Trace element composition of discordant zircon as a reflection of the fluid regime of paleoproterozoic granulite metamorphism (Khapchan terrane, Anabar shield)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

New data on the U–Pb age (SHRIMP-II) and anomalous trace element composition (SIMS) of zircon from gneisses of the Khapchan Group of the Khapchan terrane of the Anabar Shield are presented. The gneisses contain igneous zircon with a core whose age is 1971 ± 19 Ma. During the main stage of granulite metamorphism, the igneous zircon cores became enriched in incompatible elements (Ca, Ti, Pb, Sr, Ba) and were surrounded by a new zircon population (black in the CL image). The REE distribution patterns in the recrystallized cores acquired a “bird’s wing” profile atypical for zircon. At the final stage of metamorphism, after the fluid lost its reactivity, a new population of zircon crystallized, less enriched in incompatible elements and with a typical REE patterns for granulite zircon. The horizontal pattern of HREE distribution is consistently repeated, which indicates the co-crystallization of zircon and garnet. The estimated crystallization temperature of the main part of zircon varies in a narrow range of 800–830 °C. All zircon domains in the Weserill diagram with concordia form a single trend with a zero lower intercept and a concordant upper intercept around 1920–1930 Ma. This value corresponds to the age of regional Paleoproterozoic granulite metamorphism. A unique feature of zircon from the Khapchan gneisses is that the zircon cores did not retain the age marks of the protolith, but were completely reset during metamorphism both in terms of the U–Pb system and the trace element composition, which can be explained by the exceptional intensity of the impact of fluid during metamorphism of the granulite facies, superimposed on the rocks of the Khapchan terrane of the Anabar Shield.

About the authors

S. G. Skublov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: skublov@yandex.ru
Russian Federation, Makarova emb. 2, Saint Petersburg, 199034

N. I. Gusev

A. P. Karpinsky Russian Geological Research Institute

Email: skublov@yandex.ru
Russian Federation, Sredny Prospect 74, St. Petersburg, 199106

L. I. Salimgaraeva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: skublov@yandex.ru
Russian Federation, Makarova emb. 2, Saint Petersburg, 199034

L. Yu. Romanova

A. P. Karpinsky Russian Geological Research Institute

Email: skublov@yandex.ru
Russian Federation, Sredny Prospect 74, St. Petersburg, 199106

References

  1. Бушмин С. А., Вапник Е. А., Иванов М. В., Лебедева Ю. М., Савва Е. В. (2020) Флюиды гранулитов высоких давлений. Петрология . 28 (1), 23–54. Bushmin S. A., Ivanov M. V., Lebedeva Y. M., Savva E. V., Vapnik Y. A. (2020) Fluids in high-pressure granulites. Petrology . 28 (1), 17–46.
  2. Горохов И. М., Кузнецов А. Б., Семихатов М. А., Васильева И. М., Ризванова Н. Г., Липенков Г. В., Дубинина Е. О. (2019) Раннерифейская билляхская серия Анабарского поднятия (Северная Сибирь): изотопная С–О геохимия и Pb–Pb возраст доломитов. Стратиграфия. Геол. корреляция. 27 (5), 19–35.
  3. Горохов И. М., Кузнецов А. Б., Васильева И. М., Константинова Г. В., Дубинина Е. О., Липенков Г. В., Ризванова Н. Г. (2022) Изотопные составы Sr и Pb в доломитах билляхской серии Анабарского поднятия: метод ступенчатого растворения в хемостратиграфии и геохронологии. Стратиграфия. Геол. корреляция . 30 (4), 22–51.
  4. Гусев Н. И., Сергеева Л. Ю., Скублов С. Г., Бережная Н. Г., Ларионов А. Н. (2017) Состав и соотношения ранне- и позднеархейских гранулитов в бекелехской толще Анабарского щита (Сибирский кратон). Регион. геология и металлогения. (70 ) , 17–35.
  5. Гусев Н. И., Сергеева Л. Ю., Ларионов А. Н., Скублов С. Г. (2020) Реликты эоархейской континентальной коры Анабарского щита, Сибирский кратон. Петрология . 28 (2), 115–138.
  6. Гусев Н. И., Романова Л. Ю., Скублов С. Г. (2023) Эволюция метаморфизма в Хапчанской зоне Анабарского щита по редкоэлементному составу циркона из гнейсов. Современные проблемы геохимии . Материалы конференции молодых ученых (Иркутск, 11–16 сентября 2023 г.) Иркутск: Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН, 48–50.
  7. Гусев Н. И., Сергеева Л. Ю., Скублов С. Г. (2021) Свидетельства субдукции палеопротерозойской океанической коры в Хапчанском поясе Анабарского щита Сибирского кратона. Петрология . 29 (2), 115–135.
  8. Зайцева Т. С., Семихатов М. А., Горохов И. М., Сергеев В. Н., Кузнецов А. Б., Ивановская Т. А., Мельников Н. Н., Константинова Г. В. (2016) Изотопная геохронология и биостратиграфия рифейских отложений Анабарского массива, Северная Сибирь. Стратиграфия. Геол. корреляция. 24 (6) 3–29.
  9. Ножкин А. Д. Лиханов И. И., Савко К. А., Крылов А. А., Серов П. А. (2019) Сапфиринсодержащие гранулиты Анабарского щита. Геохимия. 64 (5), 486–502.
  10. Nozhkin A. D., Likhanov I. I., Savko K. A., Krylov A. A., Serov P. A. (2019) Sapphirine-bearing granulites of the Anabar Shield. Geochem. Int . 57 (5), 524–539.
  11. Ножкин А. Д., Туркина О. М., Сальникова Е. Б., Лиханов И. И., Савко К. А. (2022) Чарнокиты центральной части Анабарского щита: распространение, петрографический состав, возраст и условия формирования. Геохимия. 67 (8), 703–716.
  12. Nozhkin A. D., Turkina O. M., Sal’Nikova E.B., Likhanov I. I., Savko, K.A. (2022) Charnockites of the central part of the Anabar Shield: distribution, petrogeochemical composition, age, and formation conditions. Geochem. Int. 60 (8), 711–723.
  13. Розен О. М., Журавлев Д. З., Суханов М. К., Бибикова Е. В., Злобин В. Л. (2000) Изотопно-геохимические и возрастные характеристики раннепротерозойских террейнов, коллизионных зон и связанных с ними анортозитов на северо-востоке Сибирского кратона. Геология и геофизика. 41 (2), 163–180.
  14. Розен О. М., Манаков А. В., Зинчук Н. Н. (2006) Сибирский кратон: формирование, алмазоносность . М.: Научный мир, 212.
  15. Сергеева Л. Ю., Скублов С. Г., Гусев Н. И., Мельник А. Е. (2016) Геохимия циркона из гранулитов далдынской серии, Анабарский щит. Записки РМО . ( 6 ) , 20–44.
  16. Скублов С. Г. (2005) Геохимия редкоземельных элементов в породообразующих метаморфических минералах . СПб.: Наука, 147 с.
  17. Скублов С. Г., Левашова Е. В., Мамыкина М. Е., Гусев Н. И., Гусев А. И. (2024) Полифазный Белокурихинский массив гранитов, Горный Алтай: изотопно-геохимическое исследование циркона. Записки Горного института, 1–24 .
  18. Скублов С. Г., Березин А. В., Бережная Н. Г. (2012) Общие закономерности состава цирконов из эклогитов по редким элементам применительно к проблеме возраста эклогитов Беломорского подвижного пояса. Петрология . 20 (5), 470–494.
  19. Смелов А. П., Котов А. Б., Сальникова Е. Б., Ковач В. П., Березкин В. И., Кравченко А. А., Добрецов В. Н., Великославинский С. Д., Яковлева С. З. (2012) Возраст и продолжительность формирования Билляхской зоны тектонического меланжа, Анабарский щит. Петрология . 20 (3), 315–330.
  20. Строение земной коры Анабарского щита (ред. В. М. Моралев) (1986). М.: Наука. 198 с.
  21. Турченко С. И., Розен О. М. (2012) Минерагения Анабарского щита. Отечественная геология. (3), 8–16.
  22. Федотова А. А., Бибикова Е. В., Симакин С. Г. (2008) Геохимия циркона (данные ионного микрозонда) как индикатор генезиса минерала при геохронологических исследованиях. Геохимия. (9), 980–997.
  23. Fedotova A. A., Bibikova E. V., Simakin S. G. (2008) Ion-microprobe zircon geochemistry as an indicator of mineral genesis during geochronological studies. Geochem. Int. 46 (9), 912–927.
  24. Belousova E. A., Griffin W. L., O’Reilly S.Y., Fisher N. L. (2002) Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type. Contrib. Mineral. Petrol. 143 (5), 602–622.
  25. Bouvier A. S., Ushikubo T., Kita N. T., Cavosie A. J., Kozdon R., Valley J. W. (2012) Li isotopes and trace elements as a petrogenetic tracer in zircon: insights from Archean TTGs and sanukitoids. Contrib. Mineral. Petrol. 163 (5), 745–768.
  26. Finch R. J., Hanchar J. M. (2003) Structure and chemistry of zircon and zircon-group minerals. Rev. Mineral. Geochem. 53 (1), 1–25.
  27. Fu B., Page F. Z., Cavosie A. J., Fournelle J., Kita N. T., Lackey J. S., Wilde S. A., Valley J. W. (2008) Ti-in-zircon thermometry: Applications and limitations. Contrib. Mineral. Petrol. 156 , 197–215.
  28. 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.
  29. Grimes C. B., John B. E., Cheadle M. J., Mazdab F. K., Wooden J. L., Swapp S., Schwartz J. J. (2009) On the occurrence, trace element geochemistry, and crystallization history of zircon from in situ ocean lithosphere. Contrib. Mineral. Petrol . 158 (6), 757–783.
  30. Hinton R. W., Upton B. G.J. (1991) The chemistry of zircon: variations within and between large crystals from syenite and alkali basalt xenoliths . Geochim. Cosmochim. Acta . 55 , 3287–3302.
  31. 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.
  32. Hoskin P. W. O., Black L. P. (2000) Metamorphic zircon formation by solid-state recrystallization of protolith igneous zircon . J. Metam. Geol . 18 , 423–439.
  33. Larionov A. N., Andreichev V. A., Gee D. G. (2004) The Vendian alkaline igneous suite Northern Timan: zircon ages of gabbros and syenites. In: The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica (Eds D. G. Gee, V. Pease). Geol. Soc., London, Mem . 30 , 69–74.
  34. McDonough W. F., Sun S. S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol . 120 , 223–253.
  35. Möller A., O’Brien P.J., Kennedy A., Kroner A. (2002) Polyphase zircon in ultrahigh-temperature granulites (Rogaland, SW Norway): constraints for Pb diffusion in zircon. J. Metam. Geol . 20 , 727–740.
  36. Rosen O. M., Condie K. C., Natapov L. M., Nozhkin A. D. (1994) Archean and Early Proterozoic evolution of the Siberian craton: a preliminary assessment. Developments in Precambrian Geology . 11 , 411–459.
  37. Rosen O. M., Turkina O. M. (2007) The oldest rock assemblages of the Siberian Craton. In: Precambrian ophiolites and related rocks. Development in Precambrian Geology . 15 , 793–842.
  38. Rubatto D. (2002) Zircon trace element geochemistry: partitioning with garnet and the link between U–Pb ages and metamorphism. Chem. Geol . 184 , 123–138.
  39. Touret J. L., Huizenga J. M. (2011) Fluids in granulites. Geol. Soc. Amer. Mem . 2 07 , 25–37.
  40. Trail D. (2018) An accessory mineral and experimental perspective on the evolution of the early crust. Amer. Mineral . 103 , 1335–1344.
  41. Vavra G., Schmid R., Gebauer D. (1999) Internal morphology, habit and U-Th-Pb microanalysis of amphibolite-to-granulite facies zircons: geochronology of the Ivrea Zone (Southern Alps). Contrib. Mineral. Petrol. 134 , 380–404.
  42. Watson E. B., Wark D. A., Thomas J. B. (2006) Crystallization thermometers for zircon and rutile. Contrib. Mineral. Petrol . 151 , 413–433.
  43. Zhao X., Li N. B., Huizenga J. M., Zhang Q. B., Yang Y. Y., Yan S., Yang W. B., Niu H. C. (2022) Granitic magma evolution to magmatic-hydrothermal processes vital to the generation of HREEs ion-adsorption deposits: Constraints from zircon texture, U–Pb geochronology, and geochemistry (2022). Ore Geol. Rev . 146 , 104931.
  44. Zlobin V. L., Rosen O. M., Abbyasov A. A. (2002) Two metasedimentary basins of the Early Precambrian granulites of the Anabar Shield (Polar Siberia): normative mineral compositions calculated by the MINLITH program and basin facies interpretations. Fluvial Sedimentology VII. IAS Sp. Publ . 35 , 275–291.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences