Ore apatyte-bearing mineralization of the Velimyaki gabbroid massif in the Raakhe-Ladoga zone of the Northern Ladoga region: identification of formation conditions and assessment of the age of apatite

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The Early Proterozoic gabbros of the Velimyaki intrusion of the Northern Ladoga region contain titanomagnetite ore, the development of which was carried out at the end of the 19th century. The peculiarity of horizons with titanomagnetite mineralization is the high concentration of phosphorus in the form of apatite, the content of which reaches up to 10 vol. %. Isotopic analysis of lead apatite indicates the redeposited nature of this mineral, presumably during superimposed metamorphism approximately 100 Ma after the stage of magmatic crystallization of gabbroids and clinopyroxene-titaniummagnetite ores. Mineralogical, petrological and isotope-geochemical criteria for the superimposed nature of mineral formation with recrystallization of apatite are the connection of this mineral with the formation of other metamorphic minerals (hornblende, biotite, acid plagioclase), the isotopic age of apatite (1790 ± 5 Ma) and low temperature (620–710 °C) of its formation in comparison with the crystallization temperatures (900–1260 °C) of igneous minerals from the melt. The Pb-Pb age of apatite coincides with the age of metamorphic minerals of the late Svecofennian stage from other rocks in the region, as well as with the Rb-Sr ages of biotite and amphibole from the direct host supracrustal rocks. Based on the data obtained, a conclusion was made about the recrystallization of apatite and re-equilibration of the U-Pb system in it during the Late Svecofennian regional metamorphism.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Sh. K. Baltybaev

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences; St. Petersburg University

Author for correspondence.
Email: shauket@mail.ru

St. Petersburg University Institute of Earth Sciences

Russian Federation, nab. Makarova 2, St. Petersburg, 199034; Universitetskaya nab., 7, St. Petersburg, 199034

R. L. Anisimov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russian Federation, nab. Makarova 2, St. Petersburg, 199034

I. M. Vasilyeva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russian Federation, nab. Makarova 2, St. Petersburg, 199034

N. G. Rizvanova

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russian Federation, nab. Makarova 2, St. Petersburg, 199034

O. L. Galankina

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russian Federation, nab. Makarova 2, St. Petersburg, 199034

V. M. Savatenkov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology; St. Petersburg University Institute of Earth Sciences

Email: shauket@mail.ru

St. Petersburg University Institute of Earth Sciences

Russian Federation, nab. Makarova 2, St. Petersburg, 199034; Universitetskaya nab., 7, St. Petersburg, 199034

References

  1. Алексеев И. А. (2005) Благороднометалльное оруденение массива Вялимяки (Северное Приладожье). Материалы XVI конф. молодых ученых, посвящ. памяти К. О. Кратца, 244–247.
  2. Алексеев И. А., Котова И. К., Петров С. В. (2005) Рудопроявление золота в массиве Вялимяки (Северное Приладожье). Вестник СПбГУ. 7(3), 107–110.
  3. Алексеев И. А., Кулешевич Л. В. (2017) Благороднометальная минерализация массива Вялимяки (Северное Приладожье, Карелия). Труды КарНЦ РАН. Геология докембрия. 2, 60–72.
  4. Арискин А. А., Бармина Г. С. (2000) Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука, 365 с.
  5. Балтыбаев Ш. К., Глебовицкий В. А., Козырева И. В., Конопелько Д. Л., Левченков О. А., Седова И. С., Шульдинер В. И. (2000) Геология и петрология свекофеннид Приладожья (Под ред. Глебовицкого В. А.). СПб.: Изд-во СПбГУ, 200 c.
  6. Балтыбаев Ш. К., Левченков О. А., Глебовицкий В. А., Левский Л. К., Макеев А. Ф., Яковлева С. З. (2005) Полихронная природа метаморфической зональности по данным U-Pb, Pb-Pb датирования метаморфических пород (Южная Карелия, Балтийский щит). ДАН. 401(4), 496–499.
  7. Балтыбаев Ш. К., Левченков О. А., Глебовицкий В. А. и др. (2008) Первые мигматиты в зоне прогрессивного метаморфизма гнейсов Северного Домена Приладожья: U-Pb данные по монациту. ДАН. 420(4), 504–506.
  8. Балтыбаев Ш. К., Ларионов А. Н., Левченков О. А. и др. (2009) U-Pb определение возраста лейкосом мигматитов с использованием метода SIMS по циркону и сопоставление с данными метода TIMS-ID по монациту. ДАН. 427(6), 943–946.
  9. Балтыбаев Ш. К., Овчинникова Г. В., Глебовицкий В. А. и др. (2017) Каледонское время образования золотосодержащих сульфидных руд в раннепротерозойских габброидах Северного Приладожья. ДАН. 476(2), 181–185.
  10. Балтыбаев Ш. К., Овчинникова Г. В., Кузнецов А. Б., Васильева И. М., Ризванова Н. Г., Алексеев И. А., Кириллова П. А. (2020) Два этапа золотосульфидной минерализации в раннепротерозойских габброидах Северного Приладожья. Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 66(3), 559–577.
  11. Балтыбаев Ш. К., Саватенков В. М., Петракова М. Е. (2024) T-t эволюция раннепротерозойских пород Северного Приладожья по данным изучения U-Pb, Rb-Sr и Sm-Nd систем в минералах. Геодинамика и тектонофизика. 15(3) https://doi.org/10.5800/GT-2024-15-3-0759
  12. Барков А. Ю., Шарков Е. В., Никифоров А. А., Королюк В. Н., Сильянов С. А. (2021) Вариации составов апатита и минералов редких земель в связи с трендами кристаллизации в расслоенном массиве Мончеплутон (Кольский полуостров). Геология и геофизика. 62(4), 528–548.
  13. Бибикова Е. В., Слабунов А. И., Богданова С. В., Шельд Т., Степанов В. С., Борисова Е. Ю. 1999. Ранний магматизм Беломорского подвижного пояса. Балтийский щит: латеральная зональность и изотопный возраст. Петрология. 7(2), 115–140.
  14. Бибикова Е. В., Богданова С. В., Глебовицкий В. А., Клайссон С., Шельд Т. (2004) Этапы эволюции Беломорского подвижного пояса по данным U-Pb цирконовой геохронологии (ионный микрозонд NORDSIM). Петрология, 12(3), 227–244.
  15. Богачев В.А., Иваников В.В., Козырева И.В., Конопелько Д.Л., Левченков О.А., Шульдинер В.И. (1999) U-Pb цирконовое датирование синорогенных габбро-диоритовых и гранитоидных интрузий Северного Приладожья. Вестник СПбГУ. Сер. 7. (3), 23–33.
  16. Громова З. Т. (1951ф) Отчет Южно-Карельской экспедиции о поисково-разведочных работах по выявлению природы Велимякской магнитной аномалии. Фонды КГЭ.
  17. Иващенко В. И., Голубев А. И. (2011) Золото и платина Карелии: формационно-генетические типы оруденения и перспективы. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 368 с.
  18. Иващенко В. И., Лавров О. Б. (1997) Благороднометальное оруденение Юго-Западной Карелии. Проблемы золотоносности и алмазоносности севера европейской части России (Под ред. Голубева А. И., Рыбакова С. И.). Петрозаводск: КарНЦ РАН, 44–51.
  19. Ладожская протерозойская структура (геология, глубинное строение и минерагения) / Ред. Шаров Н. В. (2020) Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 435 с.
  20. Лобач-Жученко С. Б., Чекулаев В. П., Байкова В. С. (1974) Эпохи и типы гранитообразования в докембрии Балтийского щита. Л., 1974. 205с.
  21. Минерально-сырьевая база Республики Карелия. кн.1. (Под ред. Михайлова В. П. и Аминова В. Н.). Петрозаводск: Карелия, 2005. 278 с.
  22. Рипп Г. С., Ходырева Е. В., Избродин И. А., Рампилов М. О., Ласточкин Е. И., Посохов В. Ф. (2017) Генетическая природа апатит-магнетитовых руд Северо-Гурвунурского месторождения (Западное Забайкалье). Геология рудных месторождений. 59(5), 419–433.
  23. Романчев Б. П., Бочаров В. Л. (1990) Генетические типы апатита Дубравинского массива КМА. Геохимия. (7), 1047–1052.
  24. Саватенков В. М., Морозова И. М., Левский Л. К. (2004) Поведение изотопных систем (Sm-Nd; Rb-Sr; K-Ar; U-Pb) при щелочном метасоматозе (фениты зоны экзоконтакта щелочно-ультраосновной интрузии). Геохимия. (10), 1027–1049.
  25. Savatenkov V. M., Morozova I. M., Levsky L. K. (2004) Behavior of the Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar, and U-Pb Isotopic Systems during Alkaline. Metasomatism: Fenites in the Outer-Contact Zone of an Ultramafic–Alkaline Intrusion. Geochem. Int. 42(10), 899–920.
  26. Савко К. А., Пилюгин С. М., Новикова М. А. (2007) Состав апатита из пород разновозрастных железисто-кремнистых формаций Воронежского кристаллического массива – как показатель флюидного режима метаморфизма. Вестник ВГУ, Серия: Геология. (2), 78–91.
  27. Саранчина Г. М. (1948) Петрология Велимякской интрузии и связанное с нею рудопроявление. Известия Карело-Финской научно-исследовательской базы АН СССР. (2), 32–42.
  28. Саранчина Г.М. (1972) Гранитоидный магматизм, метаморфизм и метасоматоз докембрия (на примере Приладожья и других областей). Л.: Наука, 128 с.
  29. Судовиков Н. Г., Глебовицкий В. А., Сергеев А. С. и др. (1970) Геологическое развитие глубинных зон подвижных поясов (Северное Приладожье). Л., Наука, 227 с.
  30. Хазов Р. А., Попов М. Г., Бискэ Н. С. (1993) Рифейский калиевый щелочной магматизм южной части Балтийского щита. СПб, 216 с.
  31. Ariskin A. A., Barmina G. S. (2004) COMAGMAT: Development of a magma crystallization model and its petrological applications. Geochem. Int. 4 (1), 1–157.
  32. Chew D. M.; Spikings R. A. (2021) Apatite U-Pb Thermochronology: A Review. Minerals. 11, 1095.
  33. Cochrane R., Spiking R. A., Chew D., Wotzlaw J.-F., Chiaradia M., Tyrrell S., Schaltegger U., Van der Lelij R. (2014) High temperature (> 350 oC) thermochronology and mechanisms of Pb loss in apatite. Geochim. Cosmochim. Acta. 127, 39–56.
  34. Harlov D. E. (2015) Apatite: A fingerprint for metasomatic processes. Elements. 11, 171–176.
  35. Henry D. J., Guidotti C. V., Thomson J. A. (2005) The Ti-saturation surface for low-to-medium pressure metapelitic biotites: Implications for geothermometry and Ti-substitution mechanisms. Amer. Mineral. 90(2–3), 316–328.
  36. Holland T., Blundy J. (1994) Non-ideal interactions in calcic amphiboles and their bearing on amphibole-plagioclase thermometry. Contrib Mineral Petrol. 116(4), 433–447.
  37. Kärkkäinen N., Appelqvist H. (1999) Genesis of a low-grade apatite-ilmenite-magnetite deposit in the Kauhajärvi gabbro, western Finland. Mineral. Deposita. 34, 754–769.
  38. Kirkland C. L., Yakymchuk C., Szilas K., Evans N., Hollis J., McDonald B., Gardiner N. (2018) Apatite: a U-Pb thermochronometer or geochronometer? Lithos. 318.
  39. Lee C. A. (1996) A review of mineralization in the Bushveld Complex and some other layered mafic intrusions. In: Layered intrusions (Ed. Cawthorn R. G.). Amsterdam: Elsevier, 103–146.
  40. Lepage L. (2003) ILMAT: An Excel worksheet for ilmenite-magnetite geothermometry and geobarometry. Computers & Geosciences. 29, 673–678.
  41. Locock A. J. (2014) An Excel spreadsheet to classify chemical analyses of amphiboles following the IMA 2012 recommendations. Computers & Geosciences. 62, 1–11.
  42. Ludwig K. R. (2003) User’s manual for Isoplot/Ex, version 3.00, a geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center, 2003, Spec. Publ. 4, 72 p.
  43. Makinen J. (1987) Geochemical characteristics of Svecokarelidic mafic-ultramafic intrusions associated with Ni-Cu occurrence in Finland. Geol. Surv. Finland Bull. 342, 109 p.
  44. Makkonen H. (1996) 1.9 Ga tholeiitic magmatism and related Ni-Cu deposits in the Juva area.SE Finland. Geol. Surv. Finland Bull. 386, 101 p.
  45. Manhes G., Minster J. E., Allegre C. J. (1978) Comparative uranium-thorium lead and rubidium-strontium study of the Severin Amphoterite: Consequences for early Solar System chronology. Earth Planet. Sci. Lett. 39(1), 14–21.
  46. Molina J. F., Moreno J. A., Castro A., Rodriguez C., Fershtater G. B. (2015) Calcic amphibole thermobarometry in metamorphic and igneous rocks: New calibrations based on plagioclase/amphibole Al-Si partitioning and amphibole/liquid Mg partitioning. Lithos. 232, 286–305.
  47. Morse S. A. (1980) Kiglapait mineralogy II: Fe-Ti oxide minerals and the activities of oxygen and silica. J Petrol. 21, 685–719.
  48. Morse S. A. (1990) The differentiation of the Skaergaard intrusion. Discussion of Hunter and Sparks. Contrib Min Petrol. 95, 451–461.
  49. O’Sullivan G.; Chew D.; Kenny G.; Henrichs I.; Mulligan D. (2020) The trace element composition of apatite and its application to detrital provenance studies. Earth-Sci. Rev. 201, 103044.
  50. Paul A. N., Spikings R. A., Chew D., Daly J. S. (2019) The effect of intra-crystal uranium zonation on apatite U-Pb thermochronology: a combined ID-TIMS and LA-MC-ICP-MS study. Geochim. Cosmochim. Acta. 251.
  51. Reynolds I. M. (1985а) Contrasted mineralogy and textural relationships in the uppermost titaniferous magnetite layers of the Bushveld Complex in the Bierkraal area north of Rustenburg. Econ. Geol. 80, 1027–1048.
  52. Reynolds I. M. (1985б) The nature and origin of titaniferous magnetite-rich layers in the upper zone of the Bushveld Complex; a review and synthesis. Econ. Geol. 80, 1089–1108.
  53. Ryerson F. J., Hess C. (1980) The role of P2O5 in silicate melts. Geochim. Cosmochim. Acta. 44, 611–624.
  54. Vermeesch P. (2018) IsoplotR: a free and open toolbox for geochronology. Geoscience Frontiers. 9, 1479–1493.
  55. von Gruenewaldt G. (1993) Ilmenite-apatite enrichment in the Upper Zone of the Bushveld Complex: a major titanium-rock phosphate resource. Intern. Geol. Rev. 35, 987–1000.
  56. Watson E. B. (1976) Two-liquid partition coefficients experimental data and geochemical implications. Conrib. Mineral. Petrol. 56, 119–134.
  57. Wederpohl K. H. (1970) Handbook of geochemistry. Berlin-Heidenderg-New York: Springer, 667p.
  58. Whitney D. L., Evans B. W. (2010) Abbreviations for names of rock-forming minerals. Amer. Mineral. 95, 185–187.
  59. Wu C.-M., Chen H.-X. (2015) Revised Ti-in-biotite geothermometer for ilmenite- or rutile-bearing crustal metapelites. Science Bulletin. 60(1), 116–121.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Tectonic position and schematic geological map of the Velimyaki massif in the Northern Priladozhye. 1–4 – rocks of the Velimyaki massif: 1 – gabbro (trachytoid gabbro zone); 2 – gabbro and diorites with pyroxenite bodies (gabbro-pyroxenite zone of rock interbedding); 3 – ore-bearing bodies of clinopyroxenites; 4 – gabbro-diorites (gabbro-diorite zone); 5 – host schists of the Ladoga series; 6 – reliable and inferred tectonic faults; 7 – foliation occurrence elements; 8 – sampling locations and their numbers. The inset shows the main geological blocks in the southeastern part of the Fennoscandian Shield: the Early Proterozoic Svecofennian Belt, the Archean Karelian Craton, and the Raahe-Ladoga Suture Zone between them. The rectangle shows the studied area, where the Velimäki massif is located. The schematic map with simplifications is given according to (Alekseev, 2005).

Download (676KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Photographs of thin sections of the main rock types of the Velimäki massif. (a–e): pyroxenites of the first phase of intrusion with different degrees of metamorphic transformations: unaltered – sample B-22-537-1 (a, b), slightly altered – sample B-22-550 (c, d), strongly altered – sample B-22-552 (d, f); (g, h): diorites of the second phase of intrusion – sample B-22-541. The images were taken with parallel (a, c, d, g) and crossed (b, d, f, h) nicols. From here on, mineral abbreviations are given according to (Whitney, Evans, 2010).

Download (998KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. BSE images of recrystallized minerals from the monzogabbro of the Velimäki massif (sample B-22-552-1). (a, b) – reaction relationships of potassium feldspar and plagioclase; (c, d) – hornblende (sometimes with biotite and epidote) rims around actinolite pseudomorphs after clinopyroxene; (d, e) – magnetite grains with exsolution lamellae composed of ilmenite, titanite develops around the grains.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Photograph of a thin section of monzodiorite in parallel (a) and crossed (b) nicols, where the sequence of replacement of magmatic clinopyroxene by actinolite (± quartz) aggregate and development of hornblende over actinolite is visible. Apatite grains are often found in association with hornblende and secondary biotite.

Download (689KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Amphiboles from rocks of the first and second phases of emplacement of the Velimyaki massif. 1 – compositions of presumably magmatic amphiboles of rocks of the first emplacement phase, 2 – compositions of metamorphic amphiboles of transformed rocks of the first emplacement phase, 3 – compositions of metamorphic amphiboles of transformed rocks of the second emplacement phase. Diagram and calculations of amphibole compositions according to (Locock, 2014).

Download (196KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Content of volatile components in apatites of rocks of the first and second phases of intrusion of the Velimyaki massif. 1 – apatites from rocks of the first phase of intrusion, 2 – from the second.

Download (62KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Two-point Pb-Pb isochrons for apatites of the rocks of the first phase of the Velimyaki massif intrusion. a – unmetamorphosed clinopyroxenite (sample B-22-537-2), b – weakly metamorphosed pyroxenite (sample B-22-550), c – strongly metamorphosed pyroxenite (sample B-22-551), d – pyroxenite (B-22-552). The isotopic composition of plagioclase from the most acidic derivatives of the first phase is used. One isotopic composition of plagioclase from the most acidic derivatives of the first phase (sample B-22-551-1) is used in all diagrams.

Download (254KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Pb-Pb isochrons for clinopyroxenite and monzogabbro from the Velimyaki massif, which were collected within the same outcrop. (a) – Pb-Pb four-point isochron for apatite subjected to stepwise leaching (sample B-22-552, pyroxenite). The diagram was constructed using the non-radiogenic lead isotope composition of plagioclase from the apatite-hosting rock and the lead isotope compositions of apatite in the L2–L4 leaches, (b) – Pb-Pb two-point isochron for apatite and plagioclase (sample B-22-552-1, monzogabbro).

Download (129KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. BSE images of apatite grains in association with allanite from the Velimäki massif rocks (samples B-22-552-1, B-22-541). (a) – exsolution (?) of rare-earth allanite during recrystallization of apatite, (b) – allanite in contact with apatite grains in a hornblende matrix.

Download (366KB)
Indexing metadata
11. Additional materials
Download (22KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».