Везде

ОНЗ Геохимия Geochemistry International

  • ISSN (Print) 0016-7525
  • ISSN (Online) 3034-4956

Изотопный состав серы в сульфидах и сульфатах из пород карбонатитовых комплексов девонской Кольской щелочной провинции

Вы можете
Код статьи
10.31857/S0016752524060014-1
DOI
10.31857/S0016752524060014
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Козлов Е. Н.
  • Аффилиация: Геологический институт Кольского научного центра (ГИ КНЦ) РАН
Том/ Выпуск
Том 69 / Номер выпуска 6
Страницы
497-510
Аннотация
Выполнено изучение изотопных характеристик серы барита из карбонатитов массива Салланлатва и сульфидов, преимущественно пирита и пирротина, из карбонатитов, фоскоритов и продуктов их контактового взаимодействия с вмещающими силикатными породами большинства карбонатитсодержащих комплексов девонской Кольской щелочной провинции (КЩП). Для некоторых комплексов (Озёрная Варака, Контозеро) такое исследование проведено впервые. Установлено, что для сульфидов из одного комплекса вариации δ34S в большинстве случаев не превышают 4 ‰, однако если рассматривать всю Кольскую щелочную провинцию в целом, то диапазон вариаций δ34S достигает 20 ‰. Это может быть объяснено спецификой эволюции карбонатитов и ассоциирующих с ними пород. Показано, что величина δ34S в сульфидах снижается от (1) карбонатитовых вулканитов Контозерского комплекса (δ34Sср. = –1.3 ‰) через (2) карбонатиты и фоскориты Ковдора, Озёрной Вараки, Сокли и Салмагоры в сторону (3) пород Себльявра, Вуориярви и, наконец, карбонатитов Салланлатвы (δ34Sср. = –14.7 ‰), в которых сульфиды отличаются от сульфидов прочих карбонатитов КЩП своими исключительно низкими значениями δ34S. Карбонатитовые вулканиты Контозера практически лишены какой-либо редкоземельной минерализации; для второй группы комплексов характерны карбонатиты, в которых минералы РЗЭ встречаются в акцессорных количествах; в третьей группе комплексов широко распространены поздние разновидности карбонатитов, для многих из которых карбонаты РЗЭ являются породообразующими. Таким образом прослежена тенденция: чем обильней РЗЭ минерализация представлена в карбонатитах комплекса, тем ниже значение δ34S сульфидов карбонатитов и ассоциирующих с ними пород данного комплекса. При изучении карбонатитов Салланлатвы впервые для КЩП проведено исследование изотопного состава серы ассоциирующих пар барит-пирит. Показано, что изотопные характеристики серы соответствуют завершающему низкотемпературному (250–350 °C) этапу эволюции карбонатитового вещества в окисленных условиях, отвечающему параметрам кристаллизации барита. Учитывая то, что изученные образцы карбонатитов Салланлатвы являются эксплозивными брекчиями, окисленный состав флюидов может свидетельствовать об их фреатомагматической природе, т. е. формировании за счет взаимодействия внедрявшегося горячего вещества (расплава/флюида) с метеорными водами.
Ключевые слова
карбонатиты сульфиды сульфаты изотопы серы Кольская щелочная провинция
Дата публикации
16.09.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
2

Библиография

  1. 1. Афанасьев Б.В. (2011) Минеральные ресурсы щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова. СПб: Изд-во «Роза ветров», 224 с.
  2. 2. Баталева Ю.В., Фурман О.В., Борздов Ю.М., Пальянов Ю.Н. (2023) Экспериментальное исследование растворимости серы в Ca, Mg-карбонатном расплаве при Р, Т-параметрах литосферной мантии. Геология и геофизика 64 (4), 479–493.
  3. 3. Дубинина Е.О., Морозова А.С., Расс И.Т., Авдеенко А.С. (2023) Изотопное фракционирование кислорода в системе силикат–карбонат при формировании пород массива Ковдор (Кольский п-ов). ДАН. Науки о Земле 512 (2), 212–218.
  4. 4. Никифоров А.В., Болонин А.В., Покровский Б.Г., Сугоракова А.М., Чугаев А.В., Лыхин Д.А. (2006) Геохимия изотопов (О, С, S, Sr) И Rb-Sr-возраст карбонатитов центральной Тувы. Геология рудных месторождений 48 (4), 296–319.
  5. 5. Покровский Б.Г. (2000) Коровая контаминация мантийных магм по данным изотопной геохимии. М.: Наука, 228 с.
  6. 6. Arzamastsev A.A., Glaznev V.N., Arzamastseva L.V., Bea F., Montero P. (2001) Kola alkaline province in the Paleozoic: evaluation of primary mantle magma composition and magma generation conditions. Russ. J. Earth Sci. 3 (1), 1–32.
  7. 7. Barker D.S. (2001) Calculated silica activities in carbonatite liquids. Contrib. Mineral. Petrol. 141 (6), 704–709.
  8. 8. Bell K., Rukhlov A.S. (2004) Carbonatites from the Kola Alkaline Province: origin, evolution and source characteristics. Phoscorites and carbonatites from mantle to mine: the key example of the Kola alkaline province (Eds. Wall F., Zaitsev A.N.). London: Mineralogical Society of Great Britain & Ireland, 433–468.
  9. 9. Bell K., Zaitsev A.N., Spratt J., Fröjdö S., Rukhlov A.S. (2015) Elemental, lead and sulfur isotopic compositions of galena from Kola carbonatites, Russia — implications for melt and mantle evolution. Mineral. Mag. 79 (2), 219–241.
  10. 10. Bulakh A.G., Ivanikov V.V., Orlova M.P. (2004) Overview of carbonatite-phoscorite complexes of the Kola Alkaline Province in the context of a Scandinavian North Atlantic Alkaline Province. Phoscorites and carbonatites from mantle to mine: the key example of the Kola alkaline province (Eds. Wall F., Zaitsev A.N.). London: Mineralogical Society of Great Britain & Ireland, 1–43.
  11. 11. Burgisser A., Scaillet B. (2007) Redox evolution of a degassing magma rising to the surface. Nature 445 (7124), 194–197.
  12. 12. Cangelosi D., Smith M., Banks D., Yardley B. (2019) The role of sulfate-rich fluids in heavy rare earth enrichment at the Dashigou carbonatite deposit, Huanglongpu, China. Mineral. Mag. 84 (1), 65–80.
  13. 13. Cui H., Zhong R., Xie Y., Wang X., Chen H. (2021) Melt–Fluid and Fluid–Fluid Immiscibility in a Na2SO4–SiO2–H2O System and Implications for the Formation of Rare Earth Deposits. Acta Geol. Sin. (Engl. Ed.) 95 (5), 1604–1610.
  14. 14. Cui H., Zhong R., Xie Y., Yuan X., Liu W., Brugger J., Yu C. (2019) Forming sulfate- and REE-rich fluids in the presence of quartz. Geology 48 (2), 145–148.
  15. 15. Demény A., Sitnikova M.A., Karchevsky P.I. (2004) Stable C and O isotope compositions of carbonatite complexes of the Kola Alkaline Province: phoscorite-carbonatite relationships and source compositions. Phoscorites and carbonatites from mantle to mine: the key example of the Kola alkaline province (Eds. Wall F., Zaitsev A.N.). London: Mineralogical Society of Great Britain & Ireland, 407–431.
  16. 16. Dowman E., Wall F., Treloar P.J., Rankin A.H. (2017) Rare-earth mobility as a result of multiple phases of fluid activity in fenite around the Chilwa Island Carbonatite, Malawi. Mineral. Mag. 81 (6), 1367–1395.
  17. 17. Downes H., Balaganskaya E., Beard A., Liferovich R., Demaiffe D. (2005) Petrogenetic processes in the ultramafic, alkaline and carbonatitic magmatism in the Kola Alkaline Province: A review. Lithos 85 (1–4), 48–75.
  18. 18. Drüppel K., Hoefs J., Okrusch M. (2005) Fenitizing Processes Induced by Ferrocarbonatite Magmatism at Swartbooisdrif, NW Namibia. J. Petrol. 46 (2), 377–406.
  19. 19. Dunworth E.A., Bell K. (2001) The Turiy Massif, Kola Peninsula, Russia: Isotopic and geochemical evidence for multi-source evolution. J. Petrol. 42 (2), 377–406.
  20. 20. Fifarek R.H., Rye R.O. (2005) Stable-isotope geochemistry of the Pierina high-sulfidation Au–Ag deposit, Peru: influence of hydrodynamics on SO42––H2S sulfur isotopic exchange in magmatic-steam and steam-heated environments. Chem. Geol. 215 (1–4), 253–279.
  21. 21. Fomina E., Kozlov E., Bazai A. (2020) Factor Analysis of XRF and XRPD Data on the Example of the Rocks of the Kontozero Carbonatite Complex (NW Russia). Part I: Algorithm. Crystals 10 (10), 874.
  22. 22. Fomina E.N., Kozlov E.N. (2021) Stable (C, O) and radiogenic (Sr, Nd) isotopic evidence for REE-carbonatite formation processes in Petyayan-Vara (Vuoriyarvi massif, NW Russia). Lithos 398–399, 106282.
  23. 23. Giebel R.J., Gauert C.D.K., Marks M.A.W., Costin G., Markl G. (2017) Multi-stage formation of REE minerals in the Palabora Carbonatite Complex, South Africa. Am. Mineral. 102 (6), 1218–1233.
  24. 24. Gomide C.S., Brod J.A., Junqueira-Brod T.C., Buhn B.M., Santos R.V., Barbosa E.S.R., Cordeiro P.F.O., Palmieri M., Grasso C.B., Torres M.G. (2013) Sulfur isotopes from Brazilian alkaline carbonatite complexes. Chem. Geol. 341, 38–49.
  25. 25. Goodenough K.M., Wall F., Merriman D. (2018) The Rare Earth Elements: Demand, Global Resources, and Challenges for Resourcing Future Generations. Nat. Resour. Res. 27 (2), 201–216.
  26. 26. Han L., Tanweer A., Szaran J., Halas S. (2002) A Modified Technique for the Preparation of SO2 from Sulphates and Sulphides for Sulphur Isotope Analyses. Isot. Environ. Health Stud. 38 (3), 177–183.
  27. 27. Helz G.R., Wyllie P.J. (1979) Liquidus relationships in the system CaCO3–Ca(OH)2–CaS and the solubility of sulfur in carbonatite magmas. Geochim. Cosmochim. Acta 43 (2), 259–265.
  28. 28. Huber M., Mokrushin A.V. Sulfur isotope signatures of sulfides from the Khibina and Lovozero massifs (Kola Alkaline Province, Fennoscandian Shield). Vestnik of MSTU 24 (1), 80–87.
  29. 29. Hutchison W., Babiel R.J., Finch A.A., Marks M.A.W., Markl G., Boyce A.J., Stüeken E.E., Friis H., Borst A.M., Horsburgh N.J. (2019) Sulphur isotopes of alkaline magmas unlock long-term records of crustal recycling on Earth. Nat. Commun. 10, 4208.
  30. 30. Hutchison W., Finch A.A., Boyce A.J. (2020) The sulfur isotope evolution of magmatic-hydrothermal fluids: insights into ore-forming processes. Geochim. Cosmochim. Acta 288, 176–198.
  31. 31. Jugo P.J., Luth R.W., Richards J.P. (2005) An Experimental Study of the Sulfur Content in Basaltic Melts Saturated with Immiscible Sulfide or Sulfate Liquids at 1300 °C and 1.0 Gpa. J. Petrol. 46 (4), 783–798.
  32. 32. Kokh M.A., Assayag N., Mounic S., Cartigny P., Gurenko A., Pokrovski G.S. (2020) Multiple sulfur isotope fractionation in hydrothermal systems in the presence of radical ions and molecular sulfur. Geochim. Cosmochim. Acta 285, 100–128.
  33. 33. Kozlov E., Fomina E., Sidorov M., Shilovskikh V., Bocharov V., Chernyavsky A., Huber M. (2020) The Petyayan-Vara Carbonatite-Hosted Rare Earth Deposit (Vuoriyarvi, NW Russia): Mineralogy and Geochemistry. Minerals 10 (1), 73.
  34. 34. Kozlov E., Skiba V., Fomina E., Sidorov M. (2021) Noble gas isotopic signatures of sulfides in carbonatites of the Vuoriyarvi alkaline-ultrabasic complex (Kola Region, NW Russia). Arab. J. Geosci. 14, 1725.
  35. 35. Kramm U. (1993) Mantle components of carbonatites from the Kola Alkaline Province, Russia and Finland: A Nd–Sr study. Eur. J. Mineral. 5 (5), 985–990.
  36. 36. Kramm U., Kogarko L.N., Kononova V.A., Vartiainen H. (1993) The Kola Alkaline Province of the CIS and Finland: Precise Rb–Sr ages define 380–360 Ma age range for all magmatism. Lithos 30 (1), 33–44.
  37. 37. Lee M., Lee J., Hur S., Kim Y., Moutte J., Balaganskaya E. (2006) Sr–Nd–Pb isotopic compositions of the Kovdor phoscorite–carbonatite complex, Kola Peninsula, NW Russia. Lithos 91 (1–4), 250–261.
  38. 38. Liu S., Fan H.-R., Yang K.-F., Hu F.-F., Wang K.-Y., Chen F.-K., Yang Y.-H., Yang Z.-F., Wang Q.-W. (2018) Mesoproterozoic and Paleozoic hydrothermal metasomatism in the giant Bayan Obo REE-Nb-Fe deposit: Constrains from trace elements and Sr-Nd isotope of fluorite and preliminary thermodynamic calculation. Precambrian Res. 311, 228–246.
  39. 39. Mäkelä M., Vartiainen H. (1978) A study of sulfur isotopes in the Sokli multi-stage carbonatite (Finland). Chem. Geol. 21 (3–4), 257–265.
  40. 40. Mitchell R.H., Krouse H.R. (1975) Sulphur isotope geochemistry of carbonatites. Geochim. Cosmochim. Acta 39 (11), 1505–1513.
  41. 41. Ohmoto H., Lasaga A.C. (1982) Kinetics of reactions between aqueous sulfates and sulfides in hydrothermal systems. Geochim. Cosmochim. Acta 46 (10), 1727–1745.
  42. 42. Prokopyev I., Kozlov E., Fomina E., Doroshkevich A., Dyomkin M. (2020) Mineralogy and Fluid Regime of Formation of the REE-Late-Stage Hydrothermal Mineralization of Petyayan-Vara Carbonatites (Vuoriyarvi, Kola Region, NW Russia). Minerals 10 (5), 405.
  43. 43. Ruberti E., Enrich G.E.R., Gomes C.B., Comin-Chiaramonti P. (2008) Hydrothermal REE fluorocarbonate mineralization at Barra do Itapirapuã, a multiple stockwork carbonate, southern Brazil. Can. Mineral. 46 (4), 901–914.
  44. 44. Rye R.O. (2005) A review of the stable-isotope geochemistry of sulfate minerals in selected igneous environments and related hydrothermal systems. Chem. Geol. 215 (1–4), 5–36
  45. 45. Schauble E.A. (2004) Applying Stable Isotope Fractionation Theory to New Systems. Rev. Mineral. Geochem. 55 (1), 65–111.
  46. 46. Seal R.R. (2006) Sulfur Isotope Geochemistry of Sulfide Minerals. Rev. Mineral. Geochem. 61 (1), 633–677.
  47. 47. Smith M., Kynicky J., Xu C., Song W., Spratt J., Jeffries T., Brtnicky M., Kopriva A., Cangelosi D. (2018) The origin of secondary heavy rare earth element enrichment in carbonatites: Constraints from the evolution of the Huanglongpu district, China. Lithos 308–309, 65–82.
  48. 48. Smith M.P., Campbell L.S., Kynicky J. (2015) A review of the genesis of the world class Bayan Obo Fe–REE–Nb deposits, Inner Mongolia, China: Multistage processes and outstanding questions. Ore Geol. Rev. 64, 459–476.
  49. 49. Song W., Xu C., Smith M.P., Kynicky J., Huang K., Wei C., Zhou L., Shu Q. (2016) Origin of unusual HREE-Mo-rich carbonatites in the Qinling orogen, China. Sci. Rep. 6, 1–10.
  50. 50. Tolstikhin I.N., Kamensky I.L., Marty B., Nivin V.A., Vetrin V.R., Balaganskaya E.G., Ikorsky S.V., Gannibal M.A., Weiss D., Verhulst A., Demaiffe D. (2002) Rare gas isotopes and parent trace elements in ultrabasic-alkaline-carbonatite complexes, Kola Peninsula: identification of lower mantle plume component. Geochim. Cosmochim. Acta 66 (5), 881–901.
  51. 51. Verhulst A., Balaganskaya E., Kirnarsky Y., Demaiffe D. (2000) Petrological and geochemical (trace elements and Sr–Nd isotopes) characteristics of the Paleozoic Kovdor ultramafic, alkaline and carbonatite intrusion (Kola Peninsula, NW Russia). Lithos 51 (1–2), 1–25.
  52. 52. Wall F. (2013) Rare earth elements. Critical Metals Handbook (Ed. Gunn G.). Oxford: John Wiley & Sons. 312–339.
  53. 53. Wall F., Zaitsev A.N. (2004) Rare earth minerals in Kola carbonatites. Phoscorites and carbonatites from mantle to mine: the key example of the Kola alkaline province (Eds. Wall F., Zaitsev A.N.). London: Mineralogical Society of Great Britain & Ireland, 341–373.
  54. 54. Walter B.F., Giebel R.J., Siegfried P.R., Gudelius D., Kolb J. (2023) The eruption interface between carbonatitic dykes and diatremes — The Gross Brukkaros volcanic field Namibia. Chem. Geol. 621, 121344.
  55. 55. Wan Y., Wang X., Chou I.-M., Li X. (2021). Role of sulfate in the transport and enrichment of REE in hydrothermal systems. Earth Planet. Sci. Lett. 569, 117068.
  56. 56. Wu F.-Y., Arzamastsev A.A., Mitchell R.H., Li Q.-L., Sun J., Yang Y.-H., Wang R.-C. (2013) Emplacement age and Sr–Nd isotopic compositions of the Afrikanda alkaline ultramafic complex, Kola Peninsula, Russia. Chem. Geol. 353, 210–229.
  57. 57. Xie Y., Li Y., Hou Z., Cooke D.R., Danyushevsky L., Dominy S.C., Shuping Yin (2015) A model for carbonatite hosted REE mineralisation — the Mianning–Dechang REE belt, Western Sichuan Province, China. Ore Geol. Rev. 70, 595–612
  58. 58. Yaxley G.M., Anenburg M., Tappe S., Decree S., Guzmics T. (2022) Carbonatites: Classification, Sources, Evolution, and Emplacement. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 50 (1), 261–293.
  59. 59. Yongfei Z. (1990) Sulfur isotope fractionation in magmatic systems: Models of Rayleigh distillation and selective flux. Chin. J. Geochem. 9 (1), 27–45.
  60. 60. Zaitsev A., Bell K. (1995) Sr and Nd isotope data of apatite, calcite and dolomite as indicators of source, and the relationships of phoscorites and carbonatites from the Kovdor massif, Kola peninsula, Russia. Contrib. Mineral. Petrol. 121 (3), 324–335.
  61. 61. Zaitsev A.N. (1996) Rhombohedral carbonates from carbonatites of the Khibina Massif, Kola Peninsula, Russia. Can. Mineral. 34 (2), 453–468.
  62. 62. Zaitsev A.N., Demény A., Sindern S., Wall F. (2002) Burbankite group minerals and their alteration in rare earth carbonatites — source of elements and fluids (evidence from C–O and Sr–Nd isotopic data). Lithos 62 (1–2), 15–33.
  63. 63. Zaitsev A.N., Terry Williams C., Jeffries T.E., Strekopytov S., Moutte J., Ivashchenkova O.V., Spratt J., Petrov S.V., Wall F., Seltmann R., Borozdin A.P. (2014) Rare earth elements in phoscorites and carbonatites of the Devonian Kola Alkaline Province, Russia: Examples from Kovdor, Khibina, Vuoriyarvi and Turiy Mys complexes. Ore Geol. Rev. 61, 204–225.
  64. 64. Zhang W., Chen W.T., Mernagh T.P., Zhou L. (2021) Quantifying the nature of ore-forming fluids in the Dalucao carbonatite-related REE deposit, Southwest China: implication for the transport and deposition of REEs. Miner. Deposita 57 (6), 935–953.
  65. 65. Zhang Y., Liu Y., Hou Z., Zheng X. (2021a) Iron and sulfur isotopic compositions of carbonatite-related REE deposits in the Mianning–Dechang REE belt, China: Implications for fluid evolution. Ore Geol. Rev. 138, 104373.
  66. 66. Zheng X., Liu Y., Zhang L. (2021) The role of sulfate-, alkali-, and halogen-rich fluids in mobilization and mineralization of rare earth elements: Insights from bulk fluid compositions in the Mianning–Dechang carbonatite-related REE belt, southwestern China. Lithos 386–387, 106008.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека