On the Application of Proxy Minerals for Evaluation of the Oxygen Isotope Composition of Acid Melts

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The problems associated with the use of quartz and zircon as proxy minerals for the reconstruction of δ18O values in acidic melts are considered. It is shown that the correction values Δ(Qz-R) and Δ(R-Zrn) used for the reconstructions are not strictly constant and depend on the mineral composition of the rock and the closing temperature of the oxygen isotopic system of the proxy mineral (Tq, Tz). For Δ(Qz-R), an equation for the calculation is proposed, taking into account these factors, and it is shown that, under a number of conditions, the approximation of this correction by a constant value gives consistent results. To estimate Δ(R-Zrn), an approach has been proposed that consists in calculating the weighted average fractionation coefficient and estimating Tz using a zirconium thermometer. An analysis of the advantages and limitations of the use of quartz and zircon as proxy minerals has been carried out.

About the authors

E. O. Dubinina

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry,
Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: elenadelta@inbox.ru
Russia, Moscow

L. Ya. Aranovich

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry,
Russian Academy of Sciences

Email: elenadelta@inbox.ru
Russia, Moscow

References

  1. Акинин В.В., Биндеман И.Н. Вариации изотопного состава кислорода в магмах Охотско-Чукотского вулканогенного пояса // Докл. АН. 2021. Т. 499. № 1. С. 26–32.
  2. Банникова Л.А. Органическое вещество в гидротермальном рудообразовании. М.: Наука, 1990. 207 с.
  3. Волков В.Н., Негрей Е.В. Строение плутона Раумид и проблема становления гранитных интрузивов // Сов. геология. 1974. № 3. С. 46–59.
  4. Волков В.Н., Шатагин К.Н., Крамчанинов А.Ю. О роли процессов контаминации и гибридизма при формировании гранитов многофазного Раумидского массива (Памир) по данным изотопного Sm-Nd исследования // Докл. АН. 2016. Т. 470. № 3. С. 331–334.
  5. Дубинина Е.О., Носова А.А., Авдеенко А.С., Аранович Л.Я. Изотопная (Sr, Nd, O) систематика высоко-Sr-Ba гранитоидов позднемиоценовых интрузивов района Кавказских Минеральных Вод // Петрология. 2010. Т. 18. № 3. С. 227–256.
  6. Дубинина Е.О., Филимонова Л.Г., Коссова С.А. Изотопные (δ34S, δ13C, δ18O) характеристики вкрапленной минерализации магматических пород Дукатского рудного поля (Северо-Восток России) // Геология рудн. месторождений. 2019. Т. 61. № 1. С. 39–51.
  7. Дубинина Е.О., Андреева О.А., Авдеенко А.С. и др. Фракционирование изотопов кислорода в системе фенокрист–расплав: оценка равновесий в щелочных лавах вулкана Чанбайшань (Северо-Восточный Китай) // Петрология. 2020. Т. 28. № 5. С. 545–560.
  8. Дубинина Е.О., Авдеенко А.С., Волков В.Н. и др. Высоко фракционированные граниты массива Раумид (Южный Памир): изотопное (δ18О) и геохимическое изучение // Петрология. 2023а. Т. 31. № 4. С. 349–375.
  9. Дубинина Е.О., Филимонова Л.Г., Авдеенко А.С. и др. Изотопная система кислорода лейкогранитов Омсукчанского прогиба (СВ России): условия и механизмы взаимодействия флюид–порода // Докл. АН. 2023б, в печати.
  10. Константинов М.М., Наталенко В.Е., Калинин А.И., Стружков С.Ф. Золотосеребряное месторождение Дукат. М.: Недра, 1998. 202 с.
  11. Костицын Ю.А., Белоусова Е.А., Волков В.Н., Шатагин К.Н. Сравнительные исследования изотопного и элементного состава цирконов и материнских гранитов Раумидского массива // Материалы XVIII симпозиума по геохимии изотопов им. А.П. Виноградова, Москва, 14–16 ноября 2007 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2007а. С. 51–52.
  12. Костицын Ю.А., Волков В.Н., Журавлев Д.З. Редкие элементы и эволюция гранитного расплава (на примере Раумидского массива, Ю. Памир) // Геохимия. 2007б. № 10. С. 1057–1069.
  13. Стружков С.Ф., Константинов М.М. Металлогения золота и серебра Охотско-Чукотского вулканогенного пояса. М.: Научный мир, 2005. 318 с.
  14. Филимонова Л.Г., Трубкин Н.В., Чугаев А.В. Минеральные типы зон гидротермальных изменений Дукатского рудного поля и их соотношения с лейкогранитами и эпитермальными золото-серебряными рудами (Северо-Восток России) // Геология рудн. месторождений. 2014. Т. 454. № 3. С. 195–221.
  15. Aranovich L.Y., Bortnikov N.S. New Zr–Hf geothermometer for magmatic zircons // Petrology. 2018. V. 26. P. 115–120.
  16. Bindeman I.N. Oxygen isotopes in mantle and crustal magmas as revealed by single crystal analysis // Rev. Mineral. Geochem. 2008. V. 69. P. 445–478.
  17. Bindeman I.N., Ponomareva V.V., Bailey J.C., Valley J.W. Volcanic arc of Kamchatka: a province with high-δ18O magma sources and large-scale 18O/16O depletion of the upper crust // Geochem. Cosmoch. Acta. 2004. V. 68. P. 841–865.
  18. Bindeman I.N., Gurenko A.A., Sigmarsson O., Chaussidon M. Oxygen isotope heterogeneity and disequilibria of olivine phenocrysts in large volume basalts from Iceland: Evidence for magmatic digestion and erosion of Pleistocene hyaloclastites // Geochim. Cosmoch. Acta. 2008. V. 72. P. 4397–4420.
  19. Boehnke P., Watson E.B., Trail D. et al. Zircon saturation re-revisited // Chem. Geol. 2013. V. 351. P. 324–334.
  20. Borisov A., Aranovich L. Zircon solubility in silicate melts: new experiments and probability of zircon crystallization in deeply evolved basic melts // Chem. Geol. 2019. V. 510. P. 103–112.
  21. Chacko T., Cole D.R., Horita J. Equilibrium oxygen, hydrogen and carbon isotope fractionation factors applicable to geological systems // Stable Isotope Geochemistry. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 1–81.
  22. Chen W.T., Zhou M.-F. Hydrothermal alteration of magmatic zircon related to NaCl-rich brines: diffusion-reaction and dissolution-precipitation processes // Amer. J. Sci. 2017. V. 317. P. 177–215.
  23. Colón D.P. Bindeman I.N., Wotzlaw J.‑F. et al. Origins and evolution of rhyolitic magmas in the central Snake River Plain: insights from coupled high-precision geochronology, oxygen isotope, and hafnium isotope analyses of zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2018. V. 173. https://doi.org/10.1007/s00410-017-1437-y
  24. Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz under hydrothermal conditions // J. Geoph. Res. 1984a. V. 89. P. 4047–4057.
  25. Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz // Prog. Exp. Petrol. NERC Publ. D. 1984b. V. 25. P. 260–265.
  26. Dodson M.I. Closure temperature in cooling geochronological and petrological systems // Contrib. Mineral. Petrol. 1973. V. 40. P. 259–274.
  27. Eiler J.M., Valley J.W., Stolper E.M. Oxygen isotope ratios in olivine from the Hawaii Scientific Drilling Project // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 11807–11813.
  28. Eiler J.M., Stolper E.M., McCanta M.C. Intra- and intercrystalline oxygen isotope variations in minerals from basalts and peridotites // J. Petrol. 2011. V. 52. № 7–8. P. 1393–1413.
  29. Farquhar J., Chacko T., Frost B.R. Strategies for high-temperature oxygen isotope thermometry: a worked example from the Laramie Anorthosite Complex, Wyoming, USA // Earth. Planet. Sci. Lett. 1993. V. 117. P. 407–422.
  30. Farver J.R. Oxygen and hydrogen diffusion in minerals // Rev. Mineral. Geochem. 2010. V. 72. P. 447–507.
  31. Fiebig J., Hoefs J. Hydrothermal alteration of biotite and plagioclase as inferred from intragranular oxygen isotope- and cation-distribution patterns // Eur. J. Mineral. 2002. V. 14. P. 49–60.
  32. Fu B., Cliff J., Zartman R.E. Zircon oxygen isotopic constraints from plutonic rocks on the magmatic and crustal evolution of the northern Appalachians in southern New England, USA // Can. J. Earth Sci. 2014. V. 51. https://doi.org/10.1139/cjes-2013-0189
  33. Harris C., Faure K., Diamond R.E., Scheepers R. Oxygen and hydrogen isotope geochemistry of S- and I-type grani-toids: the Cape Granite suite, South Africa // Chem. Geol. 1997. V. 143. P. 95–114.
  34. Giletti B.J. Diffusion effects on oxygen isotope temperatures of slowly cooled igneous and metamorphic rocks // Earth. Planet. Sci. Lett. 1986. V. 77. P. 218–228.
  35. Gurenko A.A., Chaussidon M. Oxygen isotope variations in primitive tholefites of Iceland: evidence from a SIMS study of glass inclusions, olivine phenocrysts and pillow rim glasses // Earth Planet. Sci. Lett. 2002. V. 205. P. 63–79.
  36. Jenkin G.R.T., Farrow C.M., Fallic A.E., Higgins D. Oxygen isotope exchange and closure temperatures in cooling rocks // J. Metamorph. Petrol. 1994. V. 12. P. 221–215.
  37. Kitajima K., Ushikubo T., Kita N.T. et al. Relative retention of trace element and oxygen isotope ratios in zircon from Archean rhyolite, Panorama Formation, North Pole Dome, Pilbara Craton, Western Australia // Chemical Geol. 2012. V. 332–333. P. 102–115.
  38. Kohn M.J., Valley J.W. Obtaining equilibrium oxygen isotope fractionations from rocks: theory and examples // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 132. P. 209–224.
  39. Lackey J.S., Valley J.W., Chen J.H., Stockli D.F. Dynamic magma systems, crustal recycling, and alteration in the Central Sierra Nevada Batholith: the oxygen isotope record // J. Petrol. 2008. V. 49. № 7. P. 1397–1426.
  40. O’Neil J.R., Taylor H.P.J. The oxygen isotope and cation exchange // Amer. Mineral. 1967. V. 52. P. 1414–1437.
  41. Pietranik A., Slodczyk E.S., Hawkesworth C.J. et al. Heterogeneous zircon cargo in voluminous late paleozoic rhyolites: Hf, O isotope and Zr/Hf records of plutonic to volcanic magma evolution // J. Petrol. 2013. V. 54. № 8. P. 1483–1501.
  42. Simon L., Lécuyer C. Continental recycling: the oxygen isotope point of view // Geochem. Geophys. Geosyst. 2005. V. 6. № 8. P. 1–10.
  43. Taylor H.P., Sheppard S.M.F. Igneous rocks: I. Processes of isotopic fractionation and isotope systematics // Ed. J.W. Valley. Temperature Geological Processes. Rev. Mineral. 1986. V. 16. P. 227–271.
  44. Trail D., Mojzsis S.J., Harrison T.M. et al. Constraints on Hadean zircon protoliths from oxygen isotopes, Ti-thermometry, and rare earth elements // Geochem. Geophys. Geosystems. 2007. V. 8. Iss. 6. Q06014. https://doi.org/10.1029/2006GC001449
  45. Valley J.W. Stable isotope thermometry at high temperatures // Stable Isotope Geochemistry. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 365–414.
  46. Valley J.W. Oxygen isotopes in zircon // Eds. J.M. Hanchar, P.W.O. Hoskin. Zircon. Rev. Mineral. Geochem. 2003. V. 53. P. 343–385.
  47. Valley J.W., Lackey J.S., Cavosie A.J. et al. 4.4 billion years of crustal maturation: oxygen isotope ratios of magmatic zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2005. V. 150. P. 561–580.
  48. Vho A., Lanari P., Rubatto D. An internally-consistent database for oxygen isotope fractionation between minerals // J. Petrol. 2020. V. 60. Is. 11. P. 2101–2129.
  49. Watson E.B., Cherniak D.J. Oxygen diffusion in zircon // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. V. 148. P. 527–544.
  50. Watson E.B., Harrison M. Zircon saturation revisited: temperature and composition effects in a variety of crustal magma types // Earth Planet. Sci. Lett. 1983. V. 64. P. 295–304.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (94KB)
Indexing metadata
3.

Download (44KB)
Indexing metadata
4.

Download (77KB)
Indexing metadata
5.

Download (47KB)
Indexing metadata
6.

Download (66KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Е.О. Дубинина, Л.Я. Аранович

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».