New data on the age of Ta-Nb mineralization from the Uuksu rare-metal-granite dike complex (Salmi batholith, Karelia)

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее высокодифференцированные кислые породы, входящие в анортозит-рапакивигранитные комплексы пород (далее АРГК), представляют собой редкометальные граниты (Li–F-граниты). Они богаты F, Li, Rb, Ta, их образование происходит при низкой температуре в богатых флюидом условиях [1]. Редкометальные граниты в районе г. Питкяранта ранее выделялись многими авторами, наиболее полное и актуальное обобщение по породам данного комплекса дано в [2]. Однако в рассматриваемом районе присутствуют два типа редкометальных гранитов: массивные интрузивные Li-сидерофиллитовые топазсодержащие граниты и дайки топаз-“циннвальдитовых” (полилитионит-сидерофиллит) гранитов [3].

С Li-сидерофиллитовыми гранитами связан дайковый комплекс, идентичный им геохимически и имеющий разнонаправленное простирание тел. Дайки топаз-“циннвальдитовых” гранитов более эволюционно развиты чем граниты предыдущего типа по индикатору степени кристаллизационной дифференциации Zr/Hf, они также обеднены по всем REE и имеют одинаковое простирание СЗ 300–330^o, совпадающее с ориентировкой главных разломов в регионе. Установление временного диапазона функционирования магматических систем связанных с Салминским АРГК важно для интерпретации их участия в образовании метасоматитов, рудопроявлений и месторождений Питкярантского рудного района [2].

Определение возраста редкометально-гранитного Уксинского дайкового комплекса U–Pb-изотопным методом и относительных временных взаимоотношений пород, входящих в АРГК, является главной целью работы.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Салминский АРГК расположен на стыке Карельского кратона и Свекофеннского орогена, его породы прорывают вмещающие породы: гнейсогранитные купола AR₂–PR₁ и обрамляющие их метаосадочные породы Сортавальской и Ладожской серий.

Топаз-“циннвальдитовые” дайки редкометальных гранитов наиболее распространены в районе деревни Ууксу, расположенной в 8 км к ЮВ от г. Питкяранта. Выход топазсодержащих Li-сидерофиллитовых гранитов отмечается к востоку от гнейсогранитного купола Люпикко, а также в его пределах 2–7 км на восток от г. Питкяранта. Главные различия между этими типами пород: количество топаза – от акцессорного в массивных гранитах, до породообразующего в топаз-“циннвальдитовых” дайках; различный состав слюд; отличие в значении индикатора степени магматической дифференциации – Zr/Hf: менее 7.9 в топаз-“циннвальдитовых” дайках и 8.5–13.2 в массивных гранитах [3].

Для Li-сидерофиллитовых гранитов ранее был определён изотопный возраст U–Pb-методом по монациту и ксенотиму: 1538.1±0.9 млн лет. [4]. Для одной из даек топаз-“циннвальдитовых” гранитов определено, что она сечет дайку гранит-порфиров в пределах купола гнейсо-гранитов Люпикко [5]. В этой дайке гранит-порфиров определен изотопный U–Pb-возраст циркона 1541±9 млн лет. [6].

ОПИСАНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Изучаемая дайка топаз-“циннвальдитовых” гранитов сечет амфиболиты Сортавальской серии в западном обрамлении Уксинского гнейсо-гранитного купола: 61.52089° с. ш., 31.58984° в. д. (WGS84), простирание дайки СЗ 332°, падение 60° СВ, совокупная средняя мощность 1.6–2 м. Дайка сложносоставная, не выдержана по мощности, с многочисленными апофизами, внутреннее строение не выдержано по структурно-текстурным особенностям. Наблюдаются переходы от аплитовых разностей к пегматоидным, текстурные разности обусловлены параллельно-полосчатым распределением зерен слюды (цветное число в различных слоях от 1–2 до 10–15). Более меланократовые равномерномелкозернистые разности (обр. АК310820-3) выполняют промежутки мощностью до 10–15 см. между пегматоидными разностями. Пегматоидные разности обусловлены, главным образом, субперпендикулярно ориентированными к простиранию дайки кристаллами калишпата с зеленоватым оттенком (амазонитоподобный), длина до 5–7 см. Также, более мелкозернистые меланократовые равномернозернистые разности формируют отдельные жилы мощностью до 1–2 см и секут более ранние текстурно-структурные взаимоотношения в дайках, иногда со смещением. Вероятно, дайка была сформирована в результате неоднократного внедрения вещества в периодически раскрывающуюся трещину, что отразилось на ее текстурно-структурных особенностях.

МЕТОДИКА

Из изучаемой породы (обр. АК310820-3) были изготовлены шлифы, аншлифы, протолочки, истертые пробы. При изучении породы и составляющих ее минеральных фаз использовались методы: XRF (ARL ADVANT`X); ICP-MS (Agilent 7900, “Agilent technologies”), аналитики М. В. Эхова, В. Л. Утицина, А. С. Парамонов; оптической и сканирующей электронной микроскопии (Tescan VEGA II LSH, с ЭДС Vega “INCA” Energy-350), аналитик А. Н. Терновой.

U–Pb-изотопное исследование тантало-ниобатов проводилось в ИГГД РАН (Санкт-Петербург). Отобранные из протолочки зёрна танталита и тапиолита выщелачивали последовательно в 20% HF 30 минут, 7N HNO₃ 1 час и 6N HCl 2 часа на плитке при температуре 80°C [7], многократно отмывали ультрачистой водой. Для анализа отбирали хорошо огранённые зёрна с металлическим блеском без сростков. Отобранные кристаллы растворяли в концентрированной HF в тефлоновых бюксах при температуре 110°C в течение 16 часов. Ta и Nb образуют нерастворимые комплексы с HCl, поэтому деление на аликвоты выполняли из раствора HF [8]. Для определения содержания Pb и U использовали смешанный индикатор ²³⁵U+²⁰⁸Pb. Свинец выделяли методом ионно-обменной хроматографии с использованием смолы Bio–Rad AG 1–X8 по HBr–HCl методике [9] с последующим выделением урана на смоле UTEVA. Измерения изотопного состава Pb и содержаний Pb и U выполняли на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI в статическом режиме. Загрязнение в опыте не превышало 25 пг для Pb и 1 пг для U. Первичную обработку результатов изотопного анализа Pb и U, вычисление возраста выполняли по программам Людвига [10, 11]. Расчет возраста по одной навеске колумбита-(Fe) – танталита-(Fe) и четырем навескам тапиолита выполняли с учетом погрешности U/Pb-отношений 0.5%.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Образец АК310820–3 имеет содержания компонентов в: 6.98 Na₂O+K₂O, 72.04 SiO₂, 15.57 Al₂O₃, 2.55 Fe₂O_3общ., 1.23 F; содержания элементов в г/т: 2494 Li, 1596 Rb, 65.5 Nb, 55.92 Ta; элементные отношения: K/Rb = 16.6, Zr/Hf = = 2.6, Nb/Ta 1.2, Y/Ho = 9.32, La_N/Lu_N = 1.27, Gd_N/Lu_N = 0.21; а также тетрадэффект (TE_1,3,4) = = 1.46. Нормирование на хондрит проводилось по [12], расчет тетрадэффекта по [13]. На основе представленных данных, изучаемый образец может быть охарактеризован как онгонитоподобная порода, близкая по содержанию некоторых элементов и их отношениям к “дайке амазонитовой” из работы “Онгониты” [14].

Исследование морфологии, зональности и состава тантало-ниобатов из образца АК310820-3 показало, что они представлены минералами ряда колумбит-(Fe) – танталит-(Fe) и тапиолит. Колумбит представлен удлиненными (длина до 80–100 мкм, ширина до 30–40 мкм), часто зональными в близкраевой части зернами (рис. 1 а). Внешние зоны роста обогащены танталом вплоть до возможности отнесения состава этих зон к танталиту. Тапиолит представлен незональными изометричными кристаллами до 130 мкм в поперечнике (рис. 1 б).

 

Рис. 1. Изображения типичных зерен ряда колумбит-(Fe) – танталит-(Fe) (а) и тапиолита (б), обратно-отраженные электроны.

 

Все полученные при помощи СЭМ составы изученных зерен различных разновидностей тантало-ниобатов, используемых в дальнейшем для датирования, были нанесены на дискриминационную диаграмму (рис. 2).

 

Рис. 2. Дискриминационная диаграмма для минералов ряда колумбит–танталит–тапиолит по [15]. Кружки – тапиолит, квадраты – танталит, ромбы ‒ колумбит. Незакрашенные значки – усредненные составы, полученные для внутренней и внешней зоны зерна на рис. 1 а.

 

Результаты изотопных исследований зерен тантало-ниобатов представлены в таблице 1 и на рисунке 3.

 

Таблица 1. Результаты U‒Pb-изотопных исследований тантало-ниобатов из образца АК310820-3

№ п/п	Минерал	Pbc/Pbt	Изотопные отношения					Rho	Возраст, млн лет
			206Pb/204Pbа	207Pb/206Pbб	208Pb/206Pbб	207Pb/235U	206Pb/238U		206Pb/238U	207Pb/235U	207Pb/206Pb
1	Колумбит-(Fe) – танталит-(Fe)	0.409	105	0.0956±3	0.0206±5	3.652±26	0.2769±17	0.98	1576±10	1561±11	1541±5
2	Тапиолит	0.041	1476	0.0958±1	0.0025±4	3.571±8	0.2705±5	0.90	1543±3	1543±4	1543±2
3	Тапиолит	0.114	501	0.0955±1	0.0046±2	3.572±8	0.2712±5	0.89	1547±3	1543±3	1538±2
4	Тапиолит	0.169	321	0.0957±1	0.0079±3	3.610±10	0.2737±7	0.93	1559±4	1552±5	1541±2
5	Тапиолит	0.009	6683	0.0957±1	0.0010±4	3.584±11	0.2718±8	0.98	1550±5	1546±5	1541±1

Примечание. а – изотопные отношения, скорректированные на бланк и фракционирование; б ‒ изотопные отношения, скорректированные на бланк, фракционирование и обычный Pb; Rho – коэффициент корреляции погрешностей отношений ²⁰⁷Pb/²³⁵U и ²⁰⁶Pb/²³⁸U. Величины ошибок (2σ) соответствуют последним значащим цифрам. Порядковые номера в таблице соответствуют номерам точек на рисунке 3.

 

Рис. 3. Диаграмма с конкордией для тантало-ниобатов из образца AK310820-3.

 

Отношения ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb в пяти проанализированных навесках колумбита-(Fe) – танталита-(Fe) и тапиолита находятся в пределах от 105 до 6683. Фигуративные точки располагаются на конкордии и вблизи нее. Рассчитанная по пяти точкам дискордия определяет возраст 1541±2.5 млн лет (СКВО = 0.9).

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Судя по зональности зурен минералов ряда колумбит-(Fe) – танталит-(Fe) активность тантала в системе нарастала по мере роста его кристаллов, или на стадии автометасоматических преобразований.

Полученное значение возраста совпадает с определенным ранее значением возраста для гранит-порфиров, однако имеет меньшую погрешность [5]. Так как геохимически аналогичная дайка сечет гранит-порфиры [6], это ограничивает погрешность определения возраста гранит-порфиров, уменьшая это значение в более молодую сторону с 9 до 2.5 млн лет.

Полученный нами возраст тантало-ниобатов совпадает в пределах погрешности с возрастом монацита и ксенотима из менее эволюционно-развитых редкометальных гранитов [4], 1538.5 и 1538.9 млн лет соответственно. Вероятно, упомянутые выше, два типа редкометального магматизма в изучаемом районе – связаны с различными магматическими импульсами. Так, по данным [4], выделяется как минимум 6 магматических импульсов: два мафических и четыре импульса, связанных с внедрением гранитоидных магм. Каждый их этих импульсов продуцирует свою эволюционную серию пород. Подобная дискретность магматизма присуща анортозит-рапакивигранитным комплексам [2]. Однако, так как возраста двух типов редкометальных гранитов близки, в дальнейшем необходимо дополнительно изучить вопрос их возрастного взаимоотношения.

Ранее, другими авторами делались попытки датировки касситерита и граната, из рудных объектов района для привязки их к различным проявлениям магматизма. Касситерит из “Старого рудного поля” датировался: LA-ICP-MS U–Pb-методом – 1542.7±1.5 млн лет [16], ID-TIMS U–Pb-методом 1539.5±0.9 млн лет [17] и 1540.9±3.6 млн лет [18]. Также из Питкярантского района датированы касситериты из пород “Старого Рудного поля” и месторождения “Кителя”, в результате получены схожие возрасты [19]. U–Pb-методом из скарновой минеральной ассоциации датировался гранат: 1539±9 млн лет [20]. Все полученные возрасты в пределах погрешности совпадают с полученными нами значениями, оставаясь, в целом, несколько моложе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые в составе Салминского АРГК, в Питкярантском районе были продатированы экстремально дифференцированные дайки редкометальных гранитов. Полученный возраст 1541±2.5 млн в пределах погрешности согласуется с возрастами рудной минерализации для скарновых объектов изучаемого района. Однако в изучаемом районе также проявлены менее эволюционно развитые редкометальные граниты, имеющие несколько более молодой возраст [4], что нарушает общепринятое направление эволюции гранитного магматизма. Подобное несоответствие возраста и геохимии пород, вероятно, связано с проявлением дискретности магматического процесса в Салминском АРГК и отнесением этих пород к различным магматическим импульсам. Проведенные исследования также позволили скорректировать вероятный нижний порог возраста гранит-порфиров, определённый ранее [5].

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят АО “ВАД” за расчистки обнажений и взрывные работы, проведенные в рамках реконструкции трассы Олонец-Вяртсиля в 2020 г., Я. И. Корепанова за транспортные услуги при проведении полевых работ и А. М. Ларина за ценные замечания, высказанные в процессе обсуждения.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работы по изучению пород и минералов проведены в рамках госзадания ИГ КарНЦ РАН, тема НИР FMEN-2023-0005, работы по датированию тантало-ниобатов проведены в рамках госзадания ИГГД РАН, тема НИР FMUW-2022-0005.

About the authors

A. A. Konyshev

Karelian Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: icelopa@gmail.com

Institute of Geology

Russian Federation, Petrozavodsk

N. G. Rizvanova

Institute of Geology and Geochronology of the Precambrian, Russian Academy of Sciences

Email: icelopa@gmail.com
Russian Federation, St. Petersburg

N. A. Sergeeva

Institute of Geology and Geochronology of the Precambrian, Russian Academy of Sciences

Email: icelopa@gmail.com
Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files