GEOCHEMICAL MODEL OF PRECAMBRIAN GRANITOID MAGMATIC EVOLUTION IN THE KOROSTEN PLUTON (UKRAINIAN SHIELD): PETROGENETIC ASPECTS AND GENESIS OF COMPLEX ORE MINERALIZATION IN METASOMATIC ZONES

S. Shnyukov; I. Lazareva; O. Zinchenko; E. Khlon; L. Gavryliv; A. Aleksieienko

doi:10.17721/17282713.81.02

Автор(и)

С. Шнюков Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології”, вул. Васильківська 90, м. Київ, 03022, Україна
I. Лазарєва Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології”, вул. Васильківська 90, м. Київ, 03022, Україна
О. Зінченко Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології”, вул. Васильківська 90, м. Київ, 03022, Україна
O. Хлонь Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології”, вул. Васильківська 90, м. Київ, 03022, Україна
Л. Гаврилів Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології”, вул. Васильківська 90, м. Київ, 03022, Україна
А. Aлексєєнко Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології”, вул. Васильківська 90, м. Київ, 03022, Україна

DOI:

https://doi.org/10.17721/17282713.81.02

Ключові слова:

граніт, рапаківі, мікроелементи, магматична еволюція, апатит, циркон, монацит, ксенотим, розчинність, вода в розплаві, відокремлення флюїду, метасоматити, рудна мінералізація

Анотація

Було вивчено попередній набір геохімічних даних для гранітоїдів (рапаківі, граніт-порфіри та жильні граніти) Коростенського анортозит-рапаківігранітного плутону (КП) Українського щита. Дані щодо мікроелементного складу гранітоїдів достатньо близько апроксимуються моделлю фракційної кристалізації Релея. Для Rb встановлено типову несумісну поведінку з постійним комбінованим коефіцієнтом розподілу (DRb = 0,5), що дозволило провести розрахунок значення f (масової частки рідкої фази в магматичній камері) для кожного типу гранітоїдів (порції залишкового розплаву) приймаючи мінімальний вміст елемента в гранітоїдах (169 ррт) за його вміст у материнському розплаві (C0Rb). Залежність концентрацій від f для мікро- (включаючи P, Ti, S, Cl, F, Ca) і петрогенних елементів апроксимовані рівняннями виду C=C0 f D-1 або поліноміальними, відповідно. Одержаний набір рівнянь є ідеалізованою моделлю поведінки елементів, яка ілюструє характер еволюції розплаву в процесі фракційної кристалізації: виснаження Ba, Sr, Ti, Zr, P, S; збагачення Th, Ga; інверсію поведінки LREE, Y, F, Cl, Nb, Zn и Pb. Монотонне зниження концентрації Zr і Р вказує на насичення розплаву цирконом та апатитом, що дозволило провести розрахунок модельних температур (Tmodel) користуючись експериментальними рівняннями розчинності циркону і апатиту в силікатних розплавах, а також отримати поліноміальне рівняння залежності Tmodel від f (діапазон Tmodel: 900-720oC). Вміст води у розплаві для моменту заміни апатиту монацитом у продуктах кристалізації (інверсія поведінки LREE; f = 0,185) розраховано з рівняння розчинності монациту. Оцінку вмісту води у вихідному розплаві (C0H2O=2,36 wt%) і тиску в магматичній камері (Ptotal ~ 6,3 kbar) проведено, припускаючи, що DH2O = 0,1. Відокремлення водного флюїду внаслідок насичення системи водою, виходячи з розробленої моделі, відбулося при f = 0,165. Синхронна інверсія C/C0 вказує на збагачення флюїду F, Cl, Nb, Zn, Pb тощо. Дані про склад флюїду відповідають геохімічним даним про склад асоціюючих з КП метасоматично змінених порід, що може свідчити про їх генетичну єдність.

Посилання

Velikoslavinsky, D.A., Birkis, A.P., Bogatikov, O.A., Bukharev, V.P., Velikoslavinsky, S.D., Gordienko, L.I., Kirs, Yu.E., Kononov, Yu.V., Zinchenko, O.V., Levitsky, Yu.F., Kivisilla, Ya.Ya., Niin, M.I., Puura, V.A., Khvorov, M.I., Shustova, L.E. (1978). The anorthosite-rapakivi granite formation of the East European platform. Leningrad: Nauka Press, 296. [in Russian].

Antipin, V.S., Kovalenko, V.I., Ryabchikov, I.D. (1984). Distribution coefficients of rare elements in magmatic rocks. Moscow: Nauka Press, 251. [in Russian].

Artemenko, G.V. (1997). Granitoidemagmatism evolution of greenstone belts of the Ukrainian Shield and adjacent Voronezh crystalline massife. Mineralogical Journal, 19, 4, 89-92. [in Russian].

Bogatikov, O.A., Bogdanova, S.V., Borsuk, A.M. et al. (1987). Magmatic rocks: Vol. 4. Acid and mediosilicic rocks. Moscow: Nauka Press, 374. [in Russian].

Bukharev, V.P. (1992). Evolution of precambrian magmatism of western part of Ukrainian Shield. K.: Nauk. dumka, 152. [in Russian].

Verchogliad, V.M. (1995). Age stages of magmatic processes of the Korosten pluton. Geochemistry and ore formation, 21, 34-47. [in Russian].

Voznyak, D. K., Pavlishin, V.I. (2008). Physical-chemical condition of formation and localization features of miarolitic (chamber) pegmatites of Volyn (Ukrainian Shield). Min. Journ., 1, 30, 5-20. [in Ukrainian].

Sherbak, N.P., Artemenko, G.V., Lesnaya, I.M. et al. (2008). Geochronology of early Precambrian Ukrainian Shield. Proterozoic. Kiev: Nauk. dumka, 240. [in Russian].

Esipchuk, K.E., Orsa, V.I., Scherbakov, I.B., Sheremet, E.M., Skobelev, V.M., Ryabokon, V.V., Galitsky, L.S., Panov, B.S., Yushin, A.A., Bochay, L.V., Golub, E.N., Sveshnikov, K.I., Demyanenko, V.V., Sukhorukov, Yu.T., Buchinskaya, K.M., Scherbak, D.N., Osadchy, V.K., Piya, Yu.K., Samchuk, A.I., Kushnir, A.S., Andreev, A.V., Cheburkin, A.K. (1993). Granitoids of the Ukrainian Shield: petrochemistry, geochemistry and ore deposites (reference book). Kiev: Naukova Dumka, 231. [in Russian].

Scherbakov, I.B., Esipchuk, K.E., Orsa, V.I., Usenko, I.S., Bartnitsky, E.N., Golub, E.N., Gorlitsky, B.A., Kirillov, S.P., Zabiyaka, L.I., Tsarovsky, I.D., Osadchy, V.K. (1984). Granitoids formations of the Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 191. [in Russian].

Dovbush, T.I., Skobelev, V.M., Stepaniuk, L.M. (2000). Results of SmNd investigation of the Precambrian rocks of western parts of the Ukrainian Shield. Mineralogical Journal, 22, 2/3, 132-142. [in Russian].

Esipchuk, K.E. (1988). Petrological and geochemical fundamentals of formational analysis of Precambrian granitoids. Kiev: Naukova Dumka, 263. [in Russian].

Zinchenko, O.V., Lazareva, I.I. (2000). New manifestation of topazzinnvaldite granites in the Korosten pluton. In: Geology and magmatism of Precambrian of the Ukrainian Shield. Kiev, 185-187. [in Ukrainian].

Ilchenko, T.V., Buharev, V.P. (2001). Velocity model of earth crust and upper mantle of Korosten Pluton (Ukrainian Shield) and its geological interpretation (along GSZ Shepetovka – Chernihiv profile). Geophysical Journal, 3, 23, 72-82. [in Russian].

Kovalenko, V.I., Tsareva, G.M., Naumov, V.B., Hervig, R., Newman, S. (1996). Magma of the Volyn pegmatites: composition and crystallization parameters obtained by mineralogical inclusions investigations. Petrologia, 4, 3, 295-309. [in Russian].

Kostenko, M.M., Tregubenko, V.I., Lonycka, S.G. (2011). Deep structure of northwestern part of Ukrainian Shield's earth crust along geotransect eurobridge-87 by results of complex interpretation of geologicalgeophysical data. Article 1. Analysis of existing models of earth crust structure. Mineral resources of Ukraine, 1, 20-29. [in Ukrainian]

Krivovichev, V.G. (1989). Geochemical model for rare-metal granite pegmatites formation. Zapisky Vserossiyskogo Mineralogicheskogo Obschestva, 4, 1-12. [in Russian].

Lichak, I.L. (1983). Petrology of the Korosten Pluton. Kiev: Naukova Dumka, 284. (in Russian).

Metalidi, S.V., Nechaev, S.V. (1983). Suschano-Perga area (geology, mineralogy and ore deposits). Kiev: Naukova Dumka, 135. [in Russian].

Mytrohyn, O.V. (2008). Anorthosite-rapakivi-granite association complexes petrographic composition. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 45, 62-66. [in Ukrainian].

Mytrohyn, O.V., Bogdanova, S.V, Shumlyanskiy, L.V. (2008). Polybaric crystallization of Korosten pluton anorthosites (Ukrainian Shield). Mineralogical Journal, 30, 2 36-56. [in Russian].

Mytrohyn, O.V., Bogdanova, S.V., Bilan, E.V. (2009). Petrology of Malin rapakivi massive (Korosten.pluton). Mineralogical Journal, 31, 2, 66-81. [in Russian].

Mitrokhin, O. V. (2011). Anorthosite-rapakiva granite association of Ukrainian Shield: Autoref. Dis. … doc. of Geol. Sci.: spec. 04.00.01. Taras Schevchenko National University of Kyiv. K., 36. [in Ukrainian].

Nechaev, S.V. (1998). Early Precambrian and Riphean-Phanerozoic metallogeny of the Ukrainian Shield. Mineralogical Journal, 20, 88-99. [in Russian].

Voznyak, D.K., Belskyy, V.M., Vyshnevskyy, O.A., Ilchenko, K.O., Kurylo S.I. (2017) Oxyfluocerite of chamber pegmatites of Volyn (the Ukrainian Shiled). Mineralogical Journal, 3, 39, 3-16. [in Ukrainian]

Shnyukov, S.E., Hatar, J., Andreev, A.V., Gregush, J., Cheburkin, A.K., Savenok, S.P. (1993). Petrological analysis of accessory zircon and apatite geochemistry in granitoids of Rochovce intrusion (Slovakia). Geological Journal, 1, 30-41. [in Russian].

Esipchuk, K.E., Sheremet, E.M., Zinchenko, O.V., Bobrov, A.B., Borko, V.N., Bukharev, S.V., Vasilchenko, V.V., Verchogliad, V.M., Golub, E.N., Demyanenko, V.V., Zhebrovskaya, E.I., Orsa, V.I., Panov, B.S., Razdorozhny, V.F., Sveshnikov, K.I., Skobelev, V.M., Scherbak, D.N. (1990). Petrology, geochemistry and ore mineralization of intrusive granitoids of Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 236. [in Russian].

Ponomarenko, A.N., Stepanuyk, L.M., Shumlyanskiy, L.V. (2014). Geochronology and geodynamics of Paleoproterozoic Ukrainian Shield. Mineralogical journal, 36, 2, 48-60. [in Russian].

Ryabchikov, I.D. (1965). Thermodynamic analysis of trace elements behavior during the silicate meltcrystallisation. Moscow: Nauka, 120. [in Russian].

Ryabchikov, I.D. (1975). Thermodynamics of the fluid phase in granitoid magmas Moscow: Nauka, 232. [in Russian].

Sobolev, V.S. (1947). Petrology of eastern part of the complex Korosten pluton. Science Notes of Lviv University 6, 5, 1-139. [in Russian].

Stepaniuk, L.M., Grinchenko, O.V., Zagnitko, V.M., Bartnitsky, E.M. (1996). Isotopical investigation of vein granitoides of Middle Pobuzhie region, Ukrainian Shield. Papers of National Academy of Sciences of Ukraine, 11, 129-133 [in Ukrainian].

Bilan, O., Mitrokhin, O., Shumlyanskiy, L., Zagorodniy, V. (2016). U-Pb age of zircons from hybrid rocks of Korosten anorthosite-rapakive granite pluton. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 7, 74, 3, 6-10. [in Ukrainian].

Shnyukov, S.E., Cheburkin, A.K., Andreev, A.V. (1989). Geochemistry of wide-spread coexisting accessory minerals and their role in investigation of endogenetic and exogenetic processes. Geological Journal, 2, 107-114. [in Russian].

Shnyukov, S.E. (2002). Geochemical models of magmatic systems and earth's crust evolution: potential source of petrophysical and oregenetical information. Geophysical journal, 24, 6, 201-219. [in Russian].

Shnyukov, S.E., Lazareva, I.I. (2002). Geochemical modeling in research of genetic connection of magmatic complexes and spatially associated hydrothermal-metaspmatic ore deposits. Zbirnuk naukovih prats UkrDGRI, 1, 128-143. [In Ukrainian].

Shnyukov, S.E. (2001). Ubiquitous accessory minerals in geochemical modeling of magmatic processes. Zbirnik naukovih prats UkrDGRI, 1-2, 4153. [In Ukrainian].

Allegre, C.J., Minster, J.F. (1978). Quantitative models of trace element behaviour in magmatic processes. Earth and Planetary Science Letters, 38, 1-25.

Dovbush, T.I., Skobelev, V.M. (2000). Some remarks on the originof the Korosten anorthosite–rapakivi granite complex as basedon isotope data. Geophysical Journal, 22, 84–85.

Eklund, O., Shebanov, A.D. (1999). The origin of rapakivi texture by sub-isothermal decompression. Precambrian Research, 95, 129-146.

Gast, P.W. (1968). Trace element fractionation and the origin of tholeitic and alkaline magma types. Geochim. et Cosmochim. Acta, 32, 10571086.

Gavryliv, L. Shnyukov, S., Lazareva, І. (2016). Geochemical behavior of major and trace elements during magma evolution process in Bodie Hills Volcanic Field, Nevada. XV-th International Conference of Geoinformatocs "Theoretical and Applied Aspects" (May 10-13, 2016, Kiev, Ukraine). URL: http://www.earthdoc.org/publication/publicationdetails/?publication=84616

Amelin, Yu.V., Heaman, L.M., Verchogliad, V.M., Skobelev, V.M. (1994). Geochronological constraints on the emplacement history of an anorthosite-rapakivi granite suite: U-Pb zircon and baddeleyite study of the Korosten complex, Ukraine. Contrib. Mineral. Petrol., 116, 411-419.

Greenland, L.P. (1970). An equation for trace element distribution during magmatic crystallization. Am. Miner., 55, 455-465.

Harrison, T.M., Watson, E.B. (1984). The behavior of apatite during crustal anatexis: Equilibrium and kinetic considerations. Geochim. et Cosmochim., Acta, 48, 1467-1477.

Hertogen, J., Gijbels, R. (1976). Calculations of trace element fractionation during partial melting. Geochim. et Cosmochim., Acta, 40, 313-322.

Holtz, F. Johannes, W., Tamic, N., Behrens, H. (2001). Maximum and minimum water contents of granitic melts generated in the crust: a revaluation and implications. Lithos, 56, 1–14.

McMillan, P.F., Holloway, J.R. (1987). Water solubility in aluminosilicate melts. Contrib. Mineral. Petrol., 97, 320-332.

Montel, J.M. (1993). A model for monazite/melt equilibrium and application to the generation of granitic magmas. Chemical Geology, 110, 127-145.

Neumann, H., Mead, J., Vitaliano, C.J. (1954). Trace element variation during fractional crystallisation as calculated from the distribution law. GCA, 6, 90-99.

Longhi, J. Fram, M.S., Vander Auwera, J., Montieth, J.N. (1993). Pressure effects, kinetics, and rheology of anorthositic and related magmas. Am. Mineral, 78, 1016-1030.

Shaw, D.M. (1970). Trace element fractionation during anatexis. Geochim. et Cosmochim. Acta, 34, 237-243.

Soesoo, A. (2000). Fractional crystallization of mantle‐derived melts as a mechanism for some I‐type granite petrogenesis: an example from Lachlan Fold Belt, Australia. J. Geol. Soc. London. 157, 135–149.

Bogdanova, S.V., Pashkevich, I.K., Buryanov, V.B. et al. (2004). The 1.80-1.74-Ga gabbro-anorthosite-rapakivi Korosten Pluton in the Ukrainian Shield: a 3-D geophysical reconstruction of the deep structure. Tectonophysics, 381, 5-27.

Lazareva, I., Shnyukov, S., Hlon, E., Aleksieienko, A., Morozenko, V., Gavryliv, L. (2017). Volcanoes of Antarctica as object of geological and ecological research at an example of Deception Island. Materials of XI Unternational Scientific Conference "Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Enviroment" (October 11-14, 2017, Kyiv, Ukraine).

Watson, E.B., Harrison, T.M. (1983). Zircon saturation revisited: temperature and composition effects in a variety of crustal magma types. Earth and Planetary Science Letters, 64, 295-304.