Редкие и редкоземельные элементы в гранатах из силикатно-карбонатных образований Кусинско-Копанского комплекса (Южный Урал)

   Объект исследования. Гранаты из силикатно-карбонатных образований и их ореолов со скарновыми минеральными ассоциациями, вскрытых историческими копями Южного Урала: Зеленцовской, Николае-Максимилиановской, Ахматовской, Перовскитовой, Губенского массива, Прасковье-Евгеньевской и Шишимской.

   Цель работы – изучение природы силикатно-карбонатных образований, генезис которых дискуссионен.

   Материалы и методы. Исследовался состав гранатов, распространенных как в силикатно-карбонатных образованиях, так и в породах со скарновыми минеральными ассоциациями, с использованием современных локальных методов: SEM-EDS (ИГГД РАН) и SIMS (ЯФ ФТИАН РАН).

   Результаты. Гранаты из силикатно-карбонатных пород обладают преимущественно темным, до черного, цветом, комбинацией простых форм ромбододекаэдра и тетрагонтриоктаэдра и по составу отвечают андрадиту – Ti-андрадиту, в котором доля шорломитового и моримотоитового миналов достигает 30 %. Гранаты из известковых скарнов имеют красноватый цвет, ромбододекаэдрический габитус и по составу относятся к изоморфному ряду андрадит–гроссуляр, в котором доля шорломитового и моримотоитового миналов не превышает 3 %. Впервые для этих гранатов определены содержание редких и редкоземельных элементов и положительная корреляция Ti с U, Y, Zr, Hf и Nb. Фигуративные точки на бинарных диаграммах в координатах содержания этих редких элементов размещены в виде тренда изменения состава гранатов в ряду гроссуляр–андрадит–Ti-андрадит. Гранаты из силикатно-карбонатных пород, в отличие от гранатов из скарновых минеральных ассоциаций, имеют повышенное содержание редкоземельных элементов. Главной особенностью спектров распределения редкоземельных элементов гранатов является положительная Eu-аномалия, которая отмечается для всех изученных гранатов.

   Выводы. Совокупность приведенных данных позволяет предположить, что гранаты из силикатно-карбонатных образований и их ореолов образованы в результате единого геологического процесса, наиболее близкого по своей сути к скарнообразованию. В результате петрографо-минералогических и геохимических исследований сделан вывод, что “карбонатитовая” природа силикатно-карбонатных пород Южного Урала маловероятна.

1. Алексеев А. А. Расслоенные интрузии Западного склона Урала / А. А. Алексеев, Г. В. Алексеева, С. Г. Ковалев. – Уфа: Гилем, 2000. – 188 с.

2. Аулов Б. Н. Государственная геологическая карта Российской Федерации. М-б 1:200 000 : Изд-е 2-е. – Сер. Южно-Уральская. – Л. N-40-XII. –Златоуст. – Объяснит. записка. – М.: МФ ВСЕГЕИ, 2015. – 365 с.

3. Белковский А. И. Минеральные копи Шишимских-Назямских гор: предкарбонатитовые скарны и ранние (безрудные) карбонатиты // Проблемы петрогенезиса и рудообразования : Тез. докл. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 1998. – 12-14.

4. Бочарникова Т. Д. Состав и источники флюидов в скарнах минеральных копей кусинско-копанского интрузивного комплекса (Южный Урал) / Т. Д. Бочарникова, В. В. Холоднов, Е. С. Шагалов // Литосфера. – 2011. – (5). – 124-130.

5. Гекимянц В. М. Минералогия титана и циркония в скарнах, родингитах и родингитоподобных образованиях Западного Урала : Дис. ... канд. геол.-мин. наук / В. М. Гекимянц. – М.: МГУ, 2000. – 21 с.

6. Гриценко Ю. Д. Титановые гранаты щелочно-ультраосновных массивов Маймече-Котуйской провинции / Ю. Д. Гриценко // Геология, магматизм и металлогения Центра Азии. 2018 : Рудно-магматические системы Сангилена (щелочные интрузивы, карбонатиты) – 2018. – 25-32.

7. Костов И. Минералогия / И. Костов. – М.: Мир, 1971. – 590 с.

8. Костюк А. В. Петрогенезис гранатсодержащего карбонатита, район Тромсе, Норвегия / А. В. Костюк Н. С. Горбачев, А. Н. Некрасов // Геохимия. – 2021. – 66 (8). – 756-768. doi: 10.31857/S0016752521080033

9. Краснобаев А. А. Цирконология навышских вулканитов айской свиты и проблема возраста нижней границы рифея на Южном Урале / А. А. Краснобаев [и др.] // Докл. АН. – 2013. – 448 (4). – 437-442. doi: 10.7868/S086956521304021X

10. Краснобаев А. А. Цирконовый возраст габбро и гранитоидов кусинско-копанского комплекса (Южный Урал) / А. А. Краснобаев [и др.] // Тр. ИГГ УрО РАН, 2006. – Вып. 154. – 300-303.

11. Кузнецов А. Б. Изотопный состав Sr в нижнерифейских карбонатных породах магнезитсодержащей саткинской свиты, Южный Урал / А. Б. Кузнецов [и др.] // Докл. АН. – 2007. – 414 (2). – 233-238.

12. Кузнецов А. Б. Sr-изотопная характеристика и Pb-Pb возраст известняков бакальской свиты (типовой разрез нижнего рифея, Южный Урал) / А. Б. Кузнецов // Докл. АН. – 2003. – 391 (6). – 794-798.

13. Кузнецов А. Б. Sr изотопная характеристика и Pb-Pb возраст карбонатных пород саткинской свиты, нижнерифейская бурзянская серия Южного Урала / А. Б. Кузнецов [и др.] // Стратиграфия. Геол. корреляция. – 2008. – 16 (2). – 16-34.

14. Кутырев А. В. Особенности морфологии и состава цинковых шпинелей различных месторождений мира / А. Б. Кутырев, П. А. Матвеева, С. Ю. Степанов // Металлогения древних и современных океанов. – 2014. – (1). – 212-215.

15. Левашова Е. В. Изотопно-геохимические особенности циркона из постколлизионных гранитов: на примере рибекитовых гранитов Верхнее Эспе, Восточный Казахстан / Е. В. Левашова [и др.] // Геохимия. – 2022. – 67 (1). – 3-18. doi: 10.31857/S0016752522010083

16. Мясников В. С. Минеральные копи Шишимских и Назямских гор / В. С. Мясников // Минералогия Урала. – М.; Л.: АН СССР, 1954. – Т. 1. – 250-268.

17. Мясников В. С. О титановом везувиане из Перовскитовой и Ахматовской копей на Южном Урале / В. С. Мясников // Докл. АН СССР. – 1940. – 28 (5). – 445-448.

18. Овчинникова Г. В. Pb-Pb возраст преобразования осадочных фосфоритов в нижнерифейских карбонатных отложениях, саткинская свита Южный Урал / Г. В. Овчинникова [и др.] // Стратиграфия. Геол. корреляция – 2008. – 16 (2). – 35-40.

19. Овчинникова Г. В. Pb-Pb возраст рифейских магнезитов Бакальского рудного поля / Г. В. Овчинникова [и др.] // Докл. АН. – 2018. – 481 (5). – 529-533. doi: 10.31857/S086956520002125-0

20. Овчинникова Г. В. U-Pb систематика протерозойских магнезитов Саткинского месторождения Южного Урала: источник флюида и возраст / Г. В. Овчинникова [и др.] // Докл. АН. – 456 (2). – 219-222. doi: 10.7868/S0869565214140229

21. Попов В. А. Кристаллы монтичеллита из Шишимской копи на Южном Урале / В. А. Попов // Уральский геол. журнал. – 2001. – (5). – 140-143.

22. Попов В. А. К минералогии Прасковье-Евгеньевской копи на Южном Урале / В. А. Попов. – Уральская минералог. школа – 2012. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2012. – 134-139.

23. Попов В. А. Минералогические исследования скарнов и карбонатитов Ахматовской копи / В. А. Попов // Уральский минералог. сб.. – 2010. – (17). – 109-117.

24. Румянцева Н. А. Циркон из габброидов хребта Шака (Южная Атлантика): U-Pb возраст, соотношение изотопов кислорода и редкоэлементный состав / Н. А. Румянцева [и др.] // Зап. Росс. минералог. об-ва. 2022. – 151 (1). – 49-73. URL: https://zrmo.org/ru/archives/2022/vyipusk-1/czirkon-iz-gabbroidov-xrebta-shaka-(yuzhnaya-atlantika)-u-pb-vozrast-sootnoshenie-izotopov-kisloroda-i-redkoelementnyij-sostav.html

25. Сальникова Е. Б. Гранаты ряда андрадит–моримотоит–потенциальные минералы–геохронометры для U-Pb-датирования ультраосновных щелочных пород / Е. Б. Сальникова [и др.] // Докл. АН. – 2018. – 480 (5). – 583-586. doi: 10.7868/S0869565218050171

26. Семихатов М. А. Стратотип нижнего рифея – бурзянская серия Южного Урала: литостратиграфия, палеонтология, геохронология, Sr- и C-изотопные характеристики карбонатных пород / М. А. Семихатов [и др.] // Стратиграфия. Геол. корреляция. – 2009. – 17 (6). – 17-45.

27. Скублов С. Г. Геохимия разновидностей берилла: сравнительный анализ и визуализация аналитических данных методами главных компонент (PCA) и стохастического вложения соседей с t-распределением (t-SNE) / С. Г. Скублов, А. К. Гаврильчик, А. В. Березин // Зап. Горн. ин-та. – 2022. – (255). – 455-469. doi: 10.31897/PMI.2022.40

28. Стативко В. С. Особенности распределения редких и редкоземельных элементов в гранатах из силикатно-карбонатных пород Кусинско-Копанского комплекса (Южный Урал) / В. С. Стативко // Металлогения древних и современных океанов. – 2022. – 28. – 193-197.

29. Стативко В. С. Химический состав и природа гранатовой минерализации в жильных силикатно-карбонатных породах, пространственно сопряженных с Кусинско-Копанским габбровым интрузивом, Южный Урал / В. С. Стативко, С. Ю. Степанов, Е. С. Шагалов // Новое в познании процессов рудообразования : Девятая Рос. молодеж. науч.-практ. школа с междунар. участием. – 2019. – 397-401.

30. Степанов С. Ю. Первое свидетельство палеозойской эндогенной активности на западном склоне Южного Урала / С. Ю. Степанов [и др.] // Докл. РАН. – 2020. – 493 (1). – 21-26. doi: 10.31857/S2686739720070208

31. Степанов С. Ю. Особенности распределения микропримесей в перовските из скарнов и жильных кальцитовых образований Чернореченского и Назямского хребтов (Южный Урал) / С. Ю. Степанов [и др.] // Минералогия. – 2017 – 3 (1). – 61-70.

32. Стифеева М. В. Кальциевые гранаты как источник информации о возрасте щелочно-ультраосновных интрузий Кольской магматической провинции / М. В. Стифеева [и др.] // Петрология. – 2020. – 28 (1). – 72-84. doi: 10.31857/S0869590320010069

33. Холоднов В. В. Новые Sm-Nd изотопные данные о возрасте Кусинского габбрового массива (Южный Урал) / В. В. Холоднов [и др.] // Тр. ИГГ УрО РАН. – 2006. – Вып. 154. – 331-334.

34. Холоднов В. В. Sm-Nd, Rb-Sr возраст габброидов, гранитоидов и титаномагнетитовых руд из расслоенных интрузий Кусинско-Копанского комплекса (ЮжныйУрал) / В. В. Холоднов [и др.] // Докл. АН. – 2010. – 432 (5). – 650-654.

35. Шилин Л. Л. О гранатах Шишимских гор / Л. Л. Шилин // Тр. минералог. музея. – 1951. – (3). – 146-1951.

36. Abdel Gawad A. E., Ene A., Skublov S. G., Gavrilchik A. K., Ali M. A., Ghoneim M. M., Nastavkin A. V. (2022) Trace element geochemistry and genesis of beryl from Wadi Nugrus, South Eastern Desert, Egypt. Minerals, 12 (2), 206. doi: 10.3390/min12020206

37. Duan X. X., Ju Y. F., Chen B., Wang Z. Q. (2020) Garnet geochemistry of reduced Skarn system: implications for fluid evolution and Skarn formation of the Zhuxiling W (Mo) deposit, China. Minerals, 10 (110) 1024. doi: 10.3390/min10111024

38. Fei X., Zhang Z., Cheng Z., Santosh M. (2019) Factors controlling the crystal morphology and chemistry of garnet in skarn deposits: A case study from the Cuihongshan polymetallic deposit, Lesser Xing’an Range, NE China. Amer. Mineralog. J. Earth Planet. Mater., 104 (10) 1455-1468. doi: 10.2138/am-2019-6968

39. Gaspar M., Knaack C., Meinert L. D., Moretti R. (2008) REE in skarn systems: A LA-ICP-MS study of garnets from the Crown Jewel gold deposit. Geochim. Cosmochim. Acta, 72 (1), 185-205. doi: 10.1016/j.gca.2007.09.033

40. Grew E. S., Locock A. J., Mills S. J., Galuskina I. O., Galuskin E. V., Halenius U. (2013) Nomenclature of the garnet supergroup. Amer. Mineral., (98), 785-811. doi: 10.2138/am.2013.4201

41. Jiang X., Chen X., Zheng Y., Gao S., Zhang Z., Zhang Y., Zhang S. (2020) Decoding the oxygen fugacity of oreforming fluids from garnet chemistry, the Longgen skarn Pb-Zn deposit, Tibet. Ore Geol. Rev., 126, 103770. doi: 10.1016/j.oregeorev.2020.103770

42. Kostić B., Srećković-Batoćanin D., Filipov P., Tančić P., Sokol K. (2021) Anisotropic grossular-andradite garnets: Evidence of two stage skarn evolution from Rudnik, Central Serbia. Geol. Carpathica, 72 (1), 17-25. doi: 10.31577/GeolCarp.72.1.2

43. Li Y., Yuan F., Jowitt S. M. et al. (2021) Garnet major and trace element evidence of the alteration and mineralizing processes associated with genesis of the Qiaomaishan skarn deposit, Xuancheng ore district, eastern China. Ore Geol. Rev., 137, 104304. doi: 10.1016/j.oregeorev.2021.104304

44. Locock A. J. (2008) An Excel spreadsheet to recast analyses of garnet into end-member components, and a synopsis of the crystal chemistry of natural silicate garnets. Comput. Geosci., 34, 1769-1780. doi: 10.1016/j.cageo.2007.12.013

45. McDonough W. F., Sun S. S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol., 120 (3-4), 223-253.

46. Samal A. K., Srivastava R. K., Upadhyay D. (2021) Major, Trace, and Rare-Earth Element Geochemistry of Nb-V Rich Andradite-Schorlomite-Morimotoite Garnet from Ambadungar-Saidivasan Alkaline Carbonatite Complex, India: Implication for the Role of Hydrothermal Fluid-Induced Metasomatism. Minerals, 11 (7), 756. doi: 10.3390/min11070756

47. Savard J. J., Mitchell R. H. (2021) Petrology of ijolite series rocks from the Prairie Lake (Canada) and Fen (Norway) alkaline rock-carbonatite complexes. Lithos, 396, 106188. doi: 10.1016/j.lithos.2021.106188

48. Skublov S. G., Rumyantseva N. A., Li Q., Vanshtein B. G., Rezvukhin D. I., Li X. (2022) Zircon xenocrysts from the Shaka Ridge record ancient continental crust: New U-Pb geochronological and oxygen isotopic data. J. Earth Sci., 33 (1), 5-16.

49. Stavrev M., Peytcheva I., Hikov A., Vassileva R., von Quadt A., Guillong M., Grozdev R., Plotkina, Y. (2020) Late Cretaceous magmatism in part of the Western Rhodopes (Bulgaria): U-Pb dating on zircon and grossular-andradite garnets. Comptes rendus de l’Académie bulgare des Sciences, 73, 522-530. doi: 10.7546/CRABS.2020.04.11

50. Tian Z. D., Leng C. B., Zhang X. C., Zafar T., Zhang L. J., Hong W., Lai C. K. (2019) Chemical composition, genesis and exploration implication of garnet from the Hongshan Cu-Mo skarn deposit, SW China. Ore Geol. Rev., 112, 103016. doi: 10.1016/j.oregeorev.2019.103016

51. Yang Y. H., Wu F. Y., Yang J. H., Mitchell R. H., Zhao Z. F., Xie L.W., Huang C., Ma Q., Yang M., Zhao, H. (2018) U-Pb age determination of schorlomite garnet by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. J. Analyt. Atom. Spectrom., 33 (2), 231-239. doi: 10.1039/C7JA00315C

52. Zakharov Y. D., Kuznetsov A. B., Gavrilova A. A., Stativko V. S. (2022) A new 87Sr/86Sr record of Cretaceous marine invertebrates from the palaeo-Pacific and its implication for stratigraphical and palaeoenvironmental reconstructions. Cretac. Res., 139, 105298. doi: 10.1016/j.cretres.2022.105298