Suprasubduction volcanism of Chukotka terrane in the late jurassic– early cretaceous (Arctic region, Russia)

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The age and geodynamic position of the volcanic source of the Upper Jurassic–Lower Cretaceous deposits of Western Chukotka were determined. Products of synchronous volcanism were revealed by detailed lithological studies. Following sedimentological analysis results we established an admixture of pyroclastic material in the Oxford-Kimmeridgian deposits of the Chukotka microcontinent, indicating the effect of synchronous volcanism on sedimentation. It was shown that the source of pyroclastic material was the intraoceanic Kulpolney island arc, which existed in the northern part of the Proto-Arctic Ocean.The accumulation of the Tithonian‒– Valanginian deposits occurred in the back-arc basin at the edge of Chukotka microcontinent. Characteristics of the Tithonian‒– Berriasian sandstones are given, which contain significant proportion of ash material in the matrix, as well as lithoclasts and monomineral grains of volcanic origin, predominant in the clasts. With the use of geochemical analysis of volcanic pebbles, the presence of the differentiated series from basaltic andesites to rhyolites in the volcanic source is proved.

The suprasubduction origin of the volcanic source is established. The cessation of volcanic activity in Valangin era is confirmed by lack of presence of synchronous pyroclastic material and an insignificant amount of volcanic clasts in Valanginian sandstones. The obtained data of U–Pb isotope dating of zircons isolated from the Tithonian-Valanginian sandstones and andesite pebbles of the Tithonian conglomerates made it possible to determine the time for the existence of suprasubduction volcanism on the Chukotka margin in the period of 150–140 Ma.

 

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. V. Vatrushkina

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: evat_095@mail.ru
Russian Federation, Moscow

M. I. Tuchkova

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: evat_095@mail.ru
Russian Federation, Moscow

S. D. Sokolov

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: evat_095@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Баранов М.А., Журавлев Г.Ф. Объяснительная записка к геологической карте СССР 1:200000 масштаба Лист R-59-XXXI, XXXII. СПб.: ВСЕГЕИ, 2000, 119 с.
  2. Белик Г.Я. Объяснительная записка к геологической карте СССР 1:200000 масштаба Лист R-58-XXIX, XXX. Магадан: 1979, 101 с.
  3. Богданов Н.А., Тильман С.М. Тектоника и геодинамика северо-востока Азии (объяснительная записка к тектонической карте северо-востока Азии масштаба 1:5 000 000). М.: ИЛ РАН, 1992, 56 с.
  4. Бондаренко Г.Е. Тектоника и геодинамическая эволюция мезозоид северного обрамления Тихого океана. М.: МГУ, 2004, 46 с.
  5. Брагин В.Ю., Дзюба О.С., Казанский А.Ю., Шурыгин Б.Н. Новые данные по магнитостратиграфии пограничного юрско-мелового интервала п-ова Нордик (север Восточной Сибири) // Геология и геофизика. 2013. Т.54. №3. С.438–455.
  6. Васильева Н.М., Соловьева М.Ф. Стратиграфия каменоугольных отложений Чукотки и острова Врангеля // Восьмой Международный конгресс по стратиграфии и геологии карбона «Региональная биостратиграфия карбона современных континентов». М.: Наука, 1979. С. 128–132.
  7. Ватрушкина Е.В., Тучкова М.И. Литологические и геохимические особенности пород раучуанской свиты (верхняя юра) Западной Чукотки // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 2014. Т.89. Вып. 1. С. 58–73.
  8. Ватрушкина Е.В., Тучкова М.И. Обстановка осадконакопления и состав источников сноса верхнеюрско-нижнемеловых отложений Верхне-Пегтымельской впадины, Чукотский террейн // Тихоокеанская геология. 2018. T. 37. №4. С. 87–107.
  9. Гельман М.Л. Фанерозойские гранитно-метаморфические купола на северо-востоке Сибири. Ст.1. Геологическая история палеозойских и мезозойских куполов // Тихоокеанская геология. 1995. Т. 14. № 4. С. 102–115.
  10. Гензе В.А. Геологическая карта масштаба 1:50000 Листы R-60-113-В,Г; R-60-114-В,Г; R-60-125-А,Б,В,Г; R-60-126-А,Б,В,Г. Певек, ЧГРЭ: 1990, 310 с.
  11. Голионко Б.Г., Ватрушкина Е.В., Вержбицкий В.Е. Структурная эволюция мезозойских комплексов Западной Чукотки // ДАН. 2017. Т. 475. №1. С. 53–56.
  12. Городинский М.Е. Геологический очерк центральных районов Чукотки // Материалы по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока СССР. 1963. №16. С. 56–66.
  13. Горячев Н.А. Олойский вулканический пояс (поздняя юра-ранний мел) // Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России / А.И. Ханчук (ред.) Владивосток: Дальнаука, 2006. Кн.1. С. 259–260.
  14. Журавлев Г.Ф. Государственная геологическая карта Российской федерации. Масштаб 1:1 000 000 (новая серия). Лист R-58-(60) – Билибино. Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 1999, 146 с.
  15. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. Кн.2. М.: Недра, 1990, 334 с.
  16. Катков С.М., Лучицкая М.В., Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Яковлева С.З. Позднепалеозойские гранитоиды Центральной Чукотки: структурное положение и обоснование возраста // ДАН. 2013. Т. 450. № 2. С.193–198.
  17. Морозов О.Л. Геологическое строение и тектоническая эволюция Центральной Чукотки. М.: ГЕОС, 2001. 201 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 523).
  18. Натальин Б.А. Раннемезозойские эвгеосинклинальные системы в северной части Циркум-Пацифики. М.: Наука, 1984. 136 с.
  19. Паракецов К.В. Паракецова Г.И. Стратиграфия и фауна верхнеюрских и нижнемеловых отложений Северо-Востока СССР. М.: Недра, 1989. 298 с
  20. Парфенов Л.М., Натапов Л.М., Соколов С.Д., Цуканов Н.В. Террейны и аккреционная тектоника Северо-Востока Азии // Геотектоника. 1993. №1. С. 68–78.
  21. Пьянков А.Я., Черепанова И.Ю., Смирнова А.Н., Донец А.Ф., Санникова А.Н. Геологическая карта СССР 1:200 000. Лист R-59-XXVII, XXVIII, R-59-XXXIII, XXXIV. Певек: 1980. 247 c.
  22. Радзивилл А.Я. Новые данные по геологии юго-восточной части Южно-Анюйского хребта // Материалы по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока СССР. 1964. №17. С. 51–62.
  23. Решения Третьего Межведомственного регионального стратиграфического совещания по докембрию, палеозою и мезозою Северо-Востока России (Санкт-Петербург, 2002) / Т.Н. Корень, Г.В. Котляр (ред.). СПб.: ВСЕГЕИ, 2009. 268 с.
  24. Рогозов Ю.Г., Васильева Н.М. Девонские отложения побережья пролива Лонга (Центральная Чукотка) // Ученые записки НИИГА. Сер. регион. геол. 1968. №13. С. 151–157.
  25. Сосунов Г.М. Объяснительная записка к геологической карте СССР 1:200 000. Лист R-58-XXXV, XXXVI. M.: Госгеолтехиздат, 1962, 66 с.
  26. Тильман С.М. Сравнительная тектоника мезозоид севера Тихоокеанского кольца. М.: Наука, 1980, 285 с.
  27. Тильман С.М. Тектоника и история развития Северо-Восточного Приколымья. Магадан: СВКНИИ, 1962. 192 с. (Тр. СВКНИИ СО АН СССР. Вып.1).
  28. Тихомиров П.Л. Меловой окраинно-континентальный магматизм северо-востока Азии и вопросы генезиса крупнейших фанерозойских провинций кремнекислого вулканизма. Автореф. дис. … докт. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 2018. 43 с.
  29. Тихомиров П.Л., Калинина Е.А., Кобаяши К., Накамура Э. Тытыльвеемский вулканоплутонический пояс – раннемеловая магматическая провинция Северо-Восточной Азии // Материалы XLII Тектонического совещания «Геология полярных областей Земли». Т.2. М.: ГЕОС, 2009. 344 с.
  30. Тучкова М.И. Терригенные породы древних континентальных окраин (Большой Кавказ и Северо-Восток России). М.: LAP, 2011. 365 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 600).
  31. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: МГУ, 1995. 480 с.
  32. Шеховцов В.А., Глотов С.П. Государственная геологическая карта РФ 1:200 000 (издание второе). Серия Олойская. Лист Q-58-XI, XII. Объяснительная записка / С.Д. Соколов (ред.). СПб.: ВСЕГЕИ, 2001, 106 c.
  33. Akinin, V.V., Calvert, A.T. Cretaceous mid-crustal metamorphism and exhumation of the Koolen gneiss dome, Chukotka Peninsula, northeastern Russia // Tectonic Evolution of the Bering Shelf–Chukchi Sea–Arctic Margin and Adjacent Landmasses / E.L. Miller, A. Grantz, S.L. Klemperer (eds.). Geol. Soc. Am. Spec. Paper. 2002. V. 360. P. 147–165.
  34. Amato J.M., Toro J., Akinin V.V., Hampton B.A., Salnikov A.S., Tuchkova M.I. Tectonic evolution of the Mesozoic South Anyui suture zone, eastern Russia: A critical component of paleogeographic reconstructions of the Arctic region // Geosphere. 2015. V. 11. № 5. P. 1–35.
  35. Banner Jay L. Radiogenic isotopes: systematics and applications to earth surface processes and chemical stratigraphy // Earth-Sci. Reviews. 2004. V.65. Iss. 3-4. P. 141–194.
  36. Bering Strait Geologic Field Party Koolen metamorphic complex, NE Russia: implications for the tectonic evolution of the Bering Strait region // Tectonics. 1997. V. 16. No. 5. P. 713–729.
  37. Dott R.L. Wacke, greywacke and matrix – What approach to immature sandstone classification? // J. Sediment. Petrology. 1964. No. 34. P. 625–632.
  38. Ganelin A.V., Vatrushkina E.V., Luchitskaya M.V. Geochemistry and Geochronology of Cretaceous Volcanism of the Chaun Area of Central Chukotka // Geochemistry International. 2019. Vol. 57. No 1. P. 20–41
  39. Harangi Sz., Downes H., Kosa L., Szabo Cs., Thirlwall M.F., Mason P.R.D., Mattey D. Almandine Garnet in Calc-alkaline Volcanic Rocks of the Northern Pannonian Basin (Eastern–Central Europe): Geochemistry, Petrogenesis and Geodynamic Implications // J. of Petrology. Vol. 42. No.10. P. 1813–1843.
  40. Katkov S.M., Miller E.L., Toro J. Structural Assemblies and Age of Deformation in the Western Sector of the Anyui–Chukotka Fold System, Northeastern Asia // Geotectonics. 2010. Vol.44. No. 5. P. 424–442
  41. Lane L.S., Cecile M.P., Gehrels G.E., Kos’ko M.K., Layer P.W., Parrish R.R. Geochronology and structural setting of latest Devonian – Early Carboniferous magmatic rocks, Cape Kiber, northeast Russia // Canadian J. Earth Sci. 2015. Vol. 52. P. 147–160.
  42. Le Maitre R.W., Bateman P., Dudek A.E.A. A classification of igneous rocks and glossary of terms. Oxford: Blackwell, 1989. 195p.
  43. Luchitskaya M.V., Sokolov S.D., Kotov A.B., Natapov L.M., Belousova E.A., Katkov S.M. Late Paleozoic Granitic Rocks of the Chukchi Peninsula: Composition and Location in the Structure of the Russian Arctic // Geotectonics. 2015. Vol.49. No. 4. P. 243–268
  44. Miller E.L., Soloviev A., Kuzmichev A., Gehrels G., Toro J., Tuchkova M. Jurassic and Cretaceous foreland basin deposits of the Russian Arctic: Separated by birth of the Makarov Basin? // Norweg. J. of Geology. 2008. Vol. XX. P. 99–124.
  45. Miyashiro A. Classification, characteristics and origin of ophiolites // J. Geol. 1975 Vol. 83. P. 249–281.
  46. Ogg, J.G., Ogg, G.M. and Gradstein, F.M. A Concise Geologic Time Scale. N.Y.: Elsevier, 2016. 229 p.
  47. Sokolov S.D. Tectonics of Northeast Asia: An overview // Geotectonics. 2010. Vol.44. P. 493–509.
  48. Sokolov S.D., Tuchkova M.I., Ganelin A.V., Bondarenko G.E., Layer P. Tectonics of the South Anyui Suture, Northeastern Asia // Geotectonics. 2015. Vol.49. No 1. P. 3–26.
  49. Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implication for mantle composition and processes // Magmatism in the oceanic basins / A.D. Saunders, M.J. Norry (eds.). Geol. Soc. London. Spec. Publ. 1989. No.42. P. 313–345.
  50. Tikhomirov P.L., Kalinina E.A., Kobayashi K., Nakamura E. Late Mesozoic silicic magmatism of the North Chukotka area (NE Russia): age, magma sources, and geodynamic implications // Lithos. 2008. Vol. 105. P. 329–346.
  51. Tuchkova M.I., Sokolov S.D., Khudoley A.K., Verzhbitsky V.E., Hayasaka Y., Moiseev A.V. Permian and Triassic deposits of Siberian and Chukotka passive margins: sedimentation setting and provenance // ICAM VI Proceedings. 2014. P.61–96.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Geological scheme of Western Chukotka (according to [14], with changes and additions). Shown (dashed line) the contours of the depressions. 1–6 - Chukchi Terrane: 1 - Paleozoic terrigenous-carbonate sediments, 2 - Lower Jurassic terrigenous sediments, 3 - Triassic terrigenous sediments, 4 - Oxford-Kimmeridge terrigenous sediments, 5 - Volga – Valanginian tuff – terrigenous sediments, 6 - Volga – Berrias volcanic deposits (Berlazha caldera and Flaming volcanic field); 7 - South Anyui suture; 8 - Kulpolneysky complex, part of the South Anyui suture; 9–14 — overlapping complexes: 9 — Apt – Albian continental coal deposits, 10 — Tytylveem Aptian volcanic complex, 11 — Etchikun Albian volcanic complex, 12 — Okhotsk-Chukchi volcanic belt, 13 — Cretaceous intrusive complex, 14 — Cenozoic sedimentary cover

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The structure of sections of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous deposits of the Chukchi Terrane (according to [19], with changes and additions). The thickness of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous sediments of the Chukchi Terrane is indicated in meters. 1 - sandstones; 2 - siltstones; 3 - mudstones; 4 - tuff sandstones; 5 - conglomerates; 6 - basalts, cuts; 7 - andesites, trachyandesites; 8 - dacites, rhyolites, trachyriolites; 9 - small acute-angle fragments of mudstones; 10 - the remains of fossil fauna; 11 - the remains of fossil flora

Download (698KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The structure of the summary section, the age and composition of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous sediments according to petrographic, geochemical, isotope-geochemical studies and U – Pb isotope dating of detrital zircons. 1 is a relationship chart of volcanic debris, composition: a - basic, b - medium, c - acidic; 2 - graphs (histograms and probability density curves) of age distribution of detrital zircons in the range from 130 to 160 million years (for "x" - the number of measurements, for "y" - age, million years)

Download (599KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The position of the figurative points of the composition of garnets from sandstones of the Volga age on the MnO – CaO diagram. Shown are (dark gray circles) composition points. Fields of almandine compositions from various sources are plotted according to [39]: A — garnets of high pressure origin from M / I-type magmas; B - garnets formed from M / I-type magmas at low pressures; B - garnets formed from S-type magmas; G - grenades from metapelites.

Download (87KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The position of the figurative points of the compositions of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous volcanics on the classification diagram SiO2 – K2O. 1 - pebbles of volcanic rocks from conglomerates of the Upper Pegtymel depression; 2 - pebbles of volcanic rocks from conglomerates of the Rauchuan depression; 3 - rhyolite tuffs of Berlazhy caldera

Download (111KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Multielement diagrams normalized to the composition of the primitive mantle, according to [49]. 1 - pebbles of volcanic rocks from conglomerates of the Upper Pegtymel depression; 2 - pebbles of volcanic rocks from conglomerates of the Rauchuan depression; 3 - rhyolite tuffs of the Berlosha caldera; 4 - low potassium andesites of Tonga (GEOROC)

Download (247KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences