Feldspar Megacrysts as a Source of Information on Crustal Contamination of Basaltic Melt

E. I. Demonterova; Демонтерова Е. И.; A. V. Ivanov; Иванов А. В.; S. V. Palessky; Палесский С. В.; V. F. Posokhov; Посохов В. Ф.; N. S. Karmanov; Карманов Н. С.; L. A. Pel’gunova; Пельгунова Л. А.

doi:10.31857/S0016752523070026

Feldspar Megacrysts as a Source of Information on Crustal Contamination of Basaltic Melt

Authors: Demonterova E.I.¹, Ivanov A.V.¹, Palessky S.V.², Posokhov V.F.³, Karmanov N.S.², Pel’gunova L.A.⁴
Affiliations:
1. Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
2. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
3. Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
4. Severtsov Institute of Problems of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 68, No 7 (2023)
Pages: 651-668
Section: Articles
URL: https://journals.eco-vector.com/0016-7525/article/view/660449
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016752523070026
EDN: https://elibrary.ru/TJMXXR
ID: 660449

Cite item

Full Text

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The paper discusses data on the elemental composition and 87Sr/86Sr, and δ18O isotopic ratios of feldspar megacrysts collected from lava flows, tuffs, and cinders of three volcanic fields in the Baikal rift system: Iya–Uda, Vitim, and Khamar-Daban, which are located within the early Precambrian, Riphean, and Paleozoic crustal blocks, respectively. Megacrysts are hosted in trachybasalts in the Iya–Uda and Khamar-Daban fields and in basanites in the Vitim field. Megacrysts belong to the following three compositional groups of minerals: (i) plagioclase in lavas of the Iya–Uda field, (ii) anorthoclase in lava flows, tuffs, and cinders of the Khamar-Daban and Vitim fields, and (iii) sanidine in the Vitim field. Elemental and isotope data suggest that megacrysts crystallized in volcanic chambers at different depth levels: anorthoclase crystallized from the most primitive magma with mantle-derived isotopic signatures at subcrustal depth levels, plagioclases were produced in deep crustal chambers during the interaction between mantle-derived magma and crustal rocks, and sanidine was captured from the upper crustal rocks.

Keywords

feldspars, megacrysts, basalts, Baikal rift

References

Ащепков И.В. (1991) Глубинные ксенолиты Байкальского рифта. Новосибирск: Наука Сиб. отделение, 158 с.
Ащепков И.В., Травин С.В., Сапрыкин А.И., Андре Л., Герасимов П.А., Хмельникова О.С. (2003) О возрасте ксенолитсодежащих базальтов и мантийной эволюции в Байкальской рифтовой зоне. Геология и геофизика. 44(11), 585-592.
Беличенко В.Г., Гелетий Н.К., Бараш И.Г. (2006) Баргузинский микроконтинент: к проблеме выделения. Геология и геофизика. 47(10), 1049-1059.
Беличенко В.Г., Скляров Е.В., Добрецов Н.Л. (1994) Геодинамическая карта Палеоазиатского океана. Восточный сегмент. Геология и геофизика. 35(7–8), 29-40.
Бураков М.И., Федоров Э.Е. (1954) Базальты междуречья Ии и Уды (Восточный Саян). Вопросы геологии Азии. Т. I, М.: Изд-во АН СССР, 808 с.
Волянюк Н.Я., Владимиров Б.М., Семенова В.Г., Новиков В.М. (1978) Мегакристаллы анортоклаза из базанитов и проблема их генезиса. ДАН СССР. 240(5), 938-941.
Демонтерова Е.И., Масловская М.Н. (2003) Хроматографическое выделение стронция в образцах с высокими Rb/Sr отношениями для масс-спектрометрического анализа. Прикладная геохимия, Аналитические исследования (ред. Буренков Э.К., Кременецкий А.А.). 4, М.: ИМГРЭ, 15-19. 7.
Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. (1966) Породообразующие минералы. Т. 4. Каркасные силикаты. М.: Мир, 406 с.
Дмитриева Н.В., Ножкин А.Д. (2012) Геохимия палеопротерозойских метатерригенных пород Бирюсинского блока юго-западной части Сибирского кратона. Литология и полезные ископаемые. 2, 156-179.
Донская Т.В., Гладкочуб Д.П., Мазукабзов А.М., Вингейт М.Т.Д. (2014) Раннепротерозойские постколлизионные гранитойды Бирюсинского блока Сибирского кратона. Геология и геофизика. 55(7), 1028-1043.
Есин С.В. (1993) Инъекционный магматизм в верхней мантии: тестирование эмпирического клинопироксенового геотермобарометра. НИЦ ОИГГМ СО РАН. Новосибирск, 121 с.
Иванов А.В. (2012) Взаимодействие мантийных расплавов с корой при их подъеме к поверхности: причина и следствия. Геодинамика и Тектонофизика. 3(1), 19-26.
Киселев А.И., Медведев М.Е., Головко Г.А. (1979) Вулканизм Байкальской рифтовой зоны и проблемы глубинного магмообразования. Новосибирск: Наука, 200 с.
Классификация магматических (изверженных) пород и словарь терминов. Рекомендации Подкомиссии по систематике изверженных пород Международного союза геологических наук. М.: Недра. 1997. 248 с.
Литасов К.Д., Мальковец В.Г. (1998) Sr-Ba-Rb–систематика мегакристаллов щелочных полевых шпатов из базальтойдов Центральной Азии. Геология и геофизика. 39(9), 1304-1308.
Рассказов С.В. (1985) Базальтоиды Удокана. Новосибирск: Наука Сиб. отделение, 142 с.
Рассказов С.В. (1993) Магматизм Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма, 288 с.
Рассказов С.В., Иванов А.В. (1998) Окислительно-восстановительные условия магматизма горячего пятна и зон растяжения Байкальской рифтовой системы. Структурно-вещественные комплексы докембрия Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во Иркут. Ун-та, С. 44-58.
Ступак Ф.М., Лебедев В.А., Кудряшова Е.А. (2012) Структурно-вещественные комплексы позднекайнозойского Удоканского вулканического лавового плато: закономерности распределения и ассоциации пород. Вулканология и сейсмология. 3, 46-58.
Туркина О.М., Ножкин А.Д., Баянова Т.Б. (2006) Источники и условия образования раннепротерозойских гранитоидов юго-западной окраины Сибирского кратона. Петрология. 14(3), 282- 303.
Фор Г. (1989) Основы изотопной геологии. М.: Мир, 590 с.
Ярмолюк В.В., Иванов В.Г., Коваленко В.И., Покровский Б.Г. (2003) Магматизм и геодинамика Южно-Байкальской вулканической области (горячей точки мантии) по результатам геохронологических, геохимических и изотопных (Sr, Na, O) исследований. Петрология. 11(1), 3-34.
Akinin V.V., Sobolev A.V., Ntaflos T., Richter W. (2005) Clinopyroxene megacrysts from Enmelen melanephelinitic volcanoes (Chukchi Peninsula, Russia): application to composition and evolution of mantle melts. Contrib. Mineral. P-etrol. 150, 85-101.
Ashchepkov I.V., André L., Downes H., Belyatsky B.A. (2011) Pyroxenites and megacrysts from Vitim picrite-basalts (Russia): Polybaric fractionation of rising melts in the mantle? J. Asian Earth Sci. 42, 14-37.
Bindeman I.N., Ponomareva V.V., Bailey J.C., Valley J.W. (2004) Volcanic arc of Kamchatka: a province with high-Δ18O magma sources and large-scale 18O/16O depletion of the upper crust. Geochem. Cosmoch. Acta. 68, 841-865.
Coote A., Shane P., Stirling C., Reid M. (2018) The origin of plagioclase phenocrysts in basalts from continental monogenetic volcanoes of the Kaikohe-Bay of Islands field, New Zealand: implications for magmatic assembly and ascent. Contrib. Mineral. Petrol. 173, 14.
Demonterova E.I., Ivanov A.V., Perepelov A.B. (2017) Late cenozoic volcanism of the Uda river area (eastern Sayan, Siberia): the first geochemical and isotopic data. Геодинамика и Тектонофизика. 8(3), 445-448.
Davidson J.P., Charlier B., Hora J.M., Perlroth R. (2005) Mineral isochrons and isotopic fingerprinting: Pitfalls and promises. Geology. 33(1), 29-32.
Davidson J.P., Morgan D.J., Charlier B., Charlier B.L.A., Harlou R., Hora J.M. (2007) Microsampling and Isotopic Analysis of Igneous Rocks: Implications for the Study of Magmatic Systems. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 35, 273-311.
Duffield W.A., Ruiz J. (1992) Compositional gradients in large reservoirs of silicic magma as evidenced by ignimbrites versus Taylor Creek Rhyolite lava domes. Contrib. Mineral. Petrol. 110, 192-210.
Edwards B.R., Russell J.K. (1996) Influence of magmatic assimilation on mineral growth and zonin. The Canadian Mineral. 34, 1149-1162.
Eiler J.M., (2001) Oxygen Isotope Variations of Basaltic Lavas and Upper Mantle Rocks Rev. Mineral. and Geoch. 43(1), 319-364.
Geist D.J., Myers J.D., Frost C.D. (1988) Megacryst–bulk rock isotopic disequilibrium as an indicator of contamination processes: The Edgecumbe Volcanic Field, SE Alaska. Contrib. Mineral. Petrol. 99, 105-112.
Guo J.F., Green T.H., O’Relly S.Y. (1992) Ba partitioning and the origin of anorthoclase megacrysts in basalitic rocks. Mineral. Magaz. 56, 101-107.
Higgins M.D., Chandrasekharam D. (2007) Nature of sub-volcanic magma chambers, Deccan Province, India: Evidence from quantitative textural analysis of plagioclase megacrysts in the Giant plagioclase basalts. J. Petrol. 48(5), 885-900.
Hildreth W. A critical overview of silicic magmatism, in Penrose Conference on Longevity and Dynamics of Rhyolitic Magma Systems, Mammoth, CA, 6–12 June 2001
Ivanov A.V., Demonterova E.I., Perepelov A.B., Lebedev V., He H. (2015) Volcanism in the Baikal rift: 40 years of active-versus-passive model discussion. Earth-Sci. Rev. 148, 18-43.
Ionov D.A., O’Reilly S.Y., Ashchepkov I.V. (1995) Feldspar-bearing lherzolite xenoliths in alkali basalts from Hamar-Daban, southern Baikal region, Russia. Contrib. Mineral. Petrol. 122, 174-190.
Kushiro I. (2007) Origin of magmas in subduction zones: a review of experimental studies. Proceed. Japan. Academ., Series B. 83, 1-15.
Li W., Tao C., Zhang W., Liu J., Liang J., Liao S., Yang W. (2019) Melt inclusions in plagioclase macrocrysts at Mount Jourdanne, Southwest Indian Ridge (~64° E): Implications for an enriched mantle source and shallow magmatic processes. Minerals. 9, 493.
Litasov K.D., Taniguchi H. (2002) Mantle evolution beneath Baikal rift. Sendai, Japan: Center for Northeast Asian Studies. Tohoku University. CNEAS Monograph Series. 5, 221 c.
Lundstrom C., Boudreau A., Pertermann M. (2005). Diffusion–reaction in a thermal gradient: Implications for the genesis of anorthitic plagioclase, high alumina basalt and igneous mineral layering. Earth Planet. Sci. Lett. 237(3–4), 829-854.
McDonough W.F., Sun S.-S. (1995) The composition of Earth. Chem. Geol. 120, 223-253.
Pin C., Danielle B., Bassin C., Poitrasson F. (1994) Contomitant separation of strontium and samarium-neodymium for isotopic analysis in silicate samples, based on specific extraction chromatography. Anal. Chem. Acta. 299, 209-217.
Perini G. (2000) Sr-isotope and micro-isotope analyses of minerals: examples from some mafic alkaline potassic rocks. Period. Mineral. 69, 107-124.
Perepelov A., Kuzmin M., Tsypukova S., Shcherbakov Y., Dril S., Didenko A., Dalai-Erdene E., Puzankov M., Zhgilev A. (2020) Late Cenozoic Uguumur and Bod-Uul Volcanic Centers in northern Mongolia: mineralogy, geochemistry, and magma Sources. Minerals. 10(7), 612.
Renjith M.I. (2014) Micro-textures in plagioclase from 1994e1995 eruption, Barren Island Volcano: Evidence of dynamic magma plumbing system in the Andaman subduction zone Geosci. Front. 5, 113-126.
Sheth H. (2016) Giant plagioclase basalts: Continental flood basalt–induced remobilization of anorthositic mushes in a deep crustal sill complex. GSA Bulletin. 128(5/6), 916-925.
Sun S.-S., McDonough W.F. Eds. A.D. Sounders, M.J. Norry. (1989) Magmatism in the ocean basins. Geol. Society Special Publ. 42, 313-345.
Taylor H.P., Sheppard S.M.F. (1986) Igneous rocks: I. Processes of isotopic fractionation and isotope systematics. In: Valley J.W., Taylor H.P., O’Neil J.R. Stable Isotopes in High Temperature Geological Processes (Reviews in Mineralogy 16) Mineral. Soc. Am., Washington, 227-271.
Tepley F.J.III, Davidson J.P., Clynne M.A. (1999) Magmatic Interactions as Recorded in Plagioclase Phenocrysts of Chaos Crags, Lassen Volcanic Center, California. J. Petrol. 40(5), 787-806.
Tepley F.J.III, Davidson J.P., Tilling R.I., Arth J.G. (2000) Magma mixing, recharge, and eruption histories recorded in plagioclase phenocrysts from El Chichon Volcano, Mexico. J. Petrol. 41, 1397-1411.
Vho A., Lanari P., Rubatto D. (2019) An Internally-Consistent Database for Oxygen Isotope Fractionation Between Minerals. J. Petrol. 60, 11, 2101-2130.
Zhao Z.F., Zheng Y.F. (2003) Calculation of oxygen isotope fractionation in magmatic rocks. Chem. Geol. 193, 59-80.