As-P-REE-bearing zircon in granitic pegmatites of the axial zone of the Polar Urals

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Research subject. Zircon with high contents of P, Y, REE, and As from altered granitic pegmatites forming veins cutting through the amphibolites of the Kharbey metamorphic complex (Polar Urals). Aim. To study the morphological features, internal structure, and chemical composition of zircon, as well as to establish the mechanism of its formation.Methods. The study of zircon was carried out under binoculars, electron microscopes, and a Raman spectrometer. The internal structure of the mineral was analyzed using images obtained in the BSE and CL modes.Results. In granite pegmatites, i.e., biotite-quartz-oligoclase and biotite-microcline-quartz-oligoclase rocks with a high content of Na2O (about 6 wt %), two morphological types of zircon were identified – prismatic pink and long prismatic brown. Prismatic pink varieties have an internal structure and composition characteristic of “classical zircon”, having crystallized from a magmatic melt at temperatures of 700–750°C. In individual cases, such crystals are overgrown with a thin rim of zircon, which has a dark color in CL images with an increased content of Ca, Al, Fe, Na, P, Y, REE, and As. Brown zircons are characterized by growth areas and those with uneven blocky, mosaic, and porous structures that appear dark in CL images. The darkest areas of the mineral (in images in CL and BSE modes) show increased concentrations of P2O5 (up to 6 wt %), Y2O3 (up to 9 wt %), UO2 (up to 4 wt %), ThO2 (up to 3 wt %), REE, FeO (up to 3 wt %), Al2O3 (up to 3 wt %), CaO (up to 3 wt %), and Na2O (up to 1 wt %), with the degree of disorder of the mineral structure (metamictity) increasing. The above elements, as well as, apparently, the hydroxyl group, are included in the structure of zircon according to complex substitution patterns. Crystallization of this type of zircon and the mineral that forms rims around zircon of the first type occurred at the post-magmatic stage of transformation of granites from hydrothermal fluid of high alkalinity at temperatures of 550–600°C. Zircon was subjected to repeated changes under the influence of solutions according to the principle of dissolution–redeposition, which occurred under a decrease in temperatures down to 240–330°C. As a result, zircon acquired a spongy structure, in the pores of which hydrothermal minerals were formed – arsenic pyrite, quartz, monazite, xenotime, chernovite, ankerite, albite, etc.Conclusions. In the granitic pegmatites that form synmetamorphic veins in the amphibolites of the central area of the Kharbei metamorphic complex, three types of zircon are observed: magmatic (zircon of the first type), hydrothermal, and hydrothermally altered (zircon of the second type), differing in morphological features, internal structure, and composition. Judging by the chemical composition of hydrothermal minerals in the rocks, post-magmatic solutions were enriched in Na, P, As, and REE.

About the authors

N. S. Ulyasheva

N.P. Yushkin Institute of Geology, FRC Komi SC UB RAS

Email: nataliaulyashewa@yandex.ru

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Ulyasheva N.S.

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».