Оптико-спектроскопические и изотопно-геохимические характеристики цирконов алмазоносных россыпей Якутии как индикаторов коренных источников алмазов

Объект исследования. Зерна циркона из алмазных россыпей рр. Молодо и Эбелях Якутской Арктики. Цель. Исследование индикаторных характеристик циркона для определения возраста коренных источников алмазов и путей их миграции в россыпи; анализ оптико-спектроскопических и изотопно-геохимических параметров зерен циркона, их микропримесного, U-Pb и Lu-Hf изотопного состава. Материалы и методы. ЛА-ИСП-МС анализ U-Pb изотопного и микроэлементного состава циркона проведен на масс-спектрометре NexION 300S с приставкой NWR 213, анализ Lu-Hf изотопной системы – на масс-спектрометре Neptune Plus с приставкой NWR 213, размещенных в помещении класса чистоты 7 ИСО в ЦКП “Геоаналитик” (ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург). Спектры КРС получены с использованием конфокального спектрометра LabRAM HR800 Evolution, спектры КЛ – на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM6390LV, оборудованном приставкой Horiba H-CLUE iHR500. Результаты. Определены локальные оптико-спектроскопические характеристики (спектры комбинационного рассеяния света и католюминесценции) зерен циркона, что позволило обосновать вывод об их высокой кристалличности и гомогенности (монохронности), а также провести выбор международных стандартов циркона с близкими характеристиками для использования при ЛА-ИСП-МС-анализе для обеспечения сходных условий испарения вещества и параметров фракционирования элементов U и Pb. В работе приведены ЛА-ИСП-МС-данные микропримесного, U-Pb и Lu-Hf изотопного состава зерен цирконов из алмазных россыпей, значения дозы их автооблучения. Выводы. Полученные U-Pb-датировки помогают воссоздать историю, характер и последовательность проявления кимберлитового магматизма, тектонических процессов и путей миграции кимберлитового материала и алмазов на Сибирском кратоне, в рамках Якутской кимберлитовой провинции.

1. Агашев А.М., Серов И.В., Орихаши Ю., Толстов А.В., Николенко Е.И., Похиленко Н.П. (2019) U-Pb датирование цирконов из аллювия рек и вторичных коллекторов Якутской алмазоносной провинции. Руды и металлы, (2), 67-73.

2. Афанасьев В.П., Агашев А.М., Орихаши Ю., Похиленко Н.П., Соболев Н.В. (2009) Палеозойский U-Pbвозраст включения рутила в алмазе V-VII разновидности из россыпей северо-востока Сибирской платформы. Докл. АН, 428(2), 228-232.

3. Брагхфогель Ф.Ф. (1984) Геологические аспекты кимберлитового магматизма Северо-Востока Сибирской платформы. Якутск: Изд-во ЯО АН СССР, 98 с.

4. Вотяков С.Л., Червяковская М.В., Щапова Ю.В., Панкрушина Е.А., Михалевский Г.Б., Червяковский В.С. (2022) Катодолюминесценция и спектроскопия комбинационного рассеяния света как основа для выбора референсных образцов при ЛА-ИСП-МС-анализе циркона. Геодинамика и тектонофизика, 13(2s), 0603. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0603

5. Граханов С.А., Зинчук Н.Н., Соболев Н.В. (2015) Возраст прогнозируемых коренных источников алмазов на северо-востоке сибирской платформы. Докл. АН, 465(6), 715-719.

6. Дэвис Г.Л., Соболев Н.В., Харькив А.Д. (1980) Новые данные о возрасте кимберлитов Якутии, полученные U-Pb методом по цирконам. Докл. АН СССР, 254, 175-179.

7. Зайцев А.И., Смелов А.П. (2010) Изотопная геохронология пород кимберлитовой формации Якутской провинции. Якутск: ИГАБМ СО РАН, 107 с.

8. Краснобаев А.А. (1986) Циркон как индикатор геологических процессов. М.: Наука, 152 с.

9. Краснобаев А.А., Вотяков С.Л., Крохалев В.Я. (1988) Спектроскопия цирконов. Свойства, геологические приложения. М.: Наука, 150 с.

10. Краснобаев А.А., Вотяков С.Л., Левин В.Я., Анфилогов В.Н. (2003) Цирконы алмазоносных комплексов Урала и проблема их коренных источников. Литосфера, (3), 25-40.

11. Соболев Н.В., Белик Ю.П., Похиленко Н.П., Лаврентьев Ю.Г., Кривонос В.Ф., Поляков В.Н., Соболев В.С. (1981) Хромсодержащие пиропы в нижнекаменноугольных отложениях кютюнгдинского прогиба. Геология и геофизика, 22(3), 153-157.

12. Соболев Н.В., Соболев А.В., Томиленко А.А., Батанова В.Г., Толстов А.В., Логвинова А.М., Кузьмин Д.В. (2015) Уникальные особенности состава вкрапленников оливина посттрапповой алмазоносной кимберлитовой трубки Малокуонамская, Якутия. Докл. АН, 463(5), 587.

13. Соболев Н.В., Шацкий В.С., Вавилов М.А., Горяйнова С.В. (1994) Циркон высокобарических метаморфических пород складчатых областей как уникальный контейнер включений алмаза, коэсита и сосуществующих минералов. Докл. РАН, 334(4), 488-492.

14. Червяковская М.В., Вотяков С.Л., Червяковский В.С. (2021) Изучение Lu/Hf изотопного состава цирконов с помощью многоколлекторного масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой Neptune Plus и приставки для лазерной абляции NWR 213. Аналитика и контроль, 25(3), 212-221.

15. Червяковская М.В., Червяковский В.С., Вотяков С.Л. (2022) Локальный анализ микроэлементного состава силикатных минералов на масс-спектрометре NexION 300S С ЛА приставкой NWR 213: методические аспекты. Геодинамика и тектонофизика, 13(2s), 0605. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0605

16. Щапова Ю.В., Вотяков С.Л., Замятин Д.А., Червяковская М.В., Панкрушина Е.А. (2020) Минералыконцентраторы d- и f- элементов: локальные спектроскопические и ЛА-ИСП-МС исследования состава, структуры и свойств, геохронологические приложения. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 427 с.

17. Agashev A.M., Chervyakovskaya M.V., Serov I.V., Tolstov A.V., Agasheva E.V., Votyakov S.L. (2020) Source rejuvenation vs. re-heating: Constraints on Siberian kimberlite origin from U/Pb and Lu/Hf isotope compositions and geochemistry of mantle zircons. Lithos, 364-365, 105508.

18. Agashev A.M., Orihashi Y., Pokhilenko N.P. et al. (2016) Age of Mirny Field Kimberlites (Siberia) and application of Rutile and Titanite for U–Pb dating of kimberlite emplacement by LA-ICP-MS. Geochem. J., 50, 431-438.

19. Belousova E., Griffin W., O’Reilly S.Y., Fisher N. (2002) Igneous zircon: Trace element composition as an indicator of source rock type. Contrib. Mineral. Petrol., 143, 602-622.

20. Black L.P., Gulson B.L. (1978) The age of the Mud Tank carbonatite, Strangways Range, Northern Territory. J. Aust. Geol. Geophys., 3, 227-232.

21. Black L.P., Kamo S.L., Allen Ch.L., Davis D.W., Aleinikoff J.N., Valley J.W., Mundif R., Campbell I.H., Korsch R.J., Williams I.S., Foudoulis Ch. (2004) Improved 206Pb/238U microprobe geochronology by the monitoring of a trace- element-related matrix effect; SHRIMP, ID–TIMS, ELA–ICP–MS and oxygen isotope documentation for a series of zircon standards. Chem. Geol., 205(1-2), 115-140.

22. Dawson P., Hargreave M.M., Wilkinson G.R. (1971) The vibrational spectrum of zircon (ZrSiO4). J. Phys. C: Solid St. Phys., 4(2), 240-256.

23. Griffin W.L., Pearson N.J., Belousova E.A., Jackson S.E., O’reilly S.Y., Achterberg E.Van, Hee S.R. (2000) The Hf isotope composition of cratonic mantle: LAM-MCICPMS analysis of zircon megacrysts in kimberlites. Geochim. Cosmochim. Acta, 64, 133-147.

24. Jackson S.E., Norman J.P., William L.G., Belousova E.A. (2004) The application of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry to in situ U-Pb zircon geochronology. Chem. Geol., 211, 47-69.

25. Kolesov B.A., Geiger C.A., Armbruster T. (2001) The dynamic properties of zircon studied by single-crystal X-ray diffraction and Raman spectroscopy. Europ. J. Mineral., 13(5), 939-948.

26. Lapin A.V., Tolstov A.V., Antonov A.V. (2007) Sr and Nd isotopic compositions of kimberlite and associated rocks of the Siberian craton. Dokl. Earth Sci., 414(1), 557-560.

27. Lapin A.V., Tolstov A.V., Vasilenko V.B. (2007) Petrogeochemical characteristics of the kimberlites from the middle Markha region with application to the problem of the geochemical heterogeneity of kimberlites. Geochem. Int., 45(12), 1197-1209.

28. Murakami T., Chakoumakos B.C., Ewing R.C., Lump-kin G.R., Weber W.J. (1991) Alpha-decay event damage in zircon. Amer. Miner., 76(9-10), 1510-1532.

29. Nikolenko E.I., Agashev A.M., Tychkov N.S., Nikolenko A., Zhelonkin R.Y., Ragozin A.L., Afanasiev V.P., Pokhilenko N.P. (2023) In search for primary sources of placer diamonds of northeast Siberian craton: Evidence from the U–Pb ages and geochemistry of alluvial zircons. Resour. Geol., 73(1), e12317.

30. Palenik C.S., Nasdala L., Ewing R.C. (2003) Radiation damage in zircon. Amer. Miner., 88, 770-781.

31. Slama J., Košler J., Condon D., Crowley J., Gerdes A., Hanchar J., Horstwood M., Morris G., Nasdala L., Norberg N., Schaltegger U., Schoene B., Tubrett M., White-house M. (2008) Plesovice zircon – A new natural reference material for U–Pb and Hf isotopic microanalysis. Chem. Geol., 249, 1-35.

32. Sobolev N.V., Tomilenko A.A., Kuz’min D.V., Logvinova A.M., Bul’bak T.A., Fedorova E.N., Nikolenko E.I., Reutskii V.N., Sobolev A.V., Batanova V.G., Grakhanov S.A., Kostrovitskii S.I., Yakovlev D.A., Anastasenko G.F., Tolstov A.V. (2018) Prospects of search for diamondiferous kimberlites in the northeastern Siberian platform. Russ. Geol. Geophys., 59(10), 1365-1379.

33. Sun J., Tappe S., Kostrovitsky S.I., Liu Ch-Zh, Skuzovatov S.Yu., Wu F-Y. (2018) Mantle sources of kimberlites through time: A U-Pb and Lu-Hf isotope study of zircon megacrysts from the Siberian diamond fields. Chem. Geol., 479, 228-240.

34. Syme R.W.G., Lockwood D.J., Kerr H.J. (1977) Raman spectrum of synthetic zircon (ZrSiO4) and thorite (ThSiO)4. J. Phys. C: Solid St. Phys., 10(8), 1335.

35. Váczi T., Nasdala L. (2017) Electron-beam-induced annealing of natural zircon: a Raman spectroscopic study. Phys. Chem. Min., 44(6), 389-401.

36. Wiedenbeck M., Hanchar J.M., Peck W.H., Sylvester P., Valley J., Whitehouse M., Franchi I. (2004) Further characterisation of the 91500 zircon crystal. Geostand. Geoanalyt. Res., 28(1), 9-39.