Age and origin of subalkaline magmatic series of the Khibiny-Lovozero complex

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Results of the study of miaskite syenites of the Lovozersky massif, pulaskites of the Khibiny massif and rocks of the larvikite-lardalite series of the Khibiny massif, as well as subalkaline volcanics preserved as remnants in their roof are presented. The studied rocks are characterized by a low agpaitic coefficient <1, by the absence of typical minerals of ultra-alkaline rocks (eudialyte, enigmatite, etc.) as well as by the presence of zircon. The morphological features and chemical composition of zircon from the Lovozero massif miaskite syenite indicate magmatic origin of the massif, allowing to determine the age of crystallization of miaskites at 373 ± 5 Ма. The isotope-geochemical characteristics of the rocks of the subalkaline series indicate the mantle origin of the Lovozero massif miaskites, the absence of signs of crustal contamination in them and their formation during the evolution of the ankaramite melt. The formation of the pulaskites of the Khibiny massif, which occurred according to a similar scenario, was complicated by the assimilation of crustal material, proportion of which, according to the model calculations, did not exceeded ten percent.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Arzamastsev

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Author for correspondence.
Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. A. Ivanova

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

E. B. Salnikova

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. В. Kotov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. P. Kovach

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

M. V. Stifeeva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

N. Yu. Zagornaya

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

Yu. V. Plotkina

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

E. V. Tolmacheva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: arzamas@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Арзамасцев А.А., Глазнев В.Н. Глубинное строение и модель формирования Хибинского и Ловозерского рудоносных комплексов по геолого-геофизическим данным // Крупные и суперкрупные месторождения: закономерности размещения и условия образования. Под ред. Д.В. Рундквиста. М.: ИГЕМ РАН, 2004, С. 345–360.
  2. Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Беляцкий Б.В. Щелочной вулканизм инициального этапа палеозойской тектоно-магматической активизации Северо-Востока Фенноскандии: геохимические особенности и петрологические следствия // Петрология. 1998а. Т. 6. № 3. С. 316–336.
  3. Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Глазнев В.Н., Раевский А.Б. Глубинное строение и состав нижних горизонтов Хибинского и Ловозерского и комплексов, Кольский полуостров, Россия: петролого-геофизическая модель // Петрология. 1998б. Т. 6. № 5. С. 478–496.
  4. Арзамасцев А.А., Баянова Т.Б., Арзамасцева Л.В. и др. Инициальный магматизм палеозойской тектономагматической активизации северо-восточной части Балтийского щита: возраст и геохимические особенности массива Курга, Кольский полуостров // Геохимия. 1999. № 11. С. 1139–1151.
  5. Арзамасцев А.А., Беа Ф., Арзамасцева Л.В., Монтеро П. Редкие элементы в минералах Хибинского массива как индикаторы эволюции процессов минералообразования: результаты исследования методом LA-ICP-MS // Геохимия. 2005. Т. 43. № 1. С. 80–95.
  6. Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Зарайский Г.П. Контактовое взаимодействие агпаитовых магм с гнейсами фундамента: пример Хибинского и Ловозерского массивов // Петрология. 2011. Т. 11. № 2. С. 115–139.
  7. Боруцкий Б.Е. Породообразующие минералы высокощелочных комплексов. М.: Наука, 1988. 215 с.
  8. Боруцкий Б.Е. Современные представления о природе и геологической истории формирования пород Хибинского щелочного массива // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 80-летию Кольского НЦ РАН. Геологический институт КНЦ РАН, КО РМО, Апатиты, 20–23 июня 2010 г. Апатиты: К & М, 2010. С. 7–30.
  9. Буссен И.В., Сахаров А.С. Петрология Ловозерского щелочного массива. Л.: Наука, 1972. 296 с.
  10. Галахов А.В. Петрология Хибинского щелочного массива. Л.: Наука, 1975. 256 с.
  11. Галахов А.В. Хибинский щелочной массив – сложный полиочаговый интрузив центрального типа // Докл. АН СССР. 1988. Т. 302. № 3. С. 673–675.
  12. Дудкин О.Б., Минаков Ф.В., Кравченко М.П. и др. Карбонатиты Хибин. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1984. 98 с.
  13. Классификация и номенклатура магматических горных пород // Ред. О.А. Богатикова, Н.П. Михайлова, В.И. Гоньшаковой. М.: Недра, 1981. 160 с.
  14. Когарко Л.Н. Проблемы генезиса агпаитовых магм. М.: Наука, 1977. 294 с.
  15. Коробейников А.Н., Арзамасцев А.А. Пуласкиты в Хибинском щелочном массиве: новые доказательства полисериальности // Докл. АН. 1994. Т. 338. № 5. C. 638–640.
  16. Кухаренко А.А., Булах А.Г., Ильинский Г.А. и др. Металлогенические особенности щелочных формаций восточной части Балтийского щита // Тр. Ленингр. об-ва естествоиспыт. Л.: Недра, 1971. Т. 72. Вып. 2. 280 с.
  17. Шаблинский Г.Н. К вопросу о глубинном строении Хибинского и Ловозерского плутонов // Тр. Ленингр. о-ва естествоиспыт. Л.: Недра, 1963. Т. 74. Вып.1. С. 41–43.
  18. Шлюкова З.В. Минералогия контактовых образований Хибинского массива. М.: Наука, 1986. 96 с.
  19. Anders E., Grevesse N. Abundances of the elements: meteoritic and solar // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. V. 53. P. 197–214.
  20. Beattie P. Systematics and energetics of trace-element partitioning between olivine and silicate melts: implications for the nature of mineral-melt partitioning // Chemical Geol. 1994. V. 117. P. 57–71.
  21. Belousova E., Griffin W., O’Reilly S.Y., Fisher N. Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type // Contrib. Mineral. Petrol. 2002. V. 143. P. 602–622.
  22. Bindeman I., Davis A. Trace element partitioning between plagioclase and melt: Investigation of dopant influence on partition behavior // Geochim. Cosmochim. Acta. 2000. V. 64. P. 2863–2878.
  23. Boudreau A.E. PELE: a version of the MELTS software program for the PC platform // Computers and Geosciences. 1999. V. 25. P. 21–203.
  24. Bryan W.B., Finger L.W., Chayes F. Estimating proportions in petrographic mixing equations by least-squares approximation // Science. 1969. V. 163. P. 926–927.
  25. Fujimaki H. Partition-Coefficients of Hf, Zr, and Ree between Zircon, Apatite, and Liquid // Contrib. Mineral. Petrol. 1986. V. 94. P. 42–45.
  26. Fujimaki H., Tatsumoto M., Aoki K.-I. Partition coefficients of Hf, Zr, and REE between phenocrysts and groundmasses // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 662–672.
  27. Ghiorso M.S., Hirschmann M., Sack R.O. MELTS: software for thermodynamic modeling of magmatic systems // EOS. 1994. V. 75. P. 571–576.
  28. Goldstein S.J., Jacobsen S.B. Nd and Sr isotopic systematics of rivers water suspended material: implications for crustal evolution // Earth Planet. Sci. Lett. 1988. V. 87. P. 249–265.
  29. Green T.H., Pearson N.J. Effect of pressure on rare Earth element partition coefficients in common magmas // Nature. 1983. V. 305. P. 414–416.
  30. Hawthorne F.C., Oberti R., Harlow G.E. et al. IMA report: Nomenclature of the amphibole supergroup // Amer. Mineral. 2012. V. 97. P. 2031–2048.
  31. Jacobsen S.B., Wasserburg G.J. Sm-Nd evolution of chondrites and achondrites // Earth Planet. Sci. Lett. 1984. V. 67. P. 137–150.
  32. Kogarko L.N., Williams C.T., Woolley A.R. Compositional evolution and cryptic variation in pyroxenes of the peralkaline Lovozero intrusion, Kola Peninsula, Russia // Mineral. Mag. 2006. V. 70. № 4. P. 347–359.
  33. Korobeinikov A.N., Laajoki K., Gehor S. Nepheline-bearing alkali feldspar syenite (pulaskite) in the Khibina pluton, Kola Peninsula, NW Russia: petrological investigation // J. Asian Earth Sci. 2000. V. 18. P. 205–212.
  34. Kramm U., Kogarko L.N. Nd and Sr isotope signatures of the Khibina and Lovozero agpaitic centres, Kola Alkaline Province, Russia // Lithos. 1994. V. 32. P. 225–242.
  35. Krogh T.E. A low-contamination method for hydrothermal decomposition of zircon and extraction of U and Pb for isotopic age determination // Geochim. Cosmochim. Acta. 1973. V. 37. P. 485–494.
  36. Ludwig K.R. PbDat for MS-DOS, version 1.21 // U.S. Geol. Surv. Open-File Rept. 88–542. 1991. 35 p.
  37. Ludwig K.R. Isoplot 3.70. A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel // Berkeley Geo-chronology Center Spec. Publ. 2003. V. 4.
  38. Luhr J.F., Carmichael I.S.E., Varekamp J.C. The 1982 eruptions of El Chichon volcano, Chiapas, Mexico: mineralogy and petrology of the anhydrite-bearing pumices // J. Volcanol. Geothermal Res. 1984. V. 23. P. 69–108.
  39. Marks M.A.W., Markl G. The Ilímaussaq alkaline complex, South Greenland // Eds. В. Charlier, О. Namur, R. Latypov, С. Tegner. Layered Intrusions. Dordrecht: Springer Geology, 2015. Р. 649–691.
  40. Marks M.A.W., Hettmann K., Schilling J. et al. The minera- logical diversity of alkaline igneous rocks: critical factors for the transition from miaskitic to agpaitic phase assemblages // J. Petrol. 2011. V. 52. P. 439–455.
  41. Mattinson J.M. Zircon U-Pb chemical abrasion “CATIMS” method: Combined annealing and multi-step partial dissolution analysis for improved and accuracy of zircon ages // Chemical Geol. 2005. V. 220. P. 47–66.
  42. McDonough W.F., Sun S.-s. The composition of the Earth // Chemical Geol. 1995. V. 120. P. 223–253.
  43. Neumann E.-R. Petrogenesis of the Oslo Region larvikites and associated rocks // J. Petrol. 1980. V. 21. Pt. 3. P. 499–531.
  44. Paster T.P., Schauwecker D.S., Haskin L.A. The behavior of some trace elements during solidification of the Skaergaard layered series // Geochim. Cosmochim. Acta. 1974. V. 38. № 10. P. 1549–1577.
  45. Ramo T., Andersen T., Whitehouse M.J. Timing and petroge- nesis of the permo-carboniferous Larvik Plutonic Complex, Oslo Rift, Norway: new insights from U-Pb, Lu-Hf, and O isotopes in zircon // J. Petrol. 2022. V. 63. № 12. P. 1–29.
  46. Stacey J.S., Kramers I.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth Planet. Sci. Lett. 1975. V. 26. № 2. P. 207–221.
  47. Steiger R.H., Jager E. Subcomission of geochronology: Convention of the use of decay constants in geo- and cosmochronology // Earth Planet. Sci. Lett. 1976. V. 36. № 2. P. 359–362.
  48. Stix J., Gorton M.P. Variations in trace-element partition-coefficients in Sanidine in the Cerro Toledo Rhyolite, Jemez Mountains, New-Mexico – effects of composition, temperature, and volatiles // Geochim. Cosmochim. Acta. 1990. V. 54. № 10. P. 2697–2708.
  49. Tanaka T., Togashi S., Kamioka H. et al. JNdi-1: a neodymium isotopic reference in consistency with LaJolla neodymium // Chemical Geol. 2000. V. 168. P. 279–281.
  50. Watson E.B., Green T.H. Apatite/liquid partition coefficients for the rare earth elements and strontium // Earth Planet. Sci. Lett. 1981. V. 56. P. 405–421.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the geological structure of the Khibiny-Lovozero volcano-plutonic complex. Compiled on the basis of schemes (Galakhov, 1975, Bussen, Sakharov, 1972), with additions and corrections.

Download (779KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution graphs of chondrite-normalized rare earth element values ​​in clinopyroxenes, amphiboles (a) and accessory minerals (b) of miaskite syenites of the Khibiny (KHI), Lovozero (LVZ) and Kurginsky (KUR) massifs. Shown are the REE graphs for early amphibole KHI1 and clinopyroxene-replacing amphibole KHI2. Fields in figures (a) and (b) are the REE distribution, respectively, in clinopyroxenes and titanites in K-nepheline syenites and foidolites of the Khibiny massif (Arzamastsev et al., 2005). Normalized according to (Anders, Grevesse, 1989).

Download (298KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Micrographs of zircon crystals from syenites of the Lovozero massif (sample 903/978), taken with an electron microscope in secondary electron modes (I–III), cathodoluminescence (IV–V) and in transmitted light of an optical microscope (VI).

Download (235KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Compositions of miaskite and agpaitic syenites on the classification diagram (Na2O + K2O)–SiO2 (Classification and nomenclature …, 1981). Field – compositions of essexites and trachytes of the dike series of the Khibiny massif.

Download (305KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Graphs of the distribution of minor elements in miaskite and agpaitic syenites of the Khibiny (a), Lovozero (b) and Kurginsky (c) massifs. Data for comparison in figures (a) and (b) from the work (Arzamastsev et al., 2001), (c) from the work (Arzamastsev et al., 1999). Normalized according to (McDonough, Sun, 1995).

Download (395KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Concordia diagram for zircon from miaskite of the Lovozero massif, sample 903/978. The numbers of points on the diagram correspond to the ordinal numbers in Table 6.

Download (129KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Diagram (87Sr/86Sr)i –Sr for rocks of the Khibiny-Lovozero complex. Data on basaltoids of the Lovozero massif and rocks of the Kurginsky massif from (Arzamastsev et al., 1998a, 1999).

Download (109KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Diagram εNd(T)–(87Sr/86Sr)T for subalkaline rocks and agpaitic syenites of the Khibiny, Lovozero and Kurga massifs. Data on agpaitic syenites from (Kramm, Kogarko, 1994), on the Kurga massif from (Arzamastsev et al., 1999), on the composition of ankaramite from (Arzamastsev et al., 1998a), on Ar gneiss from (Arzamastsev et al., 2011). All data have been recalculated to an age of 377 million years.

Download (236KB)
Indexing metadata
10. Рис. 9. Распределение нормализованных к хондриту содержаний редкоземельных элементов в исходном анкарамитовом расплаве (обр. 107/111 из вулканогенной толщи кровли Ловозерского массива) и продуктах его фракционной кристаллизации: (а) миаскита Ловозерского массива (обр. 903/978) и вероятных комплементарных реститах (перидотит, обр. 6/299, 8/211 и пироксенит обр. 6/325, 2/41.5 из массива Курга по данным (Арзамасцев и др., 1999); (б) пуласкита Хибинского массива (обр. 642/145). Пунктиром показаны расчетные концентрации REE в процессе фракционной кристаллизации исходного расплава. Проценты на графике – доля фракционированного расплава.

Download (282KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies