Isotope-geochemical (Sm–Nd, Rb–Sr, REE, HFSE) composition of the University foidolite-gabbro pluton, Kuznetsk Alatau ridge, Siberia
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.405Abstract
The University foidolite-gabbro pluton is located among the Cambrian carbonate-volcanogenic deposits. Its composition is dominated by subalkaline and alkaline mafic rocks, broken by dikes of ijolite-urtites, nepheline and alkaline syenites. The chemical composition of igneous rocks is characterized by low silica contents (SiO2 = 41–49 wt. %), wide variations of alkalinity (Na2O + K2O = 3–19 wt. %; Na2O/K2O = 1.2–7.2 wt. %), low titanium content (TiO2 = 0.07–1.59 wt. %) and high alumina content (Al2O3 = 15–28 wt. %), which corresponds to the K-Na derivatives of the basic-alkaline formation. By their content of rare earth elements, alkaline rocks (104–246 ppm; La/Yb(n) = 5.79–12.73) are more differentiated derivatives than gabbro (94–111 ppm; La/Yb(n) = 6.87–6.95). All varieties are characterized by low concentrations of most highly charged elements (Nb, Ta, Zr, Hf, +Y), which in terms of accumulation are located between the basalts of oceanic islands and basalts of island arcs. The presence of negative Nb–Ta anomaly and the relative enrichment of Rb, Ba, Sr, and U indicate the probable interaction of plume material with previously formed accretionary complexes of subduction zones. The primary isotope 87Sr/86Sr ratio (~ 0.705–0.706) and a wide range of εNd (T) from +3.2 to +8.7 in the rocks also indicate a mantle-crustal nature and a complex geodynamic setting of the Paleozoic alkaline magmatism of the Kuznetsk Alatau. The obtained results of Sm–Nd dating suggest the formation of subalkaline gabbroids in the Early Paleozoic (494–491 ± 36 Ma), with the intrusion of dikes of alkaline rocks of the Middle Paleozoic age (394 ± 16 and 389 ± 37 Ma).
Keywords:
Subalkaline and alkaline magmatism, Sm-Nd and Rb-Sr isotope geochronology, geochemistry, mantle plume, accretion complexes, Kuznetsk Alatau
Downloads
References
Аношкина, Ю. В., Асочакова, Е. М., Бухарова, О. В., Тишин, П. А. (2012). Усовершенствование схем химической пробоподготовки углеродистых пород с последующим анализом высокозарядных элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Вестник ТГУ, 359, 178–181. Доступно на: https://cyberleninka.ru/article/n/usovershenstvovanie-shem-himicheskoy-probopodgotovki-uglerodistyh-porod-s-posleduyuschim-analizom-vysokozaryadnyh-elementov-metodom/viewer [Дата доступа 16.11.2020].
Богатиков, О. А., Коваленко, В. И., Шарков, Е. В. (2010). Магматизм, тектоника и геодинамика Земли. Москва: Наука. Доступно на: http://www.geokniga.org/books/1051 [Дата доступа 16.11.2020]. Врублевский, В. В. (2015). Источники и геодинамические условия петрогенезиса Верхнепетропавловского щелочно-базитового интрузивного массива (средний кембрий, Кузнецкий Алатау, Сибирь). Геология и геофизика, 56 (3), 488–515. https://doi.org/10.15372/GiG20150302
Врублевский, В. В., Гринев, О. М., Изох, А. Э., Травин, А. В. (2016). Геохимия, изотопная (Nd-Sr-O) триада и 40Ar-39Ar возраст палеозойских щелочно-мафитовых интрузий Кузнецкого Алатау (на примере Белогорского плутона). Геология и геофизика, 57 (3), 592–602. https://doi.org/10.15372/ GiG20160308
Врублевский, В. В., Котельников, Д. А., Изох, А. Э. (2018). Возраст, петрологические и геохимические условия формирования Когтахского габбро-монцонитового комплекса Кузнецкого Алатау. Геология и геофизика, 59 (7), 900–930. https://doi.org/10.15372/GiG20180702
Гертнер, И. Ф., Врублевский, В. В., Тишин, П. А. и др. (2013). Временные рубежи, источники магм и формационный статус палеозойских фельдшпатоидных интрузий Северо-Востока Кузнецкого Алатау. Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту), 11, 71–73.
Гертнер, И. Ф., Врублевский, В. В., Краснова, Т. С. (2015). Эволюция высокоглиноземистого щелочного магматизма в Центрально-Азиатском складчатом поясе. КИП, мантийные плюмы и металлогения в истории Земли. Иркутск. Доступно на: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/services/ Download/vtls:000525413/SOURCE1 [Дата доступа 16.11.2020].
Гордиенко, И. В. (2019). Связь субдукционного и плюмового магматизма на активных границах литосферных плит в зоне взаимодействия Сибирского континента и Палеоазиатского океана в неопротерозое и палеозое. Геодинамика и тектонофизика, 10 (2), 405–457. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-2-0420
Государственная геологическая карта Российской Федерации. (2007). Масштаб 1:1 000 000 (третье поколение). Лист N-45 (Новокузнецк). Г. А. Бабин, А. А. Юрьев, А. И. Бычков и др. Санкт-Петербург. КФ ВСЕГЕИ. Доступно на: http://www.vsegei.com/ru/info/pub_ggk1000-3/Altae-Sayanskaya/n-45.php [Дата доступа 16.11.2020].
Гринев, О. М. (1987). Геология и петрография Белогорского щелочно-габброидного массива. Щелочные и субщелочные породы Кузнецкого Алатау, 43–62.
Есин, С. В., Корчагин, С. А., Есина, О. А., Гертнер, И. Ф. (1987). Нефелиновые рудоносные породы участков Университетский 1 и 2 (Кузнецкий Алатау). Щелочные и субщелочные породы Кузнецкого Алатау, 74–82.
Карманова, Н. Г., Карманов, Н. С. (2011). Универсальная методика рентгенофлуоресцентного силикатного анализа горных пород на спектрометре ARL-9900XP. В: Всероссийская конференция по рентгеноспектральному анализу. Вып. 7. Новосибирск, ИГМ СО РАН.
Кузьмин, М. И., Ярмолюк, В. В. (2016). Тектоника плит и мантийные плюмы — основа эндогенной тектонической активности Земли последние 2 млрд лет. Геология и геофизика, 57 (1), 11–30. https://doi.org/10.15372/GiG20160102
Макаренко, Н. А., Котельников, А. Д. (2018). Кашпарский кембро-ордовикский габбро-диорит-кварцмонцодиорит-сиенитовый комплекс — новое петрографическое подразделение на восточном склоне Кузнецкого Алатау. Геосферные исследования, 2, 52–71. https://doi.org/10.17223/25421379/7/4
Покровский, Б. Г., Андреева, Е. Д., Врублевский, В. В., Гринев, О. М. (1998). Природа контаминации щелочно-габброидных интрузий южного обрамления Сибирской платформы по данным изотопии стронция и кислорода. Петрология, 6 (3), 259–273.
Покровский, Б. Г. (2000). Коровая контаминация мантийных магм по данным изотопной геохимии. Москва: Наука. Доступно на: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_259 [Дата доступа 16.11.2020].
Осипов, П. В., Макаренко, Н. А., Корчагин, С. А., Гертнер, И. Ф., Гринев, О. М. (1989). Новый щелочно-габброидный рудоносный массив в Кузнецком Алатау. Геология и геофизика, 11, 79–82.
Отчет по поискам природно богатых и легкообогатимых нефелиновых руд в пределах участков Университетские 1 и 2, Воскресенка и Безымянка, проведенных Мартайгинской экспедицией в 1983–1987 гг. (1987). С. А. Корчагин и И. Ф. Гертнер, Новокузнецк, Россия.
Серов, П. А., Екимова, Н. А., Баянова, Т. Б., Митрофанов, Ф. П. (2014). Сульфидные минералы — новые геохронометры при Sm-Nd датировании рудогенеза расслоенных мафит-ультрамафитовых интрузий Балтийского щита. Литосфера, 4, 11–21. Доступно на: https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/418/417 [Дата доступа 16.11.2020].
Фор, Г. (1989). Основы изотопной геологии. Москва: Мир. Доступно на: http://www.geokniga.org/books/116 [Дата доступа 16.11.2020].
Ярмолюк, В. В., Коваленко, В. И. (2003). Глубинная геодинамика, мантийные плюмы и их роль в фор мировании Центрально-Азиатского складчатого пояса. Петрология, 11 (6), 556–586.
Яшина, Р. М. (1982). Щелочной магматизм складчато-глыбовых областей (на примере южного обрамления Сибирской платформы). О. А. Богатиков, под ред., Москва: Наука.
Bouvier, A., Vervoort, J. D. and Patchett, P. J. (2008). The Lu–Hf and Sm–Nd isotopic composition of CHUR: Constraints from unequilibrated chondrites and implications for the bulk composition of terrestrial planets. Earth Planet. Sci. Letters, 273 (1–2), 48–57. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.06.010
Condie, K. C. (2001). Mantle Plumes and Their Record in Earth History. Cambridge, UK. Доступно на: http://www.geokniga.org/books/10617 [Дата доступа 16.11.2020].
Doroshkevich, A. G., Ripp, G. S., Izbrodin, I. A. and Savatenkov, V. M. (2012). Alkaline magmatism of the Vitim province, West Transbaikalia, Russia: Age, mineralogical, geochemical and isotope (О, C, D, Sr and Nd) data. Lithos, (152), 157–172. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.05.002
Ellam, R. M. (2006). New constraints on the petrogenesis of the Nuanetsi picrite basalts from Pb and Hf isotope data. Earth and Planetary Science Letters, 245, 153–161. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.03.004
Ernst, R. E. and Buchan, K. L. (2003). Recognizing Mantle Plumes in the Geological Record. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 31, 469–523. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.31.100901.145500
Ernst, R. E. (2014). Large igneous Provinces. Cambridge, UK: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9781139025300
Gertner, I. F., Vrublevskii, V. V., Voitenko, D. N. et al. (2007). Plume-related alkaline basic magmatism of the Kuznetsk Alanau: The Goryachegorsk complex. Magmatism and metallogeny of the Altai and adjacent large igneous provinces with an introducing essay on the Altaids. UK, London: CERCAMS/NHM, 141–153.
Gordienko, I. V. and Metelkin, D. V. (2016). The evolution of the subduction zone magmatism on the Neoproterozoic and Early Paleozoic active margins of the Paleoasian Ocean. Russian Geology and Geophysics, 57, 69–81. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.01.005
Gorton, M. P. and Schandl, E. S. (2000). From continents to island arcs: a geochemical index of tectonic setting for arc-related and within-plate felsic to intermediate volcanic rocks. Canadian Mineral. 38, 1065–1073. https://doi.org/10.2113/gscanmin.38.5.1065
Izokh, A. E., Polyakov, G. V., Shelepaev, R. A., Vrublevskii, V. V., Egorova, V. V., Rudnev, S. N., Lavrenchuk, A. V., Borodina, E. V. and Oyunchimeg, T. (2008). Early Paleozoic Large Igneous Province of the Central Asia Mobile Belt. Large Igneous Province Commission. Доступно на: http://www.largeigneousprovinces.org/08may [Дата доступа 16.11.2020].
Jahn, B.-M., Wu, F. Y. and Chen, B. (2000). Massive granitoid generation in Central Asia: Nd isotope evidence and implication for continental growth in the Phanerozoic. Episodes, 23 (2), 82–92. https://doi.org/10.18814/epiiugs/2000/v23i2/001
Jourdan, F., Bertrand, H., Scharer, U., Blichert-Toft, J., Feraud, G. and Kampunzu, A. B. (2007). Major and Trace Element and Sr, Nd, Hf, and Pb Isotope Compositions of the Karoo Large Igneous Province, Botswana–Zimbabwe: Lithosphere vs Mantle Plume Contribution. Journal of Petrology, 48 (6), 1043– 1077. https://doi.org/10.1093/petrology/egm010
Kelemen, P. B., Hanghöj, K. and Greene, A. R. (2003). One view of the geochemistry of subduction-related magmatic arcs, with an emphasis on primitive andesite and lower crust. Treatise on Geochemistry. Elsevier, 593–659. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/03035-8
Kuzmin, M. A. and Yarmolyuk, V. V. (2014). Mantle plumes of Central Asia (Northeast Asia) and their role in forming endogenous deposits. Russian Geology and Geophysics, 55, 120–143. http://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.01.002
Le Maitre, M. J., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M. J. et al. (2002). Igneous Rocks. UK: Cambridge University Press. Доступно на: https://www.researchgate.net/publication/234448684_Igneous_ Rocks_A_Classification_and_Glossary_of_Terms [Дата доступа 16.11.2020].
Ludwig, K. R. (2000). User’s manual for Isoplot/Ex, Version 2.2. A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication. Доступно на: http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/Isoplot%20Manual.pdf [Дата доступа 16.11.2020].
Middlemost, E. A. K. (1994). Naming materials in the magma/igneous rock system. Earth-Science Reviews, 37, 215–224. https://doi.org/10.1016/0012-8252(94)90029-9
Middlemost, E. A. K. (1997). Magmas, Rocks and Planetary Development. Taylor and Francis. https://doi.org/10.4324/9781315843698
Morgan, W. J. (1972). Deep mantle convection plumes and plate motions. Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geols., 56, 203–213. Доступно на: http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/Morgan1972.pdf [Дата доступа 16.11.2020].
Mustafayev, A. A., Gertner, I. F. and Serov, P. A. (2017). Features of geology and composition of rocks from the alkaline-gabbroic University massif (N-E Kuznetsky Alatau ridge, Siberia). Earth and Environmental Science, 319, 012026. Доступно на: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/110/1/012016/meta [Дата доступа 16.11.2020].
Mustafayev, A. A., Gertner, I. F. and Serov, P. A. (2019). New Sm-Nd isotopic data on the University alkaline-gabbro massif (NE Kuznetsk Alatau). LIP through earth history: mantle plumes, supercontinents, climate change, metallogeny and oil-gas, planetary analogues, 90–92. Доступно на: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41503143 [Дата доступа 16.11.2020].
Pirajno, F. and Santosh, M. (2014). Rifting, intraplate magmatism, mineral systems and mantle dynamics in central-east Eurasia: An overview. Ore Geology Reviews, 63, 265–295. http://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2014.05.014
Pirajno, F. (2015). Intracontinental anorogenic alkaline magmatism and carbonatites, associated mineral. systems and the mantle plume connection. Gondwana Research, 01328. http://doi.org/10.1016/j. gr.2014.09.008
Şengör, A. M. C., Natal’in, B. A. and Burtman, V. S. (1993). Evolution of the Altaid tectonic collage and Paleozoic crustal growth in Eurasia Nature, 364, 299–306. Доступно на: https://www.researchgate.net/publication/31960368_Evolution_of_the_Altaid_Tectonic_collage_and_Palaeozoic_Crustal_Growth_ in_Eurasia [Дата доступа 16.11.2020].
Steiger, R. H. and Jager, E. (1977). Subcommission on geochronology: Convention on the use of decay constants in geo- and cosmochronology. Earth Planet. Sci. Lett., 36 (3), 359–362. https://doi. org/10.1016/0012-821X(77)90060-7
Sun, S. and McDonough, W. F. (1989). Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. Magmatism in the ocean basins, 42, 313–345. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1989.042.01.19
Tanaka, T., Togashi, S., Kamioka, H. et al. (2000). JNdi-1: a neodymium isotopic reference in consistency with LaJolla neodymium. Chemical Geology, 168, 279–281. https://doi.org/10.1016/s0009-2541(00)00198-4
Tomlinson, K. Y. and Condie, K. C. (2001). Archean mantle plumes: evidence from greenstone belt geochemistry. Spec. Pap. Geol. Soc. Am., 352, 341–358. https://doi.org/10.1130/0-8137-2352-3.341
Vrublevskii, V. V., Gertner, I. F., Gutiérrez-Alonso, G., Hofmann, M., Grinev, O. M. and Tishin, P. A. (2014). Isotope (U–Pb, Sm–Nd, Rb–Sr) geochronology of alkaline basic plutons of the Kuznetsk Alatau. Russian Geology and Geophysics, 55 (11), 1598–1614. http://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.10.002
Vrublevskii, V. V., Gertner, I. F., Ernst, R. E., Izokh, A. E. and Vishnevskii, A. V. (2019). The Overmaraat-Gol Alkaline Pluton in Northern Mongolia: U–Pb Age and Preliminary Implications for Magma Sources and Tectonic Setting. Minerals, 9 (3), 170. https://doi.org/10.3390/min9030170
Vrublevskii, V. V., Nikiforov, A. V., Sugorakova, A. M. and Kozulina, T. V. (2020). Petrogenesis and tectonic setting of the Cambrian Kharly alkaline–carbonatite complex (Sangilen Plateau, Southern Siberia): Implications for the Early Paleozoic evolution of magmatism in the western Central Asian Orogenic Belt. Journal of Asian Earth Sciences, 188, 104163. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2019.104163
Xiao, W. and Santosh, M. (2014). The western Central Asian Orogenic Belt: A window to accretionary orogenesis and continental growth. Gondwana Research, 25, 1429–1444. http://doi.org/10.1016/j. gr.2014.01.008
Yarmolyuk, V. V., Kuzmin, M. I. and Vorontsov, A. A. (2013). West Pacific-type convergent boundaries and their role in the formation of the Central Asian Fold Belt. Russian Geology and Geophysics, 54, 1427–1441. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.10.012
Yarmolyuk, V. V., Kuzmin, M. I. and Ernst, R. E. (2014). Intraplate Geodynamics and Magmatismin the Evolution of the Central Asian Orogenic Belt. J. Asian Earth Sci., 93, 158–179. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2014.07.004
York, D. (1966). Least squares fitting of straight line. Canad. J. Phys., 44 (5), 1079–1086. https://doi.org/10.1139/p66-090
Zindler, A. and Hart, S. R. (1986). Chemical geodynamics. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 14, 493–571. http://doi.org/10.1146/annurev.ea.14.050186.002425
Downloads
Additional Files
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
