litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681­-9004­-2019­-19-­1­-92­-110litosphere-1148Research ArticleСтатьиArticlesМинералогия, геохимия и возраст метакарбонатно-силикатных пород ильменогорского комплексаMineralogy, geochemistry and age of metacarbonate-silicate rocks of the Ilmenogorsky complexВализерП. М.ValizerP. M.valizer@ilmeny.ac.ruЧередниченкоС. В.CherednichenkoS. V.КраснобаевА. А.KrasnobaevA. A.krasnobaev@igg.uran.ruИльменский государственный заповедникРоссияIlmen State ReserveRussian FederationИнститут геологии и геохимии УрО РАНРоссияA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of RAS,Russian Federation2019170320190192110Copyright © Вализер П.М., Чередниченко С.В., Краснобаев А.А., 20192019Вализер П.М., Чередниченко С.В., Краснобаев А.А.Valizer P.M., Cherednichenko S.V., Krasnobaev A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/1148Объект исследования

Объект исследования. Изложены результаты минералого­петрологического, геохимического и изотопнохронологического исследования метакарбонатно­силикатных пород района оз. Бол. Ишкуль ильменогорского комплекса.

Методы

Методы. Микрозондовый анализ состава минералов выполнен на растровом микроскопе РЭММА­202М с микроанализатором. Содержание петрогенных, редких и редкоземельных элементов определено атомно­абсорбционным методом и на масс­спектрометре ICP­MS. U­Pb возраст цирконов получен на микрозонде SHRIMP II. Содержание РЗЭ в цирконах определено методом вторично­ионной масс­спектроскопии на ионном зонде CAMECA IMS­4F.

Результаты

Результаты. Тела метакарбонатно­силикатных пород неоднородны, представлены шпинель­форстерит­кальцитовой, диопсид­скаполит­кальцитовой и клинопироксенитовой разновидностями. В них установлен широкий спектр минералов: диопсид, кальцит, форстерит, шпинель, скаполит, анортит, энстатит, алюмоэнстатит, авгит, фассаит, чермакит, паргасит, роговая обманка, тремолит, барийсодержащий полевой шпат, цельзиан, флогопит, графит, титанит, фторапатит, пикроильменит, пирротин, пентландит, сфалерит, виоларит, герсдорфит, маухерит. Метакарбонатно­силикатные породы по петрогеохимическим особенностям имеют значительные вариации SiO2 – 17–52, CaO – 22–45, MgO – 5–21 мас. % при отношении Ca/Mg = 1.4–8.2, повышенные содержания Ni, Cr, низкие значения отношений Sr/Ba – ≤ 0.2–9, Th/U = 0.1–0.65, Zr/Hf = 6–31 и Nb/Ta = 3–24, La n/Ybn = 0.2–2.7, Lan/Smn = 1.2–2.5, незначительное количество РЗЭ (Σ6–25 г/т, редко до 70–72 г/т) соответствует осадочным образованиям со значительным количеством ультраосновного материала.

Выводы

Выводы. Особенности состава оливина, шпинели, ильменита и содержание титана в ранней генерации циркона свидетельствует об образовании­преобразовании шпинель­форстерит­кальцитовых пород при Т = 830-850°С. По особенностям распределения РЗЭ и величине Th/U: цирконы ранней генерации сопоставимы с гранулитовым типом цирконов, цирконы поздних генераций – с цирконами преобразованных сиенит­миаскитов и разнообразных метасоматитов. Образование–преобразование пород отвечает возрастным этапам: PR1 (1720-1780 млн лет) – “гранулитовый” метаморфизм; D1–C (345-399 млн лет) – метасоматические преобразования, связанные с образованием щелочных пород, сопряженных с процессами рифтогенеза; Р1 (282 млн лет) – тектоническо­метасоматические преобразования, обусловленные сдвиговыми процессами.

Research subject

Research subject. This paper presents the results of a series of mineralogical, petrological, geochemical and isotope­chronological studies carried out to investigate metacarbonate­silicate rocks in the area of Ishkul Lake, the Ilmenogorsky complex.

Materials and methods

Materials and methods. The microprobe analysis of the composition of minerals was performed using a REMMA­202M scanning microscope equipped with a microanalyzer. The content of major, trace and rare­earth elements (REE) was determined using a mass spectrometer ICP­MS. The U­Pb age of zircons was obtained by a microprobe SHRIMP II. The content of REE in zircons was determined by an ion probe CAMECA IMS­4F.

Results

Results. The studied metacarbonate­silicate rocks are shown to be represented by spinel­forsterite­calcite, diopside­scapolite­calcite and clinopyroxenite varieties with a di verse range of minerals, including diopside, calcite, forsterite, spinel, scapolite, anorthite, enstatite, alumoenstatite, augite, fassaite, tschermakite, pargasite, hornblend, tremolite, barium­containing feldspar, celsian, phlogopite, graphite, titanite, fluorapatite, picroilmenite, pyrrhotite, pentlandite, sphalerite, violarite, gersdorffite, maucherite. In terms of petrochemical properties, the metacarbonate­silicate rocks under study are characterized by significant variations in the content of SiO2, CaO, MgO at a Ca/Mg ratio of 1.4–8.2, as well as by increased Ni and Cr content, low ratios of Sr/Ba, Th/U, Zr/Hf and Nb/Ta. The small ΣREE amounts of 6–25 ppm (rarely up to 70–72 ppm) correspond to sedimentary formations with a significant amount of ultrabasic material.

Conclusions

Conclusions. The specific features of the composition of olivine, spinel, ilmenite, as well as the titanium content in the early generation zircon indicate the formation (transformation) of spinel­forsterite­calcite rocks at t = 830–850°C. According to the established specifics of REE distribution and the Th/U ratio, the early generation zircons refer to the granulite type zircons, while the late generation zircons correspond to those of transformed syenites­miaskites and various metasomatites. The formation (transformation) of the rocks is found to correspond to the following age stages: PR1 (1720–1780 Ma) ­ “granulite” metamorphism; D1–C (345–399 Ma) – metasomatic transformations caused by the formation of alkaline rocks associated with rifting processes; P1 (282 Ma) – tectonic­metasomatic transformations caused by shear processes.

метакарбонатно-силикатные породыминералогиягеохимияцирконвозрастильменогорский комплексmetacarbonate-silicate rocksmineralogygeochemistryzirconageilmenogorsky complexReferencesБагдасаров Ю.А. (1990) О главных петро­ и геохимических особенностях карбонатитов линейного типа и условиях их образования. Геохимия, (8), 1108­1119.Bagdasarov Yu.A. (1990) On the main petrochemical and geochemical features of carbonatites of a linear type and conditions for their formation. Geokhimiya, (8), 1108­1119. (In Russian)Багдасаров Ю.А. (2014) О некоторых условиях образования карбонатитов линейно­трещинного типа. Литосфера, (4), 113­119.Bagdasarov Yu.A. (2014) On some conditions for the formation of carbonatites of a linearly cracked type. Litosfera, (4), 113­119. (In Russian)Баженов А.Г., Белогуб Е.В., ленных В.И., Рассказова А.д. (1992) Селянкинский блок Ильменских–Вишневых гор. Уфимская широтная структура Урала. Путеводитель экскурсий по докембрийским толщам, ильмено-вишневогорскому щелочному комплексу и месторождениям полезных ископаемых. Миасс: Геотур, 75­81.Bazhenov A.G., Belogub E.V., Lennykh V.I., Rasskazova A.D. (1992) Selyankinsky block of Ilmeny­Vishnyevye mountains. Ufimskaya shirotnaya struktura Urala. Putevoditel’ ekskursii po dokembriiskim tolshcham Il’meno-Vishnevogorskomu shchelochnomu kompleksu i mestorozhdeniyam poleznykh iskopaemykh [Ufa latitudinal structure of the Urals. Guide excursions to Precambrian strata, Ilmeno­Vishnevogorsky alkaline complex and deposits]. Miass: Geotour Publ, 10­32. (In Russian)Дубинина Е.В., Вализер П.М. (2009) Минералогия скаполитсодержащих пород ильменогорского комплекса на Южном Урале. Урал. минералог. сб., 16. Миасс: ИМин УрО РАН, 86­96.Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.V., Fisher N.I. (2002) Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type. Contrib. Miner. Petrol., (143), 602­622.Иванов К.С. (2011) О природе карбонатитов Урала. Литосфера, (1), 20­33.Brey G.P., Köhler T. (1990) Geothermobarometry in fourphase lherzolites. New thermobarometers and practical assessment of existing thermobarometers. J. Petrol., 31(6), 1353­1378.Каулина Т.В. (2010) Образование и преобразование циркона в полиметаморфических комплексах. Апатиты: Кольский НЦ РАН, 144.Dick J.B., Bullen T. (1984) Chromian spinel as a petrogenetic indicator in abyssal and alpine­type peridotites and spatially associated lavas. Contrib. Miner. Petrol., 86(1), 54­76.Кориневский В.Г., Кориневский Е.В. (2013) Новый тип карбонатитов на Урале. Литосфера, (3), 43­56.Dubinina E.V., Valizer P.M. (2009) Mineralogy of scapolite­bearing rocks of the Ilmenogorsk complex in the South Urals. Ural’skii mineralogicheskii sbornik, 16, Miass: IMin UrO RAN, 86­96. (In Russian)Краснобаев А.А., Вализер П.М., Анфилогов В.Н., Медведева Е.В., Бушарина С.В., Мурдасова Н.М. (2016a) Цирконология серпентинитов Няшевского массива (Южный Урал). Докл. АН, 471(6), 703­707.Essene E.J., Claflin C.L., Giorgetti G., Mata P.M., Peacor D.R., Arkai P., Rathmell M.A. (2005) Two­, threeand flour­feldspar assemblages with hyalophane and celsian: implications for phase equilibria in BaAl2Si2O8–CaAl2Si2O8–NaAlSi3O8–KAlSi3O8. Eur. J. Miner., 17(4), 515­535.Краснобаев А.А., Вализер П.М., Бушарина С.В., Медведева Е.В. (2016б) Цирконология миаскитов Ильменских гор (Южный Урал). Геохимия, (7), 1­15.Fabries J. (1979) Spinel­olivine geothermometry in peridotites from ultramafic complexes. Contrib. Miner. Petrol., 69(4), 329­336.Краснобаев А.А., Вализер П.М., Русин А.И., Бушарина С.В., Медведева Е.В., Родионов Н.В. (2011) Цирконология амфиболитов селянкинской толщи Ильменских гор (Южный Урал). Докл. АН, 441(5), 661­665.Fedotova A.A., Bibikova E.V., Simakin S.G. (2008) Geochemistry of zircon (ion microprobe data) as an indicator of the genesis of the mineral at geochronological studies. Geokhimiya, (9), 980­997. (In Russian)Краснобаев А.А., Вализер П.М., Чередниченко С.В., Бушарина С.В., Медведева Е.В., Пресняков С.Л. (2013)Fu B., Mernagh T.P., Kita N.T., Kemp A.I.S., Valley J.W. (2009) Distinquishing magmatic zircon from hydrothermal zircon: a case study from the Gidinburg high­sulphidation Au–Ag–(Cu) deposit, SE Australia. Chem. Geol., 259, 131­142.Цирконология карбонатных пород (мраморы–карбонатиты) ильмено­вишневогорского комплекса (Южный Урал). Докл. АН, 450(1), 76­81.Grimes C.B., John B.E., Kelemen P.B., Mazdab F.K., Wooden J.L., Cheadle M.J., Hanghoj K., Schwartz J.J. (2007). Trace element chemistry of zircons from oceanic crust: a method for distinguishing detrital zircon provenance. Geology, 35(7), 643­646.Левин В.Я., Роненсон Б.М., Самков В.С., левина И.А., Сергеев Н.С., Киселев А.П. (1997) Щелочно­карбонатитовые комплексы Урала. Екатеринбург: Уралгеолком, 272.Hoskin P.W.O. (2005) Trace­element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia. Geochim. Сosmochim. Acta, 69(3), 637­648.Летникова Е.Ф. (2002) Использование геохимических характеристик карбонатных пород при палеогеодинамических реконструкциях. Докл. АН, 385(5), 672­676.Hoskin P.W.O., Schaltegger U. (2003) The composition of zircon igneous and metamorphic petrogenesis. Rev. Miner. Geochem., 53(1), 27­62.Летникова Е.Ф. (2005) Геодинамическая специфика карбонатных отложений различных геодинамических обстановок северо­восточного сегмента палеоазиатского океана. Литосфера, (1), 70–81.Ivanov K.S. (2011) On the nature of carbonatites of the Urals. Litosfera, (1), 20­33. (In Russian)Мельник Ю.П., Сироштан Р.И., Радчук В.В., Иванова Л.И. (1984) Физико­химические условия метаморфизма карбонатных пород. Киев: Наук. думка, 136.Kaulina Т.V. (2010) Obrazovanie i preobrazovanie tsirkona v polimetamorficheskikh kompleksakh [Formation and transformation of а zircon in polymetamorphic complexes]. Apatity: Kol’skii NTs RAN, 144 p. (In Russian)Мишкин М.А. (1990) Амфиболовый геотермобарометр для метабазитов. Докл. АН, 312(4), 944­946.Korinevskii V.G., Korinevskii E.V. (2013) A new type of carbonatites in the Urals. Litosfera, (3), 43­56. (In Russian)Недосекова И.Л. (2012) Возраст и источники вещества ильмено­вишневогорского щелочного комплекса (Урал, Россия): геохимические и изотопные Rb­Sr, Sm­Nd, U­Pb, Lu­Hf данные. Литосфера, (5), 77­95.Krasnobaev A.A., Valizer P.M., Anfilogov V.N., Medvedeva E.V., Busharina S.V., Murdasova N.M. (2016a) Zirconology of serpentinites of the Nyashevskii massif (South Urals). Dokl. Akad. Nauk, 471(6), 703­707. (In Russian)Недосекова И.Л., Владыкин Н.В., Прибавкин С.В., Баянова Т.Б. (2009) Ильмено­вишневогорский миаскиткарбонатитовый комплекс: происхождение, рудоносность, источники вещества (Урал, Россия). Геология рудн. месторожд., 51(2), 157­181.Krasnobaev A.A., Valizer P.M., Busharina S.V., Medvedeva E.V. (2016b) Zirconology of miaskites of the Ilmeny mountains (South Urals). Geokhimiya, (7), 1­15. (In Russian)Попов В.А., Макагонов Е.П., Никандров С.Н. (1998) О новых проявлениях карбонатитов на Урале. Урал. минералог. сб., 8. Миасс: ИМин УрО РАН, 240­248.Krasnobaev A.A., Valizer P.M., Cherednichenko S.V., Busharina S.V., Medvedeva E.V., Presnyakov S.L. (2013) Zirconology of carbonate rocks (marbles–carbonatites) Il’meno­Vishnevogorsky complex (South Urals). Dokl. Akad. Nauk, 450(1), 76­81. (In Russian)Рассказова А.д., ленных В.И., Вализер Н.И. (1986) Кальцифиры и мраморы нижних толщ ИльменоВишневогорского комплекса. Ежегодник-1985. Свердловск: ИГГ УНЦ АН СССР, 68­71.Krasnobaev A.A., Valizer P.M., Rusin A.I., Busharina S.V., Medvedeva E.V., Rodionov N.V. (2011) Zirconology of amphibolites of Selyankino strata of the Ilmeny mountains (South Urals). Dokl. Akad. Nauk, 441(5), 661­665. (In Russian)Русин А.И., Краснобаев А.А., Вализер П.М. (2006) Геология Ильменских гор: ситуация, проблемы. Геология и минералогия ильменогорского комплекса: ситуация и проблемы. Миасс: ИГЗ УрО РАН, 3­19.Letnikova E.F. (2002) Use of geochemical characteristics of carbonate rocks in paleogeodynamic reconstructions. Dokl. Akad. Nauk, 385(5), 672­676. (In Russian)Федотова А.А., Бибикова Е.В., Симакин С.Г. (2008) Геохимия циркона (данные ионного микрозонда) как индикатор генезиса минерала при геохронологических исследованиях. Геохимия, (9), 980­997.Letnikova E.F. (2005) Geodynamic specificity of carbonate sediments of different geodynamic environments of the north­eastern segment of Paleoasian ocean. Litosfera, (1), 70­81. (In Russian)Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.V., Fisher N.I. (2002) Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type. Contrib. Miner. Petrol., (143), 602­622.Levin V.Ya., Ronenson B.M., Samkov V.S., Levina I.A., Sergeev N.S., Kiselev A.P. (1997) Shchelochno-karbonatitovye kompleksy Urala [Alkaline­carbonatite complexes of the Urals]. Ekaterinburg: Uralgeolkom Publ., 272 p. (In Russian)Brey G.P., Köhler T. (1990) Geothermobarometry in fourphase lherzolites. New thermobarometers and practical assessment of existing thermobarometers. J. Petrol., 31(6), 1353­1378.McDonough W.F., Sun S.S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol., 120(3­4), 223­253.Dick J.B., Bullen T. (1984) Chromian spinel as a petrogenetic indicator in abyssal and alpine­type peridotites and spatially associated lavas. Contrib. Miner. Petrol., 86(1), 54­76.Mel’nik Yu.P., Siroshtan R.I., Radchuk V.V., Ivanova L.I. (1984) Fiziko-khimicheskie usloviya metamorfizma karbonatnykh porod [Physico­chemical conditions of metamorphism of carbonate rocks]. Kiev: Nauk. Dumka Publ., 136 p. (In Russian)Essene E.J., Claflin C.L., Giorgetti G., Mata P.M., Peacor D.R., Arkai P., Rathmell M.A. (2005) Two­, threeand flour­feldspar assemblages with hyalophane and celsian: implications for phase equilibria in BaAl2Si2O8–CaAl2Si2O8–NaAlSi3O8–KAlSi3O8. Eur. J. Miner., 17(4), 515­535.Mishkin M.A. (1990) Amphibole geothermobarometer for metabasites. Dokl. Akad. Nauk, 312(4), 944­946. (In Russian)Fabries J. (1979) Spinel­olivine geothermometry in peridotites from ultramafic complexes. Contrib. Miner. Petrol., 69(4), 329­336.Mitchell R.H. (1978) Manganoan magnesian ilmenite and titanian clinohumite from the Jacupiranda carbonatite, São Paulo, Brazil. Amer. Miner., (63), 544­547.Fu B., Mernagh T.P., Kita N.T., Kemp A.I.S., Valley J.W. (2009) Distinquishing magmatic zircon from hydrothermal zircon: a case study from the Gidinburg high­sulphidation Au–Ag–(Cu) deposit, SE Australia. Chem. Geol., 259, 131­142.Nedosekova I.L., Vladykin N.V., Pribavkin S.V., Bayanova Т.B. (2009) Ilmeno­Vishnevogorsky miaskite­carbonatite complex: origin, ore, material sources (Urals, Russia) Gеol. Rudn. Mestorozhd., 51(2), 157­181. (In Russian)Grimes C.B., John B.E., Kelemen P.B., Mazdab F.K., Wooden J.L., Cheadle M.J., Hanghoj K., Schwartz J.J. (2007). Trace element chemistry of zircons from oceanic crust: a method for distinguishing detrital zircon provenance. Geology, 35(7), 643­646.Nedosekova I.L. (2012) The age and substance sources Ilmeno­Vishnevogorsk alkaline complex (Urals, Russia): geochemical and isotopic Rb­Sr, Sm­Nd, U­Pb, Lu­Hf data. Litosfera, (5), 77­95. (In Russian)Hoskin P.W.O. (2005) Trace­element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia. Geochim. Сosmochim. Acta, 69(3), 637­648.Obata M. (1980) The Ronda peridotite: garnet­, spinel­, and plagioclase­lherzolite facies and the P-T trajectories of a high­temperature mantle intrusion. J. Petrol., 21(3), 533­572.Hoskin P.W.O., Schaltegger U. (2003) The composition of zircon igneous and metamorphic petrogenesis. Rev. Miner. Geochem., 53(1), 27­62. McDonough W.F., Sun S.S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol., 120(3­4), 223­253.Perchuk L.L. (1991) Derivation of thermodynamically consistent system of geothermometers and geobarometers for metamorphic and magmatic rocks. Progress in metamorphic and magmatic petrology (Ed. L.L. Perchuk). Cambridge: Cambridge University Press, 93­112.Mitchell R.H. (1978) Manganoan magnesian ilmenite and titanian clinohumite from the Jacupiranga carbonatite, São Paulo, Brazil. Amer. Miner., (63), 544­547.Popov V.A., Makagonov E.P., Nikandrov S.N. (1998) On the new forms of carbonatites in the Urals. Uralskii mineralogicheskii sbornik, 8. Miass: IMin UrO RAN, 240­ 248. (In Russian)Obata M. (1980) The Ronda peridotite: garnet­, spinel­, and plagioclase­lherzolite facies and the P-T trajectories of a high­temperature mantle intrusion. J. Petrol., 21(3), 533­572.Rasskazova A.D., Lennykh V.I., Valizer N.I. (1986) Calciphyres and marbles of the lower strata of Ilmeno­Vishnevogorsky complex. Ezhegodnik-1985. Sverdlovsk: IGG UNTs AN SSSR, 68­71. (In Russian)Perchuk L.L. (1991) Derivation of thermodynamically consistent system of geothermometers and geobarometers for metamorphic and magmatic rocks. Progress in metamorphic and magmatic petrology (Ed. L.L. Perchuk). Cambridge: Cambridge University Press, 93­112.Rusin A.I., Krasnobaev A.A., Valizer P.M. (2006) Geology of the Ilmeny mountains: situation, problems. Geologiya i mineralogiya il’menogorskogo kompleksa: situatsiya i problemy [Geology and mineralogy of Ilmenogorsky complex: situation and problems]. Miass: IGZ UrO RAN, 3­19. (In Russian)Watson E.B., Wark D.A., Thomas J.B. (2006) Crystallization thermometers for zircon and rutile. Contrib. Miner. Petrol., (151), 413­433.Watson E.B., Wark D.A., Thomas J.B. (2006) Crystallization thermometers for zircon and rutile. Contrib. Miner. Petrol., 151, 413­433.Williams I.S. (1998) U­Th­Pb geochronology by ion microprobe. Applications of microanalytical techniques to understanding mineralizing processes. (Eds M.A. McKibben, W.C. Shanks, W.I. Ridley). Rev. Econom. Geol., (7), 1­35.Williams I.S. (1998) U­Th­Pb geochronology by ion microprobe. Applications of microanalytical techniques to understanding mineralizing processes. (Eds M.A. McKibben, W.C. Shanks, W.I. Ridley). Rev. Econom. Geol., (7), 1­35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.