As-P-REE-содержащий циркон в гранитных пегматитах осевой зоны Полярного Урала

Объект исследования. Циркон с высоким содержанием P, Y, REE и As из измененных гранитных пегматитов, прорывающих амфиболиты харбейского метаморфического комплекса (Полярный Урал).

Цель. Изучить морфологические особенности, внутреннее строение и химический состав циркона, установить способ его формирования.

Методы. Исследование циркона проводилось под бинокуляром, на электронных микроскопах и КР- спектрометре. Внутреннее строение минерала анализировалось с помощью изображений, полученных в режимах BSE и CL.

Результаты. В гранитных пегматитах – биотит-кварц-олигоклазовых и биотит-микроклин-кварцолигоклазовых породах – с высоким содержанием Na2O (около 6 мас. %) выявлены два морфологических типа циркона: призматические розовые и длиннопризматические коричневые. Призматические розовые разновидности имеют внутреннее строение и состав, характерные для “классического циркона”, и кристаллизовались из магматического расплава при температурах 700–750°С. Иногда они обрастают тонкой каймой циркона, имеющего на CL изображениях темную окраску с повышенным содержанием таких элементов, как Ca, Al, Fe, Na, P, Y, REE, As. Коричневые цирконы характеризуются зонами роста и участками с неравномерной блочной, мозаичной и пористой структурами, имеющими на CL изображениях темную окраску. В наиболее темных участках минерала (на изображениях в режимах CL и BSE) наблюдаются повышенные концентрации P2O5 (до 6 мас. %), Y2O3 (до 9), UO2 (до 4), ThO2 (до 3), REE, FeO (до 3), Al2O3 (до 3), CaO (до 3), Na2O (до 1 мас. %) и увеличивается степень неупорядоченности структуры (метамиктность) минерала. Перечисленные элементы, а также, по-видимому, гидроксильная группа входили в структуру циркона по сложным схемам замещения. Кристаллизация этого типа циркона и минерала, образующего каймы вокруг циркона первого типа, происходила на постмагматической стадии формирования пегматитов из флюида повышенной щелочности при температурах 550– 600°С. Циркон подвергался повторным изменениям под воздействием растворов по принципу растворения–переотложения, которые протекали при понижении температуры до 240–330°С, в результате чего он приобретал губчатую структуру, а в образовавшихся порах формировались гидротермальные минералы – мышьяковистый пирит, кварц, монацит, ксенотим, черновит, анкерит, альбит и т. д.

Выводы. В гранитных пегматитах, образующих синметаморфические жилы в амфиболитах центральной зоны харбейского метаморфического комплекса, наблюдаются несколько разновидностей циркона: магматический (циркон первого типа), гидротермальный и гидротермально измененный (циркон второго типа), различающихся по морфологическим особенностям, внутреннему строению и составу. Судя по химическому составу гидротермальных минералов в породе, постмагматические растворы были обогащены Na, Ca, P, As, REE, U.

1. Аранович Л.Я., Бортников Н.С., Зингер Т.Ф., Борисовский С.Е., Матреничев В.А., Перцев А.Н., Шарков Е.В., Сколотнев С.Г. (2017) Морфология и элементы-примеси циркона из океанической литосферы осевой зоны Срединно-Атлантического хребта (6–13° с. ш.): свидетельства особенностей магматической кристаллизации и постмагматических преобразований. Петрология, 25(4), 335-361. https://doi.org/10.7868/S0869590317040021

2. Государственная геологическая карта Российской Федерации м-ба 1 : 200 000. (2014) 2-е изд. Сер.: Полярно-Уральская. Л. Q-42-VII, VIII. Объясн. зап. СПб.: ВСЕГЕИ, 384 с.

3. Гракова О.В., Скублов С.Г., Никулова Н.Ю., Галанкина О.Л. (2023) Геохимия высокофосфористого циркона из верхнерифейских метапесчаников Южного Тимана. Геохимия, 68(9), 947-963. https://doi.org/10.31857/S0016752523090054

4. Макеев А.Б., Скублов С.Г. (2016) Иттриево-редкоземельные цирконы Тимана: геохимия и промышленное значение. Геохимия, (9), 821-828. https://doi.org/10.7868/S0016752516080070

5. Скублов С.Г., Марин Ю.Б., Галанкина О.Л., Симакин С.Г., Мыскова Т.А., Астафьев Б.Ю. (2011) Первая находка аномально (Y + REE)-обогащенных цирконов в породах Балтийского щита. Докл. АН, 441(6), 792-799.

6. Уляшева Н.С., Серов П.А., Травин А.В. (2022) Sm/Ndи 40Ar/39Ar-изотопно-геохронологические исследования амфиболитов ханмейхойской свиты харбейского метаморфического комплекса (Полярный Урал). Докл. АН. Науки о земле, 506(2), 194-201. https://doi.org/10.31857/S2686739722601016

7. Cathelineau M., Nieva D., (1985) A chlorite solid solution geothermometer. The Los Azufrez (Mexico) geothermal system. Contrib. Mineral. Petrol., 91, 235-244.

8. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. (1997) Rock-forming minerals. Orthosilicates, Geol. Soc. London, 1, 418-442.

9. Frondel C. (1953) Hydroxyl substitution in thorite and zircon. Amer. Miner., 38, 1007-1018.

10. Geisler T., Schaltegger U., Tomaschek F. (2007) Re-equilibration of zircon in aqueous fluids and melts. Elements, 3, 43-50.

11. Geisler T., Schleicher H. (2000) Improved U–Th–total Pb dating of zircons by electron microprobe using a simple new background modeling procedure and Ca as a chemical criterion of fluid-induced U-Th-Pb discordance in zircon. Chem. Geol., 163, 269-285.

12. Halden N.M., Hawthorne F.C., Campbell J.L., Teesdale W.J., Maxwell J.A., Higuchi D. (1993) Chemical characterization of oscillatory zoning and overgrowths in zircon using 3 MeV μ-PIXE. Can. Miner., 31, 637-647.

13. Hoskin P.W.O. (2005) Trace-element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia. Geochim. Cosmochim. Acta, 69, 637-648.

14. Hoskin P.W.O., Rodgers K.A. (1996) Raman spectral shift in the isomorphous series (Zr1– xHfx)SiO4. Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 33, 1111-1121.

15. Hoskin P.W.O., Schaltegger U. (2003) The composition of zircon and igneous and metamorphic petrogenesis. Rev. Miner. Geochem., 53, 27-62.

16. Kimura K., Hironaka Y. (1936) Chemical investigations of Japanese minerals containing rarer elements: XXIII. Yamagutilite, a phosphorus-bearing variety of zircon, found at Yamaguli Village, Nagano Prefecture. J. Chem. Soc. Japan, 57, 1195-1199.

17. Nasdala L., Irmer G., Wolf D. (1995) The degree of metamictization in zircon: a Raman spectroscopic study. Eur. J. Miner., 7, 471-478.

18. Presser V., Glotzbach C. (2009) Metamictization in zircon: Raman investigation following a Rietveld approach. Pt II: Sampling depth implication and experimental data. J. Raman spectroscopy, 40, 499-508.

19. Pupin J.-P. (1988) Granites as indicators in paleogeodynamics. Rend. Soc. Ital. Mineral. Petrol., 43(2), 237-262.

20. Speer J.A. (1982) Zircon. Rev. Miner., 5, 67-112.

21. Ulyasheva N.S., Shuyskiy A.S., Khubanov V. B. (2024) The Kharbei Amphibolite–Gneiss Complex (Polar Urals): P–T Evolution and Results of U–Pb LA-ICP-MS Isotopic Study of Metamorphic Zircon. Dokl. Earth Sci., 518(1), 1489-1497. https://doi.org/10.1134/S1028334X24602761

22. Yang W., Lin Y., Hao J., Zhang J., Hu S., Ni H. (2016) Phosphorus-controlled trace element distribution in zircon revealed by NanoSIMS. Contrib. Mineral. Petrol., 171(3), 28.

23. Zang W., Fyfe W.S. (1995) Chloritization of the hydrothermally altered bedrock at the Igarapé Bahia gold deposit, Carajás, Brazil. Mineralium Deposita, 30, 30-38. https://doi.org/10.1007/BF00208874.