Age, HF-isotope systemantics of detritial zircons and the source of conglomerates of the mt. Southern Demerdzhy, Mountainous Crimea

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The U–Pb dating and Hf isotope systematics of detrital zircons from a sandstone interbed in the section of the upper conglomerate sequence of the Mt. South Demerdzhi were carried out.

The dominant populations of detrital zircons in the studied sample characterize episodes of magmatic activity within the source of the Upper Jurassic conglomerates. Magmatism was manifested in the Vendian-Cambrian, Carbon-Triassic and Late Jurassic. The åHf values of detrital zircons of these ages indicate the insignificant role of the ancient (Archean–Early Proterozoic) continental crust in the protolith of magmatic chambers. The similarity of the detrital zircons age distribution from the Middle Jurassic and Upper Jurassic conglomerate strata suggests that they are molasses of the Cimmerian orogen. The absence of products of Middle Jurassic magmatism in molasses of the Cimmerian orogen, which we fixed, limits position of the Cimmerian orogen in the southern part of the Scythian plate. It is shown that the primary source of the Precambrian detrital zircons were mobilized within the Cimmerian orogen the crustal fragments of the Peri-Gondwanan origin, rather than the basement complexes of the East European Platform, similar to the complexes of the Ukrainian shield.

The reconstruction of the main stages of the accumulation of the coarse-grained strata of the Mountaineous Crimea in the context of the tectonic evolution of the southern margin of Laurasia during the Mesozoic is presented.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. V. Rud’ko

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kouznikbor@mail.ru
Russian Federation, 119017, Moscow

N. B. Kuznetsov

Geological Institute, Russian Academy of Sciences; Gubkin Russian State University for Oil and Gas (National Research University); Australian Research Council Centre of Excellence for Core to Crust Fluid Systems/GEMOC, Macquarie University

Email: kouznikbor@mail.ru
Russian Federation, 119017, Moscow; 119991, Moscow; Sydney, NSW 2019, Australia

E. A. Belousova

Australian Research Council Centre of Excellence for Core to Crust Fluid Systems/GEMOC, Macquarie University

Email: kouznikbor@mail.ru
Russian Federation, Sydney, NSW 2019, Australia

T. V. Romanyuk

Shmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Australian Research Council Centre of Excellence for Core to Crust Fluid Systems/GEMOC, Macquarie University

Email: kouznikbor@mail.ru
Russian Federation, 123242, Moscow; Sydney, NSW 2019, Australia

References

  1. Барабошкин Е.Ю., Рогов М.А., Милеев B.C. К характеристике фации Ammonitiсo Rosso из келловея (средняя юра) в районе пос. Планерское (Восточный Крым) // Вестник МГУ. Сер. геол. 2010. № 4. С.12–17.
  2. Брагин Н.Ю., Аристов В.А. Конодонты раннего карбона и другие микрофосилии в гальках кремнистых пород из верхнеюрских конгломератов г. Южная Демерджи // В.М. Цейслер (ред.). Мат-лы совещ. «Новое в региональной геологии России и ближнего зарубежья» 13–14 марта 2008, г. Москва. М.: РГГРУ, 2008. С. 21–23.
  3. Довгаль Ю.М, Парышев А.В. К проблеме битакской свиты (Горный Крым) // Геологический журнал. 1979. №4. С. 127–131.
  4. Камзолкин В.А., Латышев А.В., Видяпин Ю.П., Сомин М.Л., Смульская А.И., Иванов С.Д. Поздневендские комплексы в структуре метаморфического основания Передового хребта Большого Кавказа // Геотектоника. 2018. № 3. С. 42–57.
  5. Карпова Г.В., Логвиненко Н.В., Шапошников Д.П. Литология и генезис Таврической формации Крыма // Харьков: ХГУ, 1961. 404 с.
  6. Короновский Н.В., Милеев В.С. О соотношении отложений таврической серии и эскиординской свиты в долине р. Бодрак (Горный Крым) // Вестник МГУ. Сер. геол. 1974. № 1. С. 80–87.
  7. Кузнецов Н.Б., Горожанин В.М., Белоусова Е.А., Дегтярев К.Е., Горожанина Е.Н., Романюк Т.В., Каныгина Н.А. Первые результаты U-Pb датирования детритовых цирконов из ордовикских терригенных толщ Соль-Илецкого блока Восточно-Европейской платформы // ДАН. 2017. Т. 473. № 4. С. 435–458.
  8. Лаломов А.В. Реконструкция палеогидродинамических условий образования верхнеюрских конгломератов Крымского полуострова // Литология и полезн. ископаемые. 2007. № 3. С. 298–311.
  9. Мазарович О.А., Милеев В.С. Геологическое строение Качинского поднятия Горного Крыма. Стратиграфия мезозоя. М.: МГУ, 1989. 168 с.
  10. Милеев B.C., Барабошкин Е.Ю., Розанов С.Б., Рогов М.А. Тектоника и геодинамическая эволюция Горного Крыма // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 2009. Т. 84. Вып. 3. С. 3–22.
  11. Милеев В.С., Барабошкин Е.Ю., Розанов С.Б., Рогов М.А. Киммерийская и альпийская тектоника Горного Крыма // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 2006. Т. 81. Вып. 3. С. 22–33.
  12. Милеев В.С., Барабошкин Е.Ю., Розанов С.Б., Рогов М.А. Особенности строения и формирования покровов Горного Крыма // Геология и полезн. ископаемые Мирового океана. 2007. №.2. С. 56–66.
  13. Милеев В.С., Вишневский Л.Е., Никишин А.М., Розанов С.Б. Формации аккреционной призмы Горного Крыма // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 1992. № 4. С. 25–31.
  14. Милеев В.С., Розанов С.Б., Барабошкин Е.Ю., Шалимов И.В. Положение верхнеюрских отложений в структуре Горного Крыма // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 1995. Т. 70. Вып. 1. С. 22–31.
  15. Морозова Е.Б., Сергеев С.А., Савельев А.Д. Меловые и юрские интрузии Горного Крыма: первые данные U–Pb (SIMS SHRIMP)-датирования // ДАН. 2017. Т.474. № 1. С. 66–72.
  16. Морозова Е.Б., Сергеев С.А., Суфиев А.А. U–Pb-цирконовый (SHRIMP) возраст джидаирской интрузии как реперного объекта для геологии Крыма (Крымский учебный полигон СПбГУ) // Вестник СПбГУ. 2012. Сер. 7. № 4. С. 25–33.
  17. Никишин А.М., Махатадзе Г.В., Габдуллин Р.Р., Худолей А.К., Рубцова Е.В. Битакские конгломераты как ключ для понимания среднеюрской геологической истории Крыма // Вестник МГУ. Сер. геол. 2016. № 6. С. 20–27.
  18. Парышев А.В, Пермяков В.В., Борисенко Л.С. Новые данные по стратиграфии юрских отложений Караби-яйлы в Крыму // Геологический журнал АН УССР. 1979. Т.39. №1. С. 108–111.
  19. Пискунов В.К., Рудько С.В, Барабошкин Е.Ю. Строение и условия формирования верхнеюрских отложений района плато Демерджи (Горный Крым) // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 2012. Т. 87. Вып. 5. С. 7–23.
  20. Рудько С.В. Литология проградационных структур в верхнеюрских-нижнемеловых отложениях Горного Крыма. Дис. ... канд. геол.-мин. наук. М.: ГИН РАН, 2014. 235 с.
  21. Рудько С.В., Кузнецов А.Б., Покровский Б.Г. Sr-хемостратиграфия, 13C и 18O отложений Крымской карбонатной платформы (поздняя юра, Северный Перитетис) // Литология и полезн. ископаемые. 2017. № 6. С. 58–77.
  22. Славин В.И., Чернов В.Г. Геологическое строение битакской свиты (тоар-средняя юра) в Крыму // Изв. вузов. Геол. и разведка. 1981. № 7. С. 24–33.
  23. Соловьев А.В., Рогов М.А. Первые трековые датировки цирконов из мезозойских комплексов полуострова Крым // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2010. Т. 18. № 3. С. 74–82.
  24. Сомин М.Л., Натапов Л.М., Белоусова Е.А., Крёнер А., Конилов А.Н., Камзолкин В.А. Псевдофундамент в доальпийской структуре передового хребта Северного Кавказа // ДАН. 2013. Т. 450. № 4. С. 445–449.
  25. Стафеев А.Н., Суханова Т.В., Латышева И.В., Косоруков В.Л., Ростовцева Ю.И., Смирнова С.Б. Новые данные о геологии Лозовской зоны (поздний триас-средняя юра) Горного Крыма // Вестник МГУ. Сер. геол. 2015. № 5. С. 21–33.
  26. Успенская Е.А. Геологическая карта СССР. Серия Крымская. Лист L-36-XXIX // В.М. Муратов (ред.). М.: МГРИ, Трест «Днепрогеология», 1973.
  27. Успенская Е.А. Юрская система, верхний отдел // Геология СССР. Крым / М.В. Муратов (ред.). М.: Недра, 1969. Т.8. Ч.1. С. 114–154.
  28. Фарфуляк Л. В. Природа наклонной сейсмической границы в земной коре Скифской плиты вдоль профиля DOBRE-5 // Геофизический журнал. 2015. Т. 37. № 6. C. 64–85.
  29. Чернов В.Г. О составе верхнеюрских конгломератов горы Демерджи в Крыму // Вестник МГУ. 1971. № 2. С. 18–28.
  30. Шнюков Е.Ф., Захаров З.Г., Нестеровский В.А. Литодинамические исследования конгломератовых толщ Горного Крыма с целью палеогеографических реконструкций верхнеюрского времени // Геологический журнал. 1990. № 4. С.111–117.
  31. Юдин В.В. Геодинамика Крыма. Симферополь: ДИАЙПИ, 2011. 336 с.
  32. Юдин В.В. Геодинамика Черноморско-Каспийского региона. Киев: УкрГГРИ, 2008. 117 с.
  33. Юдин В.В., Вишневская В.С., Курилов Д.В. Офиолитовые радиоляриты Крыма и их значение в геодинамике Мезотетиса // ДАН. 2009. Т. 429. № 1. C. 89–93.
  34. Akbayram K., Okay A. I., Satır M. Early Cretaceous closure of the Intra-Pontide Ocean in western Pontides (northwestern Turkey) // J. of Geodynamics. 2013. Vol. 65. P. 38–55.
  35. Akdoğan R., Okay A. I., Sunal G., Tari G., Meinhold G., Kylander-Clark A. R. Provenance of a large Lower Cretaceous turbidite submarine fan complex on the active Laurasian margin: Central Pontides, northern Turkey // J. of Asian Earth Sci. 2017. Vol. 134. P. 309–329.
  36. Balintoni I., Balica C., Seghedi A., Ducea M.N. Avalonian and Cadomian terranes in North Dobrogea, Romania // Precambrian Research. 2010. Vol. 182. P. 217–229.
  37. Balintoni I., Balica C., Seghedi A., Ducea M.N. Peri-Amazonian provenance of the Central Dobrogea terrane (Romania) attested by U/Pb detrital zircon age patterns // Geologica Carpathica. 2011a. Vol. 62. Is. 4. P. 299–307.
  38. Balintoni I., Balica C., Ducea M.N., Hann H.-P. Peri-Gondwanan terranes in the Romanian Carpathians: A review of their spatial distribution, origin, provenance, and evolution // Geosci. Frontiers. 2014. Vol.53. P. 95–411.
  39. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y. Zircon crystal morphology, trace element signatures and Hf isotope composition as a tool for petrogenetic modeling: examples from eastern Australian granitoids // J. of Petrology. 2006. Vol. 47 (2). P. 329–353.
  40. Griffin W.L., Pearson N.J., Belousova E., Jackson S.E., O’Reilly S.Y., van Achterberg E., Shee S.R. The Hf isotope composition of cratonic mantle: LAM-MC-ICPMS analysis of zircon megacrysts in kimberlites //Geochimica et Cosmochimica Acta. 2000. Vol.64 (1). P. 133–147.
  41. Jackson S.E., Pearson N.J., Griffin W.L., Belousova E.A. The application of laser ablation-inductively coupled plasmamass spectrometry to in situ U–Pb zircon geochronology // Chem. Geology. 2004. Vol. 211 (1–2). P. 47–69.
  42. Henderson B.J., Collins W.J., Murphy J.B., Gutierrez-Alonso G., Hand M. Gondwanan basement terranes of the Variscan–Appalachian orogen: Baltican, Saharan and West African hafnium isotopic fingerprints in Avalonia, Iberia and the Armorican Terranes // Tectonophysics. 2016. Vol.681. P. 278–304.
  43. Kuznetsov N.B., Belousova E.A., Romanyuk T.V. Geochemical and Lu-Hf isotope (LA-ICP-MS) systematic of detrital zircons from the Ordovician sandstones of the Sol-Iletsk arch (Russia, Northern Caspian, borehole Ordovician-2) // Archeology and Anthropololgy Open Access. Special issue. V.3. Is.1. (Suppl-1). AAOA.000554. 2018. P. 31–58. URL: https://crimsonpublishers.com/aaoa/fulltext/AAOA.000554.php
  44. Linnemann U., Gerdes A., Hofmann M., Marko L. The Cadomian Orogen: Neoproterozoic to Early Cambrian crustal growth and orogenic zoning along the periphery of the West African Craton – constraints from U–Pb zircon ages and Hf isotopes (Schwarzburg Antiform, Germany) // Precambrian Research. 2014. Vol. 244. P. 236–278.
  45. Longhitano S. Sedimentary facies and sequence stratigraphy of coarse-grained Gilbert-type deltas within the Pliocene thrust-top Potenza Basin (Southern Apennines, Italy) // Sediment. Geology. 2008. Vol. 210. No. 3. P. 87–110.
  46. Meijers M.J.M, Vrouwe B., van Hinsbergen D.J.J., Kuiper K.F., Wijbrans J., Davies G.R., Stephenson R.A., Kaymakc N., Matenco L., Saintot A., Jurassic arc volcanism on Crimea (Ukraine): Implications for the paleo-subduction zone configuration of the Black Sea region // Lithos. 2010. V. 119. P. 412–426.
  47. Murphy J.B, Nance R.D, Keppie J. D., Dostal J. Role of Avalonia in the development of tectonic paradigms // Fifty Years of the Wilson Cycle Concept in Plate Tectonics / R.W. Wilson, G.A. Houseman, K.J.W. Mccaffrey, A.G. Doré, S.J.H. Buiter (eds.). Geol. Soc. London. Spec. Publ. 2018. Vol. 470. P. 230–238.
  48. Nance R.D., Linnemann U. The Rheic Ocean: origin, evolution and significance // GSA Today. 2008. Vol. 18 (12). P.4-12.
  49. Nikishin A.M., Wannier M., Alekseev A.S., Almendinger O.A., Fokin P.A., Gabdullin R.R., Khudoley A.K., Kopaevich L.F., Mityukov A.V., Petrov E.I., Rubtsova E.V. Mesozoic to recent geological history of southern Crimea and the Eastern Black Sea region // Tectonic Evolution of the Eastern Black Sea and Caucasus / M. Sosson, R.A. Stephenson, S.A. Adamia (eds.). Geol. Soc. London. Spec. Publ. 2015. 428 p.
  50. Okay A.I., Satır M., Tüysüz O., Akyüz S., Chen F. The tectonics of the Strandja Massif: Late-Variscan and midMesozoic deformation and metamorphism in the northern Aegean // Int. J. of Earth Sci. 2001. Vol. 90. P. 217–233.
  51. Okay N., Zack T., Okay A.I., Barth M. Sinistral transport along the Trans-European Suture Zone: Detrital zircon-rutile geochronology and sandstone petrography from the Carboniferous flysch of the Pontides // Geol. Magazine. 2011. Vol. 148. No 3. P. 380–403.
  52. Okay A., Altiner D., Kiliç A. Triassic limestone, turbidites and serpentinite – the Cimmeride orogeny in the Central Pontides // Geological Magazine. 2015 Vol. 152. No. 3. P. 460–479.
  53. Okay A.I., Nikishin A.M. Tectonic evolution of the southern margin of Laurasia in the Black Sea region // Int. Geology Review. 2015 Vol. 57. No. 5–8. P. 1051–1076.
  54. Popov D.V., Brovchenk V.D., Nekrylov N.A., Plechov P.Yu., Spikings R.A., Tyutyunnik O.A., Krigman L.V., Anosova M.O., Kostitsyn Y.A., Soloviev A.V., Removing a mask of alteration: Geochemistry and age of the Karadag volcanic sequence in SE Crimea // Lithos. 2019. Vol. 324. P. 371–384.
  55. Postma G. Depositional architecture and facies of river and fan deltas: a synthesis // Coarse Grained Deltas / A. Colella and D.B. Prior (eds). Spec Publ. Int. Assoc. Sedimentol. 1990. Vol.10. P. 13–27.
  56. Rohais S., Eschard R., Guillocheau F. Depositional model and stratigraphic architecture of rift climax Gilbert-type fan deltas (Gulf of Corinth, Greece) // Sediment. Geology. 2008. Vol. 210. P. 132–145.
  57. Romanyuk T.V., Kuznetsov N.B., Belousova E.A., Gorozhanin V.M., Gorozhanina E.N. Paleotectonic and paleogeographic conditions for the accumulation of the Lower Riphean Ai Formation in the Bashkir Uplift (Southern Urals): The TerraneChrone® Detrital zircon study // Geodynamics and Tectonophysics. 2018. Vol. 9. No. 1. P. 1–37.
  58. Rud’ko S.V., Kuznetsov N.B., Belousova E.A., Romanyuk T.V. Structure and the Age of Conglomerates of Mount Southern Demerdzhi Based on the First U/Pb-dating of Detrital Zircons (Upper Jurassic, Crimean Mountains) // Doklady Earth Sciences. 2018. Vol.483. No. 1. P. 1423–1426.
  59. Sheremet Y., Sosson M., Muller C., Gintov O., Murovskaya A., Yegorova T. Key problems of stratigraphy in the Eastern Crimea Peninsula: some insights from new dating and structural data // Tectonic Evolution of the Eastern Black Sea and Caucasus / M. Sosson, R.A. Stephenson, S.A. Adamia (eds). Geol. Soc. London. Spec. Publ. 2016. 428. P. 265–306.
  60. Shumlyanskyy L., Hawkesworth C., Dhuime B., Billström K., Claesson S., Storey C. 207Pb/206Pb ages and Hf isotope composition of zircons from sedimentary rocks of the Ukrainian shield: crustal growth of the south-western part of East European craton from Archaean to Neoproterozoic // Precambrian research. 2015. Vol. 260. P. 39–54.
  61. Stampfli G.M., Borel G.D. A plate tectonic model for the Paleozoic and Mesozoic constrained by dynamic plate boundaries and restored synthetic oceanic isochrones // Earth and Planet. Sci. Lett. 2002 Vol. 196. No. 1–2. P. 17–33.
  62. Starostenko V., Janik T., Yegorova T., Farfuliak L., Czuba W., Sroda P., Thybo H., Artemieva I., Sosson M., Volfman Y., Kolomiyets K., Lysynchuk D., Omelchenko V., Gryn D., Guterch A., Komminaho K., Legostaeva O., Tiira T., Tolkunov A. Seismic model of the crust and upper mantle in the Scythian Platform: the DOBRE-5 profile across the north western Black Sea and the Crimean Peninsula // Geophys. J. Int. 2015. Vol. 201. P. 406–428.
  63. Suess E. Das Antlitz der Erde. Berlin: Norderstedt-Hansebooks, 2017. Vol. 3. 532 pp.
  64. Tikhomirov P.L., Chalot-Prat F., Nazarevich B.P. Triassic volcanism in the Eastern Fore-Caucasus: evolution and geodynamic interpretation // Tectonophysics. 2004. Vol. 381. No. 1–4. P. 119–142.
  65. Ustaömer T., Ustaömer P.A., Robertson A.H., Gerdes A. Implications of U–Pb and Lu–Hf isotopic analysis of detrital zircons for the depositional age, provenance and tectonic setting of the Permian–Triassic Palaeotethyan Karakaya Complex. NW Turkey // Int. J. of Earth Sci. 2016. Vol. 105. No. 1. P. 7–38.
  66. Zonenshain L.Р., Le Pichon X. Deep basins of the Black Sea as remnants of Mesozoic back-arc basins // Tectonophysics. 1986. Vol.123. Р. 181–211.
  67. http://sites.google.com/a/laserchron.org/laserchron/home (Special module to the standard program MS Excel, freely available on the site Tucson University, Arizona, USA; the authors – G. Gehrels и J. Guynn).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of tectonic zoning of the Crimea Peninsula.

Download (130KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the geological structure of the Crimean Mountains in the area of outcrops of Jurassic coarse clastic strata of the Bitak conglomerates and conglomerates of the city of South Demerdzhi (according to [26], with changes and additions).

Download (680KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The stratigraphic position of coarse clastic rocks in the sections of the Karadag, Sudak and Yailin series of the Crimean Mountains.

Download (356KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Conglomerates of the city of South Demerdzhi.

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparison of probability density curves (CPS) of the ages of detrital zircons from Mesozoic-Cenozoic sedimentary rocks of the Crimean Mountains in the age interval <1 billion years.

Download (152KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the åHf indicator on U – Pb age for zircons from sample K15-007.

Download (228KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Comparison of U – Pb ages and åHf of detrital zircons from sample K15-007 with similar data for the Karakai complex in Pontids, according to [65] and the basement complexes of the East European platform, according to [60].

Download (288KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Paleotectonic reconstructions for the main stages of the formation of Jurassic coarse clastic strata of the Crimean Mountains.

Download (495KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences