Trace element composition of zircon from granitoids of the Neoarchean alkaline province of the Kola Peninsula

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Research subject. Zircon from granitoids of the A- and I-types of the Neorchean Kola alkaline province of the Baltic (Fennoscandian) shield. Aim. To determine the trace element composition of zircon in order to characterize the conditions of its formation in different types of granitoids. To use these data, along with the available results of U-Pb dating and Lu-Hf isotope composition of the studied zircon crystals, to assess the amount of mantle and core matter in the protolith composition and the effect of crystallization conditions on the rare element composition of zircon. Materials and Methods. 50 zircon crystals from 5 samples of the main types of granitoids of the province were studied. Concentrations of trace elements were determined using a Cameca IMS-4f ion microprobe (NF FTIAN, Yaroslavl). Points for analysis were selected using optical and cathodoluminescent images. The size of the crater did not exceed 20 µm, the relative measurement error for the predominant part of the elements was set at 10–15%, the threshold for detecting elements was 10 ppb. Results. There are two main types of zircon of Neoarchean age – zircon-1 and zircon-2, formed, respectively, at the magmatic and autometasomatic stages of crystallization, zircon-4 in inclusions in zircon-1, and Paleoproterozoic zircon-3 of metamorphic genesis. The average isotopic composition of Hf in zircon-1 and zircon-2 of different arrays varies slightly, with the amount of mantle component (Xm) ranging from 23 to 30%, which may indicate a relatively constant and significantly core composition of their protoliths. Conclusions. The change in the trace element composition of Neoarchean zircons was controlled mainly by the composition of protoliths and redox crystallization conditions. Under reducing conditions, the greatest chemical activity was acquired by light (La-Nd) lanthanides, for which a direct dependence on the Ce/Ce* value was established. For heavy lanthanides with similar ion sizes relative to Zr+4, crystallochemical factors were more important and a decrease in the dependence of heavy lanthanide concentrations in zircon on Ce/ Ce* was determined.

About the authors

V. R. Vetrin

Geological Institute, Kola Science Centre RAS; Institute of Mineralogy, Geochemistry and Crystal Chemistry of Rare Elements

Email: vetrin.val@gmail.com

S. G. Skublov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, RAS; Saint Petersburg Mining University

Email: skublov@yandex.ru

References

  1. Батиева И.Д. (1976) Петрология щелочных гранитоидов Кольского полуострова. Л.: Наука, 224 с.
  2. Балашов Ю.А. (1996) Геохронология раннепротерозойских пород Печенгско-Варзугской структуры Кольского полуострова. Петрология, 4(1), 3-25.
  3. Балашов Ю.А., Скублов С.Г. (2011) Контрастность геохимии магматических и вторичных цирконов. Геохимия, (6), 622-633.
  4. Ветрин В.Р. (2018) Изотопно-геохимическая систематика (Sm-Nd, Lu-Hf) неоархейских субщелочных и щелочных пород Кейвской структуры (Кольский полуостров): возрастные и генетические соотношения. Зап. РМО, CXLVII(4), 1-13.
  5. Ветрин В.Р., Белоусова Е.А. (2021) Состав, условия образования известково-щелочных гранитов и проблемы генезиса неоархейской Кейвской щелочной провинции Кольского полуострова. Зап. РМО, CL(3), 27-49. https://doi.org/10.31857/S0869605521030126
  6. Ветрин В.Р., Кременецкий А.А. (2020) Lu-Hf изотопногеохимическая систематика циркона и генезис неоархейских щелочных гранитов Кейвского мегаблока, Кольский полуостров. Геохимия, 65(6), 533-547. https://doi.org/10.31857/S0016752520060126
  7. Ветрин В.Р., Родионов Н.В. (2009) Геология и геохронология неоархейского анорогенного магматизма Кейвской структуры, Кольский полуостров. Петрология, 17(6), 578-600.
  8. Ветрин В.Р., Скублов С.Г., Балашов Ю.А., Лялина Л.М., Родионов Н.В. (2014) Время образования и генезис иттрий-циркониевого оруденения массива Сахарйок, Кольский полуостров. Зап. РМО, CXLIII(2), 1-22.
  9. Геологическая карта Кольского региона (северо-восточная часть Балтийского щита) м-ба 1 : 500 000. (1996) (Под ред. Ф.П. Митрофанова). Апатиты: Издво КНЦ РАН, 54 с.
  10. Зозуля Д.Р., Баянова Т.Б., Серов П.Н. (2007) Возраст и изотопно-геохимические характеристики архейских карбонатитов и щелочных пород Балтийского щита. Докл. АН, 415(3), 383-388.
  11. Когарко Л.Н., Асавин А.М. (2007) Региональные особенности щелочных первичных магм Атлантического океана. Геохимия, (9), 915-932.
  12. Ионова Г.И., Вохмин В.Г., Спицын В.И. (1990) Закономерности изменения свойств лантаноидов и актиноидов. М.: Наука, 240 с.
  13. Митрофанов Ф.П., Зозуля Д.Р., Баянова Т.Б., Левкович Н.В. (2000) Древнейший в мире анорогенный щелочногранитный магматизм в Кейвской структуре Балтийского щита. Докл. АН, 374(2), 238-241.
  14. Смолькин В.Ф., Скублов С.Г., Ветрин В.Р. (2020) Редкоэлементный состав детритового циркона архейского возраста из ятулийских террогенных пород Фенноскандии. Зап. РМО, CXLIX(6), 27-49. https://doi.org/10.31857/S0869605521030126
  15. Gorbunov I.A. (2021) Neoarchean A-type acid metavolcanics in the Keivy Terrane, northeastern Fennoscandian Shield: geochemistry, age, and origin. Lithos, 380381, 105899. https://doi.org/10.1016/j.lithos
  16. Bea F., Pereira M.D., Stroh A. (1994) Mineral leucosome trace-element partitioning in a peraluminous migmatite (a laser ablation-ICP-MS study). Chem. Geol., 117, 291312.
  17. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y. (2006) Zircon morphology, trace element signatures and Hf-isotope composition as a tool for petrogenetic modeling: examples from eastern Australian granitoids. J. Petrol., 47, 329-353.
  18. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Fisher N.I. (2002) Igneous zircon: trace element composition as an indicator on source rock type. Contrib. Mineral. Petrol., 143, 602-622.
  19. Eby G.N. (1992) Chemical subdivision of the A-type granitoids: petrogenetic and tectonic implication. Geology, 20, 641-644.
  20. Geisler T., Schleicher H. (2000) Composition and U-Th-total Pb model ages of polygenetic zircons from the Vanga granite, south Sweden: An electron microprobe study. Geologiska Föreningens i Stockholm Förhandlingar, 122, 227-235.
  21. Griffin W.L., Wang X., Jackson S.E., Pearson N.J., O’Reilly S.Y., Xu X., Zhou X. (2002) Zircon chemistry and magma genesis, SE China: in-situ analysis of Hf isotopes, Pingtan and Tonglu igneous complexes. Lithos, 61, 237-269.
  22. Hawkesworth C.J., Kemp A.I.S. (2006) Using hafnium and oxygen isotopes in zircons to unravel the record of crustal evolution. Chem. Geol., 226, 144-162. https://doi.org/10.1016/j.2005.09.018
  23. 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(3), 637-648.
  24. Hoskin P.W.O., Black L.P. (2000) Metamorphic zircon formation by solid state recrystallization of protolith igneous zircon. J. Metamorp. Geol., 18, 423-439.
  25. Hoskin P.W.O., Schaltegger U. (2003) The composition of zircon and igneous and metamorphic petrogenesis. Zircon. Rev. Mineral. Geochem., 53, 27-62.
  26. Kemp A.I.S., Hawkesworth C.J., Foster G.L., Paterson B.A., Woodhead J.D., Hergt J.M., Gray C.M., Whitehouse M.J. (2007) Magmatic and Crustal Differentiation History of Granitic Rocks from Hf-O Isotopes in Zircon. Sci. New Ser., 315(5814), 980-983.
  27. Levashova E.V., Mamykina M.E., Skublov S.G., Galankina O.L., Li Q.L., Li X.H. (2023) Geochemistry (TE, REE, Oxigen) of zircon from leucogranites of the Belokurikhinsky Massif, Gorny Altai, as indicator of formation conditions. Geochem. Int., 45(9), 841-856. https://doi.org/10.1134/S001670292311006X
  28. Luo Y., Ayers J.C. (2009) Experimental measurements of zircon/melt trace element partition coefficients. Geochim. Cosmochim. Acta, 73, 3656-3679.
  29. Mints M.V., Eriksson P.G. (2016) Secular changes in relationships between plate-tectonic and mantle-plume engendered processes during Precambrian time. Geodinamics & Tectonophysics, 7(2), 173-232.
  30. Nardi L.V.S., Formoso M.L.L., Müller I.F., Fontana E., Jarvis K., Lamarão C. (2013) Zircon/rock partition coefficients of REEs, Y, Th, U, Nb and Ta in granitic rocks: Uses for provenance and mineral exploration purposes. Chem. Geol., 335, 1-7.
  31. Poller U., Huth J., Hoppe P., Williams I.S. (2001) REE, U, Th, and Hf distribution in zircon from Western Carpathian variscan granitoids: a combined cathodoluminescence and ion microprobe study. Amer. J. Sci., 301, 858-876.
  32. Romano S.S., Dörr W., Zulauf G. (2004). Cambrian granitoids in pre-Alpine basement of Crete (Greece): evidence from U-Pb dating of zircon. Int. J. Earth Sci. (Geol. Rundsch.), 93, 844-859.
  33. Shannon R.D. (1976) Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallogr., A32, 751-767.
  34. Sun S., McDonough W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. Magmatism in the ocean basins. Geol. Soc. Lond., Spec. Publ., 42, 313-345.
  35. Wang Q., Zhu D.-C., Zhao Z.-D., Guan Q., Zhang X.-Q., Qing-Lin Sui Q.-L., Hu Z.-C., Moaet X.-X. (2012) Magmatic zircons from I-, Sand A-type granitoids in Tibet: Trace element characteristics and their application to detrital zircon provenance study. J. Asian Earth Sci., 53(7), 59-66.
  36. Watson E.B., Wark D.A., Thomas J.B. (2006) Crystallization thermometers for zircon and rutile. Contrib. Mineral. Petrol., 151(4), 413-433.
  37. Williams I.S., Shah J.S., Stowe S. (1996) Elemental and isotopic microanalysis of zircons and backscattered electron contrast. Proceedings of the 6-th European Conference of Surface and Interface Analysis, 1007-1010.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Vetrin V.R., Skublov S.G.

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».