов, С. Г. (2005). Геохимия редкоземельных элементов в породообразующих метаморфических минералах. Санкт-Петербург: Наука.
Скублов, С. Г., Бушмин, С. А., Кузнецов, А. Б., Ли, Х.-Х., Ли, К.-Л., Левашова, Е. В., Савва, Е. В. (2020). Изотопный состав кислорода в цирконе из корундсодержащих метасоматитов рудопроявления Дядина гора, Беломорский подвижный пояс. Доклады Академии наук, 491, 71-76.
Терехов, Е. Н. (2007). Особенности распределения РЗЭ в корундсодержащих и других метасоматитах периода подъема к поверхности метаморфических пород Беломорского пояса (Балтийский щит). Геохимия, 4, 411-428.
Терехов, Е. Н., Левицкий, В. И. (1991). Геолого-структурные закономерности размещения корундовой минерализации в Северо-Западном Беломорье. Известия вузов. Геология и разведка, 6, 3-13.
Устинов, В. И., Бакшеев, И. А., Серебряков, Н. С. (2008). Изотопный состав кислорода минералообразующих флюидов корундсодержащих метасоматитов Хитоостровского и Варацкого проявлений, Северная Карелия. Геохимия, 11, 1245-1248.
Ходоревская, Л. И., Варламов, Д. А. (2018). Высокотемпературный метасоматоз в Кийостровском базит-ультрабазитовом расслоенном массиве Беломорского пояса. Геохимия, 6, 541-558.
Ague, J. J. (2017). Element mobility during regional metamorphism in crustal and subduction zone environments with a focus on the rare earth elements (REE). American Mineralogist, 102, 1796-1821. https://doi.org/10.2138/am-2017-6130
Bau, M. (1991). Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid-rock interaction and the significance of the oxidation state of europium. Chemical Geology, 93, 219-230. https://doi.org/10.1016/0009-2541(91)90115-8
Berman, R. G. (1988).Internally consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2O-K2O-CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-CO2. Journal of Petrology, 29, 445-522. https://doi.org/10.1093/petrology/29.2.445
Berman, R. G. (1991). Thermobarometry using multi-equilibrium calculations: A new technique with petrological applications. Canadian Mineralogist, 29, 833-855.
Bindeman, I. N. and Serebryakov, N. S. (2011). Geology, Petrology and O and H isotope geochemistry of remarkably 18O-depleted Paleoproterozoic rocks of the Belomorian Belt, Karelia, Russia, attributed to global glaciation 2.4 Ga. Earth and Planetary Science Letters, 306 (3-4), 163-174. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.03.031
Bindeman, I. N., Serebryakov, N. S., Schmitt, A. K., Vazquez, J. A., Guan, Y., Azimov, P. Ya., Astafiev, B. Yu., Palandri, J., Dobrzhinetskaya, L. (2014). Field and microanalytical isotopic investigation of ultradepleted in 18O Paleoproterozoic “Slushball Earth” rocks from Karelia, Russia. Geosphere, 10, 308-339. https://doi.org/10.1130/GES00952.1
Bushmin, S. A. and Glebovitsky, V. A. (2016). Scheme of mineral facies of metamorphic rocks and its application to the Fennoscandian shield with representative sites of orogenic gold mineralization. Transactions of KarRC RAS, 2, 3-27. https://doi.org/10.17076/geo265
Haas, J., Shock, E. L. and Sassani, D. (1995). Rare earth elements in hydrothermal systems: estimates of standard partial molal thermodynamic properties of aqueous complexes of the rare earth elements at high pressures and temperatures. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59, 4329-4350. https://doi.org/10.1016/0016-7037(95)00314-P
Herwartz, D., Pack, A., Krylov, D., Xiao, Yi., Muehlenbachs, K., Sengupta, S. and Di Rocco, T. (2015). Revealing the climate of snowball Earth from δ17O systematics of hydrothermal rocks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 112, 5337-5341. https://doi.org/10.1073/pnas.1422887112
Huang, J. and Xiao, Y. (2015). Element mobility in mafic and felsic ultrahigh-pressure metamorphic rocks from the Dabie UHP Orogen, China: insights into supercritical liquids in continental subduction zones.International Geology Review, 57, 1103-1129. https://doi.org/10.1080/00206814.2014.893213
Jiang, S.-Y., Wang, R.-C., Xu, X.-S. and Zhao, K.-D. (2005). Mobility of high field strength elements (HFSE) in magmatic-, metamorphic-, and submarine-hydrothermal systems. Physics and Chemistry of the Earth, 30, 1020-1029. https://doi.org/10.1016/j.pce.2004.11.004
Kretz, R. (1983). Symbols for rock-forming minerals. American Mineralogist, 68, 277-279.
Louvel, M., Mavrogenes, J., Bordage, A., Testemale, D. (2015). Hydrothermal controls on the formation of REE deposits: insights from in situ XAS study of REE (Nd, Gd, Yb) solubility and speciation in high temperature fluids (T № 600 °C). SGA conference materials.
McDonough, W. F. and Sun, S. S. (1995). The composition of the Earth. Chemical Geology, 120, 223-253. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)00140-4
Migdisov, A., Williams-Jones, A. E., Brugger, J. and Caporuscio, F. A. (2016). Hydrothermal transport, deposition, and fractionation of the REE: Experimental data and thermodynamic calculations. Chemical Geology, 439, 13-42. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2016.06.005
Skublov, S. and Drugova, G. (2003). Patterns of trace-element distribution in calcic amphiboles as a function of metamorphic grade. Canadian Mineralogist, 41, 383-392. https://doi.org/10.2113/gscanmin.41.2.383
Vernon, R. H. and Clarke, G. L. (2008). Principles of Metamorphic Petrology. Cambridge: Cambridge University Press.
Zakharov, D. O., Bindeman, I. N., Serebryakov, N. S., Prave, A. R., Azimov, P. Ya. and Babarina, I. I. (2019). Low δ18O rocks in the Belomorian belt, NW Russia, and Scourie dikes, NW Scotland: A record of ancient meteoric water captured by the early paleoproterozoic global mafic magmatism. Precambrian Research, 333, 105431. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2019.105431
Zakharov, D. O., Bindeman, I. N., Slabunov, A. I., Ovtcharova, M., Coble, M. A., Serebryakov, N. S. and Schaltegger, U. (2017). Dating the Paleoproterozoic snowball Earth glaciations using contemporaneous subglacial hydrothermal systems. Geology, 45 (7), 667-670. https://doi.org/10.1130/G38759.1
Downloads
Additional Files
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
